Ozon tabakası veya ozonosphere araçlarının bir parçası stratosfer ait Dünya nispeten büyük bir miktarda içerir , ozon (yüz bin düzenin konsantrasyonu). Yüksek rakımlarda ozon tabakası kullanışlıdır: organizmalar için zararlı olan güneş ultraviyole radyasyonunun çoğunu emer . Bu nedenle canlılar ve ekosistemler için koruyucu bir role sahiptir .
Ozon tabakasının varlığı, 1913 yılında Fransız fizikçiler Henri Buisson ve Charles Fabry tarafından optik interferometreleri kullanılarak kanıtlandı . Bu ozon, UV ışınlarının, güneş radyasyonunun yüksek irtifadaki oksijen molekülleri üzerindeki etkisiyle üretilir . Sydney Chapman 1930'da eğitim mekanizmasını önerdi . Güneş ışınlarını yansıtır ve bunların yalnızca% 50'sinin troposfere girmesine izin verir.
1970'lerin sonunda , bilhassa sondaj balon ölçüm kampanyaları sayesinde, bilim adamları Antarktika ozonunda periyodik bir düşüş gösterdiler; fenomen daha sonra " ozon tabakasının deliği " ni vaftiz etti . Bu delik, Antarktika'da ilkbaharda ( kutup gecesinin sonunda ) birkaç ay boyunca küçülmeden önce, bir sonraki bahara kadar tekrar genişleyene kadar büyür . Yüksek irtifa balonları ve uydu ve meteorolojik gözlemleri kullanan diğer çalışmalar , arktik ozon oranının da azaldığını ortaya koydu.
Bu keşif, IPCC'nin oluşturulmasının ve 1989'da ozon tabakasının tahrip olmasına neden olan klorlu kimyasalların endüstrisi tarafından yaratılmasının yasaklanmasını amaçlayan Montreal Protokolünün imzalanmasının kökenindeydi . Bu maddeler esas olarak soğutma sistemlerinde (buzdolapları, klimalar vb.) Kullanılan CFC'lerdir .
Rakımına bağlı olarak ozon şu şekilde kabul edilir:
Üst atmosferdeki ozon tabakası olmasaydı, Archean'ın sonundan beri gezegenin bildiği gibi yaşam ancak okyanuslarda mümkün olabilirdi , su yüzeyinin üzerinde yeterli bir derinlikte (UV ışınları yüzeyin sadece birkaç metre altına nüfuz eder). Bu sırasında olduğu Aeon'un Arkeen, Dünya atmosferi oksijen (ve dolayısıyla ozon tabakasına) yoksundur.
20 ila 40 km rakım arasında oluşur ve kalır . Bununla birlikte, gerçekte yerel atmosferde çok seyreltilmiştir: içeriği, düşük basınçta bir gaz karışımı olan ozon tabakasının kendisinde birkaç ppm ila birkaç on ppm arasındadır.
Aslında, bu ozon saf halde bir tabaka halinde toplanmış olsaydı, normal sıcaklık ve basınç koşulları altında (yani Dünya yüzeyindeki ortalama koşullar) sadece 3 mm veya 300 Dobsonian kalınlığa sahip olacaktı. birimler (DU).
Ozon üretilen oksijen iki oluşan atomu arasında oksijen O ( 2). 30 yüksekliğin üzerinde km , güneş radyasyonu hala var yeterli enerji bazı yıkmak oksijen ait moleküller ve atomuna bırakın. Stabilite nedeniyle tek başına kalmama eğiliminde olan bir oksijen atomu, başka bir element ile yeniden birleşmelidir ; bu nedenle başka bir oksijen molekülü ile etkileşime girer (O 2) üç oksijen atomundan oluşan yeni bir molekül oluşturmak için mevcut: ozon (O 3).
O 2+ güneş radyasyonu → O + O ve O + O 2→ O 3
Bu kimyasal reaksiyon , stratosferde ozon üreten tek reaksiyondur . Ancak bu süreçte oksijenin tamamı ozona dönüştürülmediğinden, konsantrasyonunu sınırlayan bir faktör vardır. Başlangıçta, 2 milyar yıldan daha uzun bir süre önce, oksijenin yüzde bir düzeyinde kalıcı hale gelmesiyle belirli bir miktarda ozon ortaya çıktı. Bugün gözlemlenen konsantrasyon, güneş radyasyonu ile ozon üretimi ile belirli tahribat süreçleri arasındaki dengeden kaynaklanmaktadır: normal zamanlarda, “rezervuarın taşması” sırasında üretilen tüm ozon yok edilir. Buna dinamik denge denir .
Gün boyunca, yüksek irtifada, güneş radyasyonu ozon molekülünü bir dioksijen molekülüne ve bir oksijen atomuna ayırabilir: O 3+ radyasyon → O 2 + O
Gece boyunca ve özellikle kutup gecesinde , artık güneş radyasyonu olmadığı için bu reaksiyon gerçekleşmez. Daha sonra başka bir reaksiyon baskın hale gelir: iki oksijen molekülü vermek için bir oksijen atomu ve bir ozon molekülünün rekombinasyonu: O 3+ O → 2 O 2
Buna ozonun kendiliğinden ayrışması denir. Ancak bu iki reaksiyonun kombinasyonu ozonun doğal yıkımının yalnızca% 20'sini oluşturabilirken, bir denge elde etmek için kaybın üretime eşit olması gerekir. Bu sorun, ozon dengesinin kırılganlığını vurgulamaktadır. Aslında, yukarıdaki iki reaksiyon, aşırı ozon üretimini telafi etmek için yeterli olsaydı, ikincisinin dengesi yalnızca üst atmosferde bulunan oksijen miktarına bağlı olurdu ve bu dengeyi bozmak zor olurdu, ancak klor bileşikleri bu dengeyi boz. Bromlu bileşikler ve nitrojen oksitler (NOx) de bu yıkıma katkıda bulunur.
Stratosfere ulaşıldığında, klorlu bileşiklerin molekülleri güneş ışınımı ile ayrıştırılır , bu ayrışmanın ürünleri, katalitik reaksiyonlar dizisi ile ozon moleküllerini tahrip eder .
Bol miktarda doğal organik klor kaynağı , esas olarak okyanuslarda mikroorganizmalar ve algler tarafından üretilen metil klorürdür . Konsantrasyon, atmosferdeki organik klor oranının doğal sınırı olan 0,6 milyarda birini geçmez.
1930'larda icat edilen kloroflorokarbonlar (CFC'ler), dikkat çekici özellikleri (yanmaz, kolayca sıkıştırılabilir, çözünmez) nedeniyle 1950'lerden itibaren önemli bir gelişme gösterdi ve sadece düşük kimyasal reaktiviteye sahip olduklarından, çevreye karşı düşük toksisiteye inanıyoruz . Ağırlıklı olarak soğutma endüstrisinde , aerosol kutularında itici olarak, elektronik endüstrisi için çözücülerde , sentetik köpüklerde ve söndürücü maddelerde kullanılır; esas olarak insan faaliyetlerinden kaynaklanmaktadır. CFC'lerin üretimi çok önemlidir. İki ana ürün olan trikloroflorometan (CFC 11) ve dikloroflorometan (R 21) için üretim 1960'ların başında 50.000'den 100.000 tona yükseldi ve 1999'da 500.000 tona yükseldi. Bu, yılda% 6 ile 5'lik bir artışı temsil ediyor, yani pratik olarak her on yılda bir miktarın ikiye katlanması.
Rüzgarlar sürekli olarak atmosferi karıştırır:
Bu nedenle, 2 ila 3 yıl içinde, CFC'ler atmosferde hem ekvatorda hem de kutuplarda tüm enlemlerde bulunur . Sonra, 15 yıl içinde, üst atmosferde yükselirler.
Buna başka bir etki ekleniyor: 1997'de stratosferde bulunan CFC'ler, 1977 ile 1982 arasında üretilenler olup, bugüne kadar üretilenlerin yalnızca% 40'ını temsil etmektedir. Kalan% 60 hala karışıyor ve artıyor. Bu gecikmenin bir sonucu olarak, son yıllarda üretilen CFC'lerin etkileri 60 yıl sonra da hissedilecektir.
Böylece, stratosferde doğal olarak bulunan organik klor miktarı yaklaşık 0,6 milyarda biri iken, bugün toplam organik klor oranı 3,5 milyarda birine ulaşmaktadır. 20 yılda 5 ile çarpıldı, bu da dinamik dengenin bozulmasına neden oldu.
Kışın, ozonun yok edilmesi kendiliğinden yok oluşuyla sınırlıdır. İlkbaharda, stratosferde halihazırda UV, çok fazla buz kristali olduğu ve Antarktika çevresindeki kutupsal girdap olan atmosferik sirkülasyon, kuzey Antarktika'dan gelen ozonla yok edilen ozonun yer değiştirmesini engellediği için çok önemli hale geliyor .
Baharın sonundan itibaren, incelme daha az önemlidir çünkü buz kristallerinin miktarı azalır ve ayrıca atmosferik sirkülasyon değişir: Antarktika havası ile kuzeyden gelen ve ozon sağlayan hava arasında bir karışım olur. Son olarak ve hepsinden önemlisi, gündüz güneş ışığındaki artışla birlikte oksijenden ozon oluşumu yeniden başladı.
Ozon tabakası bugün, 1956'dan beri ozon gözlemlerinin yapıldığı 76 ° G'deki Halley istasyonu gibi bir yer istasyonları ağı tarafından gözlemlenmektedir. diğerleri, NASA (ABD).
Çünkü çok yıllık farklılıklar 1957 ozon tabakasının kalınlığı da düzeyi ile ölçülebilir flavonoidler içerdiği yosunlar (özellikle Bryum argenteum herbaryumlar tutulur). Bununla birlikte, ozon tabakasına ilişkin ciddi gözlemler yalnızca yaklaşık altmış yıldır yapılmıştır.
O oldu 1985 uyarısı üzerine Eylül ve Ekim aylarında ozon konsantrasyonunda önemli bir azalma keşfiyle verildiğini Antarktika kıtasının . Avustralya baharı sırasında meydana gelen ve Antarktika'nın tüm yüzeyini kaplayan toplam ozon içeriğinde yaklaşık% 50'lik bir azalma gözlemlendi.
1970'lerin sonundan bu yana, ozon kalınlığı bazı yerlerde Ekim ayı için ortalama olarak 3 mm'den 2'ye hatta 1,5 mm'ye düşmüştür .
"Ozon deliği" veya "ozon tabakasındaki delik" olarak adlandırılan stratosferik ozon tabakasının kalınlığındaki bu görece azalmadır (standart veya 300 DU'luk başlangıç kalınlığına kıyasla). 1987'deki Montreal Protokolü , uluslararası toplumun farkındalık yaratmasını sağlayarak, CFC gazlarının insan yayılımını sınırlamak için somut önlemlere yol açtı.
In 2000 , 2001 ve 2003 iken, ozon deliği, değil 2000 önce görülmemiş bir alanı ulaştı 2002 delik küçük 1998'den beri gözlenen oldu.
Aslında, 2003 yazının sonunda, delik yeniden rekor bir alana ulaştı… Ekim ayında hızla azaldı. 2006'da Antarktika üzerinde yeni bir rekor kaydedildi.
In 2006 , BM ve uzmanlar ozon tabakası muhtemelen CFC gibi yasaklı gazlar, ısrarlı kullanımına, daha yavaş beklenenden daha iyileşmekte olduğunu uyarmak.
Bir modelin kullanılması, 2015'te gözlenen duraksamayı Şili yanardağı Calbuco'nun patlamasına bağlamayı ve klor ve brom konsantrasyonlarındaki düşüşün uzun vadede gözlemlenen iyileşmeden gerçekten sorumlu olduğunu göstermeyi mümkün kıldı .
2019'dan beri ozon tabakasındaki delik, kısmen ancak yapay bir şekilde doldurulmuş gibi görünüyor. Aslında, bu fenomen esas olarak, kutup stratosferik bulutların sayısında ve kalıcılığında azalmaya yol açan troposferin Antarktika üzerindeki önemli ölçüde ısınmasıyla açıklanmaktadır: bu, atmosferdeki klorlu bileşiklerin ve insan faaliyetleri tarafından yayılan halonların daha az dönüşümü ile sonuçlanır. yok aktif klor, içine ozon .
In Arktik Okyanusu , fenomenin büyüklüğü henüz güney yarımkürede gözlemlenen ulaşamamıştır.
Antarktika'da çok önemli olan ozon kaybının Kuzey Kutbu'nda daha az olması, bu iki bölge arasındaki iklim farklılıklarından kaynaklanıyor. Kutup stratosferinin soğuması aslında kuzeyde daha az yoğundur ve ortalama olarak sıcaklıklar Güney Kutbu'nda gözlemlenenden 15 ila 20 ° C daha yüksektir .
İki kutup arasındaki bu fark coğrafi kökenlidir : Antarktika kıtası, güney yarımküredeki okyanusların ortasında izole edilmiştir. Kuzey yarımkürede, tersine, kıtaların ve okyanusların değişmesi, yüksek ve düşük atmosferik basınç alanları , Kuzey Kutbu hiçbir zaman tamamen izole kalmayacak şekilde hava kütlelerinin sürekli hareketini yaratmaya katkıda bulunur. Daha sıcak olan orta-enlem havası bu nedenle her zaman direğe ulaşır ve böylece oradaki ortalama sıcaklıkları yükseltir.
Araştırmacılar, bir NASA üst atmosfer uydusu tarafından sağlanan verileri kullanarak , Antarktika stratosferik bulutların Arktik'in üzerindekilerden iki kat daha uzun bir ömre sahip olduğunu fark ettiler . MetOp-A uydusu , 2007 yılında ozon deliğini gözlemledi.
2011 yılında ozon tabakasındaki delik, 2010 kış - 2011 ilkbahar döneminde 15-20 km rakım arasında% 80 ozon kaybı ile Kuzey Kutbu'nda rekor değerlere ulaştı .
Bununla birlikte, 2014 yılında, Dünya Meteoroloji Birliği ve Birleşmiş Milletler Çevre Programı'ndan gelen bir rapor, kuzey yarımkürenin orta enlemlerinde stabilizasyon ve hatta emilimin başladığını bildirdi. Haziran 2016'da Susan Salomon liderliğindeki ve Science dergisinde yayınlanan bir araştırma , Antarktika'daki ozon deliğinin 2000 yılından bu yana 4 milyon km2'den fazla, yani Amerika Birleşik Devletleri'nin yaklaşık yarısı kadar azaldığı sonucuna vardı. Araştırmacılara göre, doğrulanmamış olan bu gelişme, kısmen klorlu gazların (özellikle CFC'ler) ve bromlu gazların emisyonlarındaki azalmayla açıklandı; ama aynı zamanda antropojenik sera etkisiyle . Aslında, sera gazlarının neden olduğu ısınma (CO 2, metan, vb.) paradoksal olarak stratosferin soğumasına neden olur. Ancak CNRS'de araştırmacı olan Slimane Bekki'nin açıkladığı gibi: "Bu soğutma, ozonu yok eden kimyasal reaksiyonları yavaşlatır".
2018'de BM, ozon tabakasının iyileşmekte olduğunu bildirdi. Bununla birlikte, Science'ta yayınlanan bir araştırma, CFC-11 emisyonlarının azaltılma oranının 2012'den bu yana% 50 yavaşladığını ortaya koyuyor ve bu da Montreal Protokolüne aykırı beyan edilmeyen yeni bir CFC-11 üretimini yansıtıyor. Bu üretimin Çinli sanayicilerden geldiğinden şüpheleniliyor. 2019'da bu tedavi, yukarıda "Antarktika'da devam eden ozon kaybı" paragrafında bahsedilen yeni gözlemlerle doğrulanmış gibi görünüyor.
Ultraviyole maddelerdir mutajenler bozulana DNA biyolojik aktivitelerini bozan hücre ( ör. Kanser ) veya yok ( güneş yanığı ). The9 Ekim 2003, Şili'nin güneyinde , normal kalınlığının% 50'sini kaybeden ozon tabakası, ultraviyole ışınlarına karşı o kadar az koruma sağladı ki, o gün güneş yanığını yakalamak için koruma olmadan dışarıda beş dakika geçirmek yeterliydi . Güney Şili etkilenen tek bölge değil, Avustralya'nın diğer bölgeleri ve Yeni Zelanda da benzer olaylar yaşadı. Ayrıca ultraviyole ışınları , sudaki mikroorganizmaların hücre bölünmelerini bozarak kutuplardaki yaşam için ciddi sonuçlar doğurur. Cilt kanserine ek olarak , bağışıklık sisteminde genel bir zayıflama da vardır .
Açık gezegen Mars , ozon üç ayrı tabakalar olarak tespit edilmiştir atmosferi . Katmanlardan biri 30 km rakımın altında , diğeri kuzey Mars yarımküresinin ilkbahar ve yaz aylarında (30 ila 60 km arasında ) ve diğeri 40 ila 60 km arasında güney kutbunun üzerinde bulunur . Güney Kutbu'nun üzerindeki katmanın Kuzey Kutbu'na eşdeğeri yoktur.
Eylül 1987'de imzalanan ve 1999'a kadar Londra , Kopenhag , Montreal ve Pekin'de revize edilen Montreal Protokolü , on yıl içinde emisyonlarda% 50 azalma çağrısında bulundu. Bu statüyü elde eden ilk uluslararası çevre anlaşması olması nedeniyle bir olay olan evrensel onayına (196 ülke) 2009 yılında ulaşılmıştır.
Avrupa Birliği önerilen 1989 CFC'lere (kullanımı ile ilgili bir yasak kloroflorokarbonlar tarafından onaylandı 1990'larda, sırasında) Amerika Birleşik Devletleri . Avrupa Birliği daha sonra, ozon tabakasını tahrip eden belirli gazların azaltılması veya yasaklanması için daha iddialı hedefler belirlerken, Montreal Protokolünü Avrupa hukukuna aktarmayı amaçlayan son Avrupa yönetmeliği (1005/2009) dahil olmak üzere yasal araçları benimsedi.
190 ülkeden delegeler toplanan Montreal üzerinde12 Eylül 2007Protokolün imzalanmasından 20 yıl sonra, 2010 için planlanan kloroflorokarbon üretiminin tamamen durdurulması ve bilim camiasından iyimser bir tahminle gerçekleşen projenin başarısını selamlayabildiler : ozon tabakası normale dönecek eyalet. 1980 , 2055 ile 2065 arası .
Kloroflorokarbonların ana ikame maddeleri olan hidrokloroflorokarbonların 2020 yılına kadar sanayileşmiş ülkeler için ve 2040 yılına kadar gelişmekte olan ülkeler için aşamalı olarak kaldırılması planlandı . Araştırmacılar kısa süre önce, hidrokloroflorokarbonların erken aşamalı olarak (10 yıl önce, 2030'da) aşamalı olarak kaldırılmasının sera etkisini iklim değişikliğine ilişkin Kyoto Protokolü'nün izin vermesi gerekenden daha fazla azaltacağını tespit ettiler . Bir anlaşma sonuca bağlandı 19 inci hidrokloroBüorokarbonlarm kullanımının serbest bırakılması bir ivme verir tarafların toplantıda. Bu anlaşma kapsamında bu maddelerin üretimi 2013 yılında 2009-2010 ortalama seviyesinde dondurulacak . Sanayileşmiş ülkeler 2020'de üretimi ve tüketimi durdurarak 2010'da % 75'e , 2015'te % 90'a indirecek . Gelişmekte olan ülkeler 2015'te % 10 , 2020'de % 35 , 2025'te % 67.5 , bakım için son beş yılda ortalama% 2.5 oranında düşecek .
CFC ile delik arasındaki nedensel bağlantı gösterilirse veya ikincisi uzun bir süre boyunca ortadan kalkarsa, Montreal Protokolünün uluslararası toplum için çevresel sorunları çözme yeteneğine sahip bir başarısı olduğunu tespit etmek mümkün olacaktır .