Co to jest stężenie ozonu?
Ozon to niebieski toksyczny gaz złożony z trzech cząsteczek tlenu (O 3 ), który może stanowić zagrożenie dla zdrowia lub być korzystny dla życia na Ziemi, w zależności od tego, gdzie jest obserwowany w atmosferze. Przy niższych poziomach w atmosferze stężenie ozonu powyżej minimalnych ilości może powodować skutki zdrowotne, wpływać na wzrost roślin oraz powodować zanieczyszczenie powietrza i uszkodzenia budynków. W górnej atmosferze 10-20 mil (20-30 kilometrów) nad ziemią ozon działa jak tarcza, aby zapobiec przedostawaniu się szkodliwych promieni ultrafioletowych ze Słońca.
Ozon niskiego poziomu powstaje w wyniku reakcji pojazdów napędzanych ropą naftową z lotnymi związkami organicznymi (LZO) znajdowanymi w benzynie i rozpuszczalnikach do farb. Gdy związki gromadzą się w atmosferze, reagują z normalnymi cząsteczkami tlenu (O 2 ) i wytwarzają ozon i inne związki przyczyniające się do smogu lub zanieczyszczenia powietrza. Ozon jest chemicznie aktywny i po wdychaniu może reagować z tkankami płuc i powodować uszkodzenia. Jest również żrący i może powodować uszkodzenia budynku w wyniku reakcji z zewnętrznymi produktami budowlanymi.
Ozon w małych stężeniach może być korzystny w kontrolowanych zastosowaniach, ponieważ może działać jako środek dezynfekujący do usuwania zarazków. Generatory ozonu mogą być stosowane w instalacjach uzdatniania wody oraz w niektórych systemach oczyszczania powietrza do usuwania zarazków. Jest to celowo utrzymywane w niskich stężeniach, aby zminimalizować potencjalne negatywne skutki zdrowotne. Przykład ozonu jako oczyszczacza powietrza występuje, gdy w burzach powstaje błyskawica, a potem powietrze pachnie świeżo. Wysoka energia elektryczna pioruna może wytwarzać ozon z cząsteczek tlenu, które reagują z zanieczyszczeniem powietrza i tymczasowo oczyszczają powietrze.
W górnej atmosferze ozon powstaje naturalnie w wyniku reakcji cząsteczek tlenu z silnym światłem słonecznym. Ozon jest bardzo dobrym pochłaniaczem fal promieniowania ultrafioletowego B (UVB), o którym wiadomo, że promuje raka u ludzi i wielu zwierząt. Ozon stale reaguje z innymi cząsteczkami, a następnie jest regenerowany w ciągu dnia, utrzymując stałe stężenie ozonu. Ilość jest bardzo mała, mierzona jako kilka części na miliard części powietrza, ale ważna dla ochrony przed promieniowaniem UVB.
Chlorofluorowęglowodory (CFC) zostały wynalezione w latach 30. XX wieku jako grupa produktów potrzebnych do zastąpienia niebezpiecznych czynników chłodniczych, takich jak amoniak i chlorek metylowy, które były albo łatwopalne, albo toksyczne. Testy z CFC wykazały, że ludzie i zwierzęta mogą być bezpiecznie narażone na wycieki mniejszych ilości znalezionych w domach i mniejszych firmach bez ryzyka. W krótkim okresie CFC były szeroko stosowane na całym świecie w chłodnictwie, aerozolowych puszkach aerozolowych i środkach gaśniczych.
Badania rozpoczęte w latach 60. XX wieku wykazały, że w niektórych częściach górnej atmosfery ziemskiej stężenie ozonu spada. W latach 80. istniała wyraźna zależność między stratami warstwy ozonowej a CFC uwalnianymi do powietrza docierającego do górnej atmosfery. Naukowcy zasugerowali, że niezwykle stabilne cząsteczki CFC pozostają w atmosferze ziemskiej przez wiele lat, a prądy powietrza i pogoda pozwoliły im osiągnąć wysokości atmosferyczne, w których stężenie ozonu było najwyższe.
Ta sama energia słoneczna, która wytworzyła ozon, była również wystarczająco silna, aby rozerwać cząsteczki CFC, uwalniając cząsteczki chloru (Cl). Cząsteczki te wraz z pyłem i kryształkami lodu na dużych wysokościach utworzyły miejsca reakcji, które rozdzieliły ozon i stworzyły normalne cząsteczki tlenu. Chociaż reakcje te zachodziły wszędzie w atmosferze, bardzo niskie temperatury i warunki pogodowe występujące na biegunie południowym powodowały tam większą szybkość reakcji.
Dane satelitarne wykazały bardzo niskie stężenie ozonu nad biegunem południowym wczesną wiosną polarną, po kilku miesiącach ciemności. Naukowcy i media wymyślili wówczas termin „dziura ozonowa”, aby wyjaśnić ten efekt. Chociaż dziura ozonowa była tymczasowa każdej wiosny i zniknęła stosunkowo szybko, wzbudziła duże zaniepokojenie długoterminowym wpływem CFC.
W 1987 r. Prawie 200 krajów należących do Organizacji Narodów Zjednoczonych podpisało protokół montrealski i zgodziło się wycofać lub zaprzestać produkcji CFC w określonych terminach. Zmiany wprowadzono w umowie w ciągu następnych dziesięcioleci, ponieważ nowe dowody wskazują na większe zubożenie warstwy ozonowej niż początkowo sądzono. CFC zastąpiono związkami o małej lub zerowej zawartości chloru w cząsteczkach, zwanymi wodorofluorowęglowodorami (HCFC) i fluorofluorowęglowodorami (HFC).
Zainteresowanie wykorzystaniem łatwopalnych gazów, takich jak propan, a nawet amoniak do niektórych zastosowań, ponieważ produkty te nie powodują zubożenia warstwy ozonowej. Na początku XXI wieku producenci szukali sposobów bezpiecznego wprowadzania łatwopalnych gazów do produktów konsumenckich. Badania zostały również rozszerzone o niepalne gazy, takie jak dwutlenek węgla i inne technologie, które mogą chłodzić żywność bez użycia gazów chłodniczych.