Zagrożenie warstwy ozonowej.

Kiedy na szeroką skalę zastosowano związek CCl F2 zwany freonem 12 oraz inne fluoropochodne metanu i etanu (nazwanych wspólnie freonami CFC) do produkcji areozoli, wydawało się to prawdziwą rewolucją w zastosowaniu chemii w przemyśle i gospodarstwie domowym. Związki te zaczęto używać powszechnie w czasie II wojny światowej w urządzeniach rozpylających substancje do zwalczania komarów roznoszących malarię. Jeszcze wcześniej odkryto przydatność freonów w konstrukcji systemów chłodniczych: w sprężarkach lodówek, chłodniach i urządzeniach klimatyzacyjnych. Z dnia na dzień pojawiały się następne zastosowania przy produkcji lakierów, w przemyśle kosmetycznym i medycynie. Związki te okazały się też użyteczne jako delikatne środki czyszczące w przemyśle komputerowym. Wydawało się, że freony mają cechy idealnej wprost substancji chemicznej. Zupełnie nieszkodliwe, są bowiem nieaktywne chemicznie, czyli nie reagują z substancjami, z którymi się stykają, a więc nie powodują korozji, nie drażnią skóry, nie rozpuszczają się w wodzie, a ponadto nie gromadzą się w dolnej warstwie atmosfery ziemskiej, czyli tam, gdzie miałyby styczność z żywymi organizmami. Jednak okazało się, że pozornie cudowne cechy freonów: trwałość, obojętność i nietoksyczność, szykują ekologiczny podstęp. Cząsteczki tych gazów nie wchodzą w reakcję z innymi substancjami i nie rozpadają się, mogą więc żyć w atmosferze ponad 100 lat. Właśnie owa niezniszczalność freonów oraz lekkość pozwalająca na przenikanie aż do ozonosfery zaniepokoiły w 1971 roku dwóch chemików: amerykańskiego profesora Sherwooda Rowlanda i Meksykanina dra Mario Molina. Z ich założeń wynikało, że w ozonosferze miliony ton lekkich freonów pod wpływem promieniowania ultrafioletowego rozkładają się na pierwiastki:

UV
freon-------------------------C + F + Cl
| |
| |
spala się reaguje
z ozonem

Wprawdzie węgiel spala się, ale fluor i jeszcze silniej chlor rozpoczynają reakcję łańcuchową z ozonem powodując tworzenie się tlenków i powstanie „zwykłego” tlenu dwuatomowego. Tę hipotezę Rowlanda i Molina zaatakowali chemicy z koncernów produkujących areozole, co zdopingowało obu chemików do dostarczenia dowodów eksperymentalnych. Po badaniach laboratoryjnych oraz pomiarach prowadzonych na wysokości 34 km za pomocą stratostatów z freonem uzyskano wyniki potwierdzające (niestety!) słuszność wysuniętej hipotezy. Hipoteza stała się teorią, ale dopiero w 1976 roku Komisja do spraw Ochrony Środowiska ONZ oraz rządy USA, Kanady i krajów należących do Wspólnego Rynku zwróciły uwagę na to niebezpieczne zjawisko. Freony znalazły się na liście związków groźnych dla środowiska.

Mimo świadomości zagrożenia wynikającego ze zmniejszania się ilości ozonu i uświadamiania w 1974 roku niewątpliwego wpływu freonów na ten proces, światowe postępy akcjii zapobiegawczych były przez kolejne lata raczej mizerne, aż do 1982 roku, kiedy do dr Joe Farman wraz z zespołem w czasie rutynowych badań w brytyjskiej Stacji Naukowej „Hallej Bay” na Antarktydzie Zachodniej odkrył, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zaniknęła. Odkrycie było tak szokujące, że podejrzewano raczej błąd urządzeń pomiarowych, tym bardziej że pomiary ozonu prowadzone równolegle przez satelitarną stację meteorologiczną NASA (Agencja Badań Przestrzeni Kosmicznej) niczego takiego nie wskazywały. Badania z następnych lat potwierdziły (a nawet były jeszcze alarmujące) wyniki Farmana. Jeszcze raz sprawdzono pomiary satelitarne i okazało się, że też wskazywały na zanik ozonu, tylko że komputery odrzuciły wynik, bo nie był przewidziany w programie. Przez następne lata „dziura” nad biegunem powiększała się tak, że w paŹdzierniku 1987 roku ilość ozonu była tam o 50% mniejsza niż przed jej odkryciem, w 1979 roku w wyż-szych warstwach zniknęło nawet ponad 95% ozonu. Geofizycy używają do określenia koncentracji ozonu jednostek nazywanych (na cześć konstruktora przyrządów do pomiaru) dobsonami. Średni poziom ozonu nad Ziemią wynosii 300D. Najmniej ozonu jest nad równikiem (około 250D). Szczegółowe badania prowadzone przez 150 naukowców wykazały ponad wszelką wątpliwość, że za zanik ozonu odpowiedzialna była rosnąca koncentracja freonów.


Czemu nad Antarktydą zanik ozonu stał się tak wyraźny?

Gdyby w stratosferze nie wiały żadne wiatry, największe ilości ozonu obserwowalibyśmy na wysokości ponad 30 km nad równikiem. Wiatry stratosferyczne jednak istnieją i spychają powietrze wzbogacone w ozon znad równika w stronę biegunów, ponieważ opada ono przy tym ku powierzchni Ziemi, w umiarkowanych szerokościach geograficznych maksymalne stężenie ozonu występuje na wysokości 25 km. Transport ozonu znad równika w kierunku północnym lub południowym osiąga szcze-gólnie dużą wydajność, gdy na danej półkuli kończy się noc polarna. Ruchy mas powietrznych nie są jednak symetryczne i faworyzują półkulę północną, która otrzymuje ponad połowę ozonu wytwarzanego w ciągu roku nad równikiem. Na początku antarktycznej nocy polarnej (czyli wtedy, gdy u nas zaczyna się wiosna) nad całym obszarem Antarktydy formuje się bardzo regularny i bardzo stabilny wir, w którym powietrze przez pół roku krąży wokół bieguna niczym na uwięzi. Następstwa odizolowania od dopływu powietrza równikowego są oczywiste: procesy rozpadu ozonu biorą górę nad procesami jego wytwarzania i ilość ozonu nad Antarktyda zaczyna maleć. Najmniejszą ilość ozonu stwierdza się na przełomie antarktycznej zimy i wiosny (październik), na krótko przed rozpadem zimowego wiru i dopływem świeżego powietrza od strony równika. Do 11970 roku średnia paŹdziernikowa utrzymywała się na poziomie 300D. W latach 70 i 80 obniżała się niemal bez przerwy, by w 1990 roku osiągnąć już tylko połowę dawnej wartości. W tymże roku po raz pierwszy w historii w dolnych warstwach stratosfery nad Antarktydą zanotowano kilkudniowy całkowity brak ozonu.

Ozon, forma tlenu z trzema atomami (zamiast dwóch jak w „normalnym” tlenie), jest sam w sobie wyraźnie toksyczny. Nawet 1 cząstka tego gazu na milion części powietrza jest już dla ludzi trująca. Blisko powierzchni Ziemi ozon jest trucizną, która współuczestniczy w tworzeniu smogu fotochemicznego i kwaśnego deszczu. Na szczęście w niższej warstwie atmosfery - troposferze - znajduje się nie więcej niż 10% ozonu, pozostałe 90% gromadzi się wysoko w stratosferze. Już 15-50 km w górę od powierzchni Ziemi ozon staje się pożyteczny, tworzy warstwę ochronną dla życia. Ozon jest bowiem jedynym gazem w atmosferze, który zatrzymuje nadmiar promieniowania ultrafioletowego. Już w 1881 roku stwierdzono, że zawartą w tym promieniowaniu energię przetwarza na ciepło, dzięki czemu spełnia też funkcję atmosferycznego termoregulatora. Wprawdzie masa ozonu stanowi zaledwie 5/100 000 masy całej atmosfery i gdyby zebrać razem rozproszone cząstki i nadać im taką gęstość i temperaturę, jaką ma powietrze przy powierzchni Ziemi, to otrzymalibyśmy warstewkę o grubości około 3 mm (jak to niektórzy określają poetycznie, cienką jak podeszwa balowego pantofelka). Jednak gdyby nie ten delikatny filtr, promieniowanie ultrafioletowe mogłoby zniszczyć życie na ladzie i w powierzchniowych warstwach wody. Naukowcy twierdzą, że jeżeli freon zwiąże kilka procent ozonu z ozonosfery, to może dojść do znacznego zniszczenia życia na Ziemi. Już strata 1% ozonosfery spowodować może wzrost promieniowania ultrafioletowego na Ziemi, a przez to niszczenie chlorofilu, zmiany klimatyczne, wzrost liczby zachorowań na raka skóry i choroby oczu (głównie zaćmę). A w atmosferze jest już ponad 20 mln ton freonu!. Systematyczne pomiary ilości ozonu w atmosferze rozpoczęto w 1925 roku w Oksfordzie. Już w rok później działała sieć obserwatoriów o zasięgu europejskim, a w cztery lata później - światowym. W 1969 roku dołączyły do niej obserwatoria satelitarne. Na przełomie stycznia i lutego 1992 roku przykrywająca Polskę warstwa ozonu była przez kilka dni niemal dwukrotnie cieńsza od przeciętnej. Zanotowano 191D, gdy zazwyczaj o tej porze pomiary wynosiły 350D. Poprzez sieć GOOS (Global Ozone Observing System, oddział d Meteorological Organization z siedzibą w Genewie) podobne dane napłynęły z innych obserwatoriów geofizycznych z półkuli północnej. Na większości jej obszaru średnia styczniowa ilość ozonu była w 1992 roku wyraŹnie mniejsza od średniej styczniowej z lat ubiegłych. Nadmiar UV (a zwłaszcza szczególnie groŹnej frakcji UVB) powoduje osłabienie odporności na zarażenia chorobami wirusowymi (np. wirusem opryszczki - herpes, czego często doświadczają narciarze na wiosnę w górach, gdzie jest szczególnie dużo UV) i pasożytami. Co najgroŹniejsze jednak, uszkodzony system odpornościowy organizmu ułatwia powstawanie różnych form nowotworowych, zwłaszcza skóry. Najzłośliwsza forma raka skóry - czerniak, rozwija się często z przebarwień (powstałych także po opalaniu), znamion i „pieprzyków”. Szczególnie więc osoby z takimi zmianami skóry powinny unikać słońca. Według statystyk amerykańskich w samych tylko Stanach Zjednoczonych umiera co roku na raka skóry 12 000 osób, a największy procent zgonów obserwuje się w najsłoneczniejszych stanach: Kalifornii i Florydzie. Na całym świecie, jak podaje Światowa Organizacja Zdrowia, żyje co najmniej 40 mln ludzi, którzy z powodu zaćmy utracili wzrok lub mają ograniczone widzenie, a liczba ta stale wzrasta, zwłaszcza w strefach szczególnie pogarszającego się stanu warstwy ozonowej. Wzrost promieniowania UV na obszarach największego rozrzedzenia warstwy ozonu nie tylko wpływa niekorzystnie na zdrowie ludzkie, także wpływa na produkcję żywności i pogorszenie się jej jakości. Ponad dwie trzecie gatunków roślin, u których sprawdzono reakcję na ultrafiolet, okazało się wrażliwych na promieniowanie. Większość z nich to podstawowe gatunki zbóż i innych roślin uprawnych. Promieniowanie ultrafioletowe przenika także w głąb wody, nieraz nawet poniżej 20m w przypadku wód przezroczystych. Plankton zwierzęcy i roślinny jest szczególnie wrażliwy, a wszelkie uszkodzenia i zmniejszenia produkcji planktonu odbijają się natychmiast w dalszych ogniwach łańcucha pokarmowego. Ucierpi więc produkcja ryb i zmniejszą się wyniki połowów. Protokół Montrealski podpisany w 1987 roku obligował do niezwiększania produkcji freonów i halonów i utrzymywanie jej na poziomie 1986 roku. Wprawdzie ograniczenie nie było zbyt drastyczne, jednak był to ważny krok do przodu. Na spotkaniu w 1990 roku w Londynie aż 13 krajów zobowiązało się do zaprzestania produkcji już do 1997 roku (Stany Zjednoczone, Wielka Brytania i Niemcy jako rok graniczny przyjęły nawet 1995 r.). Postanowiono też zaprzestania produkcji także innych związków niszczących ozon (halony, czterochlorek węgla). Ustanowiono też fundusz pomocy dla krajów rozwijających się, których nie stać na tak szybkie przestawienie się na technologie bez freonów. Polska podpisała Protokół Montrealski i jest także od 11 paŹdziernika 1990 roku członkiem Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy ozonowej. Naukowcy przewidują, że powrót chociażby do stanu obserwowanego w 1982 roku potrwa nawet i do 100 lat. Trzeba więc ograniczyć przebywanie na plaży pomiędzy 10 rano a 15! Podczas prac w polu czy w ogrodzie, na treningu i na długich spacerach dobrze jest chronić odkryte części ciała kremami ze specjalnymi filtrami zatrzymującymi UV o współczynniku ochronnym od 2 do 4. Nie zapominajmy też o delikatnych brzegach uszu. I oczy! Oczy najlepiej chronią okulary ze specjalnego szkła zatrzymującego promieniowanie UV. Natomiast zwykłe ciemne szkła nie są zbyt dobrym zabezpieczeniem. Przyciemniając światło rozszerzają źrenice, czyniąc je bardziej podatnymi na szkodliwe promieniowanie, dla których nie są barierą. Z braku dobrych okularów lepiej raczej przysłonić oczy rondem dużego kapelusza czy daszkiem czapki.