ozÓn - vitajte na stránkach gls!gymlsbj.sk/pk/chemia/download/ozon.pdf · ozón (seminárna...

Gymnázium Leonarda Stöckela, Jirásková 12, 085 01 Bardejov

OZÓN

Seminárna práca z chémie

Martin Michalík Lenka Adamondyová

4.C

ČESTNÉ VYHLÁSENIE

Vyhlasujem, že seminárnu prácu na tému Ozón sme vypracovali samostatne s použitím uvedených zdrojov. _____________________ ____________________ podpis podpis Martin Michalík Lenka Adamondyová

Ozón (seminárna práca)

Martin Michalík školský rok: 2004/2005 - 2 - Lenka Adamondyová

OOBBSSAAHH Obsah.....................................................................................................................................2 Úvod ......................................................................................................................................4 Vlastná práca..........................................................................................................................5

1. Ozón, ozónová vrstva – základné údaje, pojmy.......................................................5 1.1. Fyzikálne vlastnosti ozónu ..................................................................................5 1.2. Ozónová vrstva ...................................................................................................5

1.2.1. Slnečné žiarenie ..............................................................................................7 1.2.1.1. Delenie slnečného žiarenia ......................................................................7 1.2.1.2. Ultrafialové slnečné žiarenie....................................................................7

1.2.1.2.1. Odrazené a pohltené slnečné UV žiarenie .........................................7 1.2.1.2.2. UV žiarenie prenikne na zemský povrch aj za oblačného dňa............8 1.2.1.2.3. Nadmorská výška a slnečné UV žiarenie...........................................8

1.2.2. Výška slnka.....................................................................................................8 1.2.3. Predpoveď UV Indexu ....................................................................................8

1.3. Ozónová diera.....................................................................................................9 1.3.1. Porovnanie ozónovej diery v rámci štyroch rokov .........................................10 1.3.2. Porovnanie ozónovej diery v rámci dvoch rokov ...........................................10 1.3.3. Porovnanie ozónovej diery nad Antarktídou v rámci rokov 1980-2002..........10

1.4. Historické fakty o ozóne a ozonometrii. ............................................................11 1.5. Dobsonova jednotka..........................................................................................11 1.6. Meranie ozónu dnes ..........................................................................................11

1.6.1. Brewerov ozónový spektrofotometer .............................................................11 1.6.2. Dobsonov ozónový spektrofotometer ............................................................11 1.6.3. Ozonometrická sondáž atmosféry..................................................................12

2. Atmosféra................................................................................................................13 2.1. Stručné fakty o atmosfére, v ktorej sa vyskytuje ozón .......................................13

2.1.1. Fyzikálne a chemické vlastnosti atmosféry....................................................13 2.1.2. Rozdelenie atmosféry....................................................................................13 2.1.3. Výška od povrchu zeme, v ktorej sú absorbované jednotlivé rôzne vlnové dĺžky svetelného žiarenia ..........................................................................................14 2.1.4. Teplota jednotlivých vrstiev atmosféry..........................................................15

2.2. Rozloženie ozónu v atmosfére...........................................................................15 2.2.1. Nerovnomernosť výskytu ozónu v atmosfére.................................................15

2.2.1.1. Celkové množstvo ozónu vo vertikálnom stĺpci atmosféry. ....................16 2.2.1.1.1. Prízemný (troposférický) ozón........................................................16 2.2.1.1.2. Stratosferický ozón .........................................................................16

2.2.1.2. Geografické rozloženie ozónu................................................................16 2.2.1.3. Množstvo ozónu v ročných obdobiach...................................................16

2.2.1.3.1. Premenlivosť výskytu ozónu počas jedného roka (2005).................17 2.2.1.4. Výskyt ozónu okolo nás a v prírode.......................................................17 2.2.1.5. Výskyt ozónu z globálneho hľadiska .....................................................17 2.2.1.6. Výskyt ozónu na nad územím Slovenska od roku 1998 po rok 2004 ......19

3. Chemizmus vzniku a rozpadu stratosferického ozónu..........................................20 4. Význam stratosferického ozónu .............................................................................23 5. Antropogénne vplyvy na ozonosféru......................................................................24

5.1. Freóny ..............................................................................................................24 5.2. Látky podobné freónom, oxidy..........................................................................25

6. Spozorovanie zmeny stavu stratosferického ozónu ...............................................27



7. Biologické následky z narušenia ozonosféry ..........................................................28 7.1. Vplyv na človeka ..............................................................................................28

7.1.1. Ľudská pokožka ............................................................................................28 7.1.1.1. MED – minimálna erytémová dávka......................................................28 7.1.1.2. Fototyp pokožky....................................................................................28 7.1.1.3. Odporúčaný čas opaľovania...................................................................28

7.1.2. Slnečný ochranný faktor................................................................................29 7.1.3. Ochrana pred UV ..........................................................................................30

7.2. Vplyv na biosféru na pevninách ........................................................................30 7.3. Vplyv na morské organizmy .............................................................................30 7.4. Priamy účinok molekulárneho ozónu na biosféru ..............................................31

8. Dôsledky z narušenia ozonosféry – aktivity človeka na zníženie ubúdania ozónovej vrstvy ...............................................................................................................32

8.1. Objavenie deštrukcie ozónovej vrstvy ...............................................................32 8.2. Výsledky jednaní: medzinárodné záväzky v oblasti ochrany ozónovej vrstvy Zeme 32

8.2.1. Graf celosvetovej produkcie CFC a HCFC od roku 1981 do 1996 .................33 8.2.2. Prijatie Montrealského protokolu zákonmi v SR............................................33 8.2.3. Vzrastajúci počet štátov dodržiavajúcich Viedenskú dohodu, Montrealský protokol, Londýnsky a Kodanský dodatok od roku 1985...........................................34

8.3. Niektoré závery z posledných pozorovaní ozónu ...............................................34 8.3.1. Posledné pozorovania (8.3.2003) – Zmenšenie rýchlosti ubúdania ozónovej vrstvy v horných vrstvách stratosféry........................................................................34 8.3.2. 16.červenec 2004 – Ozónová vrstva varuje – Stenčovanie ozónovej vrstvy by mohlo byť závažnejšie než sme doteraz predpokladali. Príčinou je známy jav – globálne otepľovanie. ...............................................................................................35 8.3.3. Graf poklesu produkcie CFC freónov v rozvojových a industrializovaných krajinách 35

Záver....................................................................................................................................36 Zoznam použtých zdrojov ....................................................................................................37

Internetové linky ............................................................................................................37 Odborná literatúra .........................................................................................................37 Linky na stránky s animáciami......................................................................................37 Niektoré ďalšie animácie................................................................................................37



ÚÚVVOODD V tejto seminárnej práci chceme priniesť čitateľovi bližšie informácie ohľadom ozónu. Budeme rozoberať jeho výskyt v atmosfére, jeho funkciu, fyzikálne a chemické vlastnosti, pôvod a rôzne pozitívne aj negatívne účinky na ľudský organizmus a ostatné časti biosféry. Nepochybne uvedieme spôsoby merania ozónu a jeho globálny význam. Poukážeme na skutočnosť, že súčasný stav ozónu je alarmujúci. Objasníme teda jeho úbytok a uvedieme aj následky, ktoré z tohto ovplyvňovania rovnováhy v prírode plynú pre ľudstvo a vlastne aj pre celú planétu. Uvedieme antropogénne aj prirodzené látky, ktoré ovplyvňujú jeho koncentráciu a na záver uvedieme historické údaje, ktoré hovoria o ochrane ozónovej vrstvy človekom a ktoré mu túto povinnosť ukladajú zákonom. Pre lepšie pochopenie uvedieme aj niektoré základné fakty o atmosfére, jej rozdelenie a charakteristiku jej základných častí, keďže ozón sa vyskytuje práve v atmosfére v jej rôznych vrstvách. Taktiež nebudú chýbať vysvetľujúce fakty o slnečnom žiarení, keďže je potrebné lepšie vysvetliť, aké časti slnečného spektra ozónová vrstva pohlcuje. Okrem toho je slnečné žiarenie aj nevyhnutným faktorom pre vznik a zánik ozónu.

Samozrejme, budeme sa opierať o overené zdroje, väčšinou odborné knihy, v neposlednej a nezanedbateľnej miere aj odborné články na internete. Všetky naše zdroje sú uverejnené na konci seminárnej práce. Text budú prehľadne doplňovať obrázky, grafy, tabuľky a animácie, ktoré aj keď budú plnohodnotné len v elektronickej forme tejto seminárnej práce, budú čitateľovi pomáhať k lepšiemu pochopeniu uvádzaných faktov.



VVLLAASSTTNNÁÁ PPRRÁÁCCAA

11.. OOzzóónn,, oozzóónnoovváá vvrrssttvvaa –– zzáákkllaaddnnéé úúddaajjee,, ppoojjmmyy

1.1. Fyzikálne vlastnosti ozónu Ozón je molekula O3, teda trojatómová molekula

kyslíka. Jeho molekulová hmotnosť Mr(O3) = 48. Za podmienok, pri ktorých sa ozón vyskytuje v atmosfére, je to plyn, ľahší ako vzduch. Ozón je málo rozpustný vo vode a veľmi silný oxidačný činiteľ. Je preňho charakteristická vysoká absorbancia ultrafialového žiarenia.

Ďalšie fyzikálne a chemické vlastnosti sú uvedené v tabuľke nižšie:

Fyzikálne vlastnosti: Merná hmotnosť: m(O3) = 2,143 kg/m3

Bod varu: tv(O3) = 111,9 C (tmavomodrá kvapalina) Bod topenia: tt(O3) = -192,5 C (čierno-modré kryštály) Termochemické údaje (pri konštantnom tlaku 101 325 Pa a teplote 25°C): Štandardná mólová zlučovacia entalpia 0

fH∆ = 143 kJ . mol-1

Štandardná molová zlučovacia Gibbsova funkcia =∆ 0fG 163 kJ . mol-1

Štandardná molová entropia S0 = 238,8 J . K-1 . mol-1

Molová tepelná kapacita pri konštantnom tlaku 0pC = 39,2 J . K-1 . mol-1

1.2. Ozónová vrstva

Ozónová vrstva je často používané označenie pre ozón v stratosfére. V užšom slova zmysle je to vrstva najväčšej koncentrácie ozónu v stratosfére. Vo všeobecnosti pri používaní tohoto pojmu ide o celkové množstvo ozónu, ktorý sa v atmosfére vyskytuje od zemského povrchu až do výšky hornej hranice stratosféry (50 – 60 km).

Ozónová vrstva funguje ako filter, zachytáva škodlivé ultrafialové žiarenie a prepúšťa k Zemi životodárne svetlo a teplo. Úplne absorbuje UV-C žiarenie so smrtiacimi účinkami pre živé organizmy a čiastočne absorbuje UV-B žiarenie, ktoré je schopné vyvolať celý rad nepriaznivých efektov. Pri zvýšenom prieniku UV-B žiarenia cez ozónovú vrstvu sa zvyšuje riziko výskytu kožnej rakoviny, očné zákaly, znížený rast zelených

Absorpcia ultrafialového žiarenia ozónom



rastlín, narušenie potravinového reťazca v oceánoch a pod. V súčasnosti má ozónová vrstva tendenciu sa stenčovať a to najmä pri póloch. (Takto

potom vznikajú ozónové diery) Stenčovanie je vyvolané najmä antropogénnou činnosťou, aj keď nemožno vylúčiť vplyv iných – prirodzených faktorov. Najlepšie sa stav ozónovej vrstvy monitoruje tam, kde sú prejavy a dopad škodlivých látok na ňu najväčšie – teda nad pólmi. Klesajúcu tendenciu hrúbky ozónovej vrstvy potvrdzujú aj merania z Halley Bay v Antarktíde v rozmedzí niekoľkých rokov. Tieto merania vyjadruje 1. graf, kde sú nanesené priemerné mesačné hodnoty ozónu v Dobsonových jednotkách. Túto klesajúcu tendenciu ukazujú aj merania z družíc v atmosfére. Na 2. grafe sú vyznačené minimálne ročné hodnoty atmosférického arktického ozónu.

Nasledujúci graf je veľmi podobný predchádzajúcim. Vyjadruje stenčovanie ozónovej vrstvy v priebehu 20 rokov (od roku 1980 po rok 2000). Udáva však každoročný priemer hrúbky ozónovej vrstvy (modré body). Zelená čiara predstavuje päťročný priemer.



1.2.1. Slnečné žiarenie Je elektromagnetické a korpuskulárne žiarenie

vysielané slnkom. Z meteorologického hľadiska je zaujímavá časť elektromagnetického žiarenia vlnových dĺžok 100 až 10000 nm (nanometrov).

1.2.1.1. Delenie slnečného žiarenia Slnečné žiarenie 1. Ultrafialové žiarenie (100 až 400 nm, 7 % energie) 2. Viditeľné žiarenie (400 až 730 nm, 47 % energie) 3. Infračervené žiarenie (730 až 10000 nm, 46 % energie)

1.2.1.2. Ultrafialové slnečné žiarenie Je neviditeľná časť spektra elektromagnetického

žiarenia slnka Delí sa na: 1. UV-C žiarenie (100 až 280 nm) 2. UV-B žiarenie (280 až 315 nm) 3. UV-A žiarenie (315 až 400 nm)

Najškodlivejšiu UV-C časť atmosférické plyny pohlcujú úplne. UV-B časť je najviac absorbovaná ozónom preto množstvo dopadajúceho žiarenia v tejto vlnovej oblasti závisí od stavu ozónovej vrstvy. I keď v rámci celého dopadajúceho slnečného spektra predstavuje menej ako 2 % energie vyvoláva celý rad biologických efektov.

1.2.1.2.1. Odrazené a pohltené slnečné UV žiarenie Množstvo ultrafialové slnečného žiarenia, ktoré je zemským povrchom

pohlcované a odrážané závisí od druhu povrchu. Väčšina prírodných povrchov odráža menej ako 10 % žiarenia. Čerstvý sneh však môže odraziť až 80 % UV žiarenia, preto v jarnom období na zasnežených horách môže intenzita škodlivého ultrafialového žiarenia dosiahnuť takmer letné hodnoty.

Percentuálne pohlcovanie respektíve odrážanie dopadajúceho slnečného žiarenia na Zemi

Približné vlnové dĺžky spektra elektromagnetického žiarenia



1.2.1.2.2. UV žiarenie prenikne na zemský povrch aj za oblačného dňa.

Oblačnosť vo všeobecnosti ultrafialové slnečné žiarenie redukuje, zoslabenie však závisí od optickej hrúbky oblakov. Cez obzvlášť tenké riasovité oblaky, cez ktoré sa dá rozoznať poloha slnka a ktoré slabo pohlcujú slnečné žiarenie, môže rozptýlené žiarenie spôsobiť opálenie. Tenké oblaky a oblaky neprekrývajúce slnečný kotúč majú len slabý vplyv na UV žiarenie. Za určitých okolností môže malé množstvo oblakov dokonca zvýšiť intenzitu slnečného ultrafialového žiarenia pri zemskom povrchu. Hrubé oblaky prekrývajúce slnečný kotúč podstatne znižujú intenzitu ultrafialového žiarenia.

1.2.1.2.3. Nadmorská výška a slnečné UV žiarenie Ultrafialové slnečné žiarenie sa s nadmorskou výškou zvyšuje, pretože sa

zmenšuje stĺpec atmosféry, ktorý ho absorbuje. Merania ukazujú, že na 1 kilometer výšky zosilnie o približne 6 až 8 %. Na horách je preto UV žiarenie intenzívnejšie.

1.2.2. Výška slnka

Od polohy slnka závisí dĺžka dráhy slnečných lúčov v atmosfére. Poloha slnka sa udáva pomocou zenitového uhla slnka. Pri malých zenitových uhloch kedy je slnko vysoko na oblohe je dráha slnečných lúčov v zemskej atmosfére krátka a absorpcia škodlivého žiarenia podstatne menšia ako pri veľkých zenitových uhloch kedy je slnko nízko nad obzorom. Preto sa intenzita škodlivého ultrafialového výrazne mení v priebehu dňa, v priebehu roka a so zmenou zemepisnej šírky. Najväčšia je na poludnie v lete a v tropickej a subtropickej oblasti. Čím kratší tieň vrháme, tým je intenzita opaľovania väčšia. Odporúča sa pobyt na slnku obmedziť medzi 10 a 15 hodinou. A to najmä v letnom období, lebo slnko je vysoko na oblohe a žiarenie je intenzívnejšie. 1.2.3. Predpoveď UV Indexu

UV index je číslo od 1 do 10, ktoré nám nepriamo hovorí o intenzite slnečného žiarenia, resp. intenzite UV žiarenia. Je to teda akási zjednodušená stupnica. Udáva sa preto, lebo UV žiarenie má negatívny vplyv na človeka a vôbec aj na iné časti biosféry. Prirodzene platí, že so vzrastajúcou intenzitou UV žiarenia narastá aj hodnota UV indexu, čiže pri hodnote UV indexu 1, je intenzita UV žiarenia prenikajúceho až na zemský povrch najmenšia a pri hodnote UV indexu 10, najväčšia. Existuje celý rad metodík predpovede UV indexu od najjednoduchších štatistických metód až po zložité numerické predpovede, ktoré sa líšia tiež časovým intervalom na ktorý sú vydávané a zahrnutím oblačnosti, nadmorskej výšky a ďalších vplyvov. Najčastejšie sa v prvom kroku pomocou regresného alebo štatistického modelu predpovedá celkové množstvo ozónu. Vstupmi sú merané a predpovedané meteorologické veličiny, ktoré s ozónom korelujú. V ďalšom kroku sa pomocou regresného modelu alebo fyzikálneho modelu popisujúceho prenos žiarenia atmosférou predpovedá UV žiarenie pre jasnú oblohu. Nakoniec sa počíta UV index, pričom pri zložitejších modeloch sa uvaľuje vplyv oblačnosti, nadmorskej výšky, zákalu a podobne. Na Slovensku sa používa regresný model, ktorý pri predpovedi ozónu využíva vzťah medzi celkovým atmosférickým ozónom a teplotou stratosféry a troposféry. Ďalší regresný vzťah využíva závislosť medzi celkovým atmosférickým ozónom, zemepisnou polohou, ročnou a dennou dobou, nadmorskou výškou na jednej strane a dopadajúcim UV žiarením na druhej strane. Zahrnutý je aj vplyv oblačnosti.



1.3. Ozónová diera

Možno ju všeobecne charakterizovať ako rapídny úbytok ozónu v ozonosfére, najčastejšie

sa vyskytujúci na severnom a južnom póle Zeme. Termínom ozónová diera sa presnejšie označuje pokles celkového množstva ozónu pod 220 D.U. nad oblasťou Antarktídy (obr.). V súčasnosti je tento jav trikrát intenzívnejší ako na začiatku 80-tych rokov. Počas zimy a jari 1998 na južnej pologuli rozsah ozónovej diery prekročil 25 miliónov km2 a najnižšie hodnoty množstva ozónu boli okolo 100 D.U. Poškodenie ozónovej vrstvy, ktoré označujeme ako ozónová diera na začiatku 80-tych rokov bývalo najčastejšie pozorované v októbri, dnes sa často vyskytuje už v septembri a pokračuje do polovice decembra.

Aj keď nad severným pólom bola prvýkrát po 10 rokoch nameraná silnejšia ozónová vrstva, nie je to dôvod k optimizmu. Táto priaznivá správa súvisí podľa vedcov skôr s vyššími teplotami, pretože ochranná vrstva sa ničí obzvlášť rýchlo pri teplotách –80° C. Nad južným pólom bola v jeseni naopak ozónová diera neobvykle veľká. Po 20 dní sa rozšírila na viac ako 25 miliónov kilometrov štvorcových (viac ako dvojnásobná rozloha Európy). Také rozšírenie bolo dovtedy namerané len dvakrát, a to v rokoch 1993 a 1994, ale vždy iba púhy deň. Hlav-nou príčinou vzniku ozónovej diery sú zvláštne atmosférické pomery v priebehu antarktickej zimy, kedy vzdušné víry uzatvárajú takmer nepriedušne priestor nad kontinentom, takže sa stratosferický vzduch nemôže zmiešať so vzduchom z iných častí atmosféry. Extrémne nízka teplota spôsobuje vznik stratosferických mrakov, na ktorých sa zachytávajú molekuly freó-nov. Tie sa začiatkom jari ultrafialovým žiarením štiepia na atomárny chlór, ktorý potom ničí ozón, ktorého rýchlo ubúda, pokiaľ sa nerozplynie uzatvárajúci vzdušný vír a do oblasti sa nedostane ozón z iných častí atmosféry.

3D modelovanie ozónovej diery v čase a priestore na severnej hemisfére Ozónové diery nad Antarktídou od roku 1979 do 2002 Ozónová diera nad Antarktídou (rok 1998) Ozónová diera nad Antarktídou (rok 2001) Ozónová diera na severnej hemisfére (rok 1997) Antarktická ozónová diera trochu inak



1.3.1. Porovnanie ozónovej diery v rámci štyroch rokov

1.3.2. Porovnanie ozónovej diery v rámci dvoch rokov

Porovnanie ozónovej diery nad Antarktídou v septembri 2003 a v septembri 1983

Porovnanie ozónovej diery nad Antarktídou v septembri 2001 a 2002

Porovnanie ozónovej diery nad Antarktídou počas celých rokov 1999 a 2000

1.3.3. Porovnanie ozónovej diery nad Antarktídou v rámci rokov 1980-2002

Porovnanie ozónovej diery v roku 1979 a 2000



1.4. Historické fakty o ozóne a ozonometrii.

Ozón je prirodzenou súčasťou atmosféry. V prízemnej vrstve atmosféry bol zistený v roku 1873, vo vyšších vrstvách atmosféry v roku 1881. Presnejšie meranie celkového obsahu bolo prevedené až v roku 1920, od tohoto roku nastal rýchly rozvoj ozonometrie. V päťdesiatych rokoch bola postupne inštalovaná sieť pozemných monitorovacích staníc, vybavená Dobsonovými spektrofotometrami, v roku 1934 boli prvýkrát použité balóny k výskumu vertikálneho profilu koncentrácie O3, po roku 1960 nastúpili rádiové sondy a raketové merania, v 70. rokoch sa do merania zapojili prvé družice.

1.5. Dobsonova jednotka

Celkové množstvo ozónu vo vertikálnom stĺpci atmosféry nad zemským povrchom t.j. celkový ozón sa udáva v tzv. Dobsonových jednotkách, označenie D.U. Jedna D.U. je definovaná ako dĺžka 10-5 m vrstvy ozónu pri štandardnom tlaku 1013 hPa a teplote 273 K. Hodnota celkového ozónu 300 D.U. zodpovedá teda vrstve ozónu s dĺžkou 3 mm.

1.6. Meranie ozónu dnes

1.6.1. Brewerov ozónový spektrofotometer Prístroj na meranie celkového množstva atmosférického

ozónu vo vertikálnom stĺpci nad miestom pozorovania. Je to mriežkový spektrofotometer. Verzia MKIV, ktorú používa Slovenský hydrometeorologický ústav rozkladá svetlo pomocou optickej mriežky na odraz s 1200 čiarami na 1 mm. Pri meraní sa vyhodnocuje zoslabenie ultrafialového slnečného žiarenia na vlnových dĺžkach 306.3, 310.1, 313.5, 316.8 a 320.1 nanometrov (nm), ktoré ležia v absorpčnej oblasti ozónu. Prístroj ďalej meria intenzitu ultrafialového slnečného žiarenia v pásme 290 až 325 nm s krokom 0.5 nm a celkové množstvo dioxidu síry. Po prepnutí do oblasti viditeľného svetla meria celkové množstvo dioxidu dusíka. Ako zdroj svetla používa priame slnečné žiarenie, rozptýlené svetlo oblohy z kruhového výseku okolo zenitu a odrazené svetlo od mesiaca v dňoch okolo splnu. 1.6.2. Dobsonov ozónový spektrofotometer

Prístroj na meranie celkového množstva atmosférického ozónu vo vertikálnom stĺpci nad miestom pozorovania. Začal sa používať v 20. rokoch nášho storočia a ešte dnes je to najrozšírenejší prístroj vo svetovej ozonometrickej sieti. Na rozklad svetla na monochromatické zložky používa optický hranol.

Brewerov ozónový spektrofotometer

Dobsonov ozónový spektrofotometer



1.6.3. Ozonometrická sondáž atmosféry

Sondáž ovzdušia pri ktorej sa meria vertikálne rozloženie ozónu v zemskej atmosfére. Meranie koncentrácie ozónu sa robí pomocou ozónových rádiosond a najčastejšie sa zakladá na elektrochemickej metóde.



22.. AAttmmoossfféérraa

2.1. Stručné fakty o atmosfére, v ktorej sa vyskytuje ozón

Atmosféra je plynný obal Zeme, ktorý je k Zemi pútaní gravitačnou silou a v prevažnej miere sa zúčastňuje na rotácii Zeme. Atmosféru tvorí zmes - vzduch. Vrstvu vzduchu pri zemskom povrchu (0-90km), v ktorej sa nemení percentuálne zloženie základných plynných zložiek, nazývame homosféra. Vyššiu vrstvu ovzdušia (90 - 1000km), kde sa mení molekulová hmotnosť vzduchu, nazývame heterosféra. 2.1.1. Fyzikálne a chemické vlastnosti atmosféry

Celková hmotnosť atmosféry sa pohybuje okolo 5,137.10 1018 kg (tvorí menej než jednu milióntinu hmotnosti Zeme). Polovica celkovej hmotnosti atmosféry je sústredená do výšky 5 - 6km nad zemským povrchom, 90% hmotnosti do výšky 16km a 99% hmotnosti do výšky 30km.

Hustota vzduchu klesá s rastúcou vzdialenosťou od zemského povrchu. Chemické zloženie vzduchu pri zemskom povrchu je pomerne konštantné, ak ide o pomer plynných zložiek - premenlivý je len obsah vodných pár vo vzduchu a obsah prachových alebo dymových častíc. Hlavný podiel na zložení atmosféry Zeme má dusík (78,08%) a kyslík (20,95%). Z ostatných plynov pripadá necelé percento na vzácne plyny (argón, neón, hélium, kryptón a xenón). 2.1.2. Rozdelenie atmosféry Atmosféra je rozdelená do štyroch hlavných vrstiev:

• troposféra • stratosféra • mezosféra • termosféra

Prvá z nich, troposféra, je

najbližšia Zemi – siaha do výšky okolo 12 km nad povrch Zeme. Aj tak je príliš silná na to, aby sa štandardné lietadlá, ktoré lietajú väčšinou v nadmorskej výške 9 až 11 km, vzniesli nad ňu. Je to teplá vrstva atmosféry, pretože ju ohrievajú slnečné lúče odrážajúce sa od povrchu Zeme. Charakteristickým znakom je pokles teploty s výškou v priemere o 6,5 stupňa na 1 km. Keď sa vzďaľujeme od Zeme, teplota klesá až na mínus 55 stupňov Celzia na vrchole atmosféry. Vyskytuje sa tu takmer všetka voda obsiahnutá v atmosfére. Vyznačuje sa veľkou časovou a priestorovou premenlivosťou meteorologických prvkov.

Ďalšia vrstva je stratosféra, ktorá sa rozprestiera v priemere od 10 km až do výšky okolo 50 km nad zemský povrch. Na vrchole stratosféry je koncentrovaný ozón vo vrstve, ktorej hovoríme ozónová vrstva. Do výšky 20 až 25 km sa teplota s výškou mení málo, nad touto výškou teplota stúpa a dosahuje hodnoty vyššie ako v hodnoty teploty atmosféry v troposfére. Ohrievanie je spôsobené pohlcovaním energie slnečného ultrafialového žiarenia pri fotochemických reakciách, pri ktorých vzniká a zaniká ozón.

K vysvetleniu umiestnenia ozónovej vrstvy Nad stratosférou, vo výške okolo 50 až 70 km nad zemským povrchom, leží

mezosféra. Vo vnútri mezosféry je mezopauza, najchladnejšia oblasť atmosféry. Je tu tak

Vrstvy atmosféry



chladno, že sa tu formujú mraky ľadu, ktoré však môžeme vidieť iba v noci, keď je zapadajúce Slnko osvetlené zospodu. Väčšina meteorov padajúcich smerom k Zemi obvykle zhorí práve v mezosfére. Aj keď je tu vzduch veľmi riedky, trenie, ktoré vzniká narážaním meteoru do molekúl kyslíka, spôsobuje extrémne uvoľnenie tepla.

Poslednej vrstve atmosféry pred vesmírnym priestorom hovoríme termosféra. Táto vrstva leží vo výške okolo 100 km nad zemským povrchom a je rozdelená na dve časti – ionosféru a magnetosféru.

V ionosfére spôsobuje slnečné žiarenie ionizáciu. Tak hovoríme tomu, keď častice dostanú elektrický náboj. Keď sa tieto nabité častice prebíjajú atmosférou, môžeme vidieť úsvitové svetlo. Ionosféra taktiež odráža rádiové vlny pre vysielanie na dlhé vzdialenosti.

Nad ionosférou leží magnetosféra. Je to vnútorná hranica zemského magnetického poľa. Chová sa ako obrovský magnet a chráni Zem zachycovaním častíc s vysokou

energiou. Termosféra má najnižšiu hustotu zo všetkých vrstiev. Hustota je vzájomná vzdialenosť molekúl v látke a keď sa vzďaľujeme od Zeme, hustota atmosféry klesá. To znamená, že vzdialenosť medzi molekulami plynu sa zväčšuje. Na zemskom povrchu sú molekuly veľmi blízko od seba, ale na hranici termosféry sú od seba vzdialené. Na úplnom okraji termosféry (hovoríme mu exosféra) sú molekuly od seba už tak ďaleko, že atmosféra zvoľna mizne vo vesmíre. 2.1.3. Výška od povrchu zeme, v ktorej sú absorbované jednotlivé rôzne vlnové dĺžky

svetelného žiarenia Je zrejmé, že ak na Zem dopadá slnečné žiarenie zo Slnka, tak určitá jeho časť sa pohltí

v atmosfére. Na zemský povrch dopadne len 51 % z celkového slnečného žiarenia, ktoré do-padá na Zem. Žiarenie sa teda v atmosfére buď pohltí – absorbuje alebo sa odrazí od rôznych jej pevných častí, resp. mrakov. Nie je však zrejmé, že ak sa slnečné žiarenie absorbuje v atmosfére, absorbuje sa v rôznych jej výškach, ktoré sú závislé od vlnovej dĺžky žiarenia. Takže každá vlnová dĺžka žiarenia sa absor-buje v inej časti atmosféry. Túto zá-vislosť nám vyjadruje graf (vpravo), z ktorého je vidno aj to, že ultrafialové žiarenie sa absorbuje práve vo výš-kach, v ktorých je najviac koncentro-vaná ozónová vrstva. Najviac sa pohltí najškodlivejšieho ultrafialového žiare-nia – UV-C.



2.1.4. Teplota jednotlivých vrstiev atmosféry - vertikálne osí predstavujú vzdialenosti od zemského povrchu v kilometroch

a v míľach - horizontálne osi sú teplotné závislosti na vzdialenostiach vo Faradoch a stupňoch

Celzia

2.2. Rozloženie ozónu v atmosfére

Rôzne vizualizácie atmosférického ozónu (1) Rôzne vizualizácie atmosférického ozónu (2)

2.2.1. Nerovnomernosť výskytu ozónu v atmosfére

Aby sme pochopili, prečo odborníkov napr. znepokojila priemerná januárová hodnota 260 D.U. nad Anglickom (január 1992) , alebo hodnota 110 D.U. namerané v apríli 1987 v Antarktíde, je potrebné sa pozerať na základné črty rozloženia priemerných hodnôt celkového ozónu v atmosfére. Ozón je v atmosfére rozložený nerovnomerne. Toto rozloženie



závisí od zemepisnej šírky, ročného obdobia a výšky nad zemským povrchom. V hrubých náčrtoch nám hovoria nasledujúce: hodnoty celkového ozónu rastú od rovníka smerom k vyšším šírkam, majú jednoduchý ročný chod maximálny na jar a minimálny na jeseň.

2.2.1.1. Celkové množstvo ozónu vo vertikálnom stĺpci atmosféry. Vo vertikálnom smere sa v troposfére nachádza 10 až 20% a v stratosfére 80 až 90 %

ozónu. Najvyššie koncentrácie pozorujeme vo výškach 19 až 25 km. V poslednom desaťročí sa však začína situácia meniť. Väčšina ozónu sa nachádza v stratosfére (okolo 90%) a už len menšia časť v troposfére.

Výskyt ozónu v jednotlivých vrstvách atmosféry Vertikálne členenie - výskyt ozónu v atmosfére počas roku 1990

2.2.1.1.1. Prízemný (troposférický) ozón Ozón v prízemnej vrstve atmosféry - troposfére. Ako sme už uviedli, v

industriálnej dobe sa jeho koncentrácie zvyšujú, pretože za priaznivých okolností vzniká fotochemickým rozkladom oxidov dusíka a uhľovodíkov. Od začiatku 20 storočia pribúdalo 1 % prízemného ozónu ročne. V poslednom desaťročí sa tento rast na väčšine meraných miest spomalil alebo zastavil. Vyššie koncentrácie prízemného ozónu nie sú žiadúce, pre jeho negatívny vplyv na živé organizmy. Od roku 1996 na Slovensku platí hygienická norma EU 92/72, podľa ktorej nesmie prekročiť priemerná osemhodinová koncentrácia prízemného ozónu 110 mikrogramov na m3.

Troposférický ozón (júl 1999) namerané Earth Probe TOMS 2.2.1.1.2. Stratosferický ozón Ozón vo vyšších vrstvách atmosféry – v stratosfére. Tento ozón tvorí pri

hornej hranici stratosféry ozónovú vrstvu – ozonosféru. Ozónová vrstva je v skutočnosti rozptýlená vo výške 25 – 30 km nad zemským povrchom. Pri prirodzenom vzniku a zániku ozónu v týchto výškach sa spotrebuje škodlivé ultrafialové slnečné žiarenie. Ozónová vrstva takto chráni biosféru pred prienikom tohto žiarenia k zemskému povrchu. Ozón sa v atmosfére vyskytuje do výšky okolo 50 - 60 km. Najväčšie koncentrácie v stredných zemepisných šírkach sú pozorované vo vrstve 17 - 23 km.

2.2.1.2. Geografické rozloženie ozónu

Je to rozloženie ozónu v závislosti od zemepisnej šírky. Ozónu je najmenej v rovníkovej oblasti a najviac v polárnej oblasti. V súčasnosti boli zaznamenané poklesy koncentrácie ozónu vo výške 25 km od rovníka k pólom, pričom v nižších hladinách napr.17 km je to naopak.

Prúdenie vzduchu v atmosfére nad Európou Geografické rozloženie ozónu

2.2.1.3. Množstvo ozónu v ročných

obdobiach V miernych šírkach severnej pologule má

celkový atmosférický ozón výrazný ročný chod s maximom (nad Slovenskom 390 D.U.) na prelome

Stredný vertikálny profil ozónu pre rôzne zemepisné šírky severnej pologule

- na horizontálnej osi je parciálny tlak ozónu v nanobaroch



marca a apríla a minimom (nad Slovenskom 290 D.U.) na prelome októbra a novembra. Celosvetové porovnanie výskytu ozónu počas roku (2003)

2.2.1.3.1. Premenlivosť výskytu ozónu počas jedného roka (2005)

2.2.1.4. Výskyt ozónu okolo nás a v prírode

Celkové pozorované rozloženie ozónu v atmosfére je dané zložením atmosféry, radiačnými faktormi, fotochemickými a chemickými reakciami a dynamickými procesmi prebiehajúcimi v atmosfére, t.j. veľmi zložitým komplexom javov.

2.2.1.5. Výskyt ozónu z globálneho hľadiska Všetky faktory, ktoré ovplyvňujú výskyt ozónu určujú, koľko Dobsonových jednotiek

bude pripadať na určitú geografickú oblasť. Tieto hodnoty sa samozrejme menia s časom. Na



nasledujúcom obrázku je znázornený celosvetový výskyt ozónu, ktorý bol zaznamenaný družicou TO3 16. januára 2001.

Tu je zasa podobný obrázok z 2. januára 2005.

Výskyt ozónu počas rokov 1978-2003 (globálna plošná mapa)



Ozón v severnej a južnej hemisfére nameraný Earth Probe TOMS od 7-26-1996 do 11-4-2001

Celkový ozón a ozón v jednotlivých vrstvách v priebehu roku 1985

2.2.1.6. Výskyt ozónu na nad územím Slovenska od roku 1998 po rok 2004



33.. CChheemmiizzmmuuss vvzznniikkuu aa rroozzppaadduu ssttrraattoossffeerriicckkééhhoo oozzóónnuu

Ozón vo vysokých vrstvách atmosféry je nestály, väzby v molekule ozónu sú podstatne slabšie ako v prípade molekuly kyslíka. Pôsobením slnečného svetla sa opäť rozkladá, pričom absorbuje slnečné žiarenie. Za milióny rokov od vzniku života na Zemi sa ustálila určitá rovnovážna koncentrácia ozónu - ozón existoval v stratosfére v rovnováhe medzi svojim vytváraním a jeho deštrukciou. Prirodzený proces deštrukcie ozónu v stratosfére však zrýchlila a spomínanú dynamickú rovnováhu narušila prítomnosť reaktívnych chemikálií, vyprodukovaných ľudskou činnosťou. Samotné tieto chemikálie môžu v atmosfére existovať desiatky rokov, v niektorých prípadoch dokonca viac ako stovky rokov. Rozklad ozonosféry ich pôsobením je dnes rýchlejší ako proces jej obnovovania, pričom proces rozkladu ozónu vplyvom týchto látok je veľmi zložitý dej (dnes je známych viac ako 200 chemických reakcií procesu rozkladu ozónu).

Aby sme pochopili špecifické rozloženie ozónu a tiež v čom spočíva nebezpečenstvo ľudských zásahov do ozonosféry, je potrebné si aspoň v krátkosti priblížiť chemizmus vzniku a rozpadu stratosferického ozónu.

Základné teórie vzniku a rozpadu ozónu v stratosfére vznikli okolo roku 1930 a sú spojené s prácami anglického fyzika Chapmana. Podľa tejto klasickej teórie je ozónová vrstva v stratosfére výsledkom rovnováhy medzi atómovým a molekulovým kyslíkom a O3.

Pre vznik O3 je v prvej fáze dôležitá fotodisociácia molekulového kyslíka O2 + hν → O + O λ < 242,4 nm V prítomnosti katalyzátora môžu tieto atómy kyslíka reagovať s molekulami kyslíka a vytvárať ozón. O2 + O + M → O3 + M

Vznik ozónu z kyslíka za asistencie UV žiarenia (1) Vznik ozónu z kyslíka za asistencie UV žiarenia (2)

K rozpadu O3 vedú podľa klasickej Chapmanovej teórie

nasledujúce reakcie: O3 + O → O2 + O2 O3 + hν → O2 + O λ < 1200 nm Na rozdiel od fotodisociácie kyslíka prebieha fotodisociácia ozónu aj za účasti viditeľného a blízkeho infračerveného žiarenia. Vo výškach pod 30 km kde sa už nedostáva intenzívnejšie ultrafialové žiarenie, teda prevažuje rozpad ozónu nad vznikom. Najrýchlejšie sa O3 vytvára v tropickej stratosfére. Odtiaľ sa však meridionalným a vertikálnym prúdením dostáva do vyšších zemepisných šírok a do spodnej stratosféry a troposféry.

Pre celý rad ďalších reakcií je dôležité, pri akej energií k rozpadu ozónu dochádza. Ak je rozpad O3 spôsobený UV radiáciou s vlnovými dĺžkami menšími ako 310 nm, vytvárajú sa exitované atómy kyslíka, ktoré vo fotochémii atmosféry zohrávajú dôležitú úlohu. Vystavenie O3 žiareniu s vlnovými dĺžkami vyššími ako 310 nm vedie k atómom kyslíka s normálnymi energetickými hladinami.

Najjednoduchšia možnosť vzniku a zániku ozónu



Výpočty koncentrácie O3 podľa Chapmanovej teórie dávali však vyššie hodnoty koncentrácie aké boli pozorované. Bola vytvorená domnienka, že klasický Chapmanov cyklus nevystihuje všetky reakcie. Prvýkrát po roku 1950 viedlo intenzívne štúdium fotochemických dejov k odhaleniu ďalších katalytických reakcií vedúcich k rozpadu stratosferického ozónu. Schéma týchto reakcií ( písmenom x je označovaný katalyzátor ) je nasledovná: X + O3 → O2 + OX OX + O → X + O2 O3 + O → O2 + O2

Ukázalo sa, že ako katalyzátor najviac pôsobí NO, H, OH, Cl , Br. Radikály HOx, NO, ClOx a BrOx, zodpovedné za rozpad ozónu v stratosfére, vznikajú tu väčšinou zo stopových plynov (napr. N2O, freónov) uvoľňovaných do troposféry, a to ako následkom prirodzených procesov, tak aj následkom rôznych ľudských činností. Tieto stopové plyny sú v troposfére relatívne inertné, prenikajú postupne do stratosféry a tam sa vplyvom UV radiácie rozkladajú alebo vstupujú do reakcií s exitovanými atómmi kyslíka a OH radikálmi.

Najprv bol objavený vodíkový cyklus rozpadu ozónu, tzv. HOx cyklus, ktorý zahŕňa H, OH, a HO2 radikály. Tieto radikály vznikajú v stratosfére predovšetkým z vodnej pary (H2O), metánu (CH4)a vodíka H2. Vo výškach nad 40 km pôsobí v úlohe X zrejme OH, vyššie uvedený cyklus reakcií je ale možný s atómmi H. V spodnej stratosfére k rozpadu O3 vedú reakcie HO2 priamo s O3 miesto s O.

Na Ďalší katalytický cyklus rozpadu ozónu, tzv. NOx cyklus, upozornil v roku 1970 Crutzen. Úlohu X a OX tu hra NO a NO2. Hlavným zdrojom NO je troposférický oxid dusný N2O: N2O + O´ → NO + NO

Ďalším možným zdrojom NO v stratosfére môže byť fotodisociácia molekulárneho dusíka UV radiácie vo výškach nad 80 km. Vytvorené atómy dusíka potom rýchlo reagujú s molekulárnym kyslíkom N + O2 → NO + O

Deštrukcia ozónu oxidmi dusíka (NOX cyklus)

V roku 1974 sa objavili prvé práce zapodievajúce sa vplyvom chlóru na stratosferický ozón. Úlohu X a OX v tomto tzv. ClOx cykle hrajú Cl a ClO. Hlavným zdrojom atómov chlóru v stratosfére sú halogénové uhľovodíky. ClOx radikály sa z týchto látok uvoľňujú opäť pod vplyvom UV radiácie alebo reakciami s exitovanými atómmi kyslíka alebo OH radikálmi. K rozpadu stratosferického O3 veľmi prispieva takisto bróm. BrOx cyklus je ešte deštruktívnejší ako ClOX cyklus. Priebeh cyklu ClOx vyjadruje nasledujúci obrázok. Je vidno, že do reakcie vstupuje ozón, ktorý sa účinkom Cl premení na O2 a ClO.

Deštrukcia ozónu oxidmi chlóru za vzniku kyslíka (časť ClOX cyklu) Vznik chlóru v atmosfére za asistencie UV z CCL3F (časť ClOx cyklu)



Vznik chlóru v atmosfére za asistencie UV ale ako dôsledok kyslých dažďov Pričom molekula ClO môže vstupovať do ďalších cyklov spolu s molekulou NO spôsobujúcich deštrukciu ozónu v atmosfére. Situáciu vyjadruje schéma na nasledujúcom obrázku.

Vyššie uvedené základne mechanizmy rozpadu O3 v stratosfére je potrebné doplniť

radou ďalších reakcií, týkajúcich sa vytvárania zdrojov pre aktívne látky základných katalytických deštrukčných cyklov. Procesy zániku O3 môžu byť spomalené či urýchlené interakciami medzi cyklami a ďalšími látkami. Tak napr. interakcia NOx a HOx cyklu značne znižuje účinnosť rozpadu ozónu, naopak ClOx cyklus môže byť značne urýchlený brómom. Relatívna významnosť jednotlivých deštruktívnych cyklov je uvedená na obrázku.

Celá chemická stránka problémov rozpadu stratosferického O3 ostáva až doposiaľ otvorenou záležitosťou.

Až v posledných piatich rokoch sa pozornosť obracia k heterogénnym reakciám na aerosólových časticiach v stratosferických oblakoch. Práve teraz v súčasnej dobe sme schopní aspoň kvalitatívne interpretovať chemické procesy prebiehajúce v zime nad Antarktídou, kde zloženie stratosferických oblakov tvorených pevnou alebo kvapalnou vodnou fázou s rozpustenou kyselinou dusičnou zohráva zrejme významnú úlohu pri jarnom úbytku O3. Bolo zistené, že od začiatku 80. rokov dochádza nad Antarktídou na jar k tak výrazným poklesom ozónu, že sa hovorí o vytváraní ozónových dier nad Antarktídou. A práve tieto poklesy nebolo možné vysvetliť len homogénnymi reakciami.



44.. VVýýzznnaamm ssttrraattoossffeerriicckkééhhoo oozzóónnuu

Stratosferický ozón je jedným z najdôležitejších stopových plynov v atmosfére. Zohráva veľmi dôležitú úlohu v radiačnej bilancii stratosféry a tým aj podnebia našej planéty a pôsobí ako prirodzený filter chrániaci život na zemi pred tzv. biologicky aktívnou zložkou ultrafialového žiarenia slnka s vlnovými dĺžkami 280- 320 nm.

Slnečné žiarenie prechádzajúce atmosférou sa postupne zoslabuje. Žiarenie s vlnovými dĺžkami 200 – 242 nm je zväčša absorbované vo vyšších vrstvách atmosféry, pravdepodobne molekulami kyslíka. Ich disociácia v týchto vrstvách vedie k vytváraniu ozónu. Ozón sám absorbuje radiáciu predovšetkým v oblasti 200 – 300 nm, tzv. Harleyov absorbčný pás (maximálne pohlcovanie v páse je na vlnovej dĺžke 254 nm). Na tento pas nadväzuje aj slabší Hugginsov pás (od 300 do 360 nm) zložený z pomerne ostrých čiar. Niekoľko absorbčných čiar môžeme nájsť aj v infračervenej časti spektra. Na zemský povrch sa dostáva zväčša len slnečná radiácia s vlnovými dĺžkami väčšími ako 290 nm. Pokles intenzity UV žiarenia sa zaznamenávajú s vlnovou dĺžkou v okolí hodnôt 290 – 295 nm je veľmi prudký práve vďaka veľkým absorbčným schopnostiam O3 pre vlnové dĺžky menšie ako 300 nm. Intenzita UV – B radiácie na zemskom povrchu závisí teda značne od stavu ozonosféry. Pretože biologický efekt UV radiácie s vlnovou dĺžkou 290 nm je asi 10 000 × väčší ako poškodenie radiácie s vlnovou dĺžkou 320 nm, zasluhuje si každý úbytok stratosferického ozónu značnú pozornosť. Vzťah medzi poklesom ozónu a rastom UV-B radiácie nie je ale jednoduchý, pretože UV-B žiarenie nie je pohlcované len ozónom ale aj atmosferickými aerosólami, oblakmi a prachom. Znečistená atmosféra v mestských aglomeráciách ma napr. za následok zoslabenie ultrafialového žiarenia dopadajúceho na zemský povrch o 5 - 30 % v porovnaní s okolím.

Pohlcovaním ultrafialového žiarenia slnka pôsobí ozón na teplotnú štruktúru stratosféry a následné na dynamické procesy, ktoré prebiehajú a chránia život na zemi. Narušenie ozonosféry sa preto môže prejaviť zmenami regionálneho a globálneho pod-nebia a môže mať priame biolo-gické následky. A práve v možnosti ovplyvňovania biolo-gických procesov spočíva vysoké potenciálne nebezpečie antropo-génnych zásahov do ozonosféry. Týmto nechceme povedať, že klimatické podmienky môžeme ignorovať, ale to je len ďalší samostatný problém.

Jednoduchá funkcia ozónu - filtrovať zložky UV žiarenia

Zobrazenie zachytenia ultrafialového žiarenia ozónom oproti procesu deštrukcie ozónu



55.. AAnnttrrooppooggéénnnnee vvppllyyvvyy nnaa oozzoonnoossfféérruu

Človek môže porušiť rovnováhu ozónu akoukoľvek činnosťou, v dôsledku ktorej poruší procesy rozkladu O3 v stratosfére. Priemyselný svet už značne zničil ozónovú vrstvu výrobou vypúšťaním miliónov ton látok, ktoré rozkladajú ozón. Medzi látky, ktoré majú negatívne pôsobenie na ozónovú vrstvu a ktoré uvádza aj Montrealský protokol zaraďujeme:

• freóny (chlórfluórované uhľovodíky) o tvrdé freóny (CFC) o mäkké freóny (HCFC)

• látky podobné freónom a to halóny alebo tetrachlórmetán • oxidy, a to oxidy uhlíka, chlóru, brómu a dusíka

5.1. Freóny

Montrealský protokol uvádza celkový zoznam halogenovaných zlúčenín - freónov, ktoré sú rozdelené do deviatich skupín podľa ich chemického zloženia a účinku na ozónovú vrstvu ako tzv. ODS zlúčeniny, teda „ozone depleting substances“, pričom CFC sú skupina I. a II., HCFC zase VIII., samostatnými látkami sú iba tetrachlórmetán IV., methylchloroform V., methylbromid VI. A bromchlórmetán IX.

Z čisto chemického hľadiska možno tieto ODS rozdeliť na už spomenuté chlorofluorované plne substituované alkány ako „chlorofluorinated carbons“ (CFC), obvykle

nazývané tvrdé freóny a chlorofluorované uhľovodíky ako „hydrochlorofluorinated carbons“ (HCFC), obvykle nazývané aj mäkké freóny. Tieto látky sa viac ako 30 rokov používali pre rôzne technické účely a vyrábali vo veľkom pod rôznym označením ako FREON, FRIGEN, ARCTON, HALOTAN, LETOD a iné. Obvykle sa ale v praxi pre ne používa výraz freóny. V súčasnosti, pokiaľ je to technicky možné sa CFC nahradzujú menej nebezpečnými HCFC, ktoré nepredstavujú síce priamu hrozbu pre ozónovú vrstvu, ale ktoré sa zase podieľajú na globálnom otepľovaní našej planéty. Ich

používanie má taktiež nepriaznivý vplyv na životné prostredie a preto nemôžu byť konečným riešením tohto problému, ale iba akýmsi spomalením resp oddialením hroziacej celkovej katastrofy. ODS okrem ničenia ozónovej vrstvy majú nepriaznivý vplyv na ľudský organizmus. Najlepším riešením by bolo úplne vylúčiť halogenované zlúčeniny z použitia v technickej praxi aj keď to bude spojené so značnými problémami a nebude to ani lacné.

Z celkového množstva asi 11 000 rôznych druhov ODS a to hlavne CFC a HCFC registrovaných do roku 1991 (rok hodnotenia Montrealského protokolu), sa v praxi zatiaľ vo väčšom množstve používa asi 300 zlúčenín. Medzi ne patrí najmä, dichlormethan (methylenchlorid), trichlormethan (chloroform), tetrachlormethan (chlorid uhličitý), 1,1,1-trichlorethan (methylchloroform), trichlorfluormethan (FREON 11), dichlordifluormethan (FREON 12), chlordifluormethan (FREON 22), trichlortrifluorethan (FREON 113), dichlortetrafluorethan (FREON 114), symetrický tetrafluorethan (FREON 134) a asymetrický tetrafluorethan (FREON 134a), dibromchlorpropan a iné, ktoré sú značne toxické a ich náhrada v praxi je dosť obtiažna. Ich použitie je nasledujúce: chladenie a mrazenie v domácich spotrebičoch, klimatizácie, čistenie, najmä v elektronike a mikroelektronike, na účely aerosólov a náplní do sprejov ako tzv. vehikla, ako nadúvadla pre účely penových polymérov, hlavne pre polystyrén a polyuretány a pre účely hasenia, v hasiacich prístrojoch.



5.2. Látky podobné freónom, oxidy Tieto látky uvádza Montrealský protokol ako ďalšie látky s negatívnym vplyvom na

ozónovú vrstvu. Prehľadne ich uvádza nasledujúca tabuľka s niektorými zdrojmi: Látka Zdroj Oxid uhoľnatý, ktorý má významné prirodzené a antropogénne zdroje a ktorý

hrá dôležitú úlohu vo fotochémii troposféry a nepriamu úlohu vo fotochémii stratosféry.

Oxid uhličitý, ktorý má podobné zdroje a ovplyvňuje stratosferický ozón pôsobením na tepelnú štruktúru atmosféry (skleníkový efekt)

Oxid dusný (rajský plyn), ktorý je prvotným zdrojom stratosferických NOx hrajúcich zásadnú úlohu pri obmedzovaní stratosferického ozónu.

Oxidy dusíka (NOx), hlavne z pozemných zdrojov vo forme emisií z dopravy a energetiky, ktoré hrajú priamu úlohu v troposférických procesoch a nepriamu vo fotochémii stratosféry.

Oxidy chlóru (ClOx), hlavne z oxidácie chlórovaných zlúčenín, ktoré sú antropogénnym zdrojom ktoré hrajú významnú úlohu vo fotochémii ozónu, obzvlášť vo výške od 30 do 50 km.

Oxidy brómu (BrOx), hlavne z oxidácie bromovaných zlúčenín ako u (ClOx) a taktiež i s podobným účinkom na ozónovú vrstvu ako (ClOx).

Methan (zemný plyn), ktorý má hlavne prírodné zdroje a ničí troposférický ale i stratosferický ozón.

Nemetanové uhľovodíky (alkány),

ako súbor veľkého množstva látok, ktoré majú prirodzené i antropogénne zdroje a ktoré hrajú priamu úlohu vo fotochémii stratosféry.

Oblasti výskytu oxidov dusíka a chlóru v atmosfére (rok 1993) Porovnanie výskytu ozónu a ClO nad Antarktídou (rok 1993)

V súčastnej dobe je pozornosť sústredená na antropogénne zásahy do NOx, ClOx

a BrOx cyklov. Do výšky okolo 35 km sa považuje za najúčinnejší cyklus deštrukcie O3 v stratosfére NOx cyklus. Hlavným zdrojom NO v stratosfére je troposférický oxid dusný - N2O. Prirodzenými zdrojmi N2O sú pôda a povrchové vrstvy morí a oceánov, hlavnými antropogénnymi zdrojmi sú dusíkaté minerálne hnojivá, dymové emisie z elektrární a z dopravy. Koncentrácia N2O sa odhaduje na 310 ppb, ročný prírastok na 0,2 – 0,3 %. (1 ppb znamená part per billion; vyjadruje, že podiel molekúl tohto plynu ku všetkým molekulám vzduchu činní 10-9). Podľa modelových výpočtov by zvýšenie koncentrácie N2O z 310 ppb na 370 ppb malo za následok pokles celkového ozónu o 1,7 %, vo výškach medzi 35 – 40 km by došlo k poklesu ozónu až o 5 %. Okrem pozemných prirodzených a antropogénnych zdrojov sú oxidy dusíka (najmä NO) uvoľňované do atmosféry leteckou dopravou a raketami. Značné množstvo oxidov dusíka bolo v minulosti do atmosféry uvoľnených taktiež pri jadrových explóziách. Za hlavného pôvodcu súčasných poklesov stratosferického ozónu sa považuje stratosferický chlór a bróm, teda antropogénne zásahy do ClOx a BrOx cyklov. Rozvoj chladiacej techniky v dvadsiatych rokoch tohto storočia viedol k hľadaniu nových chladiacich médií, ktoré by neboli toxické a nepodporovali by koróziu kovov. Tomuto účelu vyhovovali zlúčeniny fluóru a chlóru s metánom, etánom a cyklobutánom (tzv. chlorofluorovodíky alebo úplne halogénované uhľovodíky), ktoré dostali technický názov freóny, popísané vyššie. Jedna z predností halogénovaných uhľovodíkov – chemická stálosť – sa teraz ukázala ako vysoko nebezpečná, lebo tieto látky sa stali hlavným antropogénnym zdrojom radikálov ClOx v stratosfére. Pri objavení ClOx cyklu v polovici 70. rokov vzbudili



pozornosť predovšetkým CFC 11 a 12, ktorých emisie v období 1960 – 1974 veľmi prudko rástli. V roku 1954 predstavovala ich produkcia 75 000 ton, v roku 1974 už 800 000 ton. V nasledujúcich rokoch sa nárast produkcie freónov v dôsledku kampane vedenej na ochranu

ozónovej vrstvy značne spomalil. Ich koncentrácia v stratosfére však vzhľadom k značne dlhej dobe, po ktorú sú schopné zotrvávať v nej (väčšinou cez 40 rokov), stále rastie a rast musíme očakávať i v budúcnosti. Ďalším dôležitým antropogénnym zdrojom chlóru v stratosfére je taktiež tetrachlórmetán (CCl4) a metylchloroform (C2H3CCl3). Súčasné modely udávajú za predpokladu zvýšenia koncentrácie stratosferického chlóru z 1,3 ppb na 8 ppb redukciu O3 o 2,9 – 9,1 % s maximom zmien v hladinách 40 – 45 km (pokles zhruba o 40 %). Veľmi nebezpečnú skupinu látok tvoria halony 1301 (CBrF3), 1211 (CBrClF3) a 2402 (C2F4Br2). Rast emisií halonov sa odhaduje na 5 % ročne. Aj keď koncentrácia Br v stratosfére je nižšia než koncentrácia Cl, BrOx cyklus je pri deštrukcii ozónu omnoho efektívnejší. I malý rast koncentrácie halonov môže mať preto značné následky.

Predpoveď výskytu antarktického ozónu a celosvetového ozónu do roku 2040 na základe meraní od roku 1980 až

2000



66.. SSppoozzoorroovvaanniiee zzmmeennyy ssttaavvuu ssttrraattoossffeerriicckkééhhoo oozzóónnuu

Poznanie procesov podieľajúcich sa na rozpade ozónu, skutočnosť, že antropogénna emisia látok nebezpečných pre ozonosféru stále rastie, výrazný pokles stratosferického ozónu pozorovaný v roku 1987 nad Antarktídou, to všetko sa odrazilo v rýchlo narastajúcom počte štúdií venovaných analýzam ozónu po celom svete. Boli spracované merania ozónu ako z pozemných staníc, tak z družíc, z ktorých vyplynulo, že v posledných rokoch má už úbytok celkového ozónu globálny charakter.

Základné fakty o zmenách celkového ozónu a stratosferického ozónu je možné stručne zhrnúť takto:

• Od polovice 70. rokov dochádza každoročne v septembri až novembri k výraznému poklesu celkového ozónu nad Antarktídou. Oblasť poklesu je veľmi rozsiahla (2 × 107 km2) a zasahuje až na 70° j. š. Stred leží v blízkosti južného pólu. Táto anomália dostala slangový názov „ozónová diera“. Koncom septembra a začiatkom októbra 1991 poklesol napr. celkový ozón v tejto oblasti o 60 % oproti stavu pred rokom 1977.

• Takmer na celom svete, s výnimkou rovníkových oblastí, došlo v posledných 20 rokoch k poklesu celkového ozónu. Záporné trendy sú najsilnejšie v zimnej a jarnej sezóne.

• V oblasti medzi 65° s. š. a 65° j. š. sa znížil celkový ozón za posledné desaťročie o 2,5 %. Pokles v 70. rokoch bol menej výrazný.

• K najväčšiemu poklesu O3 dochádza v spodnej stratosfére (v miernych zemepisných šírkach vo výškach 13 – 25 km), asi o 10 % za desaťročie.

Pozorovaný pokles ozónu nemusí ešte sám o sebe byť dôkazom vplyvu antropogénnych činnosti na ozonosféru. Zmeny O¨3 môžu byť spôsobené i prirodzenými príčinami. Pretože tvorba ozónu je výsledkom fotodisociácie molekulárneho kyslíka, môžu byť zmeny ozónu vyvolané zmenami slnečnej činnosti. Na stratosferický ozón môžu pôsobiť i vulkanické erupcie, pri ktorých sa aerosóly dostanú až do stratosféry. Výsledkom je pokles ozónu, viď napr. výbuch sopky El Chichon v Mexiku v roku 1982. i dynamické procesy v atmosfére ako napríklad QBO (Quasi Biennial Oscillation – periodické striedanie smeru zonálneho prúdenia v stratosfére s 28 mesačnou periódou nad rovníkovou oblasťou) majú vplyv na ozonosféru. Niektoré z týchto procesov (dlhodobejšie cykly slnečnej aktivity, QBO) môžu viesť k kvasicyklickému chovaniu ozónu. Rýchle fluktuácie ozónu zo dňa na deň môžu byť spôsobené zmenami v atmosférickej cirkulácií. Takéto fluktuácie ozónu môžu bežne prevyšovať i 100 D.U.

Za upozornenie stojí ešte jedna zaujímavosť. Informácie o poklesoch ozónu, vyššie, zahrňujú trendy posledných dvoch desaťročí. Pokiaľ človek zalistuje v starej literatúre, zistí, že v päťdesiatych rokoch sa naopak písalo o raste ozónu. Nie je síce jednoduché porovnávať staršie merania s výsledkami získanými dnešnou sieťou staníc, avšak je zaujímavé, že dnes sa takmer necitujú.

Môže vzniknúť otázka, do akej miery sú teda pozorované poklesy vlastne spôsobené antropogénnou činnosťou a či je nutné vyvíjať intenzívne snahy na ochranu ozónovej vrstvy. Dôvodov prečo sa situácia považuje za veľmi vážnu je niekoľko.

Merania obsahu chemických látok narušujúcich ozonosféru preukázali v poslednej dobe vysoké koncentrácie znečisťujúcich látok, najmä ClO a BrO, a to nielen nad Antarktídou, ale i nad severnou pologuľou. Rastú koncentrácie N2O, freónov, halónov v atmosfére. Modelové odhady vplyvu rastu koncentrácií týchto látok na ozonosféru ukazujú na možnosť závažného narušenia ozónovej vrstvy. Stále častejšie sa v meraniach objavujú veľmi nízke hodnoty ozónu. Posledné uvádzané údaje o negatívnych trendoch ozónu sú už väčšinou založené na modeloch, v ktorých sú prirodzené príčiny zmien ozónu eliminované.



77.. BBiioollooggiicckkéé nnáásslleeddkkyy zz nnaarruuššeenniiaa oozzoonnoossfféérryy

Je známe, že stratosferický ozón pohlcuje veľmi silno slnečnú radiáciu o vlnových dĺžkach kratších ako 300 nm. Chráni tak život na Zemi pred biologicky najaktívnejšou zložkou UV žiarenia. Odhaduje sa, že pokles celkového ozónu o 1 % môže mať za následok zvýšenie UV-B radiácie o 2 %. Nárast UV-B radiácie môže negatívne vplývať na:

• ľudské zdravie • biosféru na pevninách • morské organizmy

Vplyv nedostatku ozónu na biosféru (anglický audio komentár)

7.1. Vplyv na človeka

Človek reaguje na UV Žiarenie mnohými spôsobmi: vytváraním vitamínu D3, opálením, očnými chorobami (snežnou slepotou, očným zákalom), chorobami kože (poruchami elasticity, kožnými rakovinami). Pôsobenie môže byť teda pozitívne alebo negatívne. Potenciálne poškodenie organizmu záleží pri tom nielen na spektrálnym zložení radiácie (fotóny s vlnovou dĺžkou 290 nm sú približne o 4 rady účinnejšie ako fotóny s vlnovou dĺžkou 320 nm) a dobe, po ktorú je organizmus žiareniu vystavený, ale i na biologických faktoroch či životnom prostredí. Závisí napr. i na tradičnom spôsobe obliekania. Pôvodní obyvatelia oblastí s vysokou UV-B zložkou radiácie sa rozhodne nadmerne nevystavovali nechránenému slnečnému žiareniu. 7.1.1. Ľudská pokožka

7.1.1.1. MED – minimálna erytémová dávka Erytémové žiarenie je také žiarenie, ktoré po určitom čase pôsobenia na pokožku

vyvolá vytváranie erytému. Definuje sa tzv. minimálna erytémová dávka (MED) slnečného ultrafialového žiarenia. Po jej prekročení začína pokožka, ktorá predtým nebola dlhšie vystavovaná slnečnému žiareniu, vytvárať erytém. Veľkosť MED sa mení v závislosti od fototypu pokožky a v rámci európskej populácie kolíše v intervale 200 až 500 J/m2.

7.1.1.2. Fototyp pokožky Reakcia pokožky na absorbované erytémové ultrafialové žiarenie je rôzna podľa tzv.

fototypu, ku ktorému človek patrí. Pre belochov boli stanovené 4 fototypy: • I. - vždy sčervenie, nikdy pigmentačne nestmavne. Má obyčajne modré oči a ryšavé

vlasy. • II. - obyčajne sčervenie, pigmentuje málo. Má svetlé vlasy a modré alebo zelené oči. • III. - niekedy sčervenie, pigmentuje dobre. Má hnedé vlasy a sivé alebo hnedé oči. • IV. - nikdy nesčervenie, vždy pigmentačne stmavne. Má obyčajne čierne vlasy a

hnedé oči. 7.1.1.3. Odporúčaný čas opaľovania

Podľa fototypu pokožky možno určiť bezpečný čas, po ktorý môže byť táto pokožka vystavená UV žiareniu. Prehľad vyjadruje tabuľka na nasledujúcej strane. Je zrejmé, že tento čas sa skracuje so zvyšovaním UV indexu.



Odporúčaný maximálny čas opaľovania v minútach v závislosti od fototypu pokožky

Fototyp pokožky UV index I II III IV

1 130 170 230 300 2 70 80 120 150 3 45 55 80 100 4 35 40 60 75 5 25 35 45 60 6 22 30 40 50 7 19 25 35 45 8 17 20 30 40 9 15 20 25 35 10 13 17 25 30

Vystavovanie slnečným lúčom je nebezpečné v každom veku, obzvlášť citlivá

pokožka je u detí. Pokožka a imunitný systém sú citlivé na slnečné ultrafialové žiarenie počas celého života a všetky negatívne vplyvy UV žiarenia sa v priebehu života sčítajú a odzrkadlia sa na stave pokožky – regeneračná schopnosť pokožky s vekom klesá. Všetci ľudia nie sú rovnako citlivý na UV žiarenie. Ľudia so svetlou pokožkou a ryšavými vlasmi sú oveľa citlivejší ako ľudia s tmavou pokožkou a vlasmi. Navyše detská pokožka je citlivejšia na negatívne pôsobenie UV žiarenia.

7.1.2. Slnečný ochranný faktor

Slnečný ochranný faktor uvádzaný na ochranných prostriedkoch udáva koľkokrát je možné predĺžiť odporúčaný pobyt na slnku bez rizika bolestivého sčervenania pokožky. Tento ochranný faktor je počítaný raz za 24 hodín a nemožno ho zvýšiť viacnásobnou aplikáciou prípravku. Medzi ochranným faktorom a ochranným efektom nie je lineárna závislosť. Napríklad ochranný prostriedok s faktorom 10 môže redukovať účinok škodlivého UV žiarenia o 90 %, prostriedok s faktorom 20 môže zvýšiť redukciu na 95 %. Z toho vyplýva, že ďalšie zvyšovanie ochranného faktoru už neprináša výrazný efekt.

Odporúčaná hodnota slnečného ochranného faktoru v závislosti od UV indexu a fototypu pokožky

Fototyp pokožky UV index I II III IV

< 2,0 3 2 2 1

2,0 - 3,9 6 4 3 2

4,0 - 6,9 11 8 5 4

7,0 - 8,9 14 10 8 5

> 9,0 18 12 8 7

Poznámka: V oblasti pokrytej čerstvým snehom je potrebné ochranný faktor zdvojnásobiť



7.1.3. Ochrana pred UV Pred UV žiarením je v súčasnosti možná ochrana pokožky opaľovacími krémami. Ich

trvanlivosť však zaručene nie je dostatočná a opaľovací krém neposkytuje celodennú ochranu pokožky. Dĺžka pobytu na slnku a teda aj efektívnej ochrany opaľovacím krémom závisí od intenzity UV žiarenia (UV index), fototypu pokožky a ochranného faktoru prípravku. Počíta sa len raz za 24 hodín a opakované použitie prípravku ju nepredlžuje. Možno by sa zdalo, že opálená pokožka dokonale chráni človeka pred ďalším spálením. Nie je tomu celkom tak. Štúdia potvrdzujú, že opálená pokožka je vlastne len reakciou na UV žiarenie a chráni pred ďalším opálením len čiastočne. Mylné sú aj predstavy o tom, že voda nás môže pred škodlivým UV žiarením ochrániť. Do vody preniká okolo 95 % UV žiarenia a v hĺbke 3 metre môže mať ešte polovičnú intenzitu ako na povrchu. Od dna nádoby sa potom môže odraziť a násobiť tak svoje účinky. Nie je pravda ani to, že keď nepociťujeme na pokožke pálenie od slnečných lúčov, tak sa ani neopaľujeme a teda nie sme vystavený UV žiareniu. Ultrafialové žiarenie pre jeho nízku energiu na pokožke bezprostredne necítiť. To čo páli pri opaľovaní súvisí skôr s tepelnou energiou vyžarovanou Slnkom. Existuje vôbec spôsob ako sa pred UV žiarením chrániť? – Najlacnejšia a najúčinnejšia ochrana je zostať v budove alebo vyhľadať tieň. Ani tieň za slnečného letného dňa však nemožno považovať za celodennú účinnú ochranu – môžeme za to poďakovať fyzikálnemu javu – rozptylu svetla. Slnečné žiarenie je rozptyľované molekulami vzduchu, atmosférickým aerosólom a vodnými kvapkami. Veľkosť rozptylu závisí od vlnovej dĺžky žiarenia. (Pretože vo viditeľnej časti slnečného spektra sú v atmosfére najviac rozptyľované modré lúče farba oblohy sa javí ako modrá.) Ultrafialové slnečné žiarenie je rozptyľované ešte intenzívnejšie ako modré svetlo, preto ani tieň nie je v letnom období na poludnie dokonalou ochranou pred škodlivým ultrafialovým žiarením. Na ochranu pred UV žiarením sa odporúča použiť vhodný odev, pokrývku hlavy, okuliare a na exponované časti tela ochranný krém s vyšším ochranným faktorom.

7.2. Vplyv na biosféru na pevninách

U rastlinných druhov nie sú dôsledky zvýšenia UV-B žiarenia jednoznačné, niektoré rastliny reagovali na zmeny UV-B žiarenia veľmi silno, u iných bola odozva slabšia. Výsledky laboratórnych pokusov ukazujú, že u niektorých hospodárskych plodín (napr. jačmeňa, fazule, kukurice, zemiakov) sa výrazné zvýšenie UV-B radiácie prejavuje znížením výnosu, pri malom poklese O3 môže v stredných zemepisných šírkach naopak i k miernemu zvýšeniu úrody. Vplyvom nejednoznačného pôsobenia na jednotlivé rastlinné druhy je potenciálne nebezpečenstvo závažného narušenia prírodného ekosystému vysoké.

7.3. Vplyv na morské organizmy

Z experimentov sledujúcich potravinové reťazce v oceánoch vyplýva, že zvýšenie UV-B radiácie môže mať vplyv na fytoplanktón i zooplanktón. Fytoplanktón vykazuje napr. významný pokles produktivity, obsah chlorofylu, druhového zloženia. Dnešná UV-B radiácia, dopadajúca na vodný povrch, znižuje produkciu biomasy v blízkosti vodného povrchu približne o 30 % oproti teoretickej produkcii za neprítomnosti UV-B radiácie. Keby sa obsah O3 v atmosfére znížil o 5 % (resp. 9 %), došlo by k ďalšej redukcii o 16 % (resp. 25 %). Cez celý potravinový reťazec môžu tieto zmeny zasiahnuť ľudskú spoločnosť. Naviac, morský fytoplanktón viaže značné množstvo uhlíka z atmosférického CO2. V dôsledku narušenej ozonosféry by sa teda mohla znížiť schopnosť oceánu odstraňovať CO2 z atmosféry, čo by viedlo k zosilňovaniu skleníkového efektu.



7.4. Priamy účinok molekulárneho ozónu na biosféru

Aby sme neuvádzali len fakty o tom, aký je druhotný biologický efekt z úbytku ozónu, uvedieme ešte ako živé bunky ovplyvňuje ich priamy styk s molekulou ozónu. Bude sa teda jednať len o troposférický ozón, keďže len ten sa prakticky môže dostať do kontaktu s biosférou. Jeho účinok závisí od koncentrácie O3 v ovzduší.

Expozícia ozónom počas 7 – 8 hodín pri relatívne nízkej koncentrácii významne ovplyvňuje funkciou pľúc počas miernych cvičení aj u zdravých ľudí. Štúdie na zvieratách demonštrujú, že opakované expozície ozónom počas mesiacov, resp. rokov, môžu poškodzovať štruktúru pľúc a starnutie pľúc. Ozón má nepriaznivé účinky nielen na ľudské zdravie, ale poškodzuje aj rastliny.

Na ozón citlivo reagujú napr. tabak, ovos, jačmeň, paradajky, či fazuľa. Ozón poškodzuje listy a ihličie a spolu s kyslými dažďami sa považuje za hlavné príčiny poškodzovania lesov. Odpoveď na tento negatívny účinok ozónu je v jednej jedinej podstate, a to v tom, že kyslík je oxidovadlo. Každý kontakt živej bunky s molekulovým kyslíkom (napr. v pľúcnych vačkoch pri výmene plynov) spôsobuje oxidáciu tejto bunky a má za následok jej starnutie (túto reakciu možno prirovnať k oxidácii železa kyslíkom, čo má za následok jeho postupné korodovanie, starnutie). Možno teda povedať, že kyslík – taký jedinečný vo výskyte na Zemi zo všetkých planét slnečnej sústavy, taký nevyhnutný pre život na Zemi, taký potrebný pre našu biologickú oxidáciu a našu existenciu a zároveň taký nebezpečný pre nás a všetko živé – postupne nás zabíja. Predstavme si teda, že na naša bunka je vystavená nie pôsobeniu dvojatómového molekulárneho kyslíka O2, ale trojatómového ozónu O3. Potom oxidácia ozónu spôsobuje starnutie – a teda poškodenie našej exponovanej bunky je o 1/3 väčšie ako by bolo poškodenie samotným kyslíkom, čo je pre organizmy a rastliny neprirodzené.

Negatívny vplyv na paradajky



88.. DDôôsslleeddkkyy zz nnaarruuššeenniiaa oozzoonnoossfféérryy –– aakkttiivviittyy ččlloovveekkaa nnaa zznníížžeenniiee uubbúúddaanniiaa oozzóónnoovveejj vvrrssttvvyy

8.1. Objavenie deštrukcie ozónovej vrstvy

Na negatívne účinky freónov prvýkrát upozornil roku 1974 Mario Molina, F. Sherwood Rowland a Paul Crutzen. Ich varovanie ale nebolo akceptované až do osemdesiatych rokov. Vtedy Brit Joseph Fatman so svojim týmom oboznámil verejnosť s výsledkami svojich pozorovaní v Antarktíde, ktoré začalo roku 1981. Farman si všimol pravidelného jarného obrovského výkyvu v koncentrácii ozónovej vrstvy. Začal tento jav podrobne študovať a zistil, že v roku 1985 už úbytok ozónu činil celých 50 %. Farmanové pozorovania viedli potom, čo ich potvrdila i NASA (ktorá ich pôvodne spochybňovala, pretože ich počítače považovali údaje z družice Nimbus 7 za štatisticky nepravdepodobné) tzv. Viedenskou skupinou od roku 1981 k jednaniu.

8.2. Výsledky jednaní: medzinárodné záväzky v oblasti ochrany ozónovej vrstvy Zeme

Medzinárodné spoločenstvo zmluvne pristúpilo na pôde OSN k určitým spoločným

krokom, ktoré by viedli k eliminácii deštrukcie stratosferického ozónu a odvráteniu hroziacej ekologickej katastrofy.

Na stretnutí vo Viedni bol prijatý 22. marca 1985 Viedenský Dohovor o ochrane ozónovej vrstvy, ktorý bol východiskovým dokumentom pri ďalšom riešení tohto globálneho problému. Nadväzne naň bol 16. septembra 1987 prijatý prvý vykonávací protokol Montrealský protokol o látkach, ktoré porušujú ozónovú vrstvu. Tento dokument ustanovuje podmienky a regulačné opatrenia vedúce k postupnému obmedzovaniu výroby a spotreby freónov, bol ale veľmi mierny. Pre ukážku – v roku 1989 mala svetová produkcia freónov činiť celých 80 % úrovne z roku 1986. protokol podpísalo 24 štátov. (Slovenská republika je sukcesorom Viedenského dohovoru a Montrealského protokolu od 28. mája 1993). Skoro sa však ukázalo, že tieto podmienky obmedzenia produkcie freónov rozhodne nestačia a tak sa uskutočnilo druhé rokovanie strán Montrealského protokolu, ktoré sa konalo v roku 1990 v Londýne - bol prijatý tzv. Londýnsky dodatok k Montrealskému protokolu o látkach, ktoré porušujú ozónovú vrstvu (Slovenská republika pristúpila k Londýnskemu dodatku 15.4.1994 a pre SR nadobudol platnosť 14.6.1994). Londýnsky protokol zakazoval výrobu freónov už v roku 2000. konečný termín (1.január 1996) bol dohodnutý na konferencii v Kodani v roku 1992. Výnimku tvorili oblasti zdravotníctva, bezpečnosť štátu, letectvo a jadrové zariadenia. V týchto okruhoch mohli byť freóny aj naďalej používané, ale s menším množstvom než doposiaľ. Rozvojové krajiny mali menej prísne podmienky než ekonomicky vyspelé štáty. Štvrté stretnutie v roku 1992 v Kodani - tzv. Kodanský dodatok k Montrealskému protokolu (Slovenská republika pristúpila ku Kodanskému dodatku 7.1.1998 a pre SR nadobudol platnosť 7.4.1998) a siedme stretnutie v decembri 1995 vo Viedni prijali ďalšie sprísňujúce opatrenia na reguláciu výroby a spotreby kontrolovaných látok, ktorými sa rozšíril ich počet a skrátili termíny obmedzenia až postupného ukončenia používania týchto látok. Na deviatom stretnutí strán Montrealského protokolu v roku 1998 v Montreale boli prijaté opäť úpravy aj zmeny. Tento dodatok ukladá stranám, aby zakázali dovoz a vývoz metylbromidu z a do štátov, ktoré nie sú stranami protokolu. Okrem toho ukladá povinnosť stranám protokolu



zaviesť licenčný systém na dovoz a vývoz kontrolovaných látok do 1. januára 2000. Zasadanie Konferencie zmluvných strán Viedenskej zmluvy sa konajú raz za tri roky.

8.2.1. Graf celosvetovej produkcie CFC a HCFC od roku 1981 do 1996

8.2.2. Prijatie Montrealského protokolu zákonmi v SR

Účinné plnenie všetkých povinností vyplývajúcich z Montrealského protokolu a jeho dodatkov si vyžadovalo prijať v našom právnom poriadku potrebné legislatívne predpisy. 1. apríla 1998 nadobudol platnosť zákon č. 76/1998 o ochrane ozónovej vrstvy Zeme a o doplnení zákona č. 455/1991 Zb. o živnostenskom podnikaní (živnostenský zákon) v znení neskorších predpisov. Zákon ustanovuje podmienky výroby, dovozu, vývozu, uvádzania do obehu a skladovania látok poškodzujúcich ozónovú vrstvu a výrobkov s obsahom týchto látok. Upravuje práva a povinnosti orgánov, ktoré budú vykonávať štátnu správu v tejto oblasti. Zároveň určuje termíny konečného zákazu výroby, uvádzania do obehu, dovozu a vývozu látok poškodzujúcich ozónovú vrstvu a výrobkov s obsahom týchto látok. Zákon ustanovuje podmienky nakladania s látkami a výrobkami, nakladať s nimi môžu len osoby, ktoré budú mať oprávnenie podľa osobitných predpisov (odborná spôsobilosť je osobitnou podmienkou prevádzkovania vymedzených živností). Na vykonávanie tohto zákona nadobudla 1. októbra 1998 platnosť vyhláška MŽP SR č. 283/1998, ktorou sa vykonáva zákon o ochrane ozónovej vrstvy Zeme.



8.2.3. Vzrastajúci počet štátov dodržiavajúcich Viedenskú dohodu, Montrealský protokol, Londýnsky a Kodanský dodatok od roku 1985

8.3. Niektoré závery z posledných pozorovaní ozónu 8.3.1. Posledné pozorovania (8.3.2003) – Zmenšenie rýchlosti ubúdania ozónovej vrstvy

v horných vrstvách stratosféry Vedci v Spojených štátoch oznámili, že podľa ich dôkazov, má jedna z prvých globálnych

dohôd o životnom prostredí pozitívny vplyv na ozónovú vrstvu. Pozitívne zistenie sa s najväčšou pravdepodobnosťou dajú pripísať úspechu jednej z prvých celosvetových dohôd, tzv. Montrealskému protokolu.

Odborníci analyzovali údaje nazbierané za posledných dvadsať rokov tromi satelitmi a tromi pozemnými prístrojmi. Podľa profesora Michaela Newchurche z Univerzity štátu Alabama, ktorý stal v čele výskumného týmu, štúdia potvrdila, že tempo deštrukcie ozónovej vrstvy v hornej stratosfére sa výrazne spomalilo. V spodných vrstvách je vraj situácia zložitejšia. Globálne otepľovanie tu vraj so svojimi zmenami v teplotách a pohybu vetra odďaľuje podobný pozitívny vývoj. Ako uviedol profesor Newchurch, ozónová vrstva po niekoľko desaťročí ubúda tempom asi 8 % za 10 rokov. Teraz sú to zhruba 4 % za 10 rokov. Vedci odhadujú, že v nasledujúcich niekoľkých rokoch dôjde k úplnému zastaveniu úbytku. Úplné obnovenie ozónovej vrstvy sa však neočakáva skôr ako za päťdesiat rokov.



8.3.2. 16. júl 2004 – Ozónová vrstva varuje – Stenčovanie ozónovej vrstvy by mohlo byť závažnejšie než sme doteraz predpokladali. Príčinou je známy jav – globálne otepľovanie.

Keď sa horná časť arktickej atmosféry ochladí, čo je predpokladaný následok klimatickej zmeny, tak úbytok ozónu by mohol byť trikrát väčší, než je v súčasnosti aktuálna predpoveď. S týmto tvrdením prišiel Markus Rex a jeho kolegovia z Alfred Wegener Institutu v Potsdamu.

Rex a jeho kolegovia študovali zimné klimatické podmienky v Arktide v minulých desiatich rokoch a zisťovali, ako deštrukcia ozónu závisí na aktuálnom počasí. Našli napodiv veľmi silný vzťah medzi poklesom ozónu a množstvom stratosferických polárnych oblakov. Tato forma oblačnosti sa objavuje v zime okolo 20 km nad zemou. Niekedy sú označované ako tzv. „perleťové oblaky“. Na povrchu tejto oblačnosti dochádza k chemickým reakciám, ktoré menia priemyselný chlór (CFCS), ktorý poznáme zo starých chladničiek, do reaktívnej formy. Tá následne ničí molekuly ozónu. V priemere sa atmosféra v Arktíde v minulosti ochladila. Neustále sa ochladzujúca atmosféra môže mať za následok väčšie množstvo stratosferických polárnych oblakov, a tým väčšiu deštrukciu ozónu. Aj keď množstvo CFCS klesá, tak stratosferická polárna oblačnosť neprestáva narastať čo do veľkosti a množstva. Nevyvrátiteľný fakt je, že tieto látky budú v atmosfére ešte dlho a budú spôsobovať pokles ozónu ešte niekoľko desiatok rokov! 8.3.3. Graf poklesu produkcie CFC freónov v rozvojových a industrializovaných

krajinách



ZZÁÁVVEERR

Jednotlivec nemôže priamo ovplyvňovať koncentráciu prízemného ozónu. Môže však prispieť, aby škodliviny zbytočne neunikali do ovzdušia a nevytvárali ozón. Ako?

• šetriť elektrickú a tepelnú energiu • používať automobil len vtedy, keď je to nevyhnutné • nechať si skontrolovať emisie a nastavenie motora u automobilov • nový automobil mať vybavený trojcestným riadeným katalyzátorom • pri nakupovaní rozmýšľať ekologicky, napr. kupovať a používať vodou riediteľné

farby • minimalizovať odpady Je dôležité, aby sme si uvedomili, že nie sme pánmi sveta a keď chceme dýchať zdravý

vzduch, zaistiť zdravú budúcnosť pre naše rodiny, dodržiavajme určité zásady. Život bez škodlivých látok, ktoré momentálne dýchame však nezaistí sám jednotlivec, pre zlepšenie kvality životného prostredia by mali niečo urobiť najmä firmy alebo štáty, ktoré tak často zanedbávajú ochranu životného prostredia aj takým spôsobom, že svoje výrobné podniky presúvajú do rozvojových krajín, kde ešte neplatia obmedzenia Montrealského protokolu a tak môžu aj naďalej produkovať škodlivé látky ničiace ozón. Takto sa stávajú producentmi, ktoré majú najväčší podiel pri znečisťovaní ozónu.



ZZOOZZNNAAMM PPOOUUŽŽTTÝÝCCHH ZZDDRROOJJOOVV IInntteerrnneettoovvéé lliinnkkyy http://www.enviro.gov.sk/minis/ovzdusie/ozon/ozon.htm http://zpravodajstvi.ecn.cz/index.stm?apc=zzzx1--&x=142968 http://www.astronomie.cz/modules.php?name=News&file=print&sid=487 http://www.chemagazin.cz/Texty/CHXIV_3_cl2.pdf http://www.kolej.mff.cuni.cz/~lmotm275/RUZE/06/node2.html http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=4520 http://www.spspart.sk/k2001ozon.htm http://www.ekoskola.sk/vzduch_atmosfera.htm OOddbboorrnnáá lliitteerraattúúrraa Richard B. Primack, Pavel Kidmann, Jana Jersáková – Biologické princípy ochrany přírody M. Nikonorov a kolektív – Pesticídy a toxicita prostredia LLiinnkkyy nnaa ssttrráánnkkyy ss aanniimmáácciiaammii Referent: http://svs.gsfc.nasa.gov/search/Keywords/Ozone.html Referent: http://www.chem.tamu.edu/rgroup/north/ITSMedia.html Referent: http://visibleearth.nasa.gov/view_rec.php?id=56 Referent: http://www.afn.org/~afn02809/ Referent: http://www.ozonesolutions.info/ozoneinfo.htm Referent: http://crpp0001.uqtr.uquebec.ca/CHM1005/Archives/ Referent: http://users.ipfw.edu/gillespi/Biol349.htm Referent: http://earth.rice.edu/mtpe/atmo/atmosphere/topics/ozone/Ozone_Causes.html Referent: http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/439/449969/Media_Portfolio/ch08.html Referent: http://www.chemtopics.com/unit09/munit9f.htm Referent: http://jwocky.gsfc.nasa.gov/multi/multi.html Referent: http://homepages.ge.ucl.ac.uk/~awayne/polar/ozone.html Referent: http://www.wag.caltech.edu/home/duin/movies.html Referent: http://www.esrin.esa.it/esaCP/GGGTXV8RVDC_Protecting_0.html Referent: http://www.esrin.esa.it/export/esaCP/ESAUWOUTYWC_FeatureWeek_0.html Referent: http://poohbah.cem.msu.edu/courses/isp207/ozone/ozone.html Referent: http://www.psc.edu/research/fetc/mfix/mfix.html URL: http://www.research.ibm.com/people/l/lloydt/ozone_atm.mpg NNiieekkttoorréé ďďaallššiiee aanniimmáácciiee

Stratosferický ozón všeobecne - výskyt, deštrukcia, funkcia (anglický audio komentár)

Vzájomné závislosti v oblasti výskytu ozónovej diery (situácia vychádza z meraní v roku 2004)

Súčasťou tejto seminárnej práce sú aj ďalšie animácie, na ktoré však nie sú vytvorené

odkazy z tohto dokumentu a rozhodli sme sa ich preto nekomentovať. Tieto animácie uvádzame bez komentára a nachádzajú sa v samostatnom priečinku na kompaktnom disku elektronicky spracovanej seminárnej práce.

http://www.enviro.gov.sk/minis/ovzdusie/ozon/ozon.htm

http://zpravodajstvi.ecn.cz/index.stm?apc=zzzx1--&x=142968

http://www.astronomie.cz/modules.php?name=News&file=print&sid=487

http://www.chemagazin.cz/Texty/CHXIV_3_cl2.pdf

http://www.kolej.mff.cuni.cz/~lmotm275/RUZE/06/node2.html

http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=4520

http://www.spspart.sk/k2001ozon.htm

http://www.ekoskola.sk/vzduch_atmosfera.htm

http://svs.gsfc.nasa.gov/search/Keywords/Ozone.html

http://www.chem.tamu.edu/rgroup/north/ITSMedia.html

http://visibleearth.nasa.gov/view_rec.php?id=56

http://www.afn.org/~afn02809/

http://www.ozonesolutions.info/ozoneinfo.htm

http://crpp0001.uqtr.uquebec.ca/CHM1005/Archives/

http://users.ipfw.edu/gillespi/Biol349.htm

http://earth.rice.edu/mtpe/atmo/atmosphere/topics/ozone/Ozone_Causes.html

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/439/449969/Media_Portfolio/ch08.html

http://www.chemtopics.com/unit09/munit9f.htm

http://jwocky.gsfc.nasa.gov/multi/multi.html

http://homepages.ge.ucl.ac.uk/~awayne/polar/ozone.html

http://www.wag.caltech.edu/home/duin/movies.html

http://www.esrin.esa.it/esaCP/GGGTXV8RVDC_Protecting_0.html

http://www.esrin.esa.it/export/esaCP/ESAUWOUTYWC_FeatureWeek_0.html

http://poohbah.cem.msu.edu/courses/isp207/ozone/ozone.html

http://www.psc.edu/research/fetc/mfix/mfix.html

http://www.research.ibm.com/people/l/lloydt/ozone_atm.mpg

ozÓn - vitajte na stránkach gls!gymlsbj.sk/pk/chemia/download/ozon.pdf · ozón (seminárna...

Documents