Ozon i ozonosfera (warstwa ozonowa)

Czas czytania: 13 minut

Ostatnia aktualizacja: 21.04.2022

Ozon (O3) to alotropowa odmiana tlenu składająca się z trójatomowych cząsteczek. Posiada silne własności aseptyczne i toksyczne, w związku z czym stosowany jest przy dezynfekcji wody. Naturalnie gromadzi się w stratosferze tworząc warstwę ozonową, która pochłania część promieniowanie z zakresu nadfioletu o długości fali między 200 nm a 300 nm dochodzącego ze Słońca do Ziemi.

Ozon

Ozon to gaz o charakterystycznym, orzeźwiającym zapachu, silnie utleniający, o właściwościach bakteriobójczych. Ozon występuje w całej atmosferze, ale w największym natężeniu w przyziemnej warstwie atmosfery, oraz w stratosferze.

Ozonosfera (warstwa ozonowa, powłoka ozonowa)

to warstwa zwiększonej koncentracji ozonu w stratosferze. Za obszar jej występowania przyjmuje się wysokości 20–40km nad poziomem morza. Najwyższe stężenie ozonu występuje na wysokości około 32 km nad powierzchnią Ziemi. Na tej wysokości stężenie ozonu może wynosić nawet 15 części na milion (0,0015%).

Warstwa ozonowa ma istotne znaczenie ochronne dla życia na Ziemi. Ozonosfera zatrzymuje szkodliwe dla żywych organizmów promieniowania ultrafioletowego o długości fali od 200 do 315 nanometrów tzw. UV-B zanim dotrze ono do powierzchni Ziemi z kosmosu. Wysokoenergetyczne promieniowanie ultrafioletowe uszkadza cząsteczki DNA i jest czynnikiem rakotwórczym. Jego pochłanianie polega na reakcji rozszczepienia cząsteczki ozonu na tlen i rodnik tlenowy, która jest odwróceniem reakcji syntezy ozonu.

Warstwa ozonowa – ozonosfera

W stratosferze, w atmosferze ziemskiej, na wysokości 20-40 km n. p. m.. znajduje się warstwa zwiększonej koncentracji ozonu, tzw. ozonosfera. Pochłania ona wysokoenergetyczną część promieniowania ultrafioletowego, które jest częścią promieniowania słonecznego. Mimo że nazwa sugeruje jego duży udział, cały ozon z ozonosfery w warunkach normalnych utworzyłby na poziomie morza warstwę o grubości ok. 3 mm.

Ozon stratosferyczny powstaje w wyniku działania słonecznego światła ultrafioletowego na tlen atmosferyczny. Ozon jest niszczony, gdy reaguje z cząsteczkami zawierającymi azot, wodór, chlor lub brom. Niektóre molekuły niszczące ozon występują naturalnie, ale wiele czynników chłodniczych wprowadzonych przez ludzi w XX wieku, szczególnie freony, okazało się być substancjami zubożającymi warstwę ozonową.

W latach 1980. odkryto przerzedzenie warstwy ozonowej ponad obszarami okołobiegunowymi, nazwane dziurą ozonową. Rozrost dziury ozonowej w związku z uwalnianiem tych substancji do środowiska sprawił, że podjęto międzynarodowe działania na rzecz ograniczenia ich stosowania.

Naturalna zawartość ozonu zmienia się z szerokością geograficzną, dlatego trudno jest podać uniwersalną wartość stężenia granicznego które określa np. pojawienie się dziury ozonowej. W przypadku Antarktyki graniczna wartość stężenia O3 określająca naturalny stan ozonosfery i dziurę ozonową wynosi 220 DU (Jednostek Dobsona).

dodatkowe informacje:
Dziura ozonowa
Jednostka Dobsona (DU)

The concentration of ozone varies with altitude. Peak concentrations, an average of 8 molecules of ozone per million molecules in the atmosphere, occur between an altitude of 30 and 35 kilometers
The concentration of ozone varies with altitude. Peak concentrations, an average of 8 molecules of ozone per million molecules in the atmosphere, occur between an altitude of 30 and 35 kilometers / @ NASA Ozone Watch
Solar ultraviolet radiation is largely absorbed by the ozone in the atmosphere—especially the harmful, high-energy UV-a and UV-b. The graph shows the flux (amount of energy flowing through an area) of solar ultraviolet radiation at the top of the atmosphere (top line) and at the Earth’s surface (lower line). The flux is shown on a logarithmic scale, so each tick mark on the y-axis indicates 10 times more energy
Solar ultraviolet radiation is largely absorbed by the ozone in the atmosphere—especially the harmful, high-energy UV-a and UV-b. The graph shows the flux (amount of energy flowing through an area) of solar ultraviolet radiation at the top of the atmosphere (top line) and at the Earth’s surface (lower line). The flux is shown on a logarithmic scale, so each tick mark on the y-axis indicates 10 times more energy / @ NASA Ozone Watch

Substancje zubożające warstwę ozonową

Nazewnictwo substancji zubożających warstwę ozonową na przykładzie CFC-113
Nazewnictwo substancji zubożających warstwę ozonową na przykładzie CFC-113 / Wikipedia / @ Hombrero / CC BY SA 3.0

Substancje zubożające warstwę ozonową to określenie odnoszące się do chemicznych związków organicznych zubożających warstwę ozonową, głównie pochodnych metanu i etanu, zawierających w swym składzie atomy chloru, chloru i fluoru lub bromu i fluoru. Do określania wpływu poszczególnych substancji stosuje się wskaźnik ODP, czyli potencjał niszczenia ozonu.

W związku ze skomplikowanymi nazwami chemicznymi tych substancji, wprowadzono uproszczony system nazewnictwa. Związki chemiczne pogrupowano na 4 podzbiory, a te z kolei na 9 grup:

  • podstawowe CFC (11, 12, 113, 114, 115) – chlorofluorowęglowodory,
  • halony
  • pozostałe CFC (13 – 217)
  • tetrachlorometan
  • 1,1,1-trichloroetan
  • HCFC (wodorochlorofluorowęglowodory, hydrochlorofluorocarbons) – to organiczne związki chemiczne z grupy freonów. Są to pochodne węglowodorów, w których część atomów wodoru została zastąpiona atomami chloru i fluoru. Stosowane jako czynniki chłodnicze, np. R-22, R-401A, R-402A, R-408A i R-409A. HCFC uważane za przyczyniające się do powstawania dziury ozonowej, chociaż ich czas istnienia w atmosferze jest znacznie krótszy niż chlorofluorowęglowodorów (CFC); mają jednak wysoki potencjał tworzenia efektu cieplarnianego. Niektóre HCFC (np. R-401A – mieszanina R-22, R-152a i R-124) są przeznaczone do zastępowania innych freonów (np. R-12) w instalacjach chłodniczych.
  • HBFC – wodorobromofluorowęglowodory
  • bromochlorometan
  • bromometan (bromek metylu)

Czasem przyjmuje się stosowanie do niektórych związków litery R zamiast HCFC lub CFC, np. zamiast CFC-113 zaczęto stosować R-113, zamiast HCFC-22 – R-22.

Rozporządzenie 2037/2000 z dnia 29 czerwca 2000 w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową z późniejszymi zmianami w roku 2001, oraz Rozporządzenie z dnia 16 sierpnia 2004 o substancjach zubożających warstwę ozonową określają warunki znakowania substancji kontrolowanych oraz produktów i urządzeń zawierających takie substancje.

Oznakowanie powinno zawierać napis „niebezpieczne dla warstwy ozonowej”, oraz informacje o:

  • chemicznej nazwie substancji kontrolowanej
  • wzorze chemicznym substancji kontrolowanej
  • nazwie handlowej
  • w przypadku gdy substancja wchodząca w skład produktu jest mieszaniną substancji kontrolowanych – jej skład w procentach wagowych
  • sposobie użytkowania, który w jak najmniejszych stopniu zagraża środowisku

dodatkowe informacje:
Freony, chlorofluorowęglowodory CFC (chlorofluorocarbons)
Wodorochlorofluorowęglowodory HCFC (hydrochlorofluorocarbons)

Potencjał niszczenia ozonu ODP

Potencjał niszczenia ozonu ODP

Potencjał niszczenia ozonu (Ozone Depletion Potential, ODP) to wskaźnik utworzony w celu ilościowej oceny wpływu poszczególnych substancji chemicznych na warstwę ozonową. Został odniesiony do freonu oznaczonego jako czynnik R11, którego skuteczność niszczenia molekuł ozonu przyjęto za wartość jednostkową (ODP=1).

Poszczególne wartości podanego wskaźnika dla wybranych substancji zubożających warstwę ozonową, zostały podane w Protokole Montrealskim, w załączniku E normy PN – EN 378-1, a także w Monitorze Polskim z 2004 roku nr 4 poz. 65 (dane z Protokołu Montrealskiego).

Potencjał niszczenia ozonu dla wyszczególnionych związków chemicznych

OznaczeniaNazwa angielskaNazwa polskaPotencjał niszczenia ozonu (ODP)Potencjał tworzenia efektu cieplarnianego (GWP)
R-11CFC-11trichlorofluoromethanetrichlorofluorometan1,04660
R-12CFC-12dichlorodifluoromethanedichlorodifluorometan0,8210 200
R-13CFC-13chlorotrifluoromethanechlorotrifluorometan1,013 900
R-22HCFC-22chlorodifluoromethanechlorodifluorometan0,041760
R-23HFC-23trifluoromethanetrifluorometan<0,00412 400
R-113CFC-113trichlorotrifluoroethanetrichlorotrifluoroetan0,855820
R-114CFC-1141,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroethane1,2-dichloro-1,1,2,2-tetrafluoroetan0,588590
R-115CFC-1151-chloro-1,1,2,2,2-pentafluoroethane1-chloro-1,1,2,2,2-pentafluoroetan0,57670
R-116PFC-116hexafluoroethaneheksafluoroetan011 100
R-134aHFC-134a1,1,1,2-tetrafluoroethane1,1,1,2-tetrafluoroetan01300
R-227eaHFC-227ea1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropan03350
Wybrane freony i inne związki chłodnicze

dodatkowe informacje:
Freony – potencjał niszczenia ozonu ODP

Kontrola użycia chlorofluorowęglowodorów CFC

Kontrola użycia chlorofluorowęglowodorów CFC

Ze względu na niekorzystne efekty dla warstwy ozonowej zostały opracowane regulacje prawne ograniczające użycie substancji zubażających warstwę ozonową, w tym także regulacje międzynarodowe, do których przystąpiła większość krajów świata: Konwencja Wiedeńska w sprawie ochrony warstwy ozonowej, a następnie Protokół Montrealski. Największe gospodarki świata zgodziły się na zamrożenie produkcji freonów na poziomie z roku 1986.

Dodatkowo 9 grudnia 1994 roku Zgromadzenie Ogólne Narodów Zjednoczonych ustaliło dzień 16 września Międzynarodowym Dniem Ochrony Warstwy Ozonowej (rezolucja 49/114) dla upamiętnienia rocznicy podpisania Protokołu Montrealskiego. Obchody tego dnia mają na celu propagowanie działań służących realizacji celów Protokołu Montrealskiego i jego aneksów w sprawie ochrony warstwy ozonowej.

CFC zostały zastąpione w chłodnictwie przez związki HCFC (częściowo halogenowane chlorofluorowęglowodowy), które mają znacznie niższy potencjał niszczenia ozonu. Jednak HCFC także są gazami cieplarnianymi.

dodatkowe informacje:
Konwencja Wiedeńska w sprawie ochrony warstwy ozonowej
Międzynarodowy Dzień Ochrony Warstwy Ozonowej
Protokół z Montrealu (Protokół Montrealski)

Odzysk, recykling, utylizacja

Zgodnie z ustawą Prawo ochrony środowiska urządzenia i instalacje zawierające kontrolowane substancje zubożające warstwę ozonową stają się odpadem w chwili gdy posiadacz się ich pozbywa, zamierza się ich pozbyć lub do ich pozbycia jest obowiązany. W związku z tym takie urządzenie lub instalacja staje się odpadem w chwili zmiany jego właściciela.

Urządzenia takie można użytkować do ich tzw. śmierci technicznej. Możliwa jest dalsza sprzedaż takich urządzeń, pod warunkiem, że zostało ono opróżnione z substancji kontrolowanej (dotyczy to również substancji kontrolowanych zawartych w piance poliuretanowej). Należy jednak zauważyć, że po sprzedaży urządzenie takie może zostać ponownie napełnione tylko substancją alternatywną. Jeżeli chodzi o same substancje kontrolowane odzyskane z urządzeń i instalacji to nie muszą one zostać jednoznacznie uznane za odpad.

Substancje z grupy HCFC mogą być ponownie wykorzystane do serwisowania istniejących urządzeń do 2015, w ten sposób poddane recyklingowi, natomiast substancje z grupy CFC zgodnie z rozporządzeniem 2037/2000 mogą zostać ponownie wprowadzone do obrotu, jeżeli:

  • przeznaczone są do unieszkodliwienia na obszarze Wspólnoty Unii Europejskiej
  • są stosowane jako substraty lub czynniki ułatwiające procesy chemiczne
  • są używane do celów zamówień objętych pozwoleniami w odniesieniu do nieodzownego zużycia przez użytkowników
  • są stosowane czasowo w sytuacjach wyjątkowych, dopuszczalnych zgodnie z przepisami rozporządzenia 2037/2000

w przeciwnym razie muszą być unieszkodliwione poprzez przekazanie podmiotowi zajmującemu się przywracaniem substancjom kontrolowanym właściwości użytkowych i wprowadzeniem do ponownego obrotu.

dodatkowe informacje:
Elektroodpady (elektrośmieci)

Zmiany klimatu

Wpływ warstwy ozonowej na zmiany klimatu

Ozonosfera przyczynia się do wzrostu temperatury w warstwie stratosfery ponieważ ozon pochłania promieniowanie nadfioletowe, a jego energia zamieniana jest w ciepło. Trudno jednak jednoznacznie określić związek między zanikaniem ozonu i zmianami klimatu. Wydaje się że ogrzewanie stratosfery spowodowane przez absorpcję promieniowania przez ozon jest ważnym czynnikiem w ustaleniu się warunków pogodowych na Ziemi.

Ponieważ ozon ogrzewa zewnętrzne warstwy atmosfery, jego zanik powinien przyczynić się do zmniejszenia globalnego ocieplenia powodowanego przez związki chlorofluorowęglowe (CFC). Jednak oddziaływania te nie znoszą się wzajemnie i ubytek stratosferyczny ozonu, stanowiącego tarczę przeciwko promieniowaniu ultrafioletowemu jest generalnie traktowany jako poważniejsze zagrożenie niż wkład ubytku ozonu w wychładzanie atmosfery.

Ozon przygruntowy

Ozon przygruntowy

Zupełnie inne znaczenie biologiczne na Ziemi ma ozon przygruntowy, który jest szkodliwy dla organizmów żywych. Powstaje w naturalnych procesach, przy sprzyjających warunkach meteorologicznych związanych głównie z natężeniem promieniowania słonecznego i temperaturą:

  • w czasie wyładowań atmosferycznych
  • podczas reakcji niektórych zanieczyszczeń, głównie węglowodorów i tlenków azotu

Ozon przygruntowy najczęściej występuje od lipca do września. Wzrost jego stężenia obserwuje się z reguły na dużych obszarach, również pozamiejskich. Maksymalne stężenie występuje przeważnie w godzinach popołudniowych.

Zbyt wysokie stężenie ozonu przyziemnego w okresie letnim, obok problemów z pyłem zawieszonym, należy do najpoważniejszych problemów zanieczyszczenia powietrza zarówno w Polsce, Europie, jak i na świecie.

Ozon powstający blisko powierzchni ziemi jest gazem szkodliwym dla organizmów żywych. O3 jest gazem drażniącym, powoduje uszkodzenie błon biologicznych przez reakcje rodnikowe z ich składnikami. Po dostaniu się do komórek może hamować działanie enzymów komórkowych, wstrzymując oddychanie wewnątrzkomórkowe.

Pierwszymi objawami podrażnienia ozonem (obserwowanym w stężeniach 0,2 mg/m³) są kaszel, drapanie w gardle, senność i bóle głowy. W większych stężeniach może prowadzić do wzrostu ciśnienia tętniczego, przyspieszenia tętna i obrzęku płuc prowadzącego do zgonu (w stężeniach 9–20 mg/m³).

Negatywne skutki złego ozonu dla organizmu człowieka:


Stężenie 
μg/m3
Skutki oddziaływania ozonu i wartości graniczne
40Wyczuwalny zapach
100ból głowy, podrażnienie oczu
110podrażnienie dróg oddechowych, obniżenie wydolności
160zapalenie dróg oddechowych
180wartość progowa informowania społeczeństwa o ryzyku wystąpienia przekroczeń poziomów dopuszczalnych
200problemy z oddychaniem
240alarmowe poziomy stężeń ozonu dla okresu uśredniania jednej godziny
260możliwość wystąpienia ataków astmy
> 400Obniża wydolność, trwałe zniszczenia komórek
> 1000uszkodzenia chromosomów
Negatywne skutki złego ozonu dla organizmu człowieka

Uwaga! Wartość dopuszczalna dla ozonu wynosi 120 μg/m3, a próg informowania społeczeństwa o możliwości wystąpienia negatywnych skutków zdrowotnych jest na poziomie od 180 μg/m3

Sposób postępowania przy przekroczeniu wartości progowej ozonu

  • osoby z przewlekłymi chorobami (układu oddechowego i niewydolnością układu krążenia) powinny pozostawać w pomieszczeniach
  • unikanie długotrwałego przebywania na otwartej przestrzeni
  • ograniczenie dużego wysiłku fizycznego – uprawianie sportów wymagających dużego wysiłku i gier sportowych na otwartej przestrzeni, jazdy na rowerze
  • unikanie lub przynajmniej ograniczenie palenia tytoniu
  • unikanie wdychania dymu tytoniowego

źródło:
HCFC, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Chlorofluorowęglowodory (CFC) i wodorochlorofluorowęglowodory (HCFC)
Ozon, autorzy, licencja CC BY-SA Deed 3.0
Ozonosfera, autorzy, licencja CC BY-SA Deed 3.0
Substancje zubożające warstwę ozonową, autorzy., licencja CC BY SA 4.0

Zagrożenia ekologiczne – dodatkowe informacje:

definicje, teorie, hipotezy, zjawiska:
antropocen, antropopresja, bezpieczeństwo ekologiczne, biologiczny potencjał Ziemi do regeneracji (biocapacity), bioremediacja, ekobójstwo (ekocyd), ekomodernizm, ekosystem sztuczny, ekoterroryzm, globalne zagrożenia ekologiczne, granice planetarne, hipoteza wypadających nitów (rivet popping), homogenocen, kapitalocen, katastrofy i klęski ekologiczne, katastrofy ekologiczne na świecie, klęski żywiołowe, masowe wymieranie, monokultura, komodyfikacja żywności (utowarowanie), plantacjocen, plastikoza, plastisfera (plastisphere), przeludnienie, syndrom przesuwającego sią punktu odniesienia, szóste masowe wymieranie (szósta katastrofa), tragedia wspólnego pastwiska, utrata bioróżnorodności, Wielkie przyspieszenie, zielony anarchizm, zjawisko przedniej szyby

degradacja środowiska:
akwakultura, betonoza (betonowanie miast), choroby odzwierzęce, górnictwo morskie, hodowla zwierząt, melioracja, monokultura, niszczenie siedlisk, przełownie, przemysł wydobywczy, przyłów, rolnictwo, spadek liczebności owadów, turystyka masowa, wylesianie (deforestacja), wypalanie traw

ozon i ozonosfera (warstwa ozonowa):
dziura ozonowa, freon (CFC)

zanieczyszczenie środowiska:
beton, bisfenol A (BPA), eutrofizacja, farmaceutyki, handel emisjami zanieczyszczeń, kwaśny deszcz, mikroplastik, martwe strefy, nanoplastik, neonikotynoidy, niedopałki papierosów, odpady niebezpieczne, pestycydy, polichlorowane bifenyle (PCB), przemysł tekstylny (włókienniczy). sieci widma, sinice, składowiska odpadów (wysypiska śmieci), smog, sól drogowa, sztuczne ognie (fajerwerki, petardy), tworzywa sztuczne (plastik), Wielka Pacyficzna Plama Śmieci, wycieki ropy naftowej, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zanieczyszczenie gleby, zanieczyszczenie hałasem, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie światłem, zanieczyszczenie wody, związki per- i polyfluoroalkilowe (PFAS) – wieczne chemikalia

zmiany klimatu (kryzys klimatyczny):
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), efekt cieplarniany, ekstremalne zjawiska, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie, kryzys wodny, miejska wyspa ciepła (MWC), migracje gatunków, nawałnice, ocieplenie oceanu, wzrost poziomu mórz i oceanów, podtopienie, powódź, pożar lasu, przyducha, pustynnienie, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, trąba powietrzna, upał

klęski i katastrofy ekologiczne:
katastrofy jądrowe (nuklearne), katastrofy przemysłowe, największe katastrofy ekologiczne na świecie, największe katastrofy ekologiczne w Polsce, wycieki ropy naftowej

Czerwona księga gatunków zagrożonych, Czerwona Lista IUCN (The IUCN Red List):
gatunek wymarły (extinct EX), gatunek wymarły na wolności (extinct in the wild EW), gatunek krytycznie zagrożony (critically endangered CR), gatunek zagrożony (endangered EN), gatunek narażony gatunek wysokiego ryzyka (vulnerable VU), gatunek bliski zagrożenia (near threatened NT), gatunek najmniejszej troski (least concern LC)
Polska czerwona księga roślin, Polska czerwona księga zwierząt
gatunek inwazyjny (inwazyjny gatunek obcy IGO)

Poruszający i inspirujący do działania apel Davida Attenborough

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie

Scroll to Top