OzonozonOzon znajduje się w troposferzetroposferatroposferze i stratosferzestratosferastratosferze, a jego największa koncentracja występuje na wysokości od 18 do 24 km n.p.m.

Przy powierzchni Ziemi (w troposferze) ozon występuje w małej ilości, ale miejscowo jego stężenie może się zwiększać. Gaz ten powstaje np. podczas wyładowań atmosferycznych (co łatwo można rozpoznać po wyczuwalnym po burzy świeżym zapachu charakterystycznym dla ozonu), wchodzi również w skład smogu fotochemicznegosmog fotochemicznysmogu fotochemicznego. Będąc silnym utleniaczem, ozon w dużym stężeniu jest szkodliwy dla organizmów: u roślin powoduje zamieranie tkanek liści, u ludzi prowadzi do uszkodzeń układu oddechowego i jest groźny zwłaszcza dla dzieci oraz osób starszych.

ROlm8xreWoHVE

Fotografia przedstawia zdjęcie rentgenowskiej klatki piersiowej człowieka. Widoczne są jasne żebra i kości obojczyków. Pod żebrami znajdują się ciemniej zarysowane płuca z obrzękiem.

W stratosferze znajduje się warstwa ozonu (ozonosferaozonosferaozonosfera), która pełni dwie funkcje:

• redukuje dopływ do powierzchni Ziemi promieniowania ultrafioletowegopromieniowanie ultrafioletowepromieniowania ultrafioletowego emitowanego przez Słońce, pochłaniając ok. 97% zakresu promieniowania UVB – mutagennegomutagenne czynnikimutagennego dla organizmów;

• bierze udział w przekształcaniu energii promieniowania UV w energię cieplną (co oznacza, że ozon jest w niewielkim stopniu gazem cieplarnianym).

Grubość warstwy ozonu nie jest równomierna – zależy m.in. od szerokości geograficznej, pory roku i dnia, np. na półkuli południowej największe ubytki ozonu występują we wrześniu i październiku, czyli podczas tamtejszej wiosny.

Ozon to gaz nietrwały termicznie, który rozpada się stopniowo do tlenu już w temperaturze pokojowej. Procesy rozpadu i tworzenia cząsteczek ozonu powinny pozostawać we względnej równowadze. Pod koniec lat 70. XX wieku naukowcy zauważyli jednak znaczne zmniejszenie ilości ozonu nad Antarktydą – nawet o 40%. To wtedy narodziło się pojęcie dziury ozonowej, które oznacza spadek stężenia ozonu w stratosferze. Ozon pochłania część promienia ultrafioletowego, które jest szkodliwe dla organizmów (m.in. uszkadza materiał genetyczny). Spadek jego stężenia w stratosferze wiąże się więc ze zwiększoną ilością promieniowania ultrafioletowego przenikającego do powierzchni Ziemi.

Ozon w stratosferze ulega licznym reakcjom, którym towarzyszy przemiana promieniowania ultrafioletowego w energię cieplną. Pierwszy etap polega na pochłonięciu przez cząsteczkę tlenu fotonu promieniowania ultrafioletowego. Podczas tej reakcji dochodzi do rozbicia cząsteczki tlenu (OIndeks dolny 2₂) na dwa reaktywne atomy (2O), które przyłączają się do innych cząsteczek tlenu (OIndeks dolny 2₂). W ten sposób powstaje ozon (OIndeks dolny 3₃). Cząsteczki ozonu (OIndeks dolny 3₃), podobnie jak tlenu (OIndeks dolny 2₂), mogą ulec rozpadowi pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (powstanie wówczas tlen cząsteczkowy – OIndeks dolny 2₂ i reaktywny atom tlenu – O).

Reakcje ozonu i towarzyszące im przemiany promieniowania ultrafioletowego skutkują pochłanianiem wysokoenergetycznego promieniowania (UV‑C i UV‑B), które stanowi zagrożenie dla organizmów. Dzięki przemianom cyklu ozonowo‑tlenowego znaczna część promieniowania o dłuższych zakresach fal zostaje zatrzymana przez atmosferę. W konsekwencji zmniejsza się ilość docierającego do powierzchni Ziemi promieniowania UV‑B i UV‑C.

Badania mechanizmu powstawania dziury ozonowej doprowadziły naukowców do wniosku, że najbardziej szkodliwe dla ozonosfery są chlorofluorowęglowodory (CFC), czyli freonyfreony (CFC)freony. Są to gazy nieszkodliwe w dolnych warstwach atmosfery, ale w stratosferze – w wyniku rozkładu przez promieniowanie słoneczne – uwalniają chlor, który niszczy ozon w następujących reakcjach:

Jeden atom chloru może rozłożyć ok. 100 tys. cząsteczek ozonu.

Jednym z czynników sprzyjających niszczeniu ozonu przez chlor jest niska temperatura panująca w stratosferze. W okolicach biegunów (regularnie nad biegunem południowym, sporadycznie – nad północnym) pod koniec nocy polarnej wynosi ona poniżej -80ºC. Tworzą się wtedy chmury stratosferyczne, złożone z kwasu azotowego (rzadziej siarkowego) i zamarzniętej wody. Na powierzchni kryształków „kwaśnego lodu” zachodzą reakcje powodujące rozkład związków chloru, co prowadzi do uwolnienia jego reaktywnych atomów. Zimą nad Arktyką temperatury są zwykle wyższe, co sprawia, że chmury stratosferyczne tworzą się tam rzadziej. Koncentrację ozonu poniżej 220 DUDUDU, czyli „dziurę ozonową”, na półkuli północnej pierwszy raz (i na razie jedyny) odnotowano dopiero w marcu 2011 r.

R1QbaZRTfp1Qe

Zdjęcie przedstawia dwa rzuty na kulę ziemską z perspektywy bieguna południowego. Na pierwszym rzucie widoczna jest jeszcze gruba warstwa ozonowa, otaczająca Antarktydę. To zdjęcie wykonano w roku 1979. Na drugim rzucie widoczna jest bardzo duża dziura ozonowa, której rozmiar jest większy niż Antarktyda. To zdjęcie wykonani w 2008 roku.

W latach 80. XX wieku poziom ozonu w stratosferze gwałtownie się obniżał, co skutkowało zwiększeniem dopływu do powierzchni Ziemi promieniowania UVB, które może uszkadzać DNA komórek. Państwa zrzeszone w Organizacji Narodów Zjednoczonych w 1985 r. uchwaliły Konwencję Wiedeńską w sprawie Ochrony Warstwy Ozonowej , a w 1987 r. Protokół Montrealski, ratyfikowane przez wszystkie kraje świata, które zostały zobligowane do stopniowej rezygnacji z produkcji substancji niszczących ozon (ODS – ozone depleting substances), głównie freonów, halonówhalonyhalonów i bromku metylubromek metylubromku metylu. Ich zużycie znacząco spadło, nadal jednak postępuje zmniejszenie grubości ozonosfery, gdyż substancje te mają długą żywotność: mogą pozostawać w atmosferze do 100 lat.

Polska, zgodnie z wymaganiami Konwencji, prowadzi badania związane ze stężeniem ozonu w stratosferze. W ramach monitoringu wykonywane są pomiary całkowitej zawartości ozonu, pionowego rozkładu ozonu oraz natężenia promieniowania ultrafioletowego. Co więcej, na podstawie danych satelitarnych wyznaczane są pola całkowitej zawartości ozonu nad Europą. W ramach ochrony ozonu zostały również wycofane ze stosowania tzw. substancje zubożające warstwę ozonową (SZWO). Do tej grupy zaliczane są substancje chemiczne będące pochodnymi węglowodorów alifatycznych, tj. metan, etan czy propan, do których został przyłączony atom chloru, bromu lub fluoru. Związki te zostały zastąpione wodorofluorowęglowodorami, perfluorowęglowodorami (zaliczanymi do substancji z grupy HFC i PFC) oraz węglowodorami (należącymi do grupy HC).

Słownik