KURZUS: Környezetvédelem

MODUL: XI. modul: Globális környezeti kihívások

30. lecke: Az ózonoszféra sérülése

|  | Cél: A lecke célja, hogy a hallgatók képet kapjanak a magaslégköri ózonréteg károsodásának mértékéről és az ezzel járó veszélyekről, megértsék a magaslégköri ózon réteg károsításának folyamatát, és betekintést nyerjenek a környezeti veszély elhárítására tett nemzetközi lépésekbe.
| Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes
| elmagyarázni az ózon képződésének folyamatát, felsorolni az ózon légköri előfordulásának helyeit, saját szavaival megadni az ózonréteg fogalmát és jellemzőit, megadni, hogy miért fontos a földi élet számára az ózonpajzs jelenléte, megadni az ózon mennyiségének mérésére szolgáló mértékegységet, saját szavaival elmagyarázni, hogy a besugárzás intenzitása és a légkörzés hogyan befolyásolja az ózonréteg vastagságának földrajzi övek szerinti változását, megfogalmazni a sztratoszférikus és a troposzférikus ózon mennyiségének változási tendenciáját az elmúlt évtizedek során, megadni az ózonlyuk fogalmát, felsorolni a sztratoszférikus ózoncsökkenés okozta egészségügyi hatásokat, felsorolni legalább 4 ózonkárosító anyagot illetve anyagcsoportot, elmagyarázni, hogy miért csökken a sztratoszférikus ózon mennyisége a károsító anyagok kibocsátásának megszűnése után is évtizedekig, saját szavaival elmagyarázni, hogy miért a déli pólus felett jelentősebb az ózonréteg sérülése, kiválasztani az ózon mennyiségének évszakos változását és az azt okozó tényezőket, saját szavaival elmagyarázni, hogy milyen kapcsolatban áll egymással az üvegházhatás fokozódása és az ózonréteg elvékonyodása, megadni az ózonkárosító anyagok csökkentésére hozott az első nemzetközi jegyzőkönyv időpontját és nevét!
| Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 45 percre lesz szüksége.
| Kulcsfogalmak:
| ózonréteg Dobson egység ózonlyuk Montreali jegyzőkönyv
| 1. Ózon a légkörben
| Gyűjtse ki és jegyezze meg az ózon képződésének folyamatát! Gyűjtse ki és jegyezze meg az ózon légköri előfordulásának helyeit! Gyűjtse ki, és jegyezze meg, hogy miért fontos a földi élet számára az ózonpajzs jelenléte! Jegyezze meg a Dobson egység fogalmát! Gyűjtse ki és jegyezze meg, hogy a besugárzás intenzitása és a légkörzés hogyan befolyásolja az ózonréteg vastagságának földrajzi övek szerinti változását!
| Az ózon természetes módon az oxigénből keletkezik fotokémiai - dinamikus egyensúlyban lévő (O2 O3 egyensúly) - reakciók során. Színtelen, mérgező, vízben oldódó gáz, erősen oxidatív. Az ózon a légkörben két helyen fordul elő (1. ábra). A troposzférikus ózon a napsugárzás és szennyezőanyagok kémiai reakciói által képződő másodlagos légszennyező anyag (lásd 8. lecke), jelenléte káros (lásd pl. Los Angeles típusú szmog). A sztratoszférában természetes módon előforduló ózon ezzel szemben nagyon nagy jelentőséggel bír: szűri a felszínre érkező, nagy mennyiségben a földi életre káros UV-sugárzást. Az ún. ózonréteg vagy ózonpajzs a Földet 10-50 km közötti magasságban veszi körül, koncentrációmaximuma az Egyenlítő fölött kb. 25 km, a sarkokon 15-20 km (lásd 7. lecke). Az ózontartalom mérésére a Dobson egység szolgál. 1 Dobson esetében normál nyomáson, tengerszintre vonatkoztatva a légréteg ózontartalma 0,01 mm-nek felel meg. Mivel az ózonképződés az UV-sugárzástól függ, ezért fő keletkezési helye a trópusi területek feletti sztratoszféra (20-30 km-en). A légköri áramlások azonban elszállítják északra és délre. Az ózon mennyiségének ciklikus változása egy év során is megfigyelhető, a besugárzás intenzitásának változásaival összhangban.
| Tanulmányozza az 1. ábrát, és fogalmazza meg, hogy hogyan változott a sztratoszférikus és a troposzférikus ózon mennyisége az elmúlt évtizedek során!
Az ózon függőleges eloszlása a légkörben
1. ábra
| 2. Az ózonpajzs sérülésének jelei
| Tanulmányozza a 2. és 3. ábrát, és fogalmazza meg a déli pólus feletti légréteg ózontartalma változásának tendenciáját! Gyűjtse ki és jegyezze meg az ózonlyuk fogalmát!
| A sztratoszférikus ózonpajzs szokatlan mértékű vékonyodását az 1970-es évek végén észlelték először az Antarktisz fölött, majd ezt követően további vékonyodás és csökkenés volt megfigyelhető (2. és 3. ábra). 220 Dobson alatti ózonkoncentráció esetén beszélünk az ún. ózonlyukról, ami nem a teljes ózonréteg hiányát, hanem nagyfokú elvékonyodását, ritkulását jelenti. A legnagyobb ózonlyukat a Déli-sark körüli területeken 2006-ban mérték, amikor is 29 millió km2 területen csökkent le 85 Dobson alá az ózontartalom. Az ózontartalom csökkenése más kontinensek fölött is megfigyelhetővé vált. Hazánk fölött a csökkenés mértéke 10% körüli.
Az ózontartalom csökkenése az Antarktiszon október 15-31. közötti átlagok alapján
2. ábra
Az Antartktisz légkörének októberi ózontartalma 1996-2010 között (animáció)
3. ábra
| 3. A sztratoszférikus ózoncsökkenés egészségügyi hatásai
| Gyűjtse ki és jegyezze meg a sztratoszférikus ózoncsökkenés okozta egészségügyi hatásokat!
| Az ózonpajzs vastagságának csökkenése miatt megnőtt a földfelszínre jutó UV sugárzás mértéke. Az ennek következtében fellépő egészségügyi hatások alapvetően három csoportba sorolhatóak: a bőrre, a szemre és az immunrendszerre kifejtett hatások. Bőrre kifejtett hatás pl. a leégés, a fényérzékenység, a napsugárzás okozta bőrelváltozások, a rosszindulatú festékes bőrdaganat (melanóma). A szemre kifejtett hatások közé tartozik a heveny kötőhártya- és szaruhártya gyulladás, a szürkehályog, a szem egyes részeinek daganata. Az immunrendszer esetében a sejtes immunválasz elnyomása, fokozott fertőzési fogékonyság, latens vírusfertőzések aktiválása (pl. herpesz) léphetnek fel. A fokozott UV sugárzás nemcsak az emberek, hanem az állatok egészségében is kárt okozhat.
| 4. Az ózonpajzs sérülésének okai
| Elevenítse fel a Levegő és védelme modul 2. leckéjében tanultakat az ózonkárosító légszennyező anyagokról! Kövesse nyomon az ózon bontásának reakcióegyenleteit! Gyűjtse ki és jegyezze meg, hogy miért képes egy ózonbontó molekula több ózon molekulát is lebontani!
| Az ózon bontásában a fő szerepet a klór- és brómtartalmú vegyületek, úgymint freonok, halonok, szén-tetraklorid, metil-bromoform, metil-bromid stb. jelentik. Ezek a vegyületek az embert tevékenységek során kerülnek a légkörbe (lásd 8. lecke). Igen stabil vegyületek, amelyek hosszú légköri tartózkodási idejük miatt eljutnak a légkör magasabb részeibe, a sztratoszférába is. Itt atomos Cl és Br válik ki belőlük, amelyek hatására az ózon felbomlik. Az alábbi reakciók játszódnak le:
| CFCl3 Cl (atomos) O3 + Cl (atomos) O2 + ClO ClO (nem stabil) Cl + O O + O O2 Cl (atomos) újra bonthatja az O3-t
| A probléma tehát az, hogy egy-egy ózonkárosító molekula nem egyszerűen elreagál egy-egy ózon molekulával, és utána már nem tud káros hatást kifejteni, hanem egy-egy ózonkárosító molekula számtalan ózonmolekulát képes lebontani.
| Gyűjtse ki és jegyezze meg a poláris sztratoszférikus felhők szerepét az ózon lebontásában! Kövesse végig és jegyezze meg az összefüggést az ózon mennyiségének évszakos változása és az azt okozó tényezők között! Keresse meg és jegyezze meg a választ arra a kérdésre, hogy miért a déli pólus felett jelentősebb az ózonréteg sérülése!
| Érdekesnek tűnik, hogy elsőként miért pont az Antarktisz felett mutatták ki az ózon koncentrációjának igen nagymértékű csökkenését, és a probléma súlypontja még miért mindig ott van, holott az ózonkárosító anyagok kibocsátásában az Antarktisz nem vesz részt. Az Antarktiszre az egyenlítő környékén az erős besugárzás miatt nagy mennyiségben képződő ózonból csak kevés tud eljutni, mert a domináns nyugati szelek a 60. szélességi foknál korlátozzák eljutását az Antarktiszig. A másik fontos okot a poláris sztratoszférikus felhők (PSzF) Antarktisz feletti előfordulásában kell keresnünk. Ezek az igen hideg a poláris sztratoszférikus felhők nagy magasságokban képződnek, és képesek arra, hogy a bennük lévő jégkristályokba felgyűjtsék a klór- és brómvegyületeket. A déli félgömb tavaszán a melegedés miatt a PSzF-k felengednek, a besugárzás intenzitásának növekedése miatt az UV sugárzás hatására a klór- és brómvegyületek felbomlanak, és elkezdik bontani az ózont.
| A déli sarkvidéken a Föld Nap körüli pályájának hajlásszöge miatt az év során a besugárzás mértéke igen jelentősen változik (szemben az egyenlítő körüli területekkel, ahol kicsi az éves változás mértéke). Emiatt az ózon mennyisége is ciklikus változást mutat az év során a déli pólus közelében. Az ózon maximuma (280 Dobson) a nyári félév folyamán (december-január), 18-23 km-en van (ilyenkor -40 °C-nál melegebb van a magasban, nem alakulnak ki PSzF-k). Az ősz és tél folyamán a besugárzás csökken, így igen lassan csökken az ózontartalom is (hiszen az ózon képződéséhez szükség van az UV sugárzásra). 12-15 km feletti magasságokban -90 - -70 °C-ig hűl a légkör, létrejönnek a PSzF-k, amelyekben megkötődnek a klór- és brómtartalmú vegyületek. Tavasz elején (szeptember) 220 Dobson körüli az ózon mennyisége. Tavasszal a hőmérséklet 15-30 km-en gyorsan emelkedik, így a PSzF-kből felszabadulnak a klór- és brómvegyületek, és igen hirtelen, két hét alatt lecsökkentik az ózontartalmat 120 Dobsonra, majd az ózon mennyisége lassan tovább csökken, 15-20 km-en szinte teljesen meg is semmisülhet. Nyárhoz közeledve nő a besugárzás, így nő az ózonképződés is, nyár elejére eléri a 250 Dobson körüli értéket.
| Az északi pólus közelében nincs akkora lehűlés, mint az Antarktiszen, emiatt rövidebb ideig léteznek a PSzF-k, így azok kevesebb klór- és brómtartalmú vegyületet tudnak megkötni. Emiatt azok a légkörzések rendszere és hosszú tartózkodási idejük miatt eljutnak a déli területekre is. 1995-96 telén nagy hideg volt, és ekkor az északi félgömb 45%-ára kiterjedő ózonvékonyodást észleltek (Nagy-Britannia felett 47%-kal csökkent az ózonréteg vastagsága 1996. februárban).
| Gyűjtse ki és jegyezze meg, hogy milyen kapcsolatban áll egymással az üvegházhatás fokozódása és az ózonréteg elvékonyodása!
| Az üvegházhatás fokozódása elősegítheti az ózonréteg vékonyodását, mert a troposzférában bekövetkező melegedés a sztratoszférában lehűlést eredményez (így a PSzF-k hosszabb ideig létezhetnek).
| 5. Az ózonkárosító anyagok kibocsátása elleni nemzetközi lépések
| Tanulmányozza a 4. ábrát, és kövesse végig a szövegben és az ábrán az ózonkárosító anyagoknak az egyre szigorodó egyezmények okozta kibocsátás csökkenését! Jegyezze meg az első, ózonkárosító vegyületekre vonatkozó jegyzőkönyv időpontját és nevét!
| Az ózonréteg nagyarányú károsodására nagyon hamar felfigyeltek nemcsak a kutatók, hanem a döntéshozók is, aminek következtében már 1985-ben nemzetközi egyezmény jött létre az ózonkárosító anyagok csökkentésére Bécsben (keretegyezmény az ózonkárosító anyagok korlátozásáról). Ez volt az első átfogó egyezmény, ami egy globális környezeti problémában megállapodásra vezetett, mielőtt annak konkrét káros hatását az emberiség elszenvedte volna. A bécsi egyezmény értelmében 1987-ben aláírták a Montreali jegyzőkönyvet, melyben konkrét kötelezettségek szerepeltek: 5 freonvegyület esetében 1986-os szinten való korlátozás, 1993-ig 20%-os, 1998-ig 50%-os csökkentési kötelezettség előírása. 1990-ben Londonban a metil-bromoform, szén-tetraklorid is a korlátozandó vegyületek listájára került, és egyes korlátozási határidőket előbbre hoztak. 1992-ben Koppenhágában aláírták, hogy a halonokat 1994-ig, a többi ózonkárosítót 1996-ig ki kell váltani, valamint bővült a korlátozandó anyagok köre is (HCFC, HBFC, metil-bromid). 1995-ben Bécsben és 1999-ben Pekingben a fejlődő országokra is érvényes határidőkben állapodtak meg. Az egyes egyezmények következtében életbe lépő szigorítások jelentősen lecsökkentették az ózonkárosító anyagok kibocsátásának lehetőségét (4. ábra).
Az ózonkárosító anyagok kibocsátásának feltételezett alakulása az egyes nemzetközi egyezmények életbe lépését követően
4. ábra
| Az említett vegyületek hajtógázként való alkalmazását az USA-ban már 1978-tól megtiltották. Az ózonkárosító mesterséges anyagok csökkentésének ütemtervét számos kormány és világszervezet elfogadta. Hazánkban 1993. július 1-től nem gyártható freon hajtógázas szórópalack, 1993 végéig pedig a hűtőgépgyártás és a műanyagipar egészében kiküszöbölték a (telített) freonok használatát. Az egyre szigorodó egyezmények hatására megállt az ózonkárosító anyagok kibocsátásának növekedése, majd csökkenő kibocsátás figyelhető meg. A probléma felismerését követő gyors intézkedéseknek köszönhetően az ózonlyuk mérete és megjelenésének időtartama is csökkenő tendenciát mutatott a 2000-es évek elején. Azóta úgy tűnik, csak átmenetiek voltak a kedvező jelek, mert néhány ingadozást mutató év után 2006-ban minden korábbinál nagyobb ózonlyuk alakult ki. Az 5. ábra az elmúlt évek változásait mutatja. A jövőt tekintve néhány fejlődőnek minősített, de jelentős növekedést mutató országnak nyújtott felmentés veszélyes lehet (pl. Kína).
| Tanulmányozza az 5. ábrát, és kövesse végig az ózonlyuk térbeli és időbeli kiterjedésének változását 1996-2006 között!
Az ózonlyuk nagysága és időbeli kialakulása a Déli Sark környezetében
5. ábra

|  | Önellenőrző kérdések
| 1. Hogyan, milyen anyagból képződik az ózon?
| 2. Melyek az ózon légkörbeli előfordulásának a helyei? Hol káros és hol hasznos az előfordulása?
| 3. Mi az ózonréteg?
| 4. Válassza ki az igaz állításokat! Az ózonrétegre jellemző:
| A sztratoszférában helyezkedik el.
| A Déli sarok felett hiányzik
| Az Egyenlítő felett a legvastagabb.
| Ózontartalmát Dobson egységben mérik.
| A domináns nyugati szelek segítik az egész föld feletti szétterülését.
| Az ózon mennyisége éves ciklus szerint változik.
| 5. Miért fontos a földi élet szempontjából az ózonpajzs megléte?
| 6. Milyen mértékegységben szokás megadni a sztratoszférikus ózon mennyiségét?
| 7. A besugárzás intenzitása és a légkörzés hogyan befolyásolja az ózonréteg vastagságának földrajzi övek szerinti változását?
| 8. Egészítse ki a mondatokat! A sztratoszférikus ózon mennyisége az elmúlt évtizedekben , míg a troposzférikus ózon mennyisége .
| 9. Definiálja az ózonlyuk fogalmát!
| 10. Milyen egészségkárosító hatásai vannak a sztratoszférikus ózoncsökkenésnek?
| 11. Soroljon fel legalább 4 ózonkárosító vegyületet illetve vegyületcsoportot!
| 12. Miért csökkenne a sztratoszférikus ózon mennyisége a károsító anyagok kibocsátásának megszűnése után is évtizedekig?
| 13. Egészítse ki a mondatokat! Az ózonjuk az felett a legnagyobb, ott is mutatták ki először. Az ózon elsősorban az felett képződik. Az Antarktisz az ózonkárosító anyagok kibocsátásában . Az ózon Antarktisz fölé jutását gátolják a 60. szélességi fok körül domináns . A PSzF (poláris ) a bennük lévő megkötik az ózonbontó vegyületeket. Ezek akkor szabadulnak ki, amikor a déli félgömbön van, és gyorsan lecsökkentik az ózontartalmat. Az üvegházhatás fokozódása az ózonréteg vékonyodását, mert a sztratoszférában okoz, ami kedvez a PSzF-k képződésének.
| 14. Adja meg az ózonkárosító anyagok csökkentésére hozott első nemzetközi jegyzőkönyv nevét és időpontját!