Distrugerea stratului de ozon - analiza termodinamică

Ozonul - stratul de ozon

Se vorbeste foarte mult in ultima vreme despre subtierea periculoasa a stratului de ozon ce ne protejeaza de ucigatoarele radiatii ultraviolete ale Soarelui. Dar putina lume stie ca ozonul este un gaz toxic, urat mirositor. Au existat chiar vremuri in care se recomanda calduros aerul de munte ca fiind „ozonat", numai bun pentru sanatatea omului. Tot asa, poate o sa va surprinda asta, unele ape minerale erau recomandate pentru ca erau „usor radioactive"... Multa ignoranta in aceste reclame, nu-i asa? Si totusi, daca vorbim de ozon, este interesant sa observam cum acest gaz toxic devine un element vital pentru protectia vietii terestre, altfel spus un rau care, in anume conditii, devine un bun

Ce este stratul de ozon?

Dispus la altitudini cuprinse intre 19 si 30 km, stratul de ozon nu este nici pe departe o patura groasa. Concentratia acestuia, la altitudinile respective nu depaseste 10 parti la un milion, ceea ce, trebuie sa remarcam, inseamna foarte putin. Inseamna foarte putin din punct de vedere cantitativ, dar foarte mult din punct de vedere al efectelor sale benefice pentru viata de pe Terra.

Dar cum apare acest ozon?

De ce apare el numai la altitudini mari? In primul rand, trebuie sa spunem ca ozonul este o molecula speciala de oxigen, care contine 3 atomi (O3), spre deosebire de molecula de oxigen obisnuita, care are numai 2 (O2). Inainte de a trece mai departe, va trebui sa facem cateva mici precizari, referitoare la radiatiile ultraviolete. Acestea sunt impartite in trei game, UV-A, cu lungimi de unda cuprinse intre 315 si 400 nm, UV-B, cu lungimi de unda cuprinse intre 280 si 315 nm si UV-C, cu lungimi de unda mai mici de 280 nm. Pentru formarea ozonului sunt importante radiatiile UV-C, care au suficient de multa energie pentru a rupe molecula de oxigen in doi atomi.

Acesti atomi liberi se deplaseaza nestanjeniti prin stratosfera, pana in clipa in care au norocul sa intalneasca o molecula de oxigen, de care se ataseaza, formand molecula de ozon, O3. Procesul descris de noi poarta numele de fotoliza. Din cate vedeti, oxigenul molecular are capacitatea de a absorbi o parte dintre radiatiile ultraviolete, tocmai prin procesul de formarea ozonului. Acum stim si de ce ozonul se formeaza numai in stratosfera.

Acolo densitatea oxigenului este suficient de mare pentru a se produce disocierea moleculara. La altitudini mai mici, radiatiile UV-C sunt deja absorbite.

Cum se desfasoara mai departe procesul de absorbtie a radiatiilor ultraviolete? Aici este o mica ciudatenie. Pentru a le absorbi, ozonul redevine oxigen.

De fapt, radiatiile UV-B au exact energia necesara pentru a rupe legatura chimica a unui atom de oxigen din molecula de ozon.

Ca rezultat, vom avea din nou un atom plus o molecula de oxigen. Si sa nu uitam sa remarcam faptul ca radiatiile UV-A sunt absorbite doar intr-o mica masura de catre stratul de ozon, dar energia acestora este relativ mica, daca o comparam cu cea a celorlalte doua game de radiatii ultraviolete, ceea ce inseamna ca impactul lor asupra vietii este mult redus.

Asa cum vedeti, ozonul este generat si distrus in permanenta, dar, intr-o atmosfera nepoluata, procesul se desfasoara intr-o stare de echilibru, cantitatea de ozon generata fiind aproximativ egala cu cea distrusa. Pentru ca uneori sunt interesante cifrele, as vrea sa mai adaug ca, daca am aduce tot stratul de ozon la nivelul solului, atunci am putea acoperi planeta cu un strat gros de 3 mm de ozon.

Este mult? Este putin? Raspunsul este simplu de dat. Este exact cat trebuie pentru ca viata pe Terra sa fie protejata. Stratul de ozon este o regiune a atmosferei situata intre 19 si 48 de kilometri deasupra suprafetei Pamintului.

In cadrul acestei paturi atmosferice, concentratia de ozon atinge 10 parti per milion (ppm.). Ozonul propriu-zis, molecula formata din trei atomi de oxigen, se formeaza prin actiunea razelor solare de o anumita lungime de unda asupra moleculei biatomice de oxigen.

Aceasta reactie se produce continuu de multe milioane de ani, insa compusii naturali de azot par sa fi mentinut concentratia de ozon la niveluri stabile, niveluri care totusi, la sol, ar fi toxice, periculos de respirat.

De altfel, acelasi ozon este o componenta principala a smogului, ale carui efecte nefaste asupra sanatatii oamenilor sint bine cunoscute. Insa, la inaltimile mentionate la inceput, stratul de ozon joaca rolul unui scut protector, care filtreaza radiatiile ultraviolete de tip B (mutagene pentru aproape toate organismele vii), radiatiile UV avind alta lungime de unda decit cele care au condus la formarea ozonului, ceea ce permite o reactie complexa inversa.

Ce este "gaura din stratul de ozon"?

Gaura din stratul de ozon este adesea confundata cu problema incalzirii globale. Desi intre ele exista o anumita legatura, pentru ca ozonul are contributia sa la efectul de sera, "gaura de ozon" constituie o problema separata si o dovada in plus a efectelor nefaste ale activitatii omului asupra mediului care i-a dat nastere. Deasupra Antarcticii, si nu de mult si deasupra Arcticii, ozonul stratosferic s-a diminuat cantitativ de citeva ori anual, in cursul ultimilor 15 ani, in unele anotimpuri. Diminuarile in cauza sint exclusiv rezultatul poluarii atmosferei de catre om cu diferite chimicale, cum ar fi clorofluorocarbonatii (CFC, cel mai agresiv devorator de ozon, folosit pe vremuri ca agent de racire la frigidere), hidroclorofluorocarbonatii (HCFC), dar si compusi continind bromuri, compusi de halogen si oxizi de azot. In pofida tuturor masurilor luate, diminuarea concentratiei de ozon stratosferic este un proces care continua sa se extinda.

De ce sunt periculoase radiatiile ultraviolete?

Nu vom da acum un raspuns detaliat la aceasta intrebare. Vom spune doar ca aceasta continua crestere a nivelului de radiatii UV-B, datorata reducerii stratului de ozon, duce, in lipsa unor masuri de protectie adecvate, la imbatranirea accentuata a pielii, cancere cutanate, boli de ochi, scaderea eficientei sistemului imunitar etc. Si pentru a va face o imagine mai buna asupra efectului nociv al ultravioletelor, uitati-va cu atentie la o bucata de cauciuc sau la orice material organic lasat la Soare. Veti constata cum acestea se degradeaza extrem de rapid. De fapt, se intampla ca radiatiile ultraviolete au suficienta energie pentru a rupe lanturile de polimeri. Fenomene asemanatoare se produc si in pielea noastra, cu diferenta ca materia vie are capacitatea de a se regenera. Si se regenereaza intre anumite limite...

Subtierea stratului de ozon

Am povestit cum se intampla ca, prin absorbtia radiatiilor UV-B, molecula de ozon se rupe. Din pacate, acest fenomen nu este produs numai pe aceasta cale. Mai exista si reactii chimice care duc la acelasi rezultat. Astfel, substante care exista in mod normal in stratosfera, cum ar fi diferiti compusi de azot, clor, hidrogen, pot distruge moleculele de ozon. Acest proces este natural si inevitabil, dar, in conditii normale, nu altereaza echilibrul despre care vorbeam. Problema apare, ca de obicei, atunci cand intervine omul, cu intreaga sa panoplie de produse poluante, rezultata din intensa sa activitate industriala. Altfel spus, insusi omul isi distruge patura protectoare, alterand echilibrul fragil al ozonului. Acest fapt a fost sugerat pentru prima oara in 1974 de catre doi cercetatori americani, M. Molina si S. Rowland, care au descoperit ca un grup chimic, cunoscut sub numele generic de CFC (clorfluorocarbon), poate contribui semnificativ la subtierea stratului de ozon. Asa cum se intampla uneori in domeniul ecologiei, cei doi nu au fost luati in serios, iar descoperirea lor a fost data uitarii. Si ar fi ramas uitata, daca in 1985 British Antarctic Survey nu ar fi gasit o gaura in stratul de ozon de deasupra Antarcticii. Din acea clipa semnalul de alarma a fost tras si toata lumea a inceput sa se ocupe cu spaima si entuziasm de soarta ozonului. CFC-urile sunt niste molecule perfide. Mai usoare decat aerul, imposibil de descompus la altitudini mici (aici sunt protejate de actiunea radiatiilor ultraviolete, tocmai datorita ozonului), se ridica, in conditii ce le vom detalia mai departe, la altitudinea stratului de ozon, unde incepe macelul. Mai intai moleculele de CFC se descompun, sub actiunea radiatiilor ultraviolete. Clorul rezista in atmosfera de la 20 la 120 de ani, fiecare atom al sau putand distruge sute de mii de molecule de ozon. Iata de ce folosirea cuvantului „macel" nu este numai o simpla metafora. Iata ca a sosit momentul detaliilor.