Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí

1. Fyzikální aspekty zátěží životního prostředí 9 Ztenčování ozónové vrstvy

2. Dynamika vzniku a zániku ozónu • Ozón současně vzniká a zaniká. • Vzniká především ve vyšších vrstvách atmosféry (tropická stratosféra), kde je více UV záření, naopak v nižších vrstvách (pod 30 km) převažuje rozpad ozónu. • Detailní popis rozhodujících procesů není stále uzavřen a představuje často poměrně složitý problém (existence mnoha následných reakcí v aerosolech – kapičkách látek rozprášených v atmosféře).

3. Ovlivnění stavu ozónu lidskou činností • Lidská civilizace ovlivňuje stav ozonové vrstvy v závislosti na průmyslové a zemědělské činnosti ale i využíváním civilizačních vymožeností běžné denní potřeby. • Komplex chemických procesů ovlivňujících ozonosféru je složitý a není dodnes zcela objasněn. • Předpokládá se narušení ozonosféry vlivem katalytických chemických cyklů.

4. Katalytické přeměny ozónu Katalytické přeměny ozónu na molekuly kyslíku, lze zjednodušeně zapsat pomocí rovnice X + O3 + O  X + 2 O2, kde jako katalyzátor XvystupujímolekulyNO, H, OH, Cl, Br.

5. Cyklus NOx Roli katalyzátoru X hraje oxid dusnatý NO, který vzniká rozpadem troposférického oxidu dusného N2O, N2O + O → 2 NO, nebo fotodisociací stratosférické dusíku N2 a jeho následnou reakcí s O2 2 N + O2 → 2 NO. Cyklus se uplatňuje do výšek přibližně 35 km.

6. Zdroje NO Troposférický N2O • pochází jednak z přirozených zdrojů, např. z půdy a z moří jako důsledek činnosti živých organismů, • mezi umělé zdroje patří dusíkatá hnojiva aplikovaná v zemědělství, • v průmyslu emise vznikající spalováním fosilních paliv a jejich produktů (zdrojem mohou být i jaderné výbuchy).

7. Cyklus ClOx Roli katalyzátoru X hraje atomární chlór, jeho zdrojem jsou pak halogenované uhlovodíky - organické sloučeniny na bázi nižších alkanů, např. metan, etan, cyklobutan s obsahem chlóru, fluoru a vodíku v molekule.

8. Zdroje Cl - Freony Freony (CFC, chlorofluorouhlovodíky, též úplně halogenované uhlovodíky), látky používané hlavně jako médium do chladicích zařízení (např. ledniček), též jako náplně do aerosolových rozprašovačů. Jejich emise byly vysoké v 60. a 70. letech. CFCl3 CF2Cl2. • Freon 11 Freon 12

9. Další zdroje Cl • Chlorid uhličitý CCl4 Tetrachlormetan, nepřesně „tetrachlór“, vzniká např. jako vedlejší produkt výroby dichlormetanu a trichlór metanu (chloroform). • Metylchloroform CH3CCl3 (trichloretan) používá se jako součást čistících prostředků na kovy a plasty.

10. Cyklus BrOx • Roli katalyzátoru X hraje atomární bróm Br, • obdoba předchozího cyklu, ale smnohem větším účinkem.

11. Zdroje Br Halony • Bromofluorouhlovodíky (případně obsahují i chlór), např. CBrF3,CBrClF2, C2F4Br2. • Používají se např. v hasících přístrojích. • Přes zatím nižší koncentraci jsou nebezpečné vzhledem k větší účinnosti příslušného cyklu.

12. Měření obsahu ozónu - Dobsonovy jednotky • Dobsonova jednotka (DU) je standardní vyjádření množství ozonu v atmosféře. • 1 DU je 2,69 × 1020 ozonových molekul na čtvereční metr. Představuje takové množství ozónu, které by za normálních podmínek, tj. tlaku 1013 hPa a teplotě 273 K, vytvořilo vrstvu o tloušťce 10m. • Normální hodnoty naměřené v zemské atmosféře jsou řádově 350- 450 DU, což odpovídá vrstvě o tloušťce 1 mm.

13. Dálkový průzkum Země • S rozvojem kosmických letů se začali používat družice ke sledování povrchu Země i stavu její atmosféry. • Uvedené metody shrnujeme pod pojem dálkový průzkum Země (pod tento pojem se často zahrnují i další prostředky a metody zejména letecký průzkum).

14. DPZ - technika • První družicí, která prováděla měření pomocí ozonového spektrometru TOMS byl NIMBUS 7. • Spektrometr měřil rozptyl slunečního záření v atmosféře v několika intervalech spektra. • Protože ozón absorbuje UV záření, projeví se jeho množství v  atmosféře změnou intenzity odraženého UV záření.

15. Ozonová díra • Jako ozónová díra je označován výrazný pokles koncentrace stratosférického ozónu, zvláště nad Antarktidou. • O ozonové díře se hovoří v případě poklesu koncentrace pod 220-250 DU. • Normál odpovídá hodnotám mezi 300 - 400 DU, při větších výkyvech 250 – 500 DU. • Nejnižší zjištěné hodnoty v případě ozonové díry nad Antarktidou byly pod 100 DU.

16. Dlouhodobé sledování obsahu ozónu v ovzduší

17. Antarktická ozonová díra • Později byl naměřen kolísavý úbytek stratosférického ozónu nad Jižní Amerikou a Austrálií a později nad severní hemisférou. • Rekordní snížení bylo v letech 1992-3. • Nad nejvíce obydlenými oblastmi pozorujeme snižování okolo 0,5 % za rok. • Antarktická ozonová díra byla objevena v polovině 70. let díky síti pozemních pozorovacích stanic. • Zpočátku bylo měření koncentrace ozonu omezeno na poměrně malé území severní polokoule a Antarktidu. • Měření pomocí satelitů probíhá teprve od roku 1978.

18. Analýza výsledků měření • Období 1962 - 1980 bylo obdobím bez výraznějšího trendu, v 80. letech začal zřetelný pokles ozónu. • Největší pokles ozónu byl zaznamenán v průběhu zimy 1991 - 1992. • 28. 1. 1992 celkový obsah ozónu dosáhl pouze 207 DU, což je hodnota o 40% nižší než je dlouhodobý průměr, • měsíční průměr za leden 1992 byl o 20% a za březen o 12% nižší než průměr za prosinec.

19. Důsledky zvýšení toku UV Přímé poškození lidského organismu • sněžná slepota, oční zákal, spáleniny kůže, rakovina kůže. Zemědělské plodiny • snížení a zhoršení kvality vegetace – slabší sklizeň Fytoplankton a zooplankton • sníženíprodukcefytoplanktonu (jednobuněčné fotosyntézující mikroorganismy vznášející se ve vodě), snížení účinnosti absorpce CO2, skleníkový efekt. • snížené množství zooplanktonu (drobní živočichové vznášející se ve vodě), narušení potravního řetězce snížená produkce ryb.

20. Měření ozónu České republice • V České republice se sledováním ozónové vrstvy zabývá od r.1962 Solární a ozónové oddělení Českého hydrometeorologického ústavu v Hradci Králové. • Sledují se zejména hodnoty maximálních výkyvů a také náhlé změny obsahu ozónu. • K největším poklesům dochází zejména v zimním období a brzy na jaře. V letních měsících se pozoruje naopak mírný vzestup.

21. Prognózy • Trend poklesu ozónu se zatím nezastaví. • Podle některých teorií hraje významnou roli ochlazování stratosféry (souvisí pravděpodobně s globálním oteplováním), které se projevuje i v Arktidě. • Situace v této oblasti se tak začíná nebezpečně přibližovat situaci v Antarktidě, kde tuhé zimy už od konce 80. let výrazně narušují ozónovou vrstvu a způsobují ozónovou díru mnohem větší než na severní polokouli.

22. Úmluvy o regulaci • Redukce ozónové vrstvy představuje jedno z velmi vážných ohrožení globálního životního prostředí. • Mezinárodní společenství se postupně shodlo na potřebě účinných opatření, která jsou přijímána v rámci Vídeňské konvence o ochraně ozónové vrstvy z roku 1985. • Prvním opatřením bylo přijetí Montrealského protokolu v roce 1987. Ten byl postupně zpřísněn v roce 1990 v Londýně a v roce 1992 v Kodani (další dodatky 1999 Montreal, 2001 Peking).

23. Přijatá opatření • K úmluvě a k následným protokolům a dodatkům přistoupila většina států světa a to jak rozvinutých, tak i rozvojových. • Dodatky obsahují systém závazků, které požadují  omezení výroby a vypouštění konkrétních látek ovlivňujících stav ozonové vrstvy. • Např. od roku 1997 platí zákaz výroby “měkkých” freonů a jejich dovoz je zakázán od roku 2015. Platí zákaz výroby sprejů, u kterých by byly jako hnací plyn použity tvrdé nebo měkké freony.

24. Účinnost přijatých opatření • Odborníci se shodují na tom, že opatření přijatá v rámci Kodaňského dodatku v roce 1992 jsou účinná. • Jestliže jsou vědecké předpoklady správné, ozónová vrstva ve stratosféře by se měla postupně přirozenými procesy dostat na svou původní úroveň. • Tento proces však potrvá několik desetiletí. Vzhledem k dlouhé době životnosti škodlivých látek v ovzduší se bude ještě dlouhou dobu poškozování ozónové vrstvy prohlubovat.