Warstwa ozonowa

W innym warstwy atmosfery  istnieje warstwa, której stężenie ozonu jest najwyższe na całej planecie. To jest tak zwana warstwa ozonowa. Obszar ten znajduje się w stratosferze około 60 km nad poziomem morza ma niezbędne skutki dla życia na planecie.

Wraz z emisją niektórych szkodliwych gazów do atmosfery przez ludzi, warstwa ta uległa przerzedzeniu, które zagroziło jej życiu na planecie. Jednak dzisiaj wydaje się, że się odradza. Chcesz wiedzieć, jaką funkcję pełni warstwa ozonowa i jak ważna jest dla ludzi?

Gaz ozonowy

Aby zacząć wiedzieć, jaką funkcję pełni warstwa ozonowa, musimy najpierw poznać właściwości gazu, z którego się składa: ozonu. Jego wzór chemiczny to O3 i jest to alotropowa forma tlenu, czyli jedna z modalności, w których można go znaleźć w przyrodzie.

Ozon to gaz, który rozkłada się na zwykły tlen w zwykłej temperaturze i ciśnieniu. Wydziela również przenikliwy siarkowy zapach, a jego zabarwienie jest delikatnie niebieskawe. Gdyby ozon znajdował się na powierzchni ziemi byłby toksyczny dla roślin i zwierząt. Jednak występuje on naturalnie w warstwie ozonowej i bez tak wysokiego stężenia tego gazu w stratosferze nie bylibyśmy w stanie wyjść na zewnątrz.

Rola warstwy ozonowej

Ozon jest ważnym obrońcą życia na powierzchni Ziemi. Wynika to z jego funkcji filtru ochronnego przed promieniowaniem ultrafioletowym pochodzącym od Słońca. Ozon jest odpowiedzialny za pochłanianie głównie promieni słonecznych znajdujących się w długość fali pomiędzy 280 a 320 nm.

Kiedy promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca uderza w ozon, cząsteczka rozpada się na tlen atomowy i zwykły tlen. Kiedy zwykły i atomowy tlen spotykają się ponownie w stratosferze, łączą się ponownie, tworząc cząsteczkę ozonu. Reakcje te są stałe w stratosferze, a ozon i tlen współistnieją w tym samym czasie.

Charakterystyka chemiczna ozonu

Ozon to gaz, który można wykryć podczas burz z wyładowaniami elektrycznymi oraz w pobliżu sprzętu wysokiego napięcia lub iskrzenia. Na przykład w mieszalnikach, kiedy iskry powstają w wyniku kontaktu szczotek, wytwarzany jest ozon. Można go łatwo rozpoznać po zapachu.

Gaz ten może się skraplać i wyglądać jak bardzo niestabilna niebieska ciecz. Jeśli jednak zamarznie, będzie miał kolor czarno-fioletowy. W tych dwóch stanach jest substancją bardzo wybuchową, biorąc pod uwagę jej dużą siłę utleniającą.

Kiedy ozon rozkłada się na chlor, jest w stanie utleniać większość metali i chociaż jego stężenie na powierzchni ziemi jest bardzo małe (tylko około 20 ppb), jest w stanie utleniać metale.

Jest cięższy i bardziej aktywny niż tlen. Jest również bardziej utleniający, dlatego jest używany jako środek dezynfekujący i bakteriobójczy, ze względu na utlenianie bakterii, które ten efekt. Był używany do oczyszczania wody, niszczenia materii organicznej lub powietrza w szpitalach, łodziach podwodnych itp.

W jaki sposób wytwarzany jest ozon w stratosferze?

Ozon jest wytwarzany głównie wtedy, gdy cząsteczki tlenu są poddawane działaniu dużej ilości energii. Kiedy tak się dzieje, cząsteczki te stają się wolnymi rodnikami atomowymi tlenu. Ten gaz jest wyjątkowo niestabilny, więc gdy napotyka inną, pospolitą cząsteczkę tlenu, wiąże się, tworząc ozon. Ta reakcja występuje mniej więcej co dwie sekundy.

W tym przypadku źródłem energii, które poddaje zwykły tlen, jest promieniowanie ultrafioletowe ze słońca. Promieniowanie ultrafioletowe dysocjuje tlen cząsteczkowy na tlen atomowy. Kiedy atomowe i molekularne cząsteczki tlenu spotykają się i tworzą ozon, jest on z kolei niszczony przez samo działanie promieniowania ultrafioletowego.

Warstwa ozonowa jest ciągła tworzenie i niszczenie cząsteczek ozonu, tlen cząsteczkowy i tlen atomowy. W ten sposób powstaje dynamiczna równowaga, w której ozon jest niszczony i tworzy się. W ten sposób ozon działa jak filtr, który nie przepuszcza szkodliwego promieniowania na powierzchnię Ziemi.

Warstwa ozonowa

Sam termin „warstwa ozonowa” jest ogólnie źle rozumiany. Oznacza to, że koncepcja jest taka, że ​​na określonej wysokości w stratosferze występuje wysokie stężenie ozonu, który pokrywa i chroni Ziemię. Mniej więcej jest przedstawione tak, jakby niebo było pokryte chmurą.

Jednak tak nie jest. Prawda jest taka, że ​​ozon nie jest skoncentrowany w warstwie ani nie znajduje się na określonej wysokości, ale raczej, że jest to rzadki gaz, który jest silnie rozcieńczony w powietrzu, a ponadto pojawia się z ziemi poza stratosferę . To, co nazywamy „warstwą ozonową”, to obszar stratosfery, w którym występuje koncentracja cząsteczek ozonu jest stosunkowo wysoka (kilka cząstek na milion) i znacznie wyższe niż inne stężenia ozonu na powierzchni. Ale stężenie ozonu w porównaniu z innymi gazami w atmosferze, takimi jak azot, jest znikome.

Gdyby warstwa ozonowa zniknęła, promienie ultrafioletowe słońca uderzyłyby bezpośrednio w powierzchnię ziemi bez żadnego rodzaju filtra i spowodowałyby sterylizację powierzchni, unicestwiając całe życie ziemskie. 

Stężenie ozonu w warstwie ozonowej wynosi około 10 części na milion. Stężenie ozonu w stratosferze zmienia się wraz z wysokością, ale nigdy nie przekracza jednej stutysięcznej atmosfery, w której się znajduje. Ozon jest tak rzadkim gazem, że gdybyśmy za chwilę oddzielił go od reszty powietrza i przyciągnął do ziemi, miałby tylko 3 mm grubości.

Zniszczenie warstwy ozonowej

Warstwa ozonowa zaczęła się pogarszać już w latach 70-tych, kiedy zauważono szkodliwe działanie, jakie mają na nią gazy tlenku azotu. Gazy te zostały wyrzucone przez samoloty naddźwiękowe.

Podtlenek azotu reaguje z ozonem, tworząc tlenek azotu i zwykły tlen. Chociaż tak się dzieje, działanie na warstwę ozonową jest minimalne. Gazy, które naprawdę uszkadzają warstwę ozonową, to CFC (chlorofluorowęglowodory). Gazy te są wynikiem zastosowania syntetycznych chemikaliów.

Po raz pierwszy zubożenie warstwy ozonowej było znane w 1977 roku na Antarktydzie. W 1985 roku można było zmierzyć, że szkodliwe promieniowanie ultrafioletowe ze Słońca wzrosło 10-krotnie i że warstwa ozonowa nad Antarktydą zmniejszył się o 40%. Stamtąd zaczęto mówić o dziurze ozonowej.

Zanikanie warstwy ozonowej długo pozostawało tajemnicą. Wyjaśnienia związane z cyklami słonecznymi lub dynamicznymi właściwościami atmosfery wydają się bezpodstawne i dziś wydaje się, że jest to spowodowane wzrostem emisji freonów (chlorofluorowęglowodoru lub CFC), gaz używany w przemyśle aerozolowym, tworzywa sztuczne oraz obwody chłodnicze i klimatyzacyjne.

CFC to bardzo stabilne gazy w atmosferze, ponieważ nie są toksyczne ani łatwopalne. Daje im to długą żywotność, umożliwiając niszczenie cząsteczek ozonu, które są na Twojej drodze przez długi czas.

Gdyby warstwa ozonowa została zniszczona, wzrost promieniowania UV wywołałby katastrofalną serię reakcji biologicznych, takich jak wzrost częstości chorób zakaźnych i raka skóry.

Z drugiej strony produkcja gazów cieplarnianych (emitowanych z powierzchni Ziemi głównie w wyniku działania człowieka), które generują tzw. "Efekt cieplarniany", będzie skutkować globalnym ociepleniem z regionalnymi zmianami temperatury, co będzie skutkować wzrostem poziomu mórz w wyniku między innymi stopniowego topnienia dużych mas lodu polarnego.

To jest jak ryba, która gryzie swój ogon. Im większa ilość promieniowania słonecznego oddziałującego na powierzchnię ziemi, tym większy wpływ na temperaturę. Jeśli dodamy do tego skutki globalnego ocieplenia wywołane zwiększonym efektem cieplarnianym i częstszym występowaniem promieni UV ze Słońca na masy lodowe, takie jak Antarktyda, możemy zobaczyć, że Ziemia jest zanurzona w stanie przegrzanie napędzane przez to wszystko.

Jak widać, warstwa ozonowa ma kluczowe znaczenie dla życia na planecie, zarówno dla ludzi, jak i dla roślinności i zwierząt. Utrzymanie warstwy ozonowej w dobrym stanie jest priorytetem i dlatego rządy muszą kontynuować prace nad zakazem emisji gazów niszczących ozon.