Wissen, was es ist, welche Gase sich auswirken und wann sich die Ozonschicht regenerieren sollte

Was ist die Ozonschicht? Dies ist eine sehr wichtige Frage für alle, die sich mit der Gesundheit des Planeten Erde und folglich unserer befassen. Aber um es zuerst zu beantworten, müssen Sie verstehen, wie einige grundlegende Prozesse in der Atmosphäre funktionieren.

Eines der Hauptumweltprobleme im Zusammenhang mit Chemie und Luftverschmutzung ist der Abbau (oder Abbau) der Ozonschicht. Sie müssen von diesem Thema gehört haben. Die Ozonschicht ist, wie der Name schon sagt, eine Schicht der Erdatmosphäre mit hohen Ozonkonzentrationen (O3). Die höchste Konzentration befindet sich in der Stratosphäre, etwa 20 km bis 25 km von der Erdoberfläche entfernt. Der Höhepunkt dieser Konzentrationen liegt in hohen Breiten (Polen) und der niedrigste in tropischen Regionen (obwohl die O3-Produktionsrate in den Tropen höher ist).

Wie bereits in unserem Artikel "Ozon: Bösewicht oder guter Kerl?" Gesagt wurde, kann dieses Gas sowohl äußerst wichtig und essentiell für das Leben auf der Erde sein als auch ein hochgiftiger Schadstoff. Es hängt alles von der atmosphärischen Schicht ab, in der es sich befindet. In der Troposphäre ist er ein Bösewicht. In der Stratosphäre ein guter Kerl. In dieser Angelegenheit werden wir über stratosphärisches Ozon sprechen und auf seine Funktionen, seine Bedeutung, seinen Abbau und wie dies verhindern kann.

Funktionen

Stratosphärisches Ozon (der Gute) ist für die Filterung der Sonnenstrahlung bei einigen Wellenlängen verantwortlich (absorbiert die gesamte ultraviolette B-Strahlung, die als UV-B bezeichnet wird, und einen Teil anderer Strahlungsarten), die bestimmte Krebsarten verursachen kann Das Schlimmste ist das Melanom. Es hat auch die Funktion, die Erde warm zu halten und zu verhindern, dass die gesamte auf der Oberfläche des Planeten abgegebene Wärme abgeführt wird.

Was ist die Ozonschicht?

Die Ozonschicht ist, wie bereits erwähnt, eine Schicht, die etwa 90% der O3-Moleküle konzentriert. Diese Schicht ist für das Leben auf der Erde unerlässlich, da sie alle Lebewesen schützt, indem sie die ultraviolette Sonnenstrahlung vom Typ B filtert. Ozon verhält sich je nach Höhe unterschiedlich unterschiedlich. 1930 beschrieb ein englischer Physiker namens Sydnei Chapman die Prozesse der Produktion und des Abbaus von stratosphärischem Ozon anhand von vier Stufen: Sauerstoffphotolyse; Ozonproduktion; Ozonverbrauch I; Ozonverbrauch II.

1. Sauerstoffphotolyse

Sonnenstrahlung trifft auf ein O2-Molekül und trennt seine beiden Atome. Das heißt, diese erste Stufe erhält zwei freie Sauerstoffatome (O) als Produkt.

2. Ozonproduktion

In diesem Schritt reagiert jeder der bei der Photolyse erzeugten freien Sauerstoff (O) mit einem O2-Molekül und erhält Ozonmoleküle (O3) als Produkt. Diese Reaktion findet mit Hilfe eines Atoms oder Katalysatormoleküls statt, einer Substanz, die es ermöglicht, dass die Reaktion schneller abläuft, ohne jedoch aktiv zu wirken und ohne an die Reagenzien (O und O2) oder das Produkt (O3) zu binden.

Die Schritte 3 und 4 zeigen, wie Ozon auf verschiedene Weise abgebaut werden kann:

3. Ozonverbrauch I.

Das in der Produktionsstufe gebildete Ozon wird dann durch Einwirkung von Sonnenstrahlung (in Gegenwart von Wellenlängen im Bereich von 400 Nanometer bis 600 Nanometer) wieder in ein O- und ein O2-Molekül abgebaut.

4. Ozonverbrauch II

Ein anderer Weg zum Abbau von Ozon (O3) ist die Reaktion mit freien Sauerstoffatomen (O). Auf diese Weise rekombinieren alle diese Sauerstoffatome und erzeugen zwei Sauerstoffmoleküle (O2) als Produkt.

Aber wenn Ozon produziert und abgebaut wird, was hält dann die Ozonschicht aufrecht? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir zwei wichtige Faktoren berücksichtigen: die Geschwindigkeit der Produktion / Zerstörung von Molekülen (die Geschwindigkeit, mit der sie produziert und zerstört werden) und ihre durchschnittliche Lebensdauer (Zeit, die erforderlich ist, um die Konzentration einer Verbindung auf die Hälfte zu reduzieren) Anfangskonzentration).

In Bezug auf die Produktions- / Zerstörungsrate der Moleküle wurde festgestellt, dass die Schritte 1 und 4 langsamer sind als die Schritte 2 und 3 des Prozesses. Da jedoch alles in der Phase der Sauerstoffphotolyse (Stufe 1) beginnt, kann man sagen, dass die zu erzeugende Ozonkonzentration davon abhängt. Dies erklärt dann, warum die O3-Konzentration in Höhen über 25 km und in niedrigeren Höhen abnimmt; In Höhen über 25 km nimmt die O2-Konzentration ab. In Schichten mit niedrigerer Atmosphäre herrschen längere Wellenlängen vor, die weniger Energie haben, um Sauerstoffmoleküle abzubauen, wodurch ihre Photolyserate verringert wird.

Trotz der großen Entdeckung dieser Schritte würden wir, wenn wir nur diese Zerstörungsprozesse betrachten würden, O3-Konzentrationswerte erhalten, die doppelt so hoch sind wie die in der Realität beobachteten. Dies geschieht nicht, da es zusätzlich zu den gezeigten Schritten auch unnatürliche Ozonabbauzyklen gibt, die durch Ozon abbauende Substanzen (SDOs) verursacht werden: Produkte wie Halon, Tetrachlorkohlenstoff (CTC), Fluorchlorkohlenwasserstoff (HCFC), Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) und Methylbromid (CH3Br). Wenn sie in die Atmosphäre freigesetzt werden, bewegen sie sich in die Stratosphäre, wo sie durch UV-Strahlung zersetzt werden, wobei chlorfreie Atome freigesetzt werden, die wiederum die Ozonbindung aufbrechen und Chlormonoxid und Sauerstoffgas bilden. Das gebildete Chlormonoxid reagiert wieder mit den sauerstofffreien Atomen.Bildung von mehr Chloratomen, die mit Sauerstoff reagieren und so weiter. Es wird geschätzt, dass jedes Chloratom etwa 100.000 Ozonmoleküle in der Stratosphäre zersetzen kann und eine Nutzungsdauer von 75 Jahren hat. Es wurde jedoch bereits genug Entladung vorhanden, um fast 100 Jahre lang mit Ozon zu reagieren. Neben Reaktionen mit Wasserstoffoxiden (HOx) und Stickoxiden (NOx), die auch mit stratosphärischem O3 reagieren, es zerstören und zum Abbau der Ozonschicht beitragen.Neben Reaktionen mit Wasserstoffoxiden (HOx) und Stickoxiden (NOx), die auch mit stratosphärischem O3 reagieren, es zerstören und zum Abbau der Ozonschicht beitragen.Neben Reaktionen mit Wasserstoffoxiden (HOx) und Stickoxiden (NOx), die auch mit stratosphärischem O3 reagieren, es zerstören und zum Abbau der Ozonschicht beitragen.

Die folgende Grafik zeigt die Geschichte des SDO-Verbrauchs in Brasilien:

Wo sind ozonschädigende Substanzen und wie kann man sie vermeiden?

FCKW

Fluorchlorkohlenwasserstoffe sind synthetisierte Verbindungen, die aus Chlor, Fluor und Kohlenstoff bestehen und in mehreren Verfahren weit verbreitet sind. Die wichtigsten sind nachstehend aufgeführt:

• FCKW-11: zur Herstellung von Polyurethanschäumen als Expansionsmittel, in Aerosolen und Arzneimitteln als Treibmittel, in der Haushalts-, Gewerbe- und Industriekühlung als Flüssigkeit;
• FCKW-12: angewendet in allen Verfahren, in denen FCKW-11 verwendet wurde, und auch in einer Mischung mit Ethylenoxid als Sterilisator;
• CFC-113: Wird in Präzisionselementen in der Elektronik als Lösungsmittel für die Reinigung verwendet.
• FCKW-114: wird in Aerosolen und Arzneimitteln als Treibmittel verwendet;
• FCKW-115: Wird als Flüssigkeit in der gewerblichen Kühlung verwendet.

Es wird geschätzt, dass diese Verbindungen für die Ozonschicht etwa 15.000 Mal schädlicher sind als CO2 (Kohlendioxid).

1985 wurde das Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht in 28 Ländern ratifiziert. Mit dem Versprechen der Zusammenarbeit bei der Erforschung, Überwachung und Herstellung von FCKW präsentierte der Konvent die Idee, sich einem Umweltproblem auf globaler Ebene zu stellen, bevor seine Auswirkungen spürbar oder wissenschaftlich belegt wurden. Aus diesem Grund gilt das Wiener Übereinkommen als eines der besten Beispiele für die Anwendung des Vorsorgeprinzips in wichtigen internationalen Verhandlungen.

1987 reiste eine Gruppe von 150 Wissenschaftlern aus vier Ländern in die Antarktis und bestätigte, dass die Konzentration von Chlormonoxid in dieser Region etwa hundertmal höher war als anderswo auf dem Planeten. Am 16. September desselben Jahres wurde im Montrealer Protokoll die Notwendigkeit eines schrittweisen Verbots von FCKW und deren Ersatz durch Gase festgelegt, die für die Ozonschicht nicht schädlich waren. Dank dieses Protokolls gilt der 16. September als Welttag zum Schutz der Ozonschicht.

Das Wiener Übereinkommen zum Schutz der Ozonschicht und das Montrealer Protokoll wurden am 19. März 1990 in Brasilien ratifiziert und am 6. Juni desselben Jahres durch das Dekret Nr. 99.280 im Land verkündet.

In Brasilien wurde die Verwendung von FCKW im Jahr 2010 vollständig eingestellt, wie in der folgenden Grafik dargestellt:

H-FCKW

Fluorchlorkohlenwasserstoffe sind künstliche Substanzen, die zunächst in geringen Mengen nach Brasilien importiert werden. Aufgrund des FCKW-Verbots nimmt die Verwendung jedoch zu. Die Hauptanwendungen sind:

Fertigungssektor

• HCFC-22: Klimaanlage und Schaumkühlung;
• HCFC-123: Feuerlöscher;
• HCFC-141b: Schäume, Lösungsmittel und Aerosole;
• HCFC-142b: Schäume.

Dienstleistungssektor

• HCFC-22: Klimakühlung;
• HCFC-123: Kältemaschinen ( Kältemaschinen );
• HCFC-141b: Reinigung von Stromkreisen;
• H-FCKW-Gemische: Kühlschränke mit Klimaanlage.

Nach Angaben des Umweltministeriums (MMA) wird der Verbrauch von H-FCKW in Brasilien bis 2040 voraussichtlich eingestellt. Die folgende Grafik zeigt die Entwicklung bei der Verwendung von H-FCKW:

Methylbromid

Es ist eine halogenierte organische Verbindung, die unter Druck ein Flüssiggas ist und natürlichen oder synthetischen Ursprungs sein kann. Methylbromid ist immens giftig und für Lebewesen tödlich. Es wurde häufig in der Landwirtschaft und zum Schutz von gelagerten Waren sowie zur Desinfektion von Lagerstätten und Mühlen eingesetzt.

In Brasilien wurden die Importmengen von Methylbromid seit Mitte der neunziger Jahre eingefroren. 2005 reduzierte das Land die Importe um 30%.

Die folgende Tabelle zeigt den von Brasilien festgelegten Zeitplan für die Beseitigung der Verwendung von Methylbromid:

Laut MMA ist die Verwendung von Methylbromid nur für Quarantäne- und Vorversandbehandlungen zulässig, die für Importe und Exporte reserviert sind.

Die folgende Grafik zeigt die Geschichte des Methylbromidverbrauchs in Brasilien:

Halons

Die Halonsubstanz wird von Brasilien künstlich hergestellt und importiert. Es besteht aus Brom, Chlor oder Fluor und Kohlenstoff. Diese Substanz wurde häufig in Feuerlöschern für alle Arten von Feuer verwendet. Nach dem Montrealer Protokoll wäre die Einfuhr von Halon im Jahr 2002, bezogen auf den Durchschnitt der brasilianischen Einfuhr zwischen 1995 und 1997, zulässig, was sich 2005 um 50% verringert und 2010 die Einfuhr vollständig verbietet. Die Conama-Resolution Nr. 267 vom 14. Dezember 2000 ging jedoch noch weiter und verbot die Einfuhr neuer Halone ab 2001, da nur regenerierte Halone eingeführt werden dürfen, da diese nicht Teil des Protokolleliminierungsplans sind.

Halon-1211 und Halon-1301 werden neben dem Einsatz von hauptsächlich zur Beseitigung von Seebränden, in der Luftfahrt, auf Ölschiffen und Ölförderplattformen, in kulturellen und künstlerischen Sammlungen sowie in Kraft- und Kernkraftwerken eingesetzt Militär. In diesen Fällen ist die Verwendung aufgrund ihrer Effizienz beim Löschen von Bränden ohne Rückstände und ohne Beschädigung von Systemen zulässig.

Nach der folgenden Grafik hat Brasilien den Verbrauch von Halonen bereits eliminiert.

Chlor

Chlor wird auf anthropogene Weise (über menschliche Aktivitäten) in die Atmosphäre abgegeben, hauptsächlich durch die Verwendung von FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffen), die wir oben bereits gesehen haben. Sie sind gasförmige synthetische Verbindungen, die häufig bei der Herstellung von Sprays sowie in älteren Kühl- und Gefriergeräten verwendet werden.

Stickoxide

Einige natürlich emittierende Quellen sind mikrobielle Transformationen und elektrische Entladungen in der Atmosphäre (Strahlen). Sie werden auch aus anthropogenen Quellen erzeugt. Das wichtigste ist das Verbrennen fossiler Brennstoffe bei hohen Temperaturen. Aus diesem Grund erfolgt die Emission dieser Gase in der Troposphäre, der Schicht der Atmosphäre, in der wir leben. Sie werden jedoch leicht durch den Konvektionsmechanismus in die Stratosphäre transportiert, der dann die Ozonschicht erreichen und diese abbauen kann.

Eine der Methoden zur Vermeidung von NO- und NO2-Emissionen ist die Verwendung von Katalysatoren. Die Katalysatoren von Industrie und Automobil haben die Funktion, chemische Reaktionen zu beschleunigen, die Schadstoffe in Produkte umwandeln, die für die menschliche Gesundheit und die Umwelt weniger schädlich sind, bevor sie in die Atmosphäre freigesetzt werden.

Wasserstoffoxide

Die Hauptquelle für HOx in der Stratosphäre ist die Bildung von OH aus der Photolyse von Ozon, wodurch angeregte Sauerstoffatome entstehen, die mit Wasserdämpfen reagieren.

Ozonschichtloch

Bild: NASA

1985 wurde festgestellt, dass das stratosphärische Ozon zwischen September und November um etwa 50% signifikant reduziert wurde, was der Frühlingsperiode auf der südlichen Hemisphäre entspricht. Die Verantwortung wurde auf die Wirkung von Chlor aus FCKW zurückgeführt. Mehrere Studien haben gezeigt, dass der Prozess seit 1979 stattgefunden hat.

Das einzige Loch in der Ozonschicht befindet sich über der Antarktis - überall sonst geschah die langsame und allmähliche Abnahme der Ozonschicht.

Aufgrund der im Montrealer Protokoll verabschiedeten Maßnahmen, die vom Entwicklungsprogramm der Vereinten Nationen (UNDP) mitgeteilt wurden, besteht derzeit jedoch ein großer Trend zur Umkehrung der Schädigung der Ozonschicht. Es wird erwartet, dass die Schicht bis 2050 wieder auf das Niveau von vor 1980 gebracht wird.

Neugier: Warum nur am Südpol?

Die Erklärung für das Loch, das nur über der Antarktis auftritt, kann durch die besonderen Bedingungen des Südpols wie niedrige Temperaturen und isolierte atmosphärische Zirkulationssysteme gegeben werden.

Aufgrund der Konvektionsströme zirkulieren die Luftmassen ununterbrochen, aber in der Antarktis tritt aufgrund der Tatsache, dass der Winter extrem streng ist, keine Luftzirkulation auf, wodurch Konvektionskreise entstehen, die auf den Bereich beschränkt sind, der als polarer Wirbel oder Wirbel bezeichnet wird.

Siehe auch dieses kurze Video des Nationalen Instituts für Weltraumforschung (Inpe) zum Abbau der Ozonschicht durch FCKW:

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