14. ozonosfera i ozonske rupe.pdf

Četrnaesto predavanje

Ozonosfera i ozonske rupe

Četrnaesto predavanje

Ozonski omotačOzonski omotač Zemlje predstavlja sloj stratosfere između 15 i 50

km visine.

Ozon štiti od UV radijacije!U atmosferi ozon je efikasan filter koji apsorbuje UV radijaciju od 200 do 315 nm.Sunce emituje elektromagnetne talase (radijaciju) talasnih dužina od preko 1000 nm

do onih manjih od 250 nm.Maksimalni intenzitet radijacije je na 550 nm (u žutoj oblasti vidljivog spektra).

Fotoni veće talasne dužineobezbeđuju toplotu i svetlost iutiču na globalnu klimu.

Fotoni kraćih talasnih dužina (UVoblast), iako malo doprinoseukupnom fluksu, veoma su važnijer su jako štetni, čaksmrtonosni za žive organizme.

Fotoni veće talasne dužineobezbeđuju toplotu i svetlost iutiču na globalnu klimu.

Fotoni kraćih talasnih dužina (UVoblast), iako malo doprinoseukupnom fluksu, veoma su važnijer su jako štetni, čaksmrtonosni za žive organizme.

Sunčevu radijaciju čini zračenje celog vidljivog dela spektra,kao i UV i IC područja.

Biološka klasifikacija UV radijacije UV-A 400-315 nm relativno neškodljivo zračenje UV-B 315-280 nm letalno zračenje za mnoge oblike života UV-C < 280 nm smrtonosno zračenje za čoveka i žive

organizme, ali se ono manje više u potpunosti apsorbujeatmosferskim ozonom.

UV-A 400-315 nm relativno neškodljivo zračenje UV-B 315-280 nm letalno zračenje za mnoge oblike života UV-C < 280 nm smrtonosno zračenje za čoveka i žive

organizme, ali se ono manje više u potpunosti apsorbujeatmosferskim ozonom.

Emisija Sunčeve radijacije

Izražavanje koncentracije ozona

1DU je debljina stuba ozona (u0.01 mm) na standardnoj t ipo.

100 DU su ekvivalentni 1 mmdebelom sloju čistog ozonana STP.

Dobsonove jedinice (DU) dobile ime po G. M. B. Dobsonu,naučniku koji je sproveo prva merenja u stratosferi 1920-tihgodina.

1DU je debljina stuba ozona (u0.01 mm) na standardnoj t ipo.

100 DU su ekvivalentni 1 mmdebelom sloju čistog ozonana STP.

Tipične vrednosti ozonaOzon se u atmosferi nalazi u mnogo manjoj količini od kiseonika. Tako,

na svakih 10 miliona molekula vazduha, 2 miliona molekula sumolekuli kiseonika, a svega 3 molekula su molekuli ozona.

Prosečna vrednost je oko 300DU (250 u tropima do 450 u severnijim ijužnijim regionima planete).

Ukoliko bi se sav atmosferski ozon spustio na zemljinu površinu, pri STP,nastao bi sloj debljine oko 3 mm.

Izraz ”ozonska rupa” se koristi da se opiše smanjivanje ozonskog omotača.Znači, ozon je još uvek prisutan, ali ga samo ima manje. Npr., merenjana Antarktiku pokazuju da je u “ozonskoj rupi” koncentracija ozona150 DU.

Ozon se u atmosferi nalazi u mnogo manjoj količini od kiseonika. Tako,na svakih 10 miliona molekula vazduha, 2 miliona molekula sumolekuli kiseonika, a svega 3 molekula su molekuli ozona.

Prosečna vrednost je oko 300DU (250 u tropima do 450 u severnijim ijužnijim regionima planete).

Ukoliko bi se sav atmosferski ozon spustio na zemljinu površinu, pri STP,nastao bi sloj debljine oko 3 mm.

Izraz ”ozonska rupa” se koristi da se opiše smanjivanje ozonskog omotača.Znači, ozon je još uvek prisutan, ali ga samo ima manje. Npr., merenjana Antarktiku pokazuju da je u “ozonskoj rupi” koncentracija ozona150 DU.

Šta je ozon? Ozon je stabilan molekul koga čine tri atoma

kiseonika. Iako stabilan, jako je reaktivan. Dobio je naziv po grčkoj reči ”ozein” što znači

”mirišljavi”. Ima jak, oštar miris. Na zemljinoj površini ozon se stvara pri

električnom pražnjenju za vreme oluje i prioksid. nekih org. materija. Tako, neznatnekoličine ozona obično postoje u vazduhuborovih šuma (oksidiše se smola drveta), namorskoj obali (oksidišu alge izbačene nazemlju).

Ozon je stabilan molekul koga čine tri atomakiseonika.

Iako stabilan, jako je reaktivan. Dobio je naziv po grčkoj reči ”ozein” što znači

”mirišljavi”. Ima jak, oštar miris. Na zemljinoj površini ozon se stvara pri

električnom pražnjenju za vreme oluje i prioksid. nekih org. materija. Tako, neznatnekoličine ozona obično postoje u vazduhuborovih šuma (oksidiše se smola drveta), namorskoj obali (oksidišu alge izbačene nazemlju).

Nastajanje i destrukcija ozona u stratosferi

Čepmanova teorijaO2+ hv (< 242nm) O + OO+O2+M O3+M

O3 + hv (230 - 320nm) O +O2O + O3 2O2

M je bilo koji molekul vazduha (O2 or N2)

Čepmanova teorija opisuje kako Sunčeva svetlost konvertuje različiteoblike kiseonika jedne u druge, objašnjava zašto je najvećakoncentracija ozona u sloju između 15 i 50 km.

nastajanje

destrukcija

O2+ hv (< 242nm) O + OO+O2+M O3+M

O3 + hv (230 - 320nm) O +O2O + O3 2O2

M je bilo koji molekul vazduha (O2 or N2)

Čepmanova teorija opisuje kako Sunčeva svetlost konvertuje različiteoblike kiseonika jedne u druge, objašnjava zašto je najvećakoncentracija ozona u sloju između 15 i 50 km.

Predviđanje na osnovu Čepmanoveteorije i merenja

KoristećiČepmanovu teoriju

Mora da postoje i drugi putevi destrukcije ozona koji doprinosesmanjenju njegove količine u stratosferi.

Katalitička destrukcija ozona

X + O3 = XO + O2

XO + O = X + O2

O + O3 = 2 O2

X + O3 = XO + O2

XO + O = X + O2

O + O3 = 2 O2

X se regeneriše u procesu (ne troši se) – deluje kaokatalizator.

Lančana reakcija se nastavlja sve dok se X ne utrošinekom sporednom reakcijom.

Ukupna reakcija

Važni katalizatori destrukcijestratosferskog ozona Hidroksilni radikali

.OH + O3 = HO2. + O2

HO2. + O = .OH + O2

Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Atomi hlora ili bromaCl. + O3 = ClO. + O2ClO. + O = Cl. + O2

Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Azot oksid (NO)NO + O3 = NO2 + O2NO2 + O = NO + O2

Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Hidroksilni radikali.OH + O3 = HO2

. + O2HO2

. + O = .OH + O2Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Atomi hlora ili bromaCl. + O3 = ClO. + O2ClO. + O = Cl. + O2

Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Azot oksid (NO)NO + O3 = NO2 + O2NO2 + O = NO + O2

Ukupna reakcija: O + O3 = 2 O2

Hidroksilni radikali Izazivaju destrukciju skoro polovine količine ozona u donjim

delovima stratosfere (16-20 km).

IzvoriO3 + hv (<325nm) = O* + O2O* + H2O = 2 .OH

Terminaciona reakcija.OH + NO2 HNO3

Izazivaju destrukciju skoro polovine količine ozona u donjimdelovima stratosfere (16-20 km).

IzvoriO3 + hv (<325nm) = O* + O2O* + H2O = 2 .OH

Terminaciona reakcija.OH + NO2 HNO3

Hlor ili bromFotolizom hlornih jedinjenja u atmosferi oslobađa se

reaktivni hlor:CFCl3 + hv (185-210nm) CFCl2. + Cl.

Daljim reakcijama nastalog CFCl2. još Cl atoma

Izvori hlornih jedinjenja :

•Antropogeni: npr. CFCs

•Prirodni: npr. Metil hlorid koji se biogeno stvara izokeana, prilikom sagorevanja vegetacije i usledvulkanske emisije.

Hlorofluorokarboni (CFC)Hlorofluorokarboni je zbirno ime za seriju jedinjenja koja

sadrže atome hlora, fluora i ugljenika. Primer: CFCl3,CF2Cl2.

Njihova proizvodnja je počela 1930-tih godina. Veomakorisni, veliki broj primena. Netoksični.

Koriste se kao sredstva za hlađenje, sredstva za čićenje,raspršivači.

Poznati i pod nazivom:- HCFC: hidrohlorofluorokarboni- HFC: hidrofluorokarboni- Haloni: sadrže brom

Hlorofluorokarboni je zbirno ime za seriju jedinjenja kojasadrže atome hlora, fluora i ugljenika. Primer: CFCl3,CF2Cl2.

Njihova proizvodnja je počela 1930-tih godina. Veomakorisni, veliki broj primena. Netoksični.

Koriste se kao sredstva za hlađenje, sredstva za čićenje,raspršivači.

Poznati i pod nazivom:- HCFC: hidrohlorofluorokarboni- HFC: hidrofluorokarboni- Haloni: sadrže brom

Kako se imenuju CFC?

CFC – x y z

PrimerCCl2F2 - CFC-12CCl3F - CFC-11CHClF2 - CFC-22C2Cl2F4 - CFC-114

Broj C atoma - 1Broj F atoma

Broj H atoma + 1

CFC – x y z

PrimerCCl2F2 - CFC-12CCl3F - CFC-11CHClF2 - CFC-22C2Cl2F4 - CFC-114

Azot oksidNO nastaje u velikoj količini u troposferi, ali se sav

konvertuje u NO2 HNO3 (uklanja se precipitacijom)NO u stratosferi nastaje iz azot-oksida (N2O), koji je manje

rekativan od NO. N2O + hv N2 + O (90%) N2O + O 2 NO (~10%)

Proces uklanjanja: NO2 + .OH HNO3 ClO. + NO2 ClONO2

NO nastaje u velikoj količini u troposferi, ali se savkonvertuje u NO2 HNO3 (uklanja se precipitacijom)

NO u stratosferi nastaje iz azot-oksida (N2O), koji je manjerekativan od NO. N2O + hv N2 + O (90%) N2O + O 2 NO (~10%)

Proces uklanjanja: NO2 + .OH HNO3 ClO. + NO2 ClONO2

Dva suprotna efekta azot oksidaNOx vrši katalitičku destrukciju ozona.NOx inhibira HOx i ClOx cikluse destrukcije ozona

uklanjanjem ovih radikala.Relativni odnos ova dva efekta NOx je zavistan od altitude. >25 km, ukupni efekat je takav da dolazi do destrukcije ozona. (NOx je odgovoran za >50% ukupne destrukcije ozona u

srednjim i gornjim slojevima troposfere.) U nižim slojevima stratosfere, ukupni efekat je smanjenje

destrukcije ozona, tj. njegova zaštita.

NOx vrši katalitičku destrukciju ozona.NOx inhibira HOx i ClOx cikluse destrukcije ozona

uklanjanjem ovih radikala.Relativni odnos ova dva efekta NOx je zavistan od altitude. >25 km, ukupni efekat je takav da dolazi do destrukcije ozona. (NOx je odgovoran za >50% ukupne destrukcije ozona u

srednjim i gornjim slojevima troposfere.) U nižim slojevima stratosfere, ukupni efekat je smanjenje

destrukcije ozona, tj. njegova zaštita.

Opisane reakcije katalitičke destrukcije zajedno sa Čepmanovimciklusom, dovode do stvaranja stratosferskog ozona u količinikoja odgovara njegovoj prosečnoj vrednosti, ali ove reakcije neopisuju i objašnjavaju stvaranje ozonske rupe iznad Antarktika.

Smanjenje ozona iznad Antaktika je limitirano isezonski i regionalno. Smanjenje se ne može objasnitisamo katalitičkom destrukcijom ozona ClOx ciklusima.

Britanska Antarktička stanica jepratila, dugi niz godina, ukupninivo ozona u svojoj bazi u HalleyBay na Antarktiku.

Dobijeni podaci indiciraju da senivo ozona smanjivao još od1977.

Ovi podaci u kasnije potrvđeni isatelitskim praćenjem (TOMS -Total Ozone MappingSpectrometer)

Britanska Antarktička stanica jepratila, dugi niz godina, ukupninivo ozona u svojoj bazi u HalleyBay na Antarktiku.

Dobijeni podaci indiciraju da senivo ozona smanjivao još od1977.

Ovi podaci u kasnije potrvđeni isatelitskim praćenjem (TOMS -Total Ozone MappingSpectrometer)

TOMS

Ozonska rupa iznad Antarktika

Kakvo je stanje ozona sada kod nas i usvetu?2002. god. – 295 DU (najviša vrednost u zadnjih 13 god.)1995.g. i 1993. g. ekstremno nizak nivo ozonaMontrealski protokol – potpisan 1987. g. Zemlje članice UN saglasile se da se do 2000.g. Smanji

proizvodnja CFC za 50%. I amandman juna 1990: II amandman novembra 1992:

2002. god. – 295 DU (najviša vrednost u zadnjih 13 god.)1995.g. i 1993. g. ekstremno nizak nivo ozonaMontrealski protokol – potpisan 1987. g. Zemlje članice UN saglasile se da se do 2000.g. Smanji

proizvodnja CFC za 50%. I amandman juna 1990: II amandman novembra 1992:

Šta je sa Srbijom?

Od 1979. do 2006.g. ozonska rupa se pojavila 9 puta.Dužina trajanja je bila od 3 do 13 dana.