Озонска обвивкаОзонската обвивка преставува дел од атмосферата на височина од 19 до 48км од земјината површина, иако дебелината на слојот варира со годишните времиња и географски.[1] Според тоа каде се наоѓа озонот, тој може да го заштити или да му наштети на живиот свет. Најголем дел од озонот (над 91%) се наоѓа во озонската обвивка во стратосферата (обвивка на атмосферата меѓу 10 и 40 кm над Земјата), каде делува како штит кој ја заштитува земјината површина од штетното ултравиолетово зрачење[2]. Со слабеењето на оваа обвивка, луѓето и живиот свет би биле поизложени на УВ зрачења кои предизвикуваат рак на кожата, катаракти и имуни заболувања. Поблизу до Земјата во тропосферата (обвивка на атмосферата од површината до 10 km височина), озонот е штетен загадувач што предизвикува оштетувања на белодробното ткиво и на растенијата.

Количините на „добар“ - стратосферски и „лош“ - тропосферски озон зависат од балансот помеѓу процесите кои го создаваат и оние кои го уништуваат. Нерамнотежата на балансот може да има сериозни последици за животот на Земјата, бидејќи научниците добиваат докази дека се случуваат промени во нивоата на озонот, нивото на штетниот тропосферскиот озон се зголемува во воздухот кој го дишиме, а корисниот стратосферски озон се намалува во нашата заштитна озонска обвивка.

Потекло на озонот

Претворање на кислородот во озон.

Во стратосферата, озонот се создава главно од ултравиолетовото зрачење. Кога високо енергетските УВ зраци ги погодуваат обичните кислородни атоми (О2), тогаш тие го делат молекулот во два посебни кислородни атоми. Слободниот кислороден атом тогаш се соединува со друг кислороден молекул и се формира молекула на озон (О3). Озонот е мошне важен, бидејќи апсорбира спектар на ултравиолетови зраци. Кога

1

молекул на озон апсорбира дури и ултравиолетово зрачење со ниска енергија, тој се дели во обичен молекул на кислород и слободен кислороден атом. Обично слободниот кислороден атом бргу пак се соединува со молекул на обичен кислород, формирајќи друг молекул на озон. Заради овој озонско-кислороден циклус, штетните ултравиолетови зраци постојано се претвораат во топлина.

Природните реакции освен озонско-кислородниот циклус опишан погоре исто така влијаат врз концентрацијата на озон во стратосферата т.е. во озонската обвивка. Бидејќи озонот и атомите на слободен кислород се многу нестабилни, тие лесно реагираат со соединенија на азот, водород и хлор кои се природно наоѓаат во земјината атмосфера (ослободени и од копнени и од океански извори). На пример, еден единствен атом на хлор може да претвори озон во кислороден молекул и оваа загуба на озон влијае врз создавањето на озон од високо енергетските УВ зраци кои ги погодуваат молекулите на кислород.Озонот (грч. ozeine, “да мириса”), е бледо син, високо отровен гас со силен мирис. Озонот се смета за загадувач на земјино ниво, но озонската обвивка во горните делови на атмосферата го заштитува животот на Земјата од штетната сончева ултравиолетова радијација.Озонот е една од трите форми, наречени алотропи, на елементот кислород. Озонот е триатомски кислород, што значи дека има три атоми во секој молекул (формула О3). Обичниот, или двоатомски кислород (O2) е повеќе стабилен од озонот и затоа е голема неговата застапеност во атмосферата. Електрични искри и ултравиолетово зрачење можат да предизвикаат обичниот кислород да се претвори во озон. Присуството на озон понекогаш предизвикува забележителен мирис близу електрични излези.

Молекула на озон

Назив според IUPAC Идентификатори CAS број [10028-15-6] PubChem 24823 RTECS број RS8225000 Својства Молекулска формула O3 Моларна маса 47,998 g·mol−1 Изглед синкаст скоро безбоен гас Густина 2,144 g/L (0 °C), гас Точка на топење 80.7 K, −192.5 °CТочка на вриење 161.3 K, −111.9 °C

2

Растворливост во water 0,105 g/100mL (0 °C) Индекс на прекршување (nD) 1,2226 (течност) Термохемија Ст. енталпија наформирање ΔfHo

298 +142,3 kJ·mol−1 Стандардна моларнаентропија So

298 237,7 J·K−1.mol−1 Штетност EU класификација Оксиданс (O)

Во долните делови на атмосферата, озонот,се содржи во мали концентрации. Обвивката на атмосферата од 19 до 48 km над морско ниво, во слојот стратосфера, содржи поголемо количество на озон, создаден пој дејство на ултравиолетовите зраци од Сонцето. Дури и во оваа обвивка, процентот на озон е само 0,001 по волумен. Атмосферските нарушувања носат големи количини озон на Земјата. Човечката активност додава озон во долниот дел од атмосферата, каде станува загадувач и може да предизвика голема штета.

Озонската обвивка стана предмет на грижа во раните 1970-ти, кога се пронајдени хемикалии познати како хлорофлурокарбонати (CFC), или хлорофлурометани, кои се издигнувале во атмосферата во големи количини заради нивната употреба во фрижидери и аеросол распрскувачи. Загриженоста се фокусирала на можноста дека овие соединенија, преку дејството на сончевата светлина, можат хемиски да го нападнат и уништат стратосферскиот озон, кој ја штити земјината површина од преголемо ултравиолетово зрачење. Како резултат на ова, индустриите во светот ги замениле CFC супстанциите во скоро сите нивни употреби. При нормални теператури и притисок озонот е гас со специфична тежина од 2,144 (околу 1,5 пати од густината на кислородниот гас). Озонот се смета за само мал процент од атмосферата и е невидлив, но високи концентрации на озонскиот гас се бледо сини. Гасот се кондензира на -111,9°С , а замрзнува на -192,5°С. Течниот озон е темно син и е диамагнетичен (се одбива од магнетни полиња). Цврстиот озон е темно виолетов. Озонот е многу повеќе хемиски реактивен од обичниот кислород. Се користи за прочистување на вода, стерилизирање на воздухот и за избелување на одредени видови храна.

Ефект врзживотната средина

Озонот на земно ниво преставува опасност по здравјето, предизвикувајќи респираторни заболувања како бронхитис и астма. Истотака ја оштетува и вегетацијата и предизвикува гумата и некои пластики да се декопензираат. Азотните оксиди и штетните органски гасови емитувани од автомобилите комбинирани со индустриските извори предизвикуваат формирање на озон. Во 1998, Агенцијата за Заштита на Животната Средина на Соединетите Американски Држави (ЕРА), имплементирала нов закон дизајниран да се намали количеството на азотни оксиди ослободени од фабриките со погон на јаглен. Многу градови издаваат јавни предупредувања кога нивото на озон во воздухот достигне опасно ниво.

Озонот, пак, во горниот дел од атмосферата, е витален за животот. Овој озон се формира од дејството на ултравиолетовите зраци од Сонцето на молекулите на обичен кислород. Озонската обвивка го апсорбира ултравиолетовото зрачење така што тоа никогаш не стигнува до пвршината на Земјата. Одредени индустриски соединенија предизвикуваат озонот да се распаѓа, отворајќи дупки во озонската обвивка и го изложува живиот свет на површината на опасни нивоа на ултравиолетово зрачење. Еден едiнствен атом на хлор, на пример, може да уништи стотици или илјадници молекули на озон бидејќи хлорот делува како катализатор и не е вклучен во процесот.

3

Уништувањена озонската обвивка

Глобална месечна просечна количина на вкупниот озон од 1980.

Научниците веруваат дека нивото на озон се менува периодично како последица на постојаните природни циклуси како што се годишните времиња, ветровите и разните долгорочни варијации на сончевото зрачење. Истотака, вулкански ерупции можат да исфрлат материјал во атмосферата кој може да води до уништување на озонот.

Почнувајќи од раните 1970-ти, научниците нашле докази дека човечките активности го нарушуваат озонскиот баланс или рамнотежа. Човечкото создавање на хемикалии кои содржат хлор, како што се хлорофлурокарбонатите (CFC) додале дополнителен фактор кој го уништува озонот. CFC се соединенија составени од хлор, флуор и јаглерод сврзани заедно.[3] Бидејќи тие се многу стабилни молекули, не реагираат лесно со други хемикалии во долниот дел на атмосферата. Една од неколкуте сили која може да го расцепи молекулот на CFC е УВ-зрачењето. Во долната атмосфера, CFC молекулите се заштитени од УВ-зрачење од самата озонска обвивка. Така CFC молекулите може да мигрираат недопрени нагоре кон стратосферата. Иако CFC молекулите се потешки од возухот, воздушните струења и процесите на мешање на атмосферата ги носат во стратосферата.

Кога молекулите на CFC се во стратосферата, тие веќе не се заштитени од ултравиолетовите зраци. Бомбардирани од сончевото УВ-зрачење, CFC молекулите се распаѓаат, ослободувајќи атоми на хлор. Слободните атоми на хлор тогаш реагираат со озонските молекули, земајќи еден кислороден атом за да формираат хлор моноксид, оставајќи молекули на обичен кислород.

Ако секој атом на хлор ослободен од молекул на CFC уништува само едн молекул на озон, тогаш CFC молекулите не би биле сериозна закана за озонската обвивка. Но, кога молекулот на хлор моноксид ќе најде слободен атом на кислород, тогаш кислородниот атом го расцепува молекулот на хлор моноксид и го одзема кислородниот атом, а со тоа го ослободува атомот на хлор во атмосферата. Оваа реакција се случува повеќе

4

пати, овозможувајќи еден единствен атом на хлор да делува како катализатор, уништувајќи многу молекули на озон.

За среќа, атомите на хлор не остануваат во стратосферата засекогаш. Кога слободниот атом на хлор ќе реагира со гасови како што е метанот (СН4), се сврзува во молекул на хлороводород (HCl), кој може да биде носен надолу кон тропосферата, каде тој исчезнува заедно со дождовите. Затоа, доколку луѓето престанат да употребуваат хемикалии како CFC и други кои се штетни по озонот, а одат во стратосферата, можеби озонската обвивка евентуално самата ќе се поправи.

Озонската дупка надАнтартикот

Секоја пролет, озонската обвивка над Антартикот скоро исчезнува, формирајќи „дупка“ над целиот континент. Дупката е создадена како резултат на интеракцијата на некои хемикалии создадени од човекот, на пример-фреонот со уникатната клима на Антартикот и екстремно ниските температури. Озонот во стратосферата го апсорбира ултравиолетовото зрачење од Сонцето, а со тоа го заштитува живиот свет. По откривањето на озонската дупка, многу од хемикалиите кои го уништуваат озонот се забранети, но тие ќе останат во атмосферата уште десетици години.

Во 2000 година, озонската дупка пораснала побргу од вообичаено и исклучително се проширила. До првата недела на септември дупката била најголема од кога и да е - 11,4 милиони квадратни милји. Релативно типична мерка за нивото на озон во атмосферата е 300 Добсонови Единици и е еквивалентно на 0,12 инчи дебела озонска обвивка. Нивоа под 200 Добсонови Единици се сметаат за значително уништување на озонот. Рекордно ниското ниво на озон се мисли дека е резултат на ниските температури на Антартикот во есента и зимата. Во октомври, дупката се намалила драматично, многу побргу од вообичаено. До крајот на октомври, дупката била само една третина од претходната големина. Во типична година, озонската дупка не исчезнува до крајот на ноември. Научниците на НАСА биле изненадени со ова рано намалување на озонската дупка и шпекулираат дека е поврзано со климата во регионот.

Глобални напори за заштита на озонската обвивка

Процесот на уништување на озонската обвивка преставува сериозна закана за биосферата на нашата планета, вклучувајќи го и здравјето на човекот. Штетните ултравиолетови зрачења предизвикуваат повеќе сериозни заболувања како рак на кожата и катаракта. Поради овие причини, зачувувањето на ознонската обвивка е витално за нашиот живот. Од откривањето на проблемот до денес, човештвото превзело повеќе мерки за заштита на озонската обвивка од нејзино понатамошно уништување, како и мерки со кои ќе се поправи веќе направената штета:[4]

Во 1978 САД ја забрани употребата на CFC во лакови за коса и други аеросоли. Меѓународна конференција е создадена во САД за контролирање на овие хемикалии, потпишана од 22 земји. Создавањето и употребата на CFC од овој момент понатаму се ограничени.

50% намалување на продукцијата на CFC на глобално ниво до 2000 година. 90 земји станале потписнички на конференцијата .

5

Во 1987, е донесен меѓународен договор наречен Монтреалски протокол. Тој е потпишан од повеќето индустријализирани земји; во кој се целта е да се целосно исклучат средствата за индустријата која произведува CFC хемикалии, а со тоа и нивна целосна елиминација до годината 2000. Со овој договор е направен ефект, меѓутоа било тешко некои посиромашни нации како Кина и Индија строго да се придржуваат до договорот, поради големата важност на производството на CFC за нивната економија.

Создавање на Виенската Конвенција за Заштита на Озонската Обвивка. Во 1981 раководечкото собрание создало работна група да подготви конвенција во глобални рамки за заштита на озонската обвивка. Нејзините цели биле да обезбедат генерален договор за да се спречи уништувањето на озонската обвивка. Најпрвин, генералниот договор бил донесен; потоа странките почнале да го решаваат потешкиот проблем – донесувањето и одобрувањето на протоколи со кои ќе се естаблираат одредени контроли.

1990 во САД е изгласан „Амандманот за Чист Воздух“. CFC хемикалиите се потполно исчезнати до 1 јануари 1996. На 15 мај 1993 се издадени етикети за предупредување кои се испечатени на сите

производи кои содржат супстанции кои се штетни за озонот. Рециклирањето може да има голема улога во спречувањето на ослободување на CFC

во атмосферата од некои уреди како што се старите фрижидери кои сѐ уште ги содржат овие хемикалии.

Направени се обиди да се создадат супстанции кои не се штетни за озонската обвивка. Една од нив е хидро-хлоридофлуројаглерод-123 или HCFC-123 (CF3CHCl2). Присуството на водороден атом го прави соединението по реактивно на оксидација во долните слоеви на атмосферата, така што не оди во стратосферата. Меѓутоа, водородот го прави соединението повеќе биолошки реактивно од CFC. Лабараториските тестови покажале дека HCFC-123 може да предизвика тумори кај стаорци, иако токсичниот ефект врз луѓето е непознат.

Со намалувањето на хлорните атоми, научниците предложиле испраќање на флота на авиони кои ќе испрскаат 50000 тони етан (C2H6) или пропан (C3H8) над Антартикот. Бидејќи хлорниот атом е реактивен, тој би реагирал со испрсканите органски супстанции. Производите на овие реакции нема да влијаат врз озонската концентрација во стратосферата.

Помалку реактивен план со кој ќе се обнови озонската обвивка е да се создадат големи количини на озон, а потоа истите да се исфрлат во стратосферата преку авиони. Технички ова решение е изведливо, но самата постапка би била скапа и за нејзино извршување би била потребна соработката на повеќе држави.

Во производството на фрижидери се пронајдени неколку алтернативи како на пример, greenfreeze, мешавина од пропан и изобутан. Со тоа се трајно заменети CFC хемикалиите во овие уреди.

Во август 2003 научниците објавиле дека распадот на озонската обвивка можеби се намалува поради меѓународната забрана на CFC.

Стратосферата е слој од атмосферата кој се простира над тропосферата до височина од 80 km. Воздухот во овој дел од атмосферата е доста разреден и сув. Затоа во неа небото е без облаци. Во оваа сфера, на височина меѓу 20 и 40 km постои голема концентрација на озон. Овој слој на стратосферата се нарекува озоносфера (или озонска обвивка). Озонот ги впива ултравиолетовите сончеви зраци, со што ја определува температурната структура на стратосферата, а со тоа и ги заштитува живите организми на Земјата од нивното штетно дејство. Меѓутоа, озоносферата во

6

последно време, поради емисија на разни штетни супстанции, е загрозена. Првенствено, згрозувачи на озоносферата се фреоните (познати како CFCs, смеса на гасови составена од хлор, флуор и јаглерод), како и други халогени деривати на јаглеводородите (кои наместо флуор и хлор, содржат друг халоген елемент: бром, јод итн. Температурата на воздухот во долните делови од стратосферата, односно од горната граница на тропосферата, па се до озонскиот слој не се менува и останува околу -55oC. Но, во озоносферата температурата се покачува и достигнува до над 80oC. Над озоносферата температурата започнува да опаѓа и во најгорните делови на стратосферата таа изнесува и до -80oC. Тропосферата го опфаќа приземниот, најгуст слој на атмосферата. Нејзината маса изнесува приближно околу 75% од вкупната маса на атмосферата. Нејзината дебелина се движи од 8 km над поларните до 18 km над екваторијалните предели. Во неа се наоѓа околу 90% од вкупната маса на воздухот и скоро целото количество на водена пареа. Затоа, во тропосферата се одвиваат сите атмосферски појави: водениот циклус, циркулација на воздушните маси, создавање на облаците, врнежите итн. Температурата на воздухот во тропосферата опаѓа со порастот на височината за 6oC на секои илјада метри. На нејзината горна граница, температурата изнесува од -50 до -80oC. Многубројните појави и процеси во тропосферата имаат значајно влијание врз времето и климата над одредени области на Земјата. Затоа таа е најважна за живиот свет, а и целата биосфера е составен дел на тропосферата.

7