EKOLOGIA
W atmosferze Ziemi o szerokości ponad 1000 km znajduje się jedna, mająca szczególne znaczenie warstwa, która znajduje się od 10 do 50 km nad powierzchnią Ziemi i nazywana jest ozonosferą. Warstwa ta składa się z cząsteczek ozonu (trójatomowego tlenu O3) i ma szczególne znaczenie z uwagi na to, że zatrzymuje szkodliwe dla wszelkich żywych organizmów promieniowanie ultrafioletowe. Maksymalne stężenie ozonu utrzymuje się na wysokości ok. 23 km. Od końca lat 70 - tych obserwuje się znaczny spadek zawartości ozonu, szczególnie nad Antarktydą, w rejonie bieguna południowego. Zmniejszenie koncentracji ozonu w ozonosferze jest nazywa się powszechnie dziurą ozonową.Bliższe badania tego zjawiska ujawniły, że gwałtowne zmniejszanie się warstwy ozonowej rozpoczęło się w latach siedemdziesiątych, oraz że główną przyczyną jego nasilenia są reakcje wywołane obecnością w atmosferze ziemskiej substancji zawierających chlor i/lub brom. Pierwiastki te zawarte są w substancjach produkowanych przez człowieka, a w szczególności zawierają je:
- chlorofluorowęglowodory (chlorofluorocarbons - CFCs) - wodorobromofluorowęglowodory (hydrobromofluorocarbons - HBFCs) - wodorochlorofluorowęglowodory (hydrochlorofluorocarbons - HCFCs)
Ogólny mechanizm niszczenia ozonu:
Rozkład (fotoliza) związku pod wpływem promieniowania ultrafioletowego
Reakcja uwolnionych atomów chloru (bromu) z ozonem (utworzenie aktywnej cząsteczki tlenku chloru (ClO) (bromu (BrO)) oraz tlenu (O2)
Reakcja dwóch cząsteczek tlenku chloru (bromu), w wyniku której powstaje dwutlenek chloru (bromu) i uwalnia się kolejny atom chloru (bromu)
Wolny atom chloru (bromu) reaguje z kolejną cząsteczką ozonu
Dodatkowo dwutlenek chloru (bromu) może ponownie ulec rozpadowi na atom chloru i dwuatomową cząsteczkę tlenu. Zgodnie z powyższym opisem w przypadku halonu reakcja wygląda następująco:
CF3Br -> CF3 + Br
Br + O3 -> BrO + O2
BrO + O3 -> Br2O2
Powyższe reakcje przebiegają do momentu całkowitego wyczerpania się cząsteczek ozonu lub do usunięcia chloru (bromu) wskutek innych reakcji chemicznych. W związku z tym ryzyko niszczenia ozonu stratosferycznego przez halony gaśnicze zawierające chlor lub brom wzrasta na skutek ich zbyt długiego czasu życia w atmosferze. Takiego ryzyka nie ma w przypadku stosowania innych chemicznych inhibitorów procesu spalania np. proszków. Grubość warstwy ozonowej określa się w jednostkach Dobsona (DU - Dobson Unit). ¦rednia grubość warstwy ozonowej wynosi około 300 DU (około 3 mm).
Aktualnie grubość warstwy ozonowej jest stale monitorowana. Między innymi również w tym celu w roku 2002 umieszczono na orbicie Ziemi satelitę Envisat, dzięki któremu wyniki badań atmosfery i powierzchni Ziemi są zawsze aktualne i ogólnodostępne. Można je także obejrzeć w Internecie na stronie www.temis.nl (Tropospheric Emission Monitoring Internet Sernice). Jeżeli grubość warstwy ozonowej nad danym regionem spada poniżej 200 DU, to taka wartość nazywa się już dziurą ozonową.
W celu ilościowej oceny wpływu poszczególnych substancji na warstwę ozonową wprowadzony został wskaĽnik potencjału niszczenia ozonu (Ozone Depletion Potential) odniesiony do czynnika R11 uznanego za wartość jednostkową (ODP=1). Poszczególne wartości podanego wskaĽnika dla wybranych substancji kontrolowanych zostały podane w Protokole Montrealskim, w załączniku E normy PN - EN 378-1 a także w Monitorze Polskim z 2004r. nr 4 poz. 65 (dane z Protokołu Montrealskiego).
Przykładowe zestawienie (aneks A do Protokołu Montrealskiego):
| OZNACZENIE WG PN-90/M-04611 (ISO 817:1974) | GRUPA | SUBSTANCJA | POTENCJAŁ NISZCZENIA OZONU | | GRUPA I | | R11 | CFCl3 | CFC-11 | 1,0 | | R12 | CF2Cl2 | CFC-12 | 1,0 | | R113 | C2F3Cl3 | CFC-113 | 0,8 | | R114 | C2F4Cl2 | CFC-114 | 1,0 | | R115 | C2F5Cl | CFC-115 | 0,6 | | GRUPA II | | R12B1 | CF2BrCl | Halon-1211 | 3,0 | | R13B1 | CF3Br | Halon-1301 | 10,0 | | R114B2 | C2F4Br2 | Halon-2402 | 6,0 | Substancje wprowadzane do atmosfery mają wpływ nie tylko na warstwę ozonową, ale powodują również wzrost efektu cieplarnianego. Zjawisko ograniczenia wypromieniowania, przez gazy i pary zawarte w atmosferze, określa się mianem efektu cieplarnianego. Jak wynika z wyliczeń naukowców, temperatura powierzchni Ziemi pozbawionej atmosfery utrzymywałaby się w okolicy -18oC, podczas gdy obecnie na Ziemi średnia temperatura wynosi ok. +15oC. Efekt cieplarniany jest zatem zjawiskiem naturalnym i z naszego punktu widzenia korzystnym, gdyż bez niego na Ziemi nie mogłoby powstać i rozwinąć się życie. Obserwowany w ostatnim czasie wzrost średniej temperatury na Ziemi świadczy o powiększaniu się efektu cieplarnianego. Przyczyną tego może być podwyższenie w atmosferze zawartości tak zwanych gazów cieplarnianych czyli substancji odpowiedzialnych za ograniczanie wypromieniowanej z Ziemi energii. Przewidzenie konsekwencji tego zjawiska jest trudne ale przeważaja prognozy negatywne. Spodziewane są anomalie klimatyczne, zmniejszanie się powierzchni lądów i obszarów do zamieszkania, ubożenia gleb, niedoborów wody na obszarach dotychczas dobrze nawodnionych, a nawet wymierania gatunków. Do gazów cieplarnianych zalicza się: parę wodną, dwutlenek węgla, tlenki azotu, metan, ozon i freony. Szacunkowy udział gazów w efekcie cieplarnianym kształtuje się nastepująco: - dwutlenek węgla ok. 50% - metan 18 do 19% - freony 14 do 17% - ozon 8 do 12% - tlenki azotu 4 do 6%
Powszechnie uważa się, że to działalność przemysłowa człowieka jest główną przyczyną wzrostu zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze ziemskiej. Waga problemu zostałą doceniona na międzynarodowej konferencji w Kioto w 1997 r., gdzie podpisano protokół w sprawie ograniczenia emisji gazów cieplarnianych. Głównym założeniem jest ograniczenie w okresie do 2012 r. emisji gazów cieplarnianych do atmosfery o 5,2% w stosunku do stanu z 1990 roku. Do tej pory dokument ratyfikowany został przez 141 państw, w tym 30 wysoko uprzemysłowionych. Od dnia 16 lutego 2005 r. protokół i wszystkie jego zapisy stały się prawem międzynarodowym. W Polsce w dniu 01.01.2005 r. weszła w życie ustawa z 22 grudnia 2004 r. o handlu uprawnieniami do emisji do powietrza gazów cieplarnianych i innych substancji (Dz. U. z 2004 r. Nr 281, poz. 2784). W świetle tej ustawy do gazów cieplarnianych należą: dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4), podtlenek azotu (N2O), fluoropochodne węglowodorów (HFCs), perfluoropochodne związki węgla (PFCs) i sześciofluorek siarki (SF6). W celu ilościowej oceny wpływu poszczególnych substancji na efekt cieplarniany wprowadzono wskaźnik potencjału tworzenia efektu cieplarnianego - GWP (od Global Warmin Potential) odniesiony do dwutlenku węgla (GWP=1) w przyjętym horyzoncie czasowym (zazwyczaj 100 lat). Poniżej przedstawiono wartości GWP dla wybranych substancji (według IPCC*): | Substancja | Czas życia w atmosferze [lata] | GWP100**) | | Dwutlenek węgla (CO2) | 7 | 1 | | Metan (CH4) | 12 | 23 | | Podtlenek azotu (N2O) | 114 | 296 | | Czterofluorek węgla (CF4) | 50000 | 5700 | | Sześciofluorek siarki (SF6) | 3200 | 22200 | | Halony | | | | Halon 1211 (CF2BrCl) | 11 | 1300 | | Halon 1301 (CF3Br) | 65 | 6900 | | Nowoczesne gazy gaśnicze | | | | FM-200 (C3HF7) | 33 | 3500 | | Novec 1230 | 0,014 | 0 | *) IPCC - Międzynarodowy Zespół do Spraw Zmian Klimatu (skrót od Intergovernmental Panel on Climate Change **) wartość GWP jest zależny od czasu, zwykle wskaźnik ten podawany jest dla 100 lat. |