Wat is de ozonlaag?

Weet wat het is, welke gassen invloed hebben en wanneer de ozonlaag moet regenereren

ozonlaag

Wat is de ozonlaag? Dit is een zeer belangrijke vraag voor iedereen die zich bezighoudt met de gezondheid van planeet Aarde en, bijgevolg, de onze. Maar om het eerst te beantwoorden, moet u begrijpen hoe sommige basisprocessen in de atmosfeer werken.

Een van de belangrijkste milieuproblemen van chemie en luchtverontreiniging is de aantasting (of afbraak) van de ozonlaag. Je moet hiervan hebben gehoord. De ozonlaag is, zoals de naam al aangeeft, een laag van de atmosfeer van de aarde met hoge concentraties ozon (O3). De hoogste concentratie bevindt zich in de stratosfeer, ongeveer 20 km tot 25 km verwijderd van het aardoppervlak. De piek van deze concentraties bevindt zich op hoge breedtegraden (polen) en de laagste komt voor in tropische gebieden (hoewel de snelheid van O3-productie hoger is in de tropen).

Zoals al is gezegd in ons artikel "Ozon: slechterik of goede vent?", Dit gas kan zowel uiterst belangrijk als essentieel zijn voor het leven op aarde, maar ook een zeer giftige verontreinigende stof. Het hangt allemaal af van de atmosferische laag waarin het zich bevindt. In de troposfeer is hij een slechterik. In de stratosfeer, een goede kerel. In deze kwestie gaan we het hebben over ozon in de stratosfeer, waarbij we wijzen op zijn functies, het belang ervan, hoe het is afgebroken en hoe dit kan worden voorkomen.

Functies

Stratosferische ozon (de goede kerel) is verantwoordelijk voor het filteren van zonnestraling op sommige golflengten (het absorbeert alle ultraviolette B-straling, UV-B genaamd en een deel van andere soorten straling) die in staat is om bepaalde soorten kanker te veroorzaken, zijnde een van het ergste is melanoom. Het heeft ook de functie om de aarde warm te houden, waardoor wordt voorkomen dat alle warmte die op het oppervlak van de planeet wordt uitgestoten, verdwijnt.

Wat is de ozonlaag?

De ozonlaag is, zoals eerder vermeld, een laag die ongeveer 90% van de O3-moleculen concentreert. Deze laag is essentieel voor het leven op aarde, omdat het alle levende wezens beschermt door het filteren van ultraviolette zonnestraling van het type B. Ozon gedraagt ​​zich anders naargelang de hoogte waarop het wordt aangetroffen. In 1930 beschreef de Engelse natuurkundige Sydnei Chapman de productie- en afbraakprocessen van ozon in de stratosfeer op basis van vier stappen: zuurstoffotolyse; ozonproductie; ozonverbruik I; ozonverbruik II.

1. Zuurstoffotolyse

Zonnestraling bereikt een O2-molecuul en scheidt zijn twee atomen. Dat wil zeggen, deze eerste trap verkrijgt twee vrije zuurstof (O) -atomen als product.

2. Ozonproductie

In deze stap reageert elk van de vrije zuurstof (O) die bij de fotolyse wordt geproduceerd met een O2-molecuul, waardoor ozonmoleculen (O3) als product worden verkregen. Deze reactie vindt plaats met behulp van een atoom- of katalysatormolecuul, een stof die ervoor zorgt dat de reactie sneller verloopt, maar zonder actief te handelen en zonder te binden aan de reagentia (O en O2) of het product (O3).

Stap 3 en 4 laten zien hoe ozon op verschillende manieren kan worden afgebroken:

3. Ozonverbruik I

De ozon die in de productiefase wordt gevormd, wordt vervolgens weer afgebroken tot één molecuul O en één O2 door de inwerking van zonnestraling (wanneer het zich in aanwezigheid van golflengten bevindt van 400 nanometer tot 600 nanometer).

4. Ozonverbruik II

Een andere manier waarop ozon (O3) wordt afgebroken, is door te reageren met vrije zuurstofatomen (O). Op deze manier zullen al deze zuurstofatomen recombineren, waarbij twee zuurstofmoleculen (O2) als product ontstaan.

Maar als ozon wordt geproduceerd en afgebroken, wat houdt de ozonlaag dan in stand? Om deze vraag te beantwoorden, moeten we rekening houden met twee belangrijke factoren: de snelheid van productie / vernietiging van moleculen (de snelheid waarmee ze worden geproduceerd en vernietigd) en hun gemiddelde levensduur (tijd die nodig is om de concentratie van een bepaalde verbinding tot de helft van initiële concentratie).

Met betrekking tot de snelheid van productie / vernietiging van de moleculen, werd gevonden dat stappen 1 en 4 langzamer zijn dan stappen 2 en 3 van het proces. Aangezien alles echter begint in het stadium van de fotolyse van zuurstof (fase 1), kunnen we zeggen dat de concentratie van de ozon die moet worden gegenereerd hiervan afhangt. Dit verklaart dan waarom de O3-concentratie afneemt op hoogtes boven 25 km en op lagere hoogten; op hoogtes boven 25 km daalt de O2-concentratie. In lagere atmosferische lagen overheersen langere golflengten, die minder energie hebben om zuurstofmoleculen af ​​te breken, waardoor hun fotolysesnelheid afneemt.

Ondanks de grote ontdekking van deze stappen, zouden we, als we alleen deze vernietigingsprocessen zouden beschouwen, O3-concentratiewaarden verkrijgen die twee keer zo hoog zijn als die welke in werkelijkheid worden waargenomen. Dit gebeurt niet omdat, naast de getoonde stappen, er ook onnatuurlijke ozonafbraakcycli zijn veroorzaakt door ozonafbrekende stoffen (SDO's): producten zoals halon, tetrachloorkoolstof (CTC), chloorfluorkoolstof (HCFK), chloorfluorkoolstof (CFC) en methylbromide (CH3Br). Wanneer ze in de atmosfeer worden vrijgegeven, verplaatsen ze zich naar de stratosfeer, waar ze worden afgebroken door UV-straling, waarbij chloorvrije atomen vrijkomen, die op hun beurt de ozonbinding verbreken en chloormonoxide en zuurstofgas vormen. Het gevormde chloormonoxide zal weer reageren met de zuurstofvrije atomen,vorming van meer chlooratomen, die zullen reageren met zuurstof enzovoort. Geschat wordt dat elk chlooratoom ongeveer 100.000 ozonmoleculen in de stratosfeer kan afbreken en een nuttige levensduur heeft van 75 jaar, maar er is al genoeg ontlading geweest om al bijna 100 jaar met ozon te reageren. Naast reacties met waterstofoxiden (HOx) en stikstofoxiden (NOx) die ook reageren met stratosferische O3, het vernietigen en bijdragen aan de afbraak van de ozonlaag.Naast reacties met waterstofoxiden (HOx) en stikstofoxiden (NOx) die ook reageren met stratosferische O3, het vernietigen en bijdragen aan de afbraak van de ozonlaag.Naast reacties met waterstofoxiden (HOx) en stikstofoxiden (NOx) die ook reageren met stratosferische O3, het vernietigen en bijdragen aan de afbraak van de ozonlaag.

De onderstaande grafiek toont de geschiedenis van het gebruik van SDO's in Brazilië:

ozonlaag

Waar zijn ozonafbrekende stoffen en hoe kunnen ze worden vermeden?

CFC's

Chloorfluorkoolwaterstoffen zijn gesynthetiseerde verbindingen gevormd door chloor, fluor en koolstof, die op grote schaal zijn toegepast in verschillende processen - de belangrijkste zijn hieronder opgesomd:

  • CFC-11: gebruikt bij de vervaardiging van polyurethaanschuimen als expansiemiddel, in spuitbussen en medicijnen als drijfgas, in huishoudelijke, commerciële en industriële koeling als vloeistof;
  • CFC-12: toegepast in alle processen waarin CFC-11 werd gebruikt en ook gemengd met ethyleenoxide, als sterilisator;
  • CFC-113: gebruikt in precisie-elementen in elektronica, als oplosmiddelen voor reiniging;
  • CFC-114: gebruikt in spuitbussen en medicijnen als drijfgas;
  • CFC-115: gebruikt als vloeistof in commerciële koeling.

Deze verbindingen zijn naar schatting ongeveer 15.000 keer schadelijker voor de ozonlaag dan CO2 (kooldioxide).

In 1985 werd het Verdrag van Wenen ter bescherming van de ozonlaag in 28 landen geratificeerd. Met beloften van samenwerking bij onderzoek, monitoring en productie van CFK's, presenteerde de conventie het idee om een ​​milieuprobleem op mondiaal niveau aan te pakken voordat de effecten ervan voelbaar of wetenschappelijk bewezen waren. Om deze reden wordt het Verdrag van Wenen beschouwd als een van de beste voorbeelden van de toepassing van het voorzorgsbeginsel bij grote internationale onderhandelingen.

In 1987 ging een groep van 150 wetenschappers uit vier landen naar Antarctica en bevestigde dat de concentratie van chloormonoxide in die regio ongeveer honderd keer hoger was dan waar ook ter wereld. Vervolgens, op 16 september van hetzelfde jaar, stelde het Protocol van Montreal de noodzaak vast van een geleidelijk verbod op CFK's en hun vervanging door gassen die niet schadelijk waren voor de ozonlaag. Dankzij dit protocol wordt 16 september beschouwd als de Werelddag voor de bescherming van de ozonlaag.

Het Verdrag van Wenen ter bescherming van de ozonlaag en het Protocol van Montreal werden op 19 maart 1990 in Brazilië geratificeerd en op 6 juni van hetzelfde jaar in het land afgekondigd bij decreet nr. 99.280.

In Brazilië is het gebruik van CFC's in 2010 volledig stopgezet, zoals blijkt uit onderstaande grafiek:

CFC-verbruik

HCFK's

Chloorfluorkoolwaterstoffen zijn kunstmatige stoffen die in eerste instantie in kleine hoeveelheden in Brazilië worden geïmporteerd. Door het verbod op CFK's neemt het gebruik echter toe. De belangrijkste toepassingen zijn:

Productie sector

  • HCFC-22: koeling van airconditioning en schuimen;
  • HCFC-123: brandblussers;
  • HCFC-141b: schuimen, oplosmiddelen en spuitbussen;
  • HCFC-142b: schuimen.

Dienstensector

  • HCFC-22: airconditioning koeling;
  • HCFC-123: koelmachines ( chillers );
  • HCFC-141b: reinigen van elektrische circuits;
  • HCFK-mengsels: koelkasten voor airconditioning.

Volgens het ministerie van Milieu (MMA) wordt geschat dat tegen 2040 het verbruik van HCFK's in Brazilië zal zijn geëlimineerd. De onderstaande grafiek toont de evolutie in het gebruik van HCFK's:

HCFC-consumptie

Methylbromide

Het is een gehalogeneerde organische verbinding die onder druk een vloeibaar gemaakt gas is en van natuurlijke of synthetische oorsprong kan zijn. Methylbromide is enorm giftig en dodelijk voor levende wezens. Het werd veel gebruikt in de landbouw en bij de bescherming van opgeslagen goederen en voor het desinfecteren van afzettingen en molens.

In Brazilië zijn de importhoeveelheden van methylbromide al bevroren sinds het midden van de jaren 90. In 2005 verminderde het land de import met 30%.

De onderstaande tabel toont het schema dat door Brazilië is opgesteld voor de eliminatie van het gebruik van methylbromide:

Door Brazilië opgesteld schema voor de eliminatie van het gebruik van methylbromide

Deadline Culturen / toepassingen
11/09/02Zuivering in opgeslagen granen en granen en bij de behandeling na de oogst van gewassen van:
  • avocado;
  • ananas;
  • amandelen;
  • Pruim;
  • hazelnoot;
  • kastanje;
  • cashewnoot;
  • Paranoot;
  • koffie;
  • kopra;
  • citrus;
  • Damascus;
  • Appel;
  • papaja;
  • mango;
  • kweepeer;
  • watermeloen;
  • meloen;
  • Aardbei;
  • nectarine;
  • noten;
  • wacht;
  • perzik;
  • druif.
31/12/04Rook
31/12/06Zaaien van groenten, bloemen en insecticiden
31/12/15Quarantaine en fytosanitaire behandeling voor import- en exportdoeleinden:
  • Toegestane gewassen:
    • avocado;
    • ananas;
    • amandelen;
    • cacaobonen;
    • Pruim;
    • hazelnoot;
    • koffiebonen;
    • kastanje;
    • cashewnoot;
    • Paranoot;
    • kopra;
    • citrus;
    • Damascus;
    • Appel;
    • papaja;
    • mango;
    • kweepeer;
    • watermeloen;
    • meloen;
    • Aardbei;
    • nectarine;
    • noten;
    • wacht;
    • perzik;
    • druif.
  • Houten verpakkingen.
Bron: Gezamenlijke normatieve instructie MAPA / ANVISA / IBAMA nº. 01/2002.

Volgens de MMA is het gebruik van methylbromide alleen toegestaan ​​voor quarantainebehandelingen en behandelingen voorafgaand aan verzending die zijn voorbehouden aan import en export.

Hieronder toont de grafiek de geschiedenis van de consumptie van methylbromide in Brazilië:

Verbruik van methylbromide

Halonen

De halonsubstantie wordt kunstmatig geproduceerd en geïmporteerd door Brazilië. Het is samengesteld uit broom, chloor of fluor en koolstof. Deze stof werd veel gebruikt in blussers voor alle soorten brand. Volgens het Protocol van Montreal zou in 2002 de invoer van halonen, verwijzend naar het gemiddelde van de Braziliaanse invoer tussen 1995 en 1997, toegestaan ​​zijn, met een vermindering van 50% in 2005, en in 2010 zou de invoer volledig verboden zijn. Conama-resolutie nr. 267 van 14 december 2000 ging echter verder en verbood de invoer van nieuwe halonen vanaf 2001, waarbij alleen geregenereerde halonen mogen worden geïmporteerd, aangezien deze geen deel uitmaken van het eliminatieschema van het protocol.

Halon-1211 en halon-1301 worden voornamelijk gebruikt bij het bestrijden van branden op zee, in de luchtvaart, op olieschepen en olie-extractieplatforms, in culturele en artistieke collecties en in kracht- en kerncentrales, naast het gebruik van leger. In deze gevallen is het gebruik toegestaan ​​vanwege de efficiëntie bij het blussen van branden zonder residuen achter te laten en zonder systemen te beschadigen.

Volgens onderstaande grafiek heeft Brazilië het verbruik van halonen al geëlimineerd.

Halon consumptie

Chloor

Chloor komt op een antropogene manier (via menselijke activiteit) in de atmosfeer terecht, voornamelijk door het gebruik van CFK's (chloorfluorkoolwaterstoffen), die we hierboven al hebben gezien. Het zijn gasvormige synthetische verbindingen die veel worden gebruikt bij de vervaardiging van sprays en in oudere koelkasten en diepvriezers.

Stikstofoxiden

Sommige natuurlijke bronnen zijn microbiële transformaties en elektrische ontladingen in de atmosfeer (stralen). Ze worden ook gegenereerd door antropogene bronnen. De belangrijkste is het verbranden van fossiele brandstoffen bij hoge temperaturen. Om deze reden vindt de emissie van deze gassen plaats in de troposfeer, de laag van de atmosfeer waarin we leven, maar ze worden gemakkelijk naar de stratosfeer gevoerd via het convectiemechanisme en kunnen dan de ozonlaag bereiken en deze aantasten.

Een van de methoden om NO- en NO2-emissies te vermijden, is het gebruik van katalysatoren. De katalysatoren van industrieën en auto's hebben de functie om chemische reacties te versnellen die verontreinigende stoffen omzetten in producten die minder schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid en het milieu, voordat ze in de atmosfeer terechtkomen.

Waterstofoxiden

De belangrijkste bron van HOx in de stratosfeer is de vorming van OH uit de fotolyse van ozon, die aangeslagen zuurstofatomen produceert die reageren met waterdampen.

Gat in de ozonlaag

ozonlaag

Afbeelding: NASA

In 1985 werd vastgesteld dat er tussen september en november een aanzienlijke vermindering van ongeveer 50% van de ozon in de stratosfeer was, wat overeenkomt met de lente op het zuidelijk halfrond. De verantwoordelijkheid werd toegeschreven aan de werking van chloor uit CFK's. Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat het proces al sinds 1979 plaatsvindt.

Het enige gat in de ozonlaag bevindt zich boven Antarctica - elders gebeurde er de langzame en geleidelijke afname van de ozonlaag.

Er is echter een grote huidige trend van omkering van schade aan de ozonlaag, als gevolg van de maatregelen die zijn aangenomen in het Protocol van Montreal, zoals geïnformeerd door het Ontwikkelingsprogramma van de Verenigde Naties (UNDP). De verwachting is dat in 2050 de laag hersteld zal zijn naar het niveau van voor 1980.

Nieuwsgierigheid: waarom alleen op de Zuidpool?

De verklaring voor het gat dat zich alleen boven Antarctica voordoet, kan worden gegeven door de speciale omstandigheden van de Zuidpool, zoals lage temperaturen en geïsoleerde atmosferische circulatiesystemen.

Vanwege de convectiestromen circuleren de luchtmassa's ononderbroken, maar in Antarctica, vanwege het feit dat de winter extreem streng is, vindt er geen luchtcirculatie plaats, waardoor convectiekringen ontstaan ​​die beperkt zijn tot het gebied, die de polaire vortex of vortex worden genoemd.

Zie ook deze korte video geproduceerd door het National Institute for Space Research (Inpe) over de afbraak van de ozonlaag door CFK's:


Original text