Totul despre ozone și stratul de ozone
Ce este stratul de ozon?
Stratul de ozon este o regiune cu concentrație ridicată de ozon în stratosferă, de la 15 până la 35 de kilometri deasupra suprafeței Pământului. Stratul de ozon acționează ca un scut invizibil și ne protejează de radiațiile ultraviolete (UV) nocive de la soare. În special, stratul de ozon ne protejează de radiațiile UV, cunoscute sub numele de UV-B, care provoacă arsuri solare. Expunerea pe termen lung la niveluri ridicate de UV-B amenință sănătatea umană și dăunează majorității animalelor, plantelor și microbilor, astfel încât stratul de ozon protejează toată viața de pe Pământ.
Cum ne protejează ozonul de UV-B?
Ozonul absoarbe radiațiile UV-B de la soare. Când o moleculă de ozon absoarbe UV-B, aceasta se separă într-o moleculă de oxigen (O2) și un atom de oxigen separat (O). Ulterior, cele două componente pot reforma molecula de ozon (O3). Prin absorbția UV-B în stratosferă, stratul de ozon împiedică nivelurile dăunătoare ale acestei radiații să ajungă la suprafața Pământului.
Cum se produce și se distruge ozonul în stratosferă?
Ozonul este produs și distrus tot timpul. Pe lângă UV-B, soarele emite și o altă formă de lumină ultravioletă, UV-C. Când lumina UV-C ajunge în stratosferă, este complet absorbită de moleculele de oxigen și nu ajunge niciodată la suprafața Pământului. UV-C împarte moleculele de oxigen în atomi de oxigen. Acești atomi singuri reacționează apoi cu alte molecule de oxigen pentru a produce ozon. Deci, aceste reacții cresc cantitatea de ozon din stratosferă.
Dar ozonul nu este singurul gaz din stratosferă. Alte gaze care conțin azot și hidrogen sunt, de asemenea, în stratosferă și participă la cicluri de reacție care distrug ozonul transformându-l înapoi în oxigen. Deci, aceste reacții scad cantitatea de ozon din stratosferă.
Când nu este deranjat, echilibrul dintre procesele naturale de producție și distrugere a ozonului menține o concentrație consistentă de ozon în stratosferă. Din păcate, noi, oamenii, nu lăsăm nestingherit acest proces natural ...
Deteriorarea securității alimentare
Sa constatat că substanțele chimice produse de om care conțin halogeni sunt principala cauză a pierderii de ozon. Aceste substanțe chimice sunt cunoscute în mod colectiv ca substanțe care epuizează ozonul (ODS). ODS-urile au fost utilizate în literalmente mii de produse în viața de zi cu zi a oamenilor din întreaga lume.
Cele mai importante ODS au fost clorofluorocarburile (CFC), care la un moment dat au fost utilizate pe scară largă în aparatele de aer condiționat, frigidere, cutii de aerosoli și în inhalatoarele utilizate de pacienții cu astm. Alte substanțe chimice, cum ar fi hidroclorofluorocarburile (HCFC), haloni și bromură de metil, de asemenea, epuizează stratul de ozon. Majoritatea computerelor, electronicelor și părților aparatelor noastre au fost curățate cu solvenți care diminuează ozonul. Panourile de bord ale mașinilor, spumele izolante din casele și clădirile de birouri, cazanele de apă și chiar tălpile pentru pantofi au fost realizate folosind CFC sau HCFC. Birouri, facilități de calculatoare, baze militare, avioane și nave folosite pe scară largă haloni pentru protecția împotriva incendiilor. Multe dintre fructele și legumele pe care le-am mâncat au fost fumigate de bromură de metil pentru a ucide dăunătorii.
Fără Protocolul de la Montreal, epuizarea pe scară largă a stratului de ozon s-ar fi produs cu consecințe majore
Datorită Protocolului de la Montreal, am evitat o lume în care ar fi apărut în fiecare an găuri severe de ozon peste Arctica și Antarctica. Până la mijlocul secolului XXI, epuizarea severă a ozonului s-ar fi răspândit pe planetă, inclusiv în zonele tropicale. Dar cât de mare ar fi rezultat o creștere a UV-B din epuizarea necontrolată a ozonului? Și cum ar fi afectat creșterea UV-B oamenii, producția de alimente, ecosistemele și chiar materialele de construcție? Să explorăm câteva dintre consecințele eșecului de a controla epuizarea ozonului.
Radiații UV-B: acum și într-o lume fără Protocolul de la Montreal
Epuizarea ozonului permite ca mai multe radiații UV-B să ajungă la suprafața Pământului, dar și UV-B variază în mod natural. Nivelurile de radiații UV-B sunt mai mari la tropice decât la latitudini temperate sau polare și mai mari la altitudine mare decât la nivelul mării. UV-B variază, de asemenea, în mod previzibil în funcție de sezon (la temperaturi și latitudini ridicate, UV-B atinge maximul la mijlocul verii) și în funcție de ora din zi (nivelurile de vârf care apar în jurul valorii de miezul zilei). Variația în cloud are, de asemenea, efecte mari.
O modalitate de măsurare a acestei variații naturale în UV-B este prin indicele UV (UVI) [WHO1]. UVI este o măsură a radiațiilor UV arse de soare și este acum utilizat în mod obișnuit pentru a arăta nivelurile UV în prognozele meteo. Organizația Mondială a Sănătății (OMS) definește orice UVI mai mare de 11 ca fiind extremă [WHO2], dar cu protecția unui strat de ozon intact, astfel de UVI mari apar doar la altitudini mari la tropice [WHO3].
Modelele de computer ne oferă informații despre UVI într-o lume fără Protocolul de la Montreal (adesea numită „Lumea evitată”). Până la mijlocul acestui secol, valorile UVI peste 25 s-ar fi produs la majoritatea latitudinilor, iar UVI ar fi atins aproximativ 50 în tropice, deci de cinci ori definiția actuală a radiației UV „extreme”.
Cancere de piele într-o lume fără Protocolul de la Montreal
Există legături puternice între supraexpunerea la radiațiile UV și dezvoltarea celor mai frecvente trei forme de cancer de piele (melanom malign, carcinom bazocelular și carcinom cu celule scuamoase). Chiar și acum, odată cu implementarea cu succes a Protocolului de la Montreal, cancerele de piele se numără printre cele mai frecvente forme de cancer, în special la populațiile cu piele palidă.
Înțelegerea modului în care prevalența cancerelor de piele ar fi crescut odată cu epuizarea necontrolată a ozonului provine din modelele computerizate din lume evitate. Aceste modele combină înțelegerea noastră asupra modului în care substanțele care epuizează ozonul afectează stratul de ozon, a modului în care modificările ozonului afectează radiația UV și a modului în care radiațiile UV afectează incidența cancerelor de piele.
Maladii de ochi într-o lume fără Protocolul de la Montreal
Expunerea la niveluri ridicate de radiații UV conduce la un risc crescut de cataractă. Organizația Mondială a Sănătății consideră deja cataracta ca o boală prioritară a ochilor. Cataracta este responsabilă pentru aproximativ jumătate din orbire la nivel mondial, echivalent cu aproximativ 20 de milioane de oameni în 2010. În prezent, un model de cataractă evitat în lume este disponibil doar pentru SUA. Acest model indică faptul că eșecul de a controla în mod eficient epuizarea ozonului ar fi condus la aproape 63 de milioane de cazuri suplimentare de cataractă la persoanele născute în SUA între 1890 și 2100.
Alte efecte asupra sănătății într-o lume fără Protocolul de la Montreal
Pe lângă cancerele de piele și cataracta, radiațiile UV pot avea și alte efecte asupra sănătății. Aceste efecte includ producerea de vitamina D pe piele care este benefică pentru sănătate. În lumea în care trăim acum, cu o protecție eficientă a stratului de ozon, există un echilibru între efectele pozitive și negative ale UV-B. Dacă nu am fi reușit să protejăm stratul de ozon, echilibrul ar fi oscilat dramatic spre negative, mai presus de toate riscurile crescute de cancer de piele și cataractă. Prin evitarea acestor consecințe negative, Protocolul de la Montreal a adus o contribuție majoră la o bună sănătate și bunăstare, unul dintre obiectivele de dezvoltare durabilă adoptate de toate statele membre ale Națiunilor Unite în 2015.
Deteriorarea securității alimentare
Pe parcursul evoluției, animalele, plantele și microbii au dezvoltat mecanisme care le permit să facă față variației radiației UV-B pe care o experimentează în mediile lor normale, protejate de stratul de ozon intact. Aceasta include plantele și animalele pe care ne bazăm cu toții pentru hrana noastră.
Culturile au nevoie de lumina soarelui pentru fotosinteză, deci nu pot evita expunerea la UV-B. Au dezvoltat sisteme care reduc sau repară daunele, inclusiv pigmenți care acționează ca „ecrane solare”. La fel ca în cazul sănătății umane, există un echilibru între efectele pozitive și negative ale UVB asupra plantelor. Epuizarea necontrolată a ozonului ar fi mutat foarte mult acest echilibru spre negativ.
Expunerea crescută la radiațiile UV poate deteriora lanțurile alimentare acvatice și poate provoca daune directe crustaceelor și ouălor de pește. Ca urmare, epuizarea necontrolată a ozonului ar fi amenințat pescuitul și alte resurse acvatice care aduc o contribuție semnificativă la aprovizionarea cu alimente la nivel mondial.
Daune mediului
Așa cum epuizarea necontrolată a ozonului amenință producția de alimente, amenință și plantele, animalele și microbii din ecosistemele naturale. Aceste ecosisteme oferă „servicii ecosistemice” pe care ne bazăm cu toții pentru aer curat și apă curată și pentru a absorbi dioxidul de carbon pentru atmosferă.
Viața pe Pământ
Ca și în cazul culturilor, plantele sălbatice sunt capabile să facă față nivelurilor actuale de radiații UV-B, dar creșterea lor poate fi redusă prin creșteri mari ale UV-B. Majoritatea animalelor par, de asemenea, capabile să evite efectele dăunătoare ale nivelurilor actuale de radiații UV-B. Nu știm în ce moment mecanismele de protecție a animalelor ar fi fost copleșite de creșterile fără precedent ale UV-B evitate în lume. Chiar și așa, deteriorarea plantelor ar reduce alimentele disponibile pentru ierbivore, cu consecințe asupra întregii pânze alimentare.
Viața în apă
Oceanele sunt cele mai mari ecosisteme ale Pământului. Acestea conțin microorganisme, animale și plante care ne oferă jumătate din oxigenul pe care îl respirăm și o mare parte din alimentele pe care le consumăm. Un ocean sănătos este vital pentru supraviețuirea noastră.
În oceane, lacuri și râuri UV-B are efecte adverse asupra multor aspecte diferite ale biologiei organismelor de pe rețeaua trofică. Deși nu există modele „evitate de lume” pentru răspunsurile ecosistemice, creșteri mari ale UV-B, atunci rețelele alimentare întregi ar fi fost perturbate, amenințând biodiversitatea și serviciile ecosistemice.
Ecosisteme
Prin aceste efecte asupra ecosistemelor, creșterea pe scară largă a UV-B ar putea modifica schimbul de dioxid de carbon între atmosferă și biosferă. Creșterea radiațiilor UV stimulează, de asemenea, descompunerea frunzelor în descompunere și a altor materii organice. Împreună, efectele creșterii UV-B ar reduce capacitatea ecosistemelor de a prinde dioxidul de carbon, inclusiv dioxidul de carbon produs de activitățile umane. În acest fel, epuizarea pe scară largă a ozonului ar fi înrăutățit acumularea de dioxid de carbon în atmosferă care provoacă schimbările climatice. Schimbarea UV-B modifică, de asemenea, ciclul de azot și alte substanțe chimice din mediu, ceea ce poate agrava poluarea aerului.
Deteriorarea materialelor exterioare
Expunerea la UV-B dăunează și materialelor naturale și sintetice. Materialele vulnerabile includ lemnul, plasticul, cauciucul și chiar materialele utilizate în unele panouri solare. Aceste materiale, utilizate pe scară largă în clădiri, agricultură și produse comerciale, sunt deja concepute pentru a minimiza daunele provocate de radiațiile UV.
Epuizarea pe scară largă a stratului de ozon care provoacă o expunere mai mare la razele UV ale soarelui ar crește aceste daune și ar slăbi aceste materiale. Acest lucru ar fi dus la o deteriorare mai rapidă și la necesitatea unei protecții UV suplimentare, crescând costurile și reducând fiabilitatea multor produse.
Soluția
În anii 1980, comunitatea globală a decis să facă ceva cu privire la epuizarea ozonului. Cu dovezi din ce în ce mai mari că CFC deteriorează stratul de ozon și înțelegerea numeroaselor consecințe ale epuizării necontrolate, oamenii de știință și factorii de decizie politică au îndemnat națiunile să controleze utilizarea CFC-urilor. Ca răspuns, Convenția de la Viena pentru protecția stratului de ozon a fost adoptată în 1985, urmată de Protocolul de la Montreal privind substanțele care epuizează stratul de ozon în 1987. Acestea sunt primele tratate internaționale de mediu aprobate universal de 198 de națiuni ale lumii.
Convenția de la Viena
Convenția de la Viena pentru protecția stratului de ozon a fost adoptată în 1985 și a intrat în vigoare în 1988. Națiunile care au semnat convenția - numite părțile - au convenit să cerceteze și să monitorizeze efectele activităților umane asupra stratului de ozon și să ia măsuri concrete împotriva activităților care sunt susceptibile de a avea efecte adverse asupra stratului de ozon.
Convenția nu a impus țărilor să ia măsuri specifice pentru a controla substanțele care diminuează ozonul. Acțiunile specifice sunt descrise în Protocolul de la Montreal.
Protocolul de la Montreal
Protocolul de la Montreal privind substanțele care epuizează stratul de ozon este un acord global pentru protejarea stratului de ozon al Pământului prin eliminarea treptată a consumului și a producției celor mai multe substanțe chimice care îl epuizează. Acordul de referință a fost semnat la 16 septembrie 1987 - marcat la nivel global drept Ziua Mondială a Ozonului - și a intrat în vigoare în 1989. Protocolul prevede un set de sarcini practice, care pot fi acționate pentru eliminarea treptată a substanțelor care epuizează ozonul, care au fost convenite universal.
Protocolul este unic prin faptul că are flexibilitatea de a răspunde noilor informații științifice. Încă de la înființare, protocolul și-a îndeplinit cu succes obiectivele și continuă să protejeze stratul de ozon în prezent.
Amendamentul Kigali
Deși Protocolul de la Montreal a fost conceput pentru a elimina treptat producția și consumul de ODS, unele înlocuiri ale acestor substanțe, cunoscute sub numele de hidrofluorocarburi (HFC), s-au dovedit a fi gaze cu efect de seră puternice. De fapt, unele HFC sunt de peste o mie de ori mai puternice decât dioxidul de carbon pentru a contribui la schimbările climatice.
După câțiva ani de eforturi, părțile au convenit la 15 octombrie 2016 să modifice protocolul pentru a include măsuri de control pentru reducerea HFC (amendamentul Kigali). O reducere treptată a HFC se așteaptă să evite creșterea temperaturii globale cu până la 0,4 grade Celsius până în 2100, în timp ce continuă să protejeze stratul de ozon.
Punerea în practică a politicilor
Convenția de la Viena, Protocolul de la Montreal și amendamentul Kigali creează un cadru politic global pentru protejarea stratului de ozon și a climei. Implementarea acestor politici a necesitat schimbări profunde în multe sectoare comerciale și tehnologice.
Frigidere și aer condiționat
Frigiderul și aerul condiționat au fost utilizatorii principali ai CFC-urilor. Conform protocolului de la Montreal, CFC-urile au fost complet eliminate. Inițial CFC-urile au fost înlocuite cu HCFC-uri și apoi HFC-uri. Amendamentul Kigali stimulează acum o schimbare suplimentară către HFC cu încălzire globală scăzută sau agenți de răcire alternativi, cum ar fi hidrocarburi sau amoniac. Această trecere la noi lichide de răcire a permis, de asemenea, producătorilor și utilizatorilor să treacă la sisteme de refrigerare și climatizare cu o utilizare mai eficientă a energiei.
Materiale de construcții
În anii 1990, aproape toate spumele folosite pentru izolarea clădirilor, frigiderelor etc. au fost „suflate” folosind CFC-uri. Acum CFC-urile au fost complet înlocuite de tehnologii sigure pentru ozon, inclusiv HFC și hidrocarburi.
Aerosoli și inhalatoare
Eliminarea rapidă și completă a CFC-urilor în aerosoli a fost una dintre cele mai recunoscute realizări ale Protocolului de la Montreal. Înlocuirea CFC în inhalatoarele utilizate pentru astm și boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC) a fost mai dificilă. Cu toate acestea, au fost dezvoltate alternative accesibile fără CFC pentru toate tratamentele prin inhalare și sunt acum disponibile la nivel mondial.
Siguranța privind incendiile
Cele mai puternice ODS controlate în temeiul protocolului - haloni - sunt utilizate în protecția împotriva incendiilor. Producția de haloni a fost eliminată treptat din 2010. Cu toate acestea, o provocare rămasă este aceea că halonii produși înainte de 2010 sunt încă folosiți pentru protecția împotriva incendiilor în aviația civilă.
Producție vegetală
Bromura de metil este un ODS puternic care anterior era folosit pe scară largă pentru combaterea dăunătorilor și a bolilor, atât în timpul producției de culturi, cât și în depozitarea alimentelor. Protocolul de la Montreal a stimulat înlocuirea bromurii de metil cu noi metode de combatere a dăunătorilor și bolilor, care nu sunt numai sigure pentru ozon, ci și mai sigure pentru operatori.
Azi și mâine
Deși mai avem de lucru, avem vești bune. În prezent, 99% din substanțele care diminuează ozonul și care sunt controlate în temeiul Protocolului de la Montreal au fost eliminate treptat. Oamenii de știință și cercetătorii din întreaga lume monitorizează continuu progresul stratului de ozon. De asemenea, ele măsoară substanțele care epuizează ozonul, inclusiv unele care nu sunt controlate în temeiul Protocolului de la Montreal. Aceste substanțe au concentrații scăzute în atmosferă și nu reprezintă o amenințare imediată pentru stratul de ozon.
Stratul de ozon astăzi
Protocolul de la Montreal este apreciat pe scară largă ca fiind un imens succes ecologic. Deși daunele pe care le-am făcut stratului de ozon nu au fost încă anulate, datorită acestui acord și efortului de colaborare al națiunilor din întreaga lume, există dovezi științifice că stratul de ozon se vindecă în sine și se așteaptă să se recupereze până la mijlocul acest secol.
Protocolul de la Montreal a redus, de asemenea, considerabil încălzirea climei, deoarece multe substanțe care diminuează ozonul sunt, de asemenea, gaze cu efect de seră puternice care contribuie la forțarea climatului atunci când se acumulează în atmosferă. Controalele Protocolului de la Montreal au condus la o reducere substanțială a emisiilor de substanțe care epuizează ozonul în ultimele două decenii. Aceste reduceri, protejând în același timp stratul de ozon, au avantajul suplimentar de a reduce contribuția umană la schimbările climatice. Fără controale din Protocolul de la Montreal, forțarea climei din cauza substanțelor care epuizează ozonul ar putea fi acum de aproape două ori și jumătate față de valoarea actuală.
Viitorul este în mâinile noastre
Am făcut multe progrese, dar trebuie să continuăm să lucrăm împreună pentru a proteja stratul de ozon pentru viitor. În timp ce oamenii de știință și cercetătorii găsesc soluții noi și creează produse ecologice, există lucruri pe care le putem face cu toții, cum ar fi cumpărarea de produse etichetate „fără ozon” sau „fără HCFC”. Accesați secțiunea „Ce poți face” pentru a vedea o listă completă a lucrurilor ușoare pe care le poți face să introduci. Vindecarea stratului de ozon este o realizare majoră, dar se dovedește, de asemenea, ceva important pe măsură ce privim spre viitor, cum să ne ocupăm de alte provocări globale de mediu. Mesajul este clar: atunci când oamenii și țările din întreaga lume se reunesc, uniți de un obiectiv comun, putem rezolva probleme aparent imposibile. Acesta este cu siguranță un motiv de mare optimism, deoarece ne gândim la ce mai este capabilă comunitatea noastră globală!
