OZÓNOVÁ DÍRA

Aktuální problém: Výsledky nejnovějšího pozorování rekordně velké ozónové díry

3. prosince 2001 vědci z Goddardova střediska vesmírných letů americké NASA zveřejnili výsledky své poslední studie každoročního úbytku ozonu v atmosféře, která souvisela s objevením rekordně velké ozónové díry, jež tento rok zasáhla dokonce jižní pobřeží Austrálie nebo Ohňovou zemi (cíp Jižní Ameriky).
Takzvaná ozónová díra je lidstvu sice známá už od první poloviny 70. let, ale vědci ji začali detailně zkoumat až později, protože jí ze začátku nebyl přisuzován příliš velký význam. Do této doby existovalo několik modelů atmosféry s různými vlastnostmi. V každém z těchto modelů se předpokládal odlišný vývoj ozónové díry. Na základě přesně naměřených teplot a dalších veličin však vědci mohli dojít k mnohem přesnějším výpočtům a budoucnost ozónu v naší atmosféře je tak lépe předpověditelná. Na výzkumu se podílel zvláštní satelit TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer).


Z poznatků výzkumu vyplývá, že již došlo ke zvrácení negativního vývoje ubývání ozónu v atmosféře, ale zároveň upozorňuje, že je třeba důsledně dokončit provádění všech usnesení Montrealského protokolu a jeho dalších modifikací (viz dále). Návratu k původním hodnotám tloušťky ozónu se dočkáme pravděpodobně až kolem roku 2066 a do té doby se bude dále zhoršovat i situace nad severní polokoulí.
Vytvoření další ozónové díry nad Arktidou, o kterém se diskutovalo, vědci však zamítají. To je dáno odlišnými vlastnostmi vzduchu na severní a jižní polokouli (viz dále). Důsledkem úbytku ozónu je vyšší riziko výskytu rakoviny kůže a dalších onemocnění či dokonce vyhynutí některých druhů organismů. K Zemi totiž proniká více nebezpečného ultrafialového záření.

Údaje o vrstvě

Ve výšce 15 – 45 km nad zemí (údaje se mírně liší v závislosti na zdroji) se ve stratosféře nachází vrstva ozónu O3. Ten vzniká reakcí kyslíku O2 za slunečního záření. Nejvyšší koncentrace se nachází kolem 25 – 30 km nad povrchem. Celkové množství ozónu je však docela malé – kdyby se všechny jeho rozptýlené molekuly shromáždily, utvořily by kolem Země pouze „slupku“ o tloušťce 3 mm. Přesto je ozónová vrstva pro život na Zemi nezbytná, pohlcuje totiž krátkovlnné ultrafialové záření (UV), mající svůj původ ve vesmíru (ultrafialové záření má na živé organismy fatální účinky) a zabraňuje odvodu tepla ( ŕ souvisí s tzv. skleníkovým efektem – viz dále).
Množství ozonu se uvádí v Dobsonových jednotkách [DU] ( – z angl. Dobson´s Unit). DU je definována takto: „Jedna Dobsonova jednotka představuje celkové množství ozónu ve vertikálním sloupci atmosféry, které by při tlaku 1013 hPa a teplotě 15 °C vytvořilo vrstvu silnou 0,001 cm“.

Tvorba a rozpad ozónu

Základní zákony tvorby a rozpadu ozónu stanovil již v roce 1930 anglický fyzik Chapman. Podle Chapmana se tvorba ozónu řídí rovnováhou mezi atomárním O2, molekulárním O2 a samozřejmě O3.

Proces probíhá takto: 

1. Některé molekuly O2 se fotodisociací rozdělí na 2O
2. Vzniklé O reagují se zbylými O2 na O3 za účasti různých
katalyzátorů

Disociace ozónu probíhá narozdíl od disociace kyslíku vlivem viditelného ultračerveného záření, které můžeme nalézt ve spodních vrstvách stratosféry, kam už nepronikne ultrafialové záření. Obecně lze tedy říci, že v dolních vrstvách převažuje nad vznikem nového ozónu jeho rozpad a nahoře je tomu naopak.
Je nutno podotknout, že pro správné výpočty je zde třeba počítat s vlnovými délkami a energií při reakcích. Tyto údaje však již překračují rámec této práce.

Důležité však je, že pozorováním byly zjištěny vyšší koncentrace ozónu, než jaké vycházely v Chapmanových výpočtech. Vědci se touto problematikou usilovně zabývali a tak bylo po roce 1950 vysloveno několik drobnějších úprav jeho teorie. Především bylo upřesněno, jaké katalyzátory zde hrají roli. Vědci pak představili několik tzv. cyklů, jako třeba HOx (vodíkový) či NOx (dusíkový) cyklus. V těchto procesech disociací O2 a O3 se počítá s radikály různých látek, ať už přírodních nebo uměle vytvořených.

Narušování vrstvy a vznik díry

 Za normálních okolností se ozón tvoří a po určité době rozpadá přirozenou cestou (viz předchozí odstavec). Rostoucí obsah chlóru v atmosféře však způsobuje hromadné ničení molekul ozónu. Chlór Cl se uvolňuje z chlorovodíkových uhlovodíků, jimž se často zkráceně říká freony, a to opět složitými reakcemi vlivem ultrafialového záření.
Freony jsou těkavé plyny používané v rozprašovačích, v hasičských přístrojích, v chladících zařízeních a při výrobě umělých pěnových hmot. Uvádí se, že jediný atom chlóru může zničit tisíce molekul ozónu (Při studiu této problematiky jsem nejčastěji nacházel čísla 10 000 a více 30 000).
Největším problémem freonů je, že jejich životnost je velmi vysoká. Proto i kdyby se nyní okamžitě přestaly produkovat všechny freony a k jejich výrobě už nikdy nedošlo, ozónová vrstva by byla stále narušována ještě asi dalších 50 let (K tomuto stavu už lidé celkem úspěšně směřují podepisováním dohod o zákazech produkce freonů, viz dále). Uvádí se, že „Životnost některých z těchto látek v atmosféře není kratší než 380 let (FCKW 115), zatímco nejčetnější látka (FCKW 12) má životnost 77 let“. (Nezanedbatelnými zdroji ničení ozónu je i brom Br či třeba zplodiny vznikající provozem dopravních letadel.)

K úbytku ozónu dochází globálně, proces je ale nejpatrnější na pólech. To proto, že chlór ve stratosféře nejlépe reaguje za velmi studených teplot. Doslova ideálními podmínkami pro působení chlóru je přítomnost krystalů ledu. Proto dochází k největším úbytkům na okraji velkých mraků, které poskytují dostatek zmrzlé vody. Nízké teploty, led a podobné okolnosti předurčují masivnější úbytky ozónu k projevům v závislosti na ročním období, konkrétně na zimě. Proto se ozónová díra (tj. plocha nepatrné či dokonce žádné vrstvy ozónu) objevuje periodicky vždy na přelomu zimy a jara, jakmile má chlor příznivé podmínky pro rozklad ozónu. Teplota je také důvodem, proč ozón rapidně ubývá či se ztrácí až do vzniku „díry“ výlučně nad Antarktidou. Arktida totiž není kontinentem, totiž neskládá se z pevniny, a tak se jednoduše nemůže ochladit na takovou úroveň jako Antarktida.

Snaha lidstva o potlačení projevů ozónové díry

Na negativní účinky freonů na ozón poprvé upozornili roku 1974 Mario Molina, F. Sherwood Rowland a Paul Crutzen. Jejich varování ale nebylo akceptováno až do osmdesátých let. Tehdy brit Joseph Farman se svým týmem seznámil veřejnost s výsledky svého pozorování v Antarktidě, které započalo roku 1981. Farman si všiml pravidelného jarního obrovského výkyvu v koncentraci ozónové vrstvy. Začal tento jev podrobněji studovat a zjistil, že v roce 1985 už úbytek činil celých 50%.
Farmanova pozorování vedla poté, co je potvrdila i NASA (která ho původně zpochybňovala, protože jejich počítače považovaly údaje z družice Nimbus 7 za statisticky nepravděpodobné) tzv. Vídeňskou skupinu od roku 1981 k jednání, jehož výsledkem byla v březnu 1985 Vídeňská úmluva o ochraně ozónové vrstvy. V roce 1987 byla v Montrealu podepsána pravděpodobně nejdůležitější dohoda o ozónové vrstvě, Montrealský protokol. Ten přesně a důsledně určoval postupné omezování výroby freonů, byl ale velice mírný. Pro ukázku – v roce 1989 měla světová produkce freonů činit celých 80% úrovně z roku 1986. Protokol podepsalo 24 států. Brzy se však ukázalo, že tyto podmínky rozhodně nestačí, a tak byl k protokolu v roce 1990 přidán Londýnský dodatek, jenž zakazoval výrobu freonů již v roce 2000. Konečný termín (1. leden 1996) byl dohodnut na konferenci v Kodani v roce 1992. Výjimku tvořily oblasti zdravotnictví, bezpečnost státu, letecký provoz a jaderná zařízení. V těchto okruzích mohly být freony i nadále používány, ale v menším množství než doposud. Rozvojové země měly méně přísné podmínky než ekonomicky vyspělé státy. Posledního zpřísnění se Montrealský protokol dočkal ve Vídni v roce 1995. Zde byly freony rozděleny na tvrdé a měkké a podle toho byly stanoveny doby jejich definitivního konce výroby i používání. Výroba posledních měkkých freonů by se tedy měla omezovat až do jejich úplného nahrazení jinými látkami v roce 2020. Zasedání Konference smluvních stran Vídeňské úmluvy se konají jednou za tři roky a naposledy k němu došlo v Pekingu 29. listopadu až 3. prosince 1999.

Ochrana ozónové vrstvy v naší zemi

V roce 1990 se Československo přihlásilo k Vídeňské úmluvě a Montrealskému protokolu. Nově vzniklá Česká republika se připojila 1. ledna 1993 (k dodatkům pak 21. srpna 1996). První československý zákon o ovzduší přijal parlament v roce 1991. Nový Zákon o ochraně ovzduší a ozónové vrstvy Země byl předložen Poslanecké Sněmovně Ministerstvem životního prostředí v roce 2000 a měl by být účinný od listopadu roku 2001.
Na zasedání v Pekingu v roce 1999 byla Česká republika zvolena jako představitel východoevropské regionální skupiny pro roky 2000 a 2001 do jedenáctičlenného Implementačního výboru, který vyhodnocuje plnění závazků Montrealského protokolu smluvními stranami. Naše země se tak poprvé od vstupu Montrealského protokolu v platnost stala členem jednoho z nejdůležitějších orgánů protokolu.

Výňatek ze zpravodaje Ministerstva životního prostředí ČR, březen 2000

Autor: JUDr. Jiří Hlaváček, RNDr. Jiří Dobiášovský

Odborné panely Montrealského protokolu podaly zprávu o stavu ozónové vrstvy. Od r. 1986 došlo ke snížení spotřeby regulovaných látek CFC (tzv. tvrdých freonů) celosvětově o 84 %, v průmyslově vyspělých zemích o 97 %. Hospodářsky rozvinuté země téměř prakticky vyřadily tyto látky z používání v r. 1996 (zpoždění Rusko). Od 1. 7. 1999 platí regulační opatření i pro rozvojové země, které musí podle schválených harmonogramů zmrazit výrobu a spotřebu látek CFC na úroveň let 1995 – 97, k r. 2005 již o 50 % a v r. 2015 dosáhnout nulové úrovně. Největším výrobcem a spotřebitelem CFC a halonů je Čína. 
Vliv methyl bromidu jako látky porušující ozónovou vrstvu je podle posledních analýz nižší, vzhledem k tomu, že oceány jej absorbují více, než se dosud předpokládalo. V posledních letech se celkové ubývání ozónové vrstvy zpomalilo a při důsledném plnění závazků Montrealského protokolu všemi smluvními stranami by se ozónová vrstva mohla obnovit v r. 2050 na úroveň stavu před rokem 1980.

Úbytek ozónu a zdraví

Snižování hladiny ozónu ve stratosféře má negativní účinky na všechny živé organismy na Zemi. Díky špatnému pohlcování mohou na povrch Země pronikat větší dávky škodlivého UV záření. Důsledkem není jen vyšší riziko kožních nádorů (Uvádí se, že ztenčení ozónové vrstvy o 10 % zvyšuje počet onemocnění rakovinou kůže o 30 až 40 %), oční poruchy apod. Větší množství ultrafialového záření postihuje i jiné zóny života. Např. vlivem UV záření může dojít k vyhubení většího množství planktonu v oceánu. Tím se zásadně naruší potravní řetězec a není třeba detailně popisovat, jaké může mít tato událost následky. UV záření může ovlivňovat fotosyntézu, genetickou informaci (DNA) apod. Kvůli záření již dnes vymírá vegetace Antarktidy, zvýšený výskyt kožních onemocnění zaznamenali poslední rok lékaři z Austrálie, Nového Zélandu a Jižní Ameriky.

Výňatek z Lidových Novin - 14.10.2000

Autor: Steve Newman

:Ultrafialové nebezpečí ohrožuje jih Chile:

Obyvatelé několika odlehlých oblastí v jižním Chile byli varováni. Odborníci totiž zjistili povážlivě zvýšenou intenzitu ultrafialového záření, které zde proniká k zemi místem snížené koncentrace stratosférického ozónu. Ozónová díra nad Antarktidou se totiž protáhla a nyní zasahuje až nad Patagonii. Díra však změnila nejen svůj tvar a umístění. Odborníci zároveň zjistili nejnižší koncentraci ozónu za období 15 let, po které se měření provádějí. Díra mění svůj tvar ze dne na den díky pohybům vzduchu ve vyšších vrstvách atmosféry. Koncentrace ozónu nad Antarktidou je podle odborníků snížena o 50 procent.

Skleníkový efekt

Problematika ozónové díry souvisí těsně s tzv. skleníkovým efektem, proto je třeba se okrajově zmínit i o něm. Skleníkový efekt umožňuje život na zemi tím, že částečně zabraňuje teplu odcházet do vesmíru. Světlo ze Slunce dopadá z větší části na zemský povrch, kde je absorbováno, odraženo nebo vyzářeno ve formě tepelného záření, které je zachytáváno skleníkovými plyny. Tento mechanismus může však způsobit, že se země začne přehřívat, pokud se v atmosféře nakumuluje příliš velké množství skleníkových plynů pocházejících zejména z fosilních zásob uhlíku (uhlí, ropa, zemní plyn). Mezi skleníkové plyny patří tedy i oxid uhličitý CO2, jehož koncentrace se nebezpečně zvyšuje mj. i kácením deštných pralesů.
Jakmile se Země začne nebezpečně ohřívat, hovoříme o tzv. Globálním oteplování. Toto oteplování je velmi nebezpečným problémem současnosti. Nejvíce zmiňovaným důsledkem globálního oteplování je tání ledových „čepic“ na obou pólech. Roztáním takto obrovských zásob ledu by hladina světového oceánu stoupla o několik desítek metrů a velké části nynější pevniny by se tak octly pod vodou. Rovněž výkyvy počasí by byly mnohem výraznější a nebezpečnější. Vědci se domnívají, že pronikání velkého množství UV záření přispívá k realizaci skleníkového efektu vyšším oteplováním Země.

Tabulka výskytu skleníkových plynů v atmosféře – porovnání mezi r. 1780 a 1995

Poznámka k přízemnímu ozonu

Často citovaným problémem bývá přízemní ozón, který zde uvádím navzdory tomu, že nemá nic společného s vrstvou ozónu ve stratosféře, což mnoho lidí neví. Vysoká koncentrace přízemního ozónu, který vzniká především v letních měsících vlivem automobilové dopravy, je na rozdíl od stratosférického ozónu nebezpečná, a to zejména pro malé děti a přízemní živočichy.
V roce 1992 proběhl v našem státě projekt OZON, kdy byly měřeny hodnoty přízemního ozonu za pomoci bioindikátorů – speciálních kultivarů tabákových rostlin, které na přítomnost ozónu reagují skvrnami na listech. Tato metoda se překvapivě osvědčila a její výsledky byly velice přesné.

Maturita.cz - referát (verze pro snadný tisk)
http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=4520