8. 10. 2015
Vladimír Kočí Ústav chemie ochrany prostředí VŠCHT Praha
1
Pohlcováním ultrafialového záření Slunce
působí ozón na teplotní strukturu stratosféry a následně na dynamické procesy zde probíhající a chrání život na Zemi.
Narušení ozónosféry se proto může projevit
změnami regionálního a globálního klimatu a může mít přímé biologické následky.
V možnosti ovlivňování biologických
procesů spočívá vysoké potenciální nebezpečí antropogenních zásahů do ozonosféry. 2
1
8. 10. 2015
Člověk může porušit rovnováhu stratosférického ozónu
jakoukoliv činností, v důsledku které poruší procesy rozkladu O3 ve stratosféře. V současné době je pozornost soustředěna především na
antropogenní zásahy do: NOx ClOx BrOx cyklů Nejdůležitějšími narušovateli ozónosféry jsou: halogenované uhlovodíky Methan oxidy dusíku. 3
Světlo vysílané Sluncem se skládá
z krátkovlnného (UV, Vis., IR) a dlouhovlnného, tepelného (delší složka IR 3000 - 100 000 nm) záření. Vlnová délka, m
Označení
103 m – 2 mm
Elektromagnetické vlny
300 mm – 100 μm
Hertzovy vlny
3 mm – 760 nm
Infračervené záření (IR)
Tepelné. (Delší složka IČ 3-100 mm)
760 nm – 390 nm
Světlo (Vis.)
Viditelná oblast
400 nm – 10 nm
Ultrafialové záření (UV)
UVA 400-315 nm UVB 315-280 nm UVC 280-10 nm
10-9 - 10-11
Röntgenovy paprsky
1,4.10-10 - 5.10-13
Gamma záření
< 5.10-13
Kosmické záření
Rádiové vlny
4
2
8. 10. 2015
Ozón sám absorbuje radiaci především v oblasti 200 až
300 nm, tzv. Hartleyův absorpční pás (maximální pohlcení v pásu je na vlnové délce 254 nm). Na zemský povrch se dostává většinou pouze sluneční
radiace s vlnovými délkami většími než 290 nm. Pokles intenzity UV záření se zmenšující se vlnovou délkou v okolí prahových hodnot 290 - 295 nm je velmi prudký právě díky velkým absorpčním schopnostem O3 pro vlnové délky < 300 nm. 5
6
3
8. 10. 2015
Atmosféru tvoří troposféra
(od povrchu země do výšky cca 10km), přecházející po relativně tenké tropopause ve stratosféru (do maximální výšky 50 km), jejíž součástí je i ozonosféra (24 km). Ozonosféra je vrstva ozónu O3, která pohlcuje nebezpečné UV záření dopadající na Zemi ze Slunce. 90% ozónu je ve stratosféře. 7
Za normálních okolností závisí rozložení ozónu v atmosféře na
zeměpisné šířce, ročním období a výšce nad zemským povrchem.
Rozložení ozónu v atmosféře je dáno složením atmosféry, radiačními
faktory, fotochemickými a chemickými reakcemi a dynamickými procesy probíhajícími v atmosféře, tedy velmi složitým komplexem jevů.
S určitými výjimkami lze tvrdit, že hodnoty celkového ozónu rostou od
rovníku směrem k vyšším zeměpisným šířkám s maximem okolo 70°.
Koncentrace ozónu se mění během roku. Na jaře bývá nejvyšší, nejnižší je na podzim. Časové změny v koncentraci jsou nevýrazné v rovníkových oblastech.
8
4
8. 10. 2015
Celkové množství ozónu ve vertikálním sloupci atmosféry
nad zemským povrchem, zkráceně celkový ozón, se udává v Dobsonových jednotkách (DU). Jedna DU je definována jako tloušťka 10-5 m vrstvy ozónu
při standardním tlaku 1013 hPa a teplotě 273 K. Hodnota celkového ozónu 300 DU odpovídá vrstvě ozónu
o tloušťce 3 mm. Při zemském povrchu za tlaku 100 kPa by měla ozonosféra tloušťku právě 3 mm.
9
Sluneční záření procházející atmosférou je postupně zeslabováno.
Záření s vlnovými délkami 200 - 242 nm je většinou absorbováno již ve vyšších vrstvách atmosféry, zejména molekulami kyslíku. Fotodisociace O2 v těchto vrstvách vede k vytváření ozónu.
Fotolytickou reakci rozpadu molekuly kyslíku a vznik molekuly ozónu
navrhl v roce 1930 anglický fyzik Chapman: O2 + hν → O + O ; λ < 242 nm Atomární kyslík následně v přítomnosti katalyzátoru vytváří společně s molekulou kyslíku ozón: O2 + O + Kat. → O3 + Kat. Nejrychleji se ozón vytváří v tropické stratosféře. Odsud se pak meridionálním a vertikálním prouděním dostává do vyšších zeměpisných šířek a do spodní stratosféry a troposféry. 10
5
8. 10. 2015
Stratosférický ozón je jedním z nejdůležitějších stopových
plynů v atmosféře Země. Hraje velmi důležitou roli v radiační bilanci stratosféry a tím i klimatu planety. Působí jako přirozený filtr chránící život na Zemi před tzv.
biologicky aktivní složkou ultrafialového záření Slunce o vlnových délkách 280 - 320 nm (UV-B složka záření).
11
Ozón je v ozonosféře poměrně stabilní molekulou, přesto však
zde dochází k jeho přirozenému rozkladu.
Existence ozonosféry je rovnovážný stav vzniku a rozkladu
molekul ozónu.
Mezi látky, jež se přirozeně podílejí na chemickém rozkladu
ozónu patří: CH4 N 2O vodní pára sloučeniny chloru a bromu – nejčastěji CH3Cl a CH3Br.
Tyto látky zpravidla reakce rozkladu ozónu katalyzují a
vystupují z reakcí v původní formě. Mohou se tedy podílet opakovaně na rozkladu molekul ozónu. 12
6
8. 10. 2015
Změny sluneční činnosti – větší množství UV záření dopadající do
stratosféry. Vulkanická činnost země – větší množství aerosolů a pevných částic se
dostává do stratosféry. Přirozené změny proudění plynů ve stratosféře dlouhodobé, 28 měsíční střídání směru zonálního proudění; krátkodobé změny množství ozónu ze dne na den způsobené
atmosférickou cirkulací, které mohou převyšovat i 100 DU. V posledních letech uváděné údaje o negativních trendech v množství
ozónu jsou již většinou založeny na modelech, ve kterých jsou přirozené příčiny změn ozónu eliminovány. 13
Fotochemická teorie vzniku a rozkladu ozonu byla formulována
r. 1930 Angličanem Chapmanem. Tato teorie kvantitativně popisuje, jak je jedna forma kyslíku přeměňována ve formu další, a vysvětluje, proč je nejvyšší koncentrace ozonu právě ve stratosféře. Chapman popsal následující reakce: O3 + O → O2 + O2 O3 + hη → O2 + O λ < 1200nm
Na rozdíl od fotodisociace kyslíku probíhá fotodisociace ozónu i
za účasti viditelného záření a především záření blízkého infračervené oblasti spektra. Ve výškách pod 30 km, kam už se nedostává intenzivnější ultrafialové záření, převažuje rozpad ozónu nad vznikem.
14
7
8. 10. 2015
Pro chemické reakce rozpadu ozónu je důležité, při jaké energii
k rozpadu dochází. Jestliže je rozpad způsoben UV zářením o vlnových délkách <
310 nm, vytváří se excitované atomy kyslíku O*, které ve fotochemii atmosféry hrají zásadní roli (vznik O3). Záření o vlnových délkách > 310 nm podporuje vznik
dvouatomových molekul kyslíku.
15
Experimentálně se zjistilo, že výpočty koncentrace ozónu podle
Chapmanovy teorie dávají vyšší hodnoty koncentrací O3 než bylo pozorováno.
Bylo potvrzeno, že se na rozpadu ozónu podílí celá řada dalších
katalytických reakcí, kde jako katalyzátor vystupují (radikály) NO, H, OH, HO2, Cl, Br. (Rozpad ozónu zvyšují radikály OH a HO2.) O3 + kat. → O2 + O-kat. O-kat. + O → kat. + O2
Výstupem z těchto katalytických reakcí jsou dvě molekuly
kyslíku a katalyzátor schopný vstupovat do dalších reakcí.
16
8
8. 10. 2015
Katalyzátory těchto reakcí, HOx, NO, ClOx a BrOx, vznikají
většinou z N2O a freonů, jež jsou do troposféry emitovány.
Jelikož jsou tyto látky v troposféře inertní, vystupují v důsledku
atmosférických proudění do stratosféry, kde teprve vlivem UV záření nebo kontaktem s OH radikály nebo excitovanými atomy kyslíku, dochází k jejich rozpadu za vzniku reaktivních radikálů.
HOx cyklus NOx cyklus ClOx cyklus BrOx cyklus 17
Radikály H, OH a HO2 vznikají ve stratosféře z vodní páry,
methanu a vodíku. Ve stratosférických vrstvách nad 40 km jako katalyzátor působí
především OH. Ve spodních vrstvách probíhají reakce HO2 přímo s O3.
18
9
8. 10. 2015
Na katalytickém působení rozkladu ozónu se podílejí NO a NO2. Jejich hlavním zdrojem je troposférický N2O podle reakce
N2O + O* → NO + NO, dále fotodisociace N2 způsobená UV zářením ve výškách nad 80km. Atomární dusík pak rychle reaguje s molekulou kyslíku za vzniku NO. N + O2 → NO + O 19
Pro úbytek stratosférického ozónu jsou však v posledních
desetiletích nejzávažnější radikály Cl, ClO, Br a BrO. Zdrojem halogenů ve stratosféře - halogenované uhlovodíky. ClOx a BrOx radikály se z uhlovodíků uvolňují pod vlivem UV záření nebo reakcemi s excitovanými atomy kyslíku, popř. OH radikály. BrOx cyklus je destruktivnější než ClOx cyklus. Odhaduje se, že 1 atom Cl rozloží 100 000 molekul O3. 20
10
8. 10. 2015
Dosud není chemismus rozpadu ozónu uspokojivě popsán. Teprve v současné době jsme schopni alespoň kvalitativně
interpretovat chemické procesy probíhající v zimě nad Antarktidou, kde složení stratosférických oblak tvořených pevnou nebo kapalnou vodní fází s rozpuštěnou kyselinou dusičnou hraje zřejmě významnou roli při jarním úbytku ozónu.
Masivní úbytek ozónu nad Antarktidou je možné vysvětlit
pouze s pomocí heterogenních reakcí na pevných (aerosolových) částicích. Extrémně nízká teplota nad Antarktidou vede ke kondenzaci vody a kyseliny dusičné za tvorby polárních stratosférických oblaků. V přítomnosti takovýchto částic jsou reakce vedoucí k rozpadu ozonu urychlovány.
21
Míru schopnosti látky podílet se na úbytku stratosférického ozónu ovlivňují následující faktory: typ halogenového substituentu (uhlovodíky obsahující brom se více podílejí na rozkladu ozónu než pouze chlorované uhlovodíky; bróm je účinnější katalyzátor rozkladu ozónu než chlor) počet atomů chlóru a brómu v molekule molekulární hmotnost (ODP jsou určovány porovnávání stejných hmotností látek, nikoliv molárních množství) poločas rozpadu látky v částech atmosféry - troposféře a stratosféře (CH3CCl3 má nižší ODP než CFC-11, protože se rychleji rozkládá v troposféře) 22
11
8. 10. 2015
Transportními mechanismy atmosféry se tyto látky dostávají
do stratosféry, kde jsou vyšší intenzitou UV záření rozkládány a uvolňují atomy chlóru a brómu.
Vedle halogenovaných uhlovodíků se na rozkladu ozónu podílí
rovněž emise N2O a metanu.
Procesy rozpadu ozónu mohou být zpomaleny či urychleny
interakcemi mezi jednotlivými cykly, či s dalšími látkami. interakce NOx a HOx cyklu značně snižuje účinnost rozpadu naopak ClOx cyklus může být značně urychlen přítomností brómu
23
Za nejdůležitější narušovatele ozonosféry se považují: oxidy dusíku halogenované uhlovodíky metan Dalším důležitým antropogenním zdrojem chlóru ve
stratosféře je rovněž chlorid uhličitý a metylchloroform C2H3CCl3. 24
12
8. 10. 2015
Hlavním zdrojem NO ve stratosféře je troposférický oxid dusný. Přirozenými zdroji N2O jsou půda a povrchové vrstvy moří a
oceánů. Hlavními antropogenními zdroji jsou dusíkatá minerální hnojiva, emise z elektráren, letecká a raketová doprava.
Značné množství oxidů dusíku bylo do atmosféry uvolněno při
jaderných výbuších.
25
Antropogenní zásahy do ClOx a BrOx cyklů zvýšenými emisemi
halogenovaných látek jsou považovány za nejvýznamnější příčiny poklesů stratosférického ozónu. Rozvoj chladící techniky ve 20. letech tohoto století vedl k hledání
nových chladících médií, která by nebyla toxická a nepodporovala korozi kovů. Tomuto účelu vyhovovaly sloučeniny fluoru a chlóru s methanem, ethanem a cyklobutanem. Tyto částečně nebo úplně halogenované sloučeniny dostaly technický název freony a označení CFC nebo F. Vedle chladící techniky se tyto látky začaly používat jako hnací plyny do aerosolových rozprašovačů, nadouvadla pro výrobu pěnových hmot, čistící a odmašťovací prostředky a v protipožární technice.
26
13
8. 10. 2015
Nejznámější jsou CFC 11 (CFCl3) a CFC 12 (CF2Cl2), patřící mezi úplně
halogenované uhlovodíky.
CFC-12 se používá například v automobilových klimatizacích. Důsledkem chemické stálosti těchto látek je jejich transport do stratosféry,
kde se podílejí na rozpadu ozónové vrstvy.
Tyto látky jsou hlavním antropogenním zdrojem radikálů ClOx cyklu ve
stratosféře.
Při objevení ClOx cyklu v polovině 70. let vzbudily pozornost především CFC
11 a 12, jejichž emise v letech 1960 - 1974 velmi prudce rostly.
V roce 1954 představovala produkce freonů 75 000 tun, v roce 1974 již 800
000 tun.
V následujících letech se růst produkce freonů v důsledku kampaně vedené
na ochranu ozónosféry značně zpomalil.
Jejich koncentrace ve stratosféře však vzhledem k značně dlouhé době, po
kterou jsou schopny setrvávat v atmosféře (většinou přes 40 roků), stále roste a růst musíme očekávat i v budoucnu.
27
Částečně halogenované uhlovodíky (HCFC) obsahují v molekule atomy
vodíku. Často používaným zástupcem této skupiny je HCFC-22, používaný vedle
chladících systémech také v domovních klimatizacích. Přítomný vodíkový atom dělá molekulu snadněji rozložitelnou působením v troposféře přítomnými hydroxylovými radikály. HCFC se proto podstatně rychleji rozkládají v troposféře, jsou tudíž doporučovány jako náhrada CFC (což není zrovna ideální). Jejich schopnost rozkládat ozón je ve srovnání s CFC 10× až 100× nižší (ovšem pouze z dlouhodobého hlediska)
28
14
8. 10. 2015
Částečně fluorované uhlovodíky HFC neobsahují atom chlóru a tudíž se
nepodílejí na rozkladu ozónu. V roce 1993 byly sice zveřejněny zprávy, že se tyto látky mohou podílet
na rozpadu ozónu, v následujícím roce to však bylo vyvráceno. Příkladem je CF3CH2F, jenž se používá v automobilových klimatizacích a značí se HFC-134a. Ve srovnání s CFC jsou tyto látky podstatně dražší a náročnější na manipulaci. HFC se sice nepodílejí na rozkladu ozónu, přispívají však ke skleníkovému efektu, byť méně než CFC. V automobilovém průmyslu se tedy doporučuje nahrazovat CFC-12 i
HFC-134a například směsmi propanu a isobutanu. 29
Halony jsou halogenované uhlovodíky, které vedle atomů
chlóru a fluoru obsahují i atomy brómu. Jedná se především o halony 1301 (CF3Br), 1211 (CF2BrCl) a 2402 (C2F4Br2). Bromované uhlovodíky jsou pro rozpad ozónu více nebezpečné než pouze chlorované. Destrukce O3 za přítomnosti Br (BrOx cyklus) je podstatně efektivnější.
30
15
8. 10. 2015
Snížená koncentrace ozónu způsobuje pronikání většího
množství slunečního ultrafialového záření na zemský povrch.
Kdyby nebylo ozonosférou pohlcováno UV-C a výrazně
redukováno UV-B záření, nebyl by na zemském povrchu možný život. UV záření s vlnovou délkou kratší než 200 nm je silně
absorbováno ve vzduchu. 31
Úbytek stratosférického
ozónu umožňuje větší pronikání slunečního UV záření na zemský povrch, což negativně ovlivňuje: zdraví lidí kvalitu přírodního prostředí přírodních zdrojů lidských výtvorů.
32
16
8. 10. 2015
Častější výskyt kožních nádorových onemocnění, glaukomů
(šedých zákalů) a snížení přirozené imunity u lidí.
Snížení zemědělských výnosů inhibicí růstu suchozemských
rostlin. Narušení ekosystému souší i oceánů. Intenzivnější koroze povrchů. Postižení mořského fytoplanktonu.
33
Mořský fytoplankton je významným producentem kyslíku a především
základem mořské potravní pyramidy.
Zvýšené pronikání UV záření na zemský povrch je zodpovědné za poškozování
fotosyntetického aparátu řas a vyšších rostlin.
Z experimentů sledujících potravinové řetězce v oceánech vyplývá, že zvýšení
UV-B radiace může mít vliv na fytoplankton i zooplankton.
Fytoplankton vykazuje např. významný pokles produktivity, obsahu chlorofylu,
druhového složení.
Dnešní UV-B radiace dopadající na vodní povrch snižuje produkci biomasy
v blízkosti vodního povrchu přibližně o 30% oproti teoretické produkci za nepřítomnosti UV-B radiace. Kdyby se obsah ozónu v atmosféře snížil o 5% (resp. 9%), došlo by k další redukci produkce o 16% (resp. 25%). Přes celý potravinový řetězec mohou tyto změny zasáhnout lidskou společnost. Navíc, mořský fytoplankton váže značné množství uhlíku z atmosférického CO2. V důsledku narušené ozónosféry by se tedy mohla snížit schopnost oceánu odstraňovat CO2 z atmosféry, což by vedlo k zesilování skleníkového efektu. 34
17
8. 10. 2015
35
Zejména v posledních 50ti letech produkuje lidská společnost látky, které se po
úniku do atmosféry dostávají až do oblasti ozonosféry, kde způsobují katalytický rozklad molekul ozónu. Účinky halogenovaných uhlovodíků na rozklad ozónu byly poprvé předpovězeny v roce 1974 Mario Molinem a F. Sherwoodem Rowlandem v jejich článku publikovaném v časopise Nature. V době svého vzniku vyvolaly práce Molina a Rowlanda rozporuplné reakce. Kromě kladných ohlasů jim celá řada autorů přičítala spekulativní charakter a vytýkala jim kvantitativní neověření jimi navržených reakčních schémat. Přesto jejich výsledky vedly koncem 70tých a začátkem 80tých let k jistým omezením týkajícím se produkce freonů. Jejich publikace iniciovala podrobnější studium mechanizmu reakcí vedoucích ke snižování obsahu ozónu ve stratosféře a dala podnět k pravidelnému sledování koncentrace stratosférického ozonu. V následujících deseti letech bylo pozorováno mírné ubývání ozónu ve stratosféře.
36
18
8. 10. 2015
V roce 1985 publikoval Farman se svými spolupracovníky v časopise
Nature výsledky svých dlouhodobých pozorování. Zjistil, že nad Antarktidou došlo v určitých obdobích k poklesu úrovně ozonu pod 50 % obvyklých hodnot. Tento úbytek nazval ozónovou dírou.
Farman též upozornil na souvislost snížení úrovně ozonu se vzrůstajícím
obsahem freonů v atmosféře. Ozónová díra byla nejprve pozorována nad Jižním pólem, v současnosti se významný pokles stratosférického ozonu pozoruje i nad Severním pólem.
Bylo potvrzeno, že od 70tých. let 20tého století dochází ke stálému
poklesu koncentrace stratosférického ozónu. Výrazný pokles začal koncem 80tých let. Vzhledem k pomalému transportu halogenovaných látek do stratosféry, lze očekávat i v případě okamžitého omezení emisí těchto látek, nejvyšší úbytek ozónové vrstvy až v polovině 21. století. 37
V roce 1995 byla udělena Nobelova cena za
chemii Mario Molinovi a F. Sherwoodu Rowlandovi za jejich práce v chemii atmosféry, zvláště za úsilí, které věnovali problematice vzniku a rozkladu ozonu. Společně s nimi byla Nobelova cena udělena i Pavlu Crutzenovi, jenž již v roce 1970 navrhl reakční schéma, ve kterém je ozon katalyticky rozkládán oxidy dusíku NO a NO2 na molekulární kyslík. Dále vysvětlil tento pochod chemickými reakcemi, které probíhají na površích částic v oblacích nacházejících se ve stratosféře. Díky činnosti těchto vědců byla světová veřejnost upozorněna na citlivost ozonové vrstvy vůči emisím vznikajícím lidskou činností.
Profesor Paul J. Crutzen (*1933). Snímek © Zdeněk Herman.
38
19
8. 10. 2015
Od poloviny 70. let dochází každoročně v září až listopadu k výraznému poklesu
celkového ozónu nad Antarktidou. Oblast poklesu je velmi rozsáhlá - 20 miliónů km2. Ozónová díra má střed v blízkosti jižního pólu a zasahuje až na 70°j.š. S výjimkou rovníkových oblastí došlo na celém světě k poklesu celkového ozónu. Úbytek ozónu je nejpatrnější v zimních a jarních měsících. K největšímu poklesu množství ozónu v mírných zeměpisných šířkách dochází ve spodní stratosféře ve výškách 13 - 25 km. Je pozorován úbytek 10% za desetiletí. Modelové odhady vlivu růstu koncentrací těchto látek na ozónosféru ukazují na možnost závažného narušení ozónové vrstvy. Stále častěji se v měřeních objevují velmi nízké hodnoty ozónu. Dnes se měření koncentrace stratosférického ozónu provádějí pro celou Zemi a to buď ze zemského povrchu nebo ze satelitů. Na základě těchto pozorování vyplývá, že v posledních dvaceti letech má úbytek celkového ozónu globální charakter.
39
40
20
8. 10. 2015
41
Průmyslové země ukončily výrobu freonů v roce 1996 (EU
již 1994). Rozvojové země by měly ukončit produkci do r. 2010. V letech 1986-94 vzrostla produkce v rozvojových zemích o třetinu. Měření obsahu chemických látek narušujících ozónosféru prokázala v poslední době vysoké koncentrace zejména ClO a BrO jak nad Antarktidou, tak i nad severní polokoulí. Rostou koncentrace N2O, freonů a halonů v atmosféře. Atmosférická koncentrace N2O se odhaduje na 310 ppb,
roční přírůstek na 0,2 - 0,3%. Podle modelových výpočtů by zvýšení koncentrace N2O z 310 ppb na 370 ppb mělo za následek pokles množství celkového ozónu o 1,7%. 42
21
8. 10. 2015
Látky podílející se na transportu chloru a bromu do
stratosféry se používají jako chladící směs v chladničkách chladící směs v klimatizačních jednotkách hnací směs v aerosolových rozprašovačích plnidlo pro průmyslové izolační a stavební pěny hasící směs v hasících přístrojích.
Výroba těchto látek vyvrcholila koncem 80. let 20. století na
základě poptávky trhu.
Současné modely udávají za předpokladu zvýšení
koncentrace stratosférického chlóru z 1,3 ppb na 8 ppb redukci ozónu o 2,9 - 9,1% s maximem změn v hladinách 40 - 45 km, kde by se jednalo až o 40%.
Růst emisí halonů se odhaduje na 5% ročně. Je třeba mít na
paměti, že i malý růst koncentrace halonů může mít značné následky.
43
Jelikož je úbytek stratosférického ozonu globálním problémem, je pro
jeho nápravu nutná mezinárodní spolupráce. Mezinárodní opatření se začala postupně realizovat již od roku 1975, kdy Řídící rada Programu Organizace spojených národů pro životní prostředí UNEP svolala zasedání na koordinaci úsilí pro ochranu ozónové vrstvy. Tato iniciativa sice byla velmi užitečná, avšak byla jen dočasným řešením problému. Po přechodném poklesu spotřeby CFC v 80. letech 20. století začala znovu narůstat, protože se tyto látky začaly používat v pěnách, rozpouštědlech a jako chladící směsi. Bylo nutné přijmout přísnější opatření a několik zemí začalo požadovat globální dohodu o ochraně ozónové vrstvy.
44
22
8. 10. 2015
V březnu 1985 byla 28 státy přijata Vídeňská úmluva na
ochranu ozónové vrstvy (Vienna Convention for Protection of the Ozone Layer). Úmluva zahájila mezinárodní spolupráci ve výzkumu a v systematickém pozorování ozónové vrstvy, při monitorování výroby látek rozkládajících ozón a při vzájemné výměně informací týkajících se úbytku stratosférického ozónu. V prosinci 2001 Vídeňskou konvenci ratifikovalo již 182 zemí. 45
V září 1987 přijalo 46 zemí Montrealský protokol o látkách, které
oslabují ozónovou vrstvu (Montreal Protocol on Substances that Deplete Ozone Layer). Protokolem se signatářské země zavázaly, že nebudou obchodovat s freony se zeměmi, které protokol nepodepsaly. V prosinci 2001 Vídeňskou konvenci ratifikovalo již 182 zemí a Montrealský protokol 181 zemí. Původní Montrealský protokol požadoval omezení spotřeby pouze pěti látek typu CFC o 50% do prosince 1999 a zmrazil spotřebu tří halonů. Výroba většiny látek rozkládajících ozón, včetně všech látek, které byly uvedeny v původním protokolu, byla ve vyspělých zemích zastavena do konce roku 1995. V dalších dodatcích k protokolu byly požadavky zpřísňovány. Téměř všechny země, které ratifikovaly Montrealský protokol, realizovaly opatření na zastavení výroby látek rozkládajících ozón. Díky tomu celková spotřeba těchto látek v roce 2000 poklesla o 85% v porovnání před přijetím Montrealského protokolu. 46
23
8. 10. 2015
Mezi látky mající vztah ke kategorii dopadu Úbytek
stratosférického ozónu řadíme všechny antropogenní emise jež se přímo nebo nepřímo podílejí na rozkladu stratosférického ozónu.
47
Indikátorem kategorie dopadu je rozklad molekul ozónu. Pro porovnávání vlivu různých plynů na rozklad stratosférického ozónu se
používá charakterizační faktor potenciál úbytku ozónu ODP (Ozone Depletition Potential). ODP vyjadřuje účinnost látky v rozkladu ozónu ve srovnání s referenční
látkou CFC-11 (CFCl3) a je definován vztahem
kde δ[O3] představuje změnu ve sloupci stratosférického ozónu
způsobenou v rovnovážném stavu roční emisí látky i vztaženou k úbytku ozónu způsobenému stejným množstvím referenční látky CFC-11. 48
24
8. 10. 2015
ODP je definován vzhledem k ustálenému stavu (t=∞), tedy
dlouhodobě.
Z toho vyplývá chybná interpretace environmentálních
dopadů náhrad freonových náplní chladících systémů:
Náhrady freonů sice mívají podstatně kratší poločas rozpadu (to je
celkově pozitivní), rychleji ovšem tudíž uvolňují do atmosféry halogeny, které jsou vlastní příčinou úbytku ozónu. Takové náhrady freonů pak mají sice celkový ODP nižší, krátkodobý účinek je však naopak větší.
Bude-li tedy posuzován dopad látek na rozpad ozónu
v kratším časovém horizontu, je třeba pro výpočet výsledku indikátoru použít odpovídající hodnoty krátkodobých faktorů ODP. 49
Ideální náhrada látek podílejících se na rozkladu ozónu by
měla mít co nejkratší poločas rozpadu v troposféře, zároveň by její transport do stratosféry měl trvat co nejdéle. Když už se látka do stratosféry dostane, je lepší, aby její stratosférický poločas rozpadu byl co nejdelší. Potenciály ODP různých látek jsou definovány pro časové horizonty 5, 10, 15, 20, 25, 30 a 40 let. Pro hodnocení životního cyklu se doporučuje použít celkový potenciál ODP∞.
50
25
8. 10. 2015
Látka
ODP, kg(CFC-11eq)/kg t=5
t = 10
t = 15
t = 20
t = 25
t = 30
t = 40
1
1
1
1
1
1
1
1
1,1,1trichlorethan
1,03
0,75
0,57
0,45
0,38
0,32
0,26
0,11
CFC-113
0,55
0,56
0,58
0,59
0,60
0,62
0,64
0,90
Halon-1211
11,3
10,5
9,7
9,0
8,5
8,0
7,1
5,1
Halon-2402
12,8
12,2
11,6
11,0
10,6
10,1
9,4
7
HCFC-22
0,19
0,17
0,15
0,14
0,13
0,12
0,10
0,034
Methyl bromid
15,3
5,4
3,1
2,3
1,8
1,5
1,2
0,37
Tetrachlormethan
1,26
1,25
1,23
1,22
1,22
1,20
1,14
1,2
CFC-11
t=∞
51
Jednotkou výsledku indikátoru kategorie dopadu je
ekvivalentní množství CFC-11, kg. Výsledkem indikátoru kategorie úbytku stratosférického ozónu OD je součet příspěvků všech emisních toků r všech látek i vyjádřených jako ekvivalenty CFC-11 pomocí ODP.
52
26
8. 10. 2015
Normalizace výsledku indikátoru kategorie úbytku stratosférického
ozónu se může provádět s použitím hodnoty referenčního výsledku potenciálu úbytku ozónu ROD. Jedná se o hodnotu globální produkce látek podílejících se na úbytku stratosférického ozónu, případně se tato hodnota vztáhne na jednoho obyvatele Země.
Například pro referenční rok 1990 byla produkce halogenovaných
uhlovodíků podílejících se na rozkladu stratosférického ozónu 1 070 000 tun CFC-11eq. Při tehdejší populaci 5,28 miliardy lidí vychází ROD na 0,0202 kg CFC11eq./rok/osoba.
53
Údaje z celosvětové sítě měření: World Ozone and Ultraviolet Radiation
Data Centre (WOUDC): http://www.woudc.org/index_e.html
Světová meteorologická organizace publikuje seznam nejaktuálnějších
odhadů hodnot ODP: http://www.wmo.ch. Aktuální informace lze nalézt na portálu Evropské agentury pro životní prostředí: http://themes.eea.eu.int/IMS/IMS/ISpecs/ISpecification20041001123 013/IAssessment1116507420286/view_content a http://themes.eea.eu.int/IMS/Overviews/csi_key_messages. Podrobnosti o možnostech vzniku ozónové díry v Arktidě: http://www.ozone-sec.ch.cam.ac.uk./scout_o3 V České republice se dlouhodobým sledováním ozónové vrstvy zabývá Solární a ozónové oddělení (SOO) Českého hydrometeorologického ústavu v Hradci Králové, kde se již od roku 1962 nepřetržitě provádí každodenní měření celkového ozónu. http://www.eea.europa.eu/maps/ozone/map 54
27
