A mi ózonunk – Aldea vs. Föld

Szerző: Bardóczné Kocsis Erzsó

A Star Trek univerzum egyik bolygóján is felmerül az ózonréteg elvékonyodásának problematikája. Magának Picard kapitánynak és az Enterprise legénységének kellett megtalálniuk az ökológiai katasztrófára a megoldást. Nekünk is érdemes megvizsgálnunk a mi „M-típusú bolygónk” ózonpajzsának pillanatnyi állapotát! Az ózon nem a Delta kvadránsból származó gonosz dolog, hiszen a körülbelül 600 millió évvel ezelőtti létrejöttével lehetővé tette az élet megjelenését a szárazföldön. Ennek oka az, hogy elnyeli a Nap által kibocsátott, az élőlényekre nézve igen káros UV-sugárzás jelentős részét. A sztratoszférában, azaz 15-35 kilométer magasságban elhelyezkedő ózonmolekulák által létrehozott réteg az UV-C (100-280 nm hullámhossz). sugárzást teljes mértékben, az UV-B (280-315 nm hullámhossz) sugárzást 90%-ban nyeli el. A szén-alapú élet nem szokott hozzá a rövidhullámú sugárzáshoz, ezért az ózonpajzs sérülése súlyos károkat is okozhat, a DNS és más nukleinsavakat rendkívüli mértékben roncsolódhatnak.

Az ózonlyuk 2004. október 4-én, a NASA Aura műholdjának mérései alapján.
Forrás: NASA Ozone Watch

Az ózon keletkezése és bomlása dinamikus egyensúlyban van. Egy kétlépcsős kémiai reakciót tudunk nyomon követni. A napfény energiájának a hatására az oxigénmolekula két oxigénatomra bomlik. Majd a két oxigénatom egy-egy oxigénmolekulával lép reakcióba, így két ózonmolekula keletkezik. Ennek pedig a legfontosabb szerepe, hogy a Napból érkező elektromágneses sugárzás ultraibolya komponensét elnyelje. Ez játszódik le a sztratoszférában. Az ózon a napsugárzás hatására fel is bomolhat, valamint természetes és mesterséges kémiai anyagokkal is reakcióba tud lépni. Ha kedvezőek a feltételek az ózon keletkezésére, az ózonkoncentráció nőni fog az atmoszférában. Ahol pedig az ózon bomlásának feltételei adottak, ott ez a folyamat fog felgyorsulni. Először az Antarktisz felett meg az ózonlyuk kialakulását az 1980-as évek elején. Mérete meghaladta a kontinens nagyságát és egy körszerű alakot formázott – innen van az elnevezése. Brit és japán megfigyelőállomások adatai szerint a Déli-sark felett a sztratoszférában késő télen és tavasszal az ózon mennyisége az 1957 óta tartó mérési adatokhoz képest az átlagos 300 DU-ról (Dobson Unit) 200 DU-ra csökkent. Az ózon nem egyenletesen oszlik el a sztratoszférában, mennyisége változik. A legkisebb mennyiségben (kb 200 DU) az Egyenlítő fölött, míg a legnagyobb (kb 500 DU) mennyiségben a közepes és magas szélességeken mérhető. Az ózonban gazdag trópusi levegőt az ún. sztratoszférikus széláramlatok szállítják a pólusok felé. A lokális időjárási viszonyok, és a fent említett tényezők is befolyásolják az ózon koncentrációját. A sztratoszférikus ózont tehát a „jó ózonnak” nevezhetjük.

A sztratoszférikus felhőket alkotó fagyott kristályok a poláris régiók fölött kiváló közvetítő közeget biztosítanak a klóratomokat felszabadító reakciókhoz.
Forrás: NASA Ozone Watch

Halogén tartalmú gázoknak, azaz halogénezett szénhidrogének definiáljuk azokat a gázokat, amelyek klórt vagy brómot tartalmaznak. Eredetük szerint lehetnek természetesek és mesterségesek. Óceáni és szárazföldi ökoszisztémákból származnak a természetes halogén tartalmú gázok (pl. metil-bromid, metil-klorid). Életidejük rövid (0,5-1 év), ezért a sztratoszférában található mennyiségéhez csak kis mértékben járulnak hozzá. A mesterségesen előállított halogénezett szénhidrogének: a klorofluorokarbonok (CFC-k) és a halonok. A legközismertebb CFC-k a szén-tetraklorid és a metil-kloroform. Ezen vegyületek életideje az atmoszférában 5-100 év, emiatt járulnak hozzá az ózonréteg bomlásához. Az emberi tevékenység által a troposzférába kerülve feldúsulnak, mivel nem reaktívak és nem oldódnak vízben. A sztratoszférába kerülve UV sugárzás hatására reaktív halogén gázokká alakulnak. A hosszabb élettartamú gázok a troposzféra és a sztratoszféra között számtalanszor cirkulálnak, egészen addig, amíg a teljes átalakulásuk megtörténik. Az Antarktisz felett adottak a speciális feltételek, amik ózon bomlásához szükséges molekulák és atomok kialakulásához vezethetnek. Szélsőségesen alacsony sztratoszférikus hőmérséklet alakulhat ki az antarktiszi poláris éjszaka idején. -78 °C alatt a salétromsav és a jég sztratoszférikus jégfelhőket hoz létre. Ezen jégkristályok felszínén klór-monoxid képződik. Ennek magas koncentrációja egy-két hónapig tart. Egyetlen klór vagy brómatom több száz ózonmolekulát is képes felbontani. Kora tavasszal az Antarktisz felett naponta az ózon mennyiségének akár 2-3%-a is elbomlik.

Az ózonlyuk állapota 2021. augusztus 14-én. Forrás: NASA Ozone Watch

Paul Crutzen holland kémikus, kollégáival, Mario Molina mexikói és Sherwood Rowland amerikai kutatóval már 1974-ben a halogénezett szénhidrogének (CFC) használatának veszélyére hívta fel a figyelmet. Feltételezték, hogy az ózonréteg néhány évtizeden belül erőteljesen elvékonyodhat ezek hatására. Munkájukért 1995-ben megkapták a kémiai Nobel-díjat. Nevéhez fűződik az antropocén kifejezés megalkotása az emberi tevékenység által befolyásolt földtörténeti kor megnevezésére. Kutatásaival előkészítette az utat a Montreali Jegyzőkönyvhöz. Az 1987-es szerződés az ózont bontó halogénezett szénhidrogén-származékok fokozatos megszüntetését szorgalmazza. Az Egyezmény 1995-ös bécsi módosítás szerint a hidroklorofluorokarbonok (HCFC-k) gyártását és felhasználását meg kell szüntetni: a fejlett országokban 2030-ig, a fejlődő országokban 2040-ig. A Montreali Egyezmény jelentősen hozzájárult a globális felmelegedés csökkentéséhez is. A Nature folyóiratban idén februárban publikált tanulmány szerint 2018 és 2019 között a CFC-11 kibocsátása globális csökkenést mutatott, megközelítve a 2008 és 2012 közötti átlagot. Luke Western és kollégái (Bristoli Egyetem) kutatásukban Dél-Koreából és Japánból származó légköri megfigyeléseket és modelleket használtak.  A kibocsátás mértéke a 2013 előtti szintre esett vissza, így nem fog évtizedekkel eltolódni az ózonréteg helyreállása. A Star Trek sorozatban a legendás Aldea bolygón a 24. században sikerült megtalálni a megoldást az ózonréteg helyrehozatalára. Ott az álcázás volt a baj fő forrása. A mi „M-típusú bolygónkon” az ózonlyuk kialakulásáért az emberi tevékenység környezetre gyakorolt hatása a kiváltó ok. Nekünk még nincs egy Picard kapitányunk, egy okos, de furcsa Datánk, és nem tudjuk a gondokat néhány billentyűkombinációval megoldani. Nekünk más megoldásokat kell találni, hogy az ózonrétegünk tovább „működjön”. Vannak utak, csak bátran rájuk kell lépni! Nem is kell odáig mennünk, ahová még ember nem merészkedett!


Források:

https://regi.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412A/2010-0013_kornyezetvedelem/2_3_2_az_ozon_szerepe.html
http://kornyezetvedelem.ektf.hu/hu/html_files/kornyezetvedelem/ozonreteg_elvekonyodasa.htm
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/HU/TXT/HTML/?uri=LEGISSUM:4413653
https://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/foldrajz/meteorologia/az-ozonproblema-az-ozonkarosito-anyagok/az-ozonkarosito-anyagok
https://regi.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0019_1A_Kornyezetegeszsegtan/ch03s02.html
https://www.origo.hu/tudomany/20210130-elhunyt-paul-crutzen-nobeldijas-holland-kemikus-az-ozonlyuk-egyik-felfedezoje.html
A cfc-11 globális kibocsátásának csökkenése 2018−2019-ben | Természet (nature.com)
A CFC-11 és a kapcsolódó vegyi anyagok kibocsátásának csökkenése Kelet-Kínából | Természet (nature.com)
https://qubit.hu/2021/02/10/jo-hir-minden-foldi-elolenynek-ujra-csokken-az-ozonreteget-karosito-cfc-11-kibocsatasa