lovesouthernsocial.com

รู้ว่ามันคืออะไร ก๊าซอะไรกระทบ และเมื่อชั้นโอโซนต้องสร้างใหม่

ชั้นโอโซนคืออะไร? นี่เป็นคำถามที่สำคัญมากสำหรับทุกคนที่กังวลเกี่ยวกับสุขภาพของโลกและด้วยเหตุนี้ของเรา แต่ในการตอบคำถาม ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจว่ากระบวนการพื้นฐานบางอย่างในบรรยากาศทำงานอย่างไร

ปัญหาสิ่งแวดล้อมหลักประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับเคมีและมลพิษทางอากาศคือการพร่อง (หรือการเสื่อมสภาพ) ของชั้นโอโซน แน่นอนคุณเคยได้ยินเรื่องนี้แล้ว ชั้นโอโซนตามชื่อหมายถึงเป็นชั้นบรรยากาศของโลกที่มีความเข้มข้นของโอโซนสูง (O3) ความเข้มข้นสูงสุดตั้งอยู่ในสตราโตสเฟียร์ ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 20 ถึง 25 กม. ความเข้มข้นเหล่านี้สูงสุดที่ละติจูดสูง (ขั้ว) และต่ำสุดเกิดขึ้นในเขตร้อน (แม้ว่าอัตราการผลิต O3 จะสูงกว่าในเขตร้อน)

ตามที่ระบุไว้ในบทความ "โอโซน: คนดีหรือคนเลว" ก๊าซนี้สามารถมีความสำคัญอย่างยิ่งและจำเป็นต่อชีวิตบนโลกในฐานะมลพิษที่เป็นพิษสูง ทุกอย่างขึ้นอยู่กับชั้นบรรยากาศที่อยู่ในนั้น ในโทรโพสเฟียร์ เขาเป็นคนร้าย ในสตราโตสเฟียร์เป็นคนดี ในบทความนี้ เราจะพูดถึงโอโซนในสตราโตสเฟียร์ โดยชี้ให้เห็นถึงหน้าที่ของโอโซน ความสำคัญ ความเสื่อมโทรมของโอโซน และวิธีป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้นอีก

บทบาท

โอโซนสตราโตสเฟียร์ (คนดี) มีหน้าที่กรองรังสีดวงอาทิตย์ที่ความยาวคลื่นบางช่วง (ดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตบีทั้งหมด เรียกว่า UV-B และเป็นส่วนหนึ่งของรังสีประเภทอื่น) ที่สามารถก่อให้เกิดมะเร็งบางชนิดได้ ที่เลวร้ายที่สุดคือ เนื้องอก นอกจากนี้ยังมีหน้าที่ในการรักษาโลกให้อบอุ่น ป้องกันไม่ให้ความร้อนที่ปล่อยออกมาบนพื้นผิวดาวเคราะห์กระจายออกไป

ชั้นโอโซนคืออะไร?

ชั้นโอโซนดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้เป็นชั้นที่มีความเข้มข้นประมาณ 90% ของโมเลกุล O3 ชั้นนี้จำเป็นสำหรับชีวิตบนโลกเพราะปกป้องสิ่งมีชีวิตทั้งหมดด้วยการกรองรังสีอัลตราไวโอเลตชนิด B ออก โอโซนจะทำงานแตกต่างกันไปตามระดับความสูง ในปี ค.ศ. 1930 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อ Sydnei Chapman ได้บรรยายถึงกระบวนการผลิตและการเสื่อมสภาพของโอโซนในสตราโตสเฟียร์โดยอิงตามสี่ขั้นตอน: โฟโตไลซิสของออกซิเจน การผลิตโอโซน การบริโภคโอโซน 1; การบริโภคโอโซนครั้งที่สอง

1. โฟโตไลซิสของออกซิเจน

รังสีดวงอาทิตย์กระทบกับโมเลกุล O2 โดยแยกอะตอมออกจากกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ขั้นตอนแรกนี้ได้รับออกซิเจน 2 อะตอม (O) เป็นผลิตภัณฑ์

2. การผลิตโอโซน

ในขั้นตอนนี้ ออกซิเจนอิสระ (O) แต่ละตัวที่ผลิตในโฟโตลิซิสทำปฏิกิริยากับโมเลกุล O2 เพื่อให้ได้โมเลกุลโอโซน (O3) เป็นผลิตภัณฑ์ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของอะตอมหรือโมเลกุลของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเป็นสารที่ช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้รวดเร็วยิ่งขึ้น แต่ไม่มีการแสดงปฏิกิริยาอย่างแข็งขันและไม่มีการผูกมัดกับสารตั้งต้น (O และ O2) หรือผลิตภัณฑ์ (O3)

ขั้นตอนที่ 3 และ 4 แสดงให้เห็นว่าโอโซนสามารถย่อยสลายได้ด้วยวิธีต่างๆ ดังนี้

3. การใช้โอโซน I

โอโซนที่เกิดขึ้นในขั้นตอนการผลิตจะถูกย่อยสลายอีกครั้งเป็นโมเลกุล O และ O2 โดยการกระทำของรังสีดวงอาทิตย์ (เมื่อมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 400 นาโนเมตรถึง 600 นาโนเมตร)

4. การใช้โอโซน II

อีกวิธีหนึ่งที่โอโซน (O3) เสื่อมโทรมคือโดยการทำปฏิกิริยากับอะตอมออกซิเจนอิสระ (O) ด้วยวิธีนี้ อะตอมของออกซิเจนทั้งหมดเหล่านี้จะรวมตัวกันใหม่ โดยสร้างโมเลกุลออกซิเจน (O2) สองโมเลกุลเป็นผลิตภัณฑ์

แต่ถ้าโอโซนถูกผลิตและเสื่อมโทรม อะไรจะรักษาชั้นโอโซนไว้ได้? ในการตอบคำถามนี้ เราต้องพิจารณาปัจจัยสำคัญสองประการ: อัตราการผลิต/การทำลายโมเลกุล (ความเร็วในการผลิตและการทำลาย) และอายุขัยเฉลี่ย (เวลาที่ต้องใช้เพื่อลดความเข้มข้นของสารประกอบใดๆ ให้เหลือครึ่งหนึ่งของการเริ่มต้นของคุณ ความเข้มข้น).

สำหรับอัตราการผลิต/การทำลายโมเลกุล พบว่า ขั้นตอนที่ 1 และ 4 ช้ากว่าขั้นตอนที่ 2 และ 3 ของกระบวนการ อย่างไรก็ตาม เมื่อทุกอย่างเริ่มต้นในขั้นตอนโฟโตไลซิสของออกซิเจน (ขั้นตอนที่ 1) เราสามารถพูดได้ว่าความเข้มข้นของโอโซนที่จะสร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของโอโซน สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมความเข้มข้นของ O3 จึงลดลงที่ระดับความสูงเหนือ 25 กม. และที่ระดับความสูงต่ำกว่า ที่ระดับความสูงมากกว่า 25 กม. ความเข้มข้นของ O2 จะลดลง ในชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่านั้น ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะมีอิทธิพลเหนือกว่า ซึ่งมีพลังงานน้อยกว่าในการสลายโมเลกุลของออกซิเจน ทำให้อัตราการแตกตัวของแสงลดลง

แม้จะมีการค้นพบขั้นตอนเหล่านี้อย่างมาก หากเราพิจารณาเฉพาะกระบวนการทำลายล้างเหล่านี้ เราก็จะได้ค่าความเข้มข้นของ O3 สูงเป็นสองเท่าของที่สังเกตได้ในความเป็นจริง สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเพราะนอกจากขั้นตอนที่แสดงแล้ว ยังมีวัฏจักรของการทำลายชั้นโอโซนที่ผิดธรรมชาติซึ่งเกิดจากสารทำลายโอโซน (ODS): ผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ฮาลอน คาร์บอนเตตระคลอไรด์ (CTC) ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอน (HCFC) คลอโรฟลูออโรคาร์บอน (CFC) ) และเมทิลโบรไมด์ (CH3Br) เมื่อพวกมันถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ พวกมันจะเคลื่อนตัวไปยังสตราโตสเฟียร์ ซึ่งพวกมันจะถูกย่อยสลายโดยรังสียูวี ปล่อยอะตอมของคลอรีนอิสระออกมา ซึ่งจะทำลายพันธะโอโซน ทำให้เกิดคลอรีนมอนอกไซด์และก๊าซออกซิเจน คลอรีนมอนอกไซด์ที่เกิดขึ้นจะทำปฏิกิริยาอีกครั้งกับอะตอมของออกซิเจนอิสระ ก่อตัวเป็นอะตอมของคลอรีนมากขึ้น ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจน เป็นต้น คาดว่าคลอรีนแต่ละอะตอมสามารถย่อยสลายโมเลกุลของโอโซนได้ประมาณ 100,000 โมเลกุลในสตราโตสเฟียร์และมีอายุการเก็บรักษา 75 ปี แต่มีการปล่อยเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยากับโอโซนเป็นเวลาเกือบ 100 ปีแล้ว นอกจากปฏิกิริยากับไฮโดรเจนออกไซด์ (HOx) และไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ซึ่งทำปฏิกิริยากับสตราโตสเฟียร์ O3 ทำลายมัน มีส่วนทำให้ชั้นโอโซนเสื่อมโทรม

แผนภูมิด้านล่างแสดงประวัติการบริโภค ODS ในบราซิล:

สารทำลายโอโซนอยู่ที่ไหนและจะหลีกเลี่ยงได้อย่างไร

CFCs

คลอโรฟลูออโรคาร์บอนเป็นสารประกอบสังเคราะห์ที่เกิดจากคลอรีน ฟลูออรีน และคาร์บอน ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายกระบวนการ - สารหลักมีดังต่อไปนี้:

• CFC-11: ใช้ในการผลิตโฟมโพลียูรีเทนเพื่อเป็นสารขยายตัว ในละอองลอยและยาที่เป็นสารขับดัน ในระบบทำความเย็นในประเทศ เชิงพาณิชย์ และอุตสาหกรรมเป็นของเหลว
• CFC-12: ใช้ในทุกกระบวนการที่ใช้ CFC-11 และผสมกับเอทิลีนออกไซด์เพื่อฆ่าเชื้อ
• CFC-113: ใช้ในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความแม่นยำ เช่น ตัวทำละลายทำความสะอาด
• CFC-114: ใช้ในละอองลอยและยาเป็นตัวขับเคลื่อน;
• CFC-115: ใช้เป็นของเหลวในการทำความเย็นเชิงพาณิชย์

คาดว่าสารประกอบเหล่านี้เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซนมากกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 15,000 เท่า

ในปี 1985 อนุสัญญากรุงเวียนนาว่าด้วยการปกป้องชั้นโอโซนได้รับการให้สัตยาบันใน 28 ประเทศ ด้วยคำมั่นสัญญาของความร่วมมือในการวิจัย การเฝ้าติดตาม และการผลิตสาร CFCs อนุสัญญาดังกล่าวได้นำเสนอแนวคิดในการเผชิญกับปัญหาสิ่งแวดล้อมในระดับโลกก่อนที่จะรู้สึกถึงผลกระทบหรือหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ ด้วยเหตุผลนี้ อนุสัญญากรุงเวียนนาจึงถือเป็นหนึ่งในตัวอย่างที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของการประยุกต์ใช้หลักการป้องกันไว้ก่อนในการเจรจาระหว่างประเทศที่สำคัญ

ในปี 1987 กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ 150 คนจากสี่ประเทศได้เดินทางไปยังทวีปแอนตาร์กติกา และยืนยันว่าความเข้มข้นของคลอรีนมอนอกไซด์ในภูมิภาคนั้นสูงกว่าที่อื่นในโลกประมาณร้อยเท่า จากนั้นในวันที่ 16 กันยายนของปีเดียวกัน พิธีสารมอนทรีออลได้กำหนดความจำเป็นในการห้ามใช้สาร CFCs ทีละน้อยและแทนที่ด้วยก๊าซที่ไม่เป็นอันตรายต่อชั้นโอโซน ด้วยโปรโตคอลนี้ วันที่ 16 กันยายน ถือเป็นวันคุ้มครองโลกของชั้นโอโซน

อนุสัญญากรุงเวียนนาว่าด้วยการคุ้มครองชั้นโอโซนและพิธีสารมอนทรีออลได้ให้สัตยาบันในบราซิลเมื่อวันที่ 19 มีนาคม 1990 ซึ่งประกาศใช้ในประเทศเมื่อวันที่ 6 มิถุนายนของปีเดียวกัน โดยพระราชกฤษฎีกาฉบับที่ 99.280

ในบราซิล การใช้ CFCs ถูกยกเลิกโดยสิ้นเชิงในปี 2010 ดังแสดงในแผนภูมิด้านล่าง:

HCFCs

ไฮโดรคลอโรฟลูออโรคาร์บอนเป็นสารเทียมที่บราซิลนำเข้ามาในปริมาณเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการห้ามใช้สาร CFCs จึงมีการใช้เพิ่มขึ้น แอปพลิเคชันหลักคือ:

ภาคการผลิต

• HCFC-22: เครื่องปรับอากาศและโฟมทำความเย็น
• HCFC-123: เครื่องดับเพลิง;
• HCFC-141b: โฟม ตัวทำละลายและละอองลอย
• HCFC-142b: โฟม

ภาคบริการ

• HCFC-22: เครื่องทำความเย็นเครื่องปรับอากาศ;
• HCFC-123: เครื่องทำความเย็น (ชิลเลอร์);
• HCFC-141b: การทำความสะอาดวงจรไฟฟ้า
• ส่วนผสมของ HCFC: เครื่องปรับอากาศคูลเลอร์

จากข้อมูลของกระทรวงสิ่งแวดล้อม (MMA) คาดว่าภายในปี 2040 การบริโภค HCFCs จะหมดไปในบราซิล แผนภูมิด้านล่างแสดงวิวัฒนาการในการใช้ HCFCs:

เมทิลโบรไมด์

เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีฮาโลเจนซึ่งภายใต้แรงกดดันเป็นก๊าซเหลวซึ่งอาจมีต้นกำเนิดจากธรรมชาติหรือสังเคราะห์ เมทิลโบรไมด์เป็นพิษอย่างมากและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการเกษตรและในการปกป้องสินค้าที่เก็บไว้และการฆ่าเชื้อในโกดังและโรงงาน

บราซิลมีปริมาณการนำเข้าเมทิลโบรไมด์แช่แข็งตั้งแต่กลางทศวรรษ 1990 แล้ว ในปี 2548 ประเทศลดการนำเข้าไป 30%

ตารางด้านล่างแสดงกำหนดการที่บราซิลกำหนดสำหรับการกำจัดการใช้เมทิลโบรไมด์:

ตาม MMA การใช้เมทิลโบรไมด์ได้รับอนุญาตสำหรับการรักษากักกันและก่อนการจัดส่งที่สงวนไว้สำหรับการนำเข้าและส่งออกเท่านั้น

ด้านล่าง กราฟแสดงประวัติการบริโภคเมทิลโบรไมด์ในบราซิล:

ฮาลอน

สารฮาลอนผลิตขึ้นและนำเข้าโดยบราซิล ประกอบด้วยโบรมีน คลอรีน หรือฟลูออรีน และคาร์บอน สารนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องดับเพลิงสำหรับไฟทุกประเภท ตามพิธีสารมอนทรีออลในปี 2545 อนุญาตให้นำเข้าฮาลอนที่อ้างอิงถึงการนำเข้าเฉลี่ยของบราซิลระหว่างปี 2538 ถึง 2540 โดยลด 50% ในปี 2548 และในปี 2553 ห้ามนำเข้าโดยสิ้นเชิง อย่างไรก็ตาม มติ Conama No. 267 ลงวันที่ 14 ธันวาคม 2000 ได้ดำเนินการต่อไป โดยห้ามไม่ให้มีการนำเข้าฮาลอนใหม่จากปี 2001 อนุญาตให้นำเข้าได้เฉพาะฮาลอนที่สร้างใหม่เท่านั้น เนื่องจากไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของตารางการกำจัดของโปรโตคอล

Halon-1211 และ halon-1301 ส่วนใหญ่ใช้ในการกำจัดไฟทางทะเล, ในการเดินอากาศ, ในเรือบรรทุกน้ำมันและแท่นสกัดน้ำมัน, ในคอลเลกชันทางวัฒนธรรมและศิลปะและในโรงผลิตไฟฟ้าและพลังงานนิวเคลียร์, นอกเหนือจากการใช้งานแล้ว ทหาร . ในกรณีเหล่านี้ อนุญาตให้ใช้เนื่องจากประสิทธิภาพในการดับไฟจุดโดยไม่ทิ้งสารตกค้างและไม่ทำให้ระบบเสียหาย

ตามแผนภูมิด้านล่าง บราซิลได้ยกเลิกการบริโภคฮาลอนไปแล้ว

คลอรีน

คลอรีนถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศในลักษณะมานุษยวิทยา (ผ่านกิจกรรมของมนุษย์) ส่วนใหญ่ผ่านการใช้ CFCs (คลอโรฟลูออโรคาร์บอน) ซึ่งเราได้เห็นข้างต้นแล้ว พวกเขาเป็นสารประกอบสังเคราะห์ที่เป็นก๊าซซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตสเปรย์และในตู้เย็นและตู้แช่แข็งรุ่นเก่า

ไนโตรเจนออกไซด์

แหล่งกำเนิดแสงธรรมชาติบางชนิดคือการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์และการปลดปล่อยไฟฟ้าในบรรยากาศ (ฟ้าผ่า) พวกเขายังถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งมานุษยวิทยา ประเด็นหลักคือการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุผลนี้ การปล่อยก๊าซเหล่านี้จึงเกิดขึ้นในโทรโพสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศที่เราอาศัยอยู่ แต่พวกมันถูกพัดพาไปยังสตราโตสเฟียร์อย่างง่ายดายผ่านกลไกการพาความร้อน และจากนั้นสามารถเข้าถึงชั้นโอโซน ซึ่งทำให้เสื่อมโทรม

วิธีหนึ่งในการหลีกเลี่ยงการปล่อย NO และ NO2 คือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมและยานยนต์มีหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนสารมลพิษให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่ไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ก่อนปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ

ไฮโดรเจนออกไซด์

แหล่งที่มาหลักของ HOx ในสตราโตสเฟียร์คือการก่อตัวของ OH จากโฟโตไลซิสของโอโซน ซึ่งสร้างอะตอมออกซิเจนที่ถูกกระตุ้น ซึ่งทำปฏิกิริยากับไอน้ำ

หลุมโอโซน

ภาพ: NASA

ในปี พ.ศ. 2528 พบว่ามีการลดโอโซนในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ลงอย่างมีนัยสำคัญระหว่างเดือนกันยายนถึงพฤศจิกายนประมาณ 50% ซึ่งสอดคล้องกับช่วงฤดูใบไม้ผลิในซีกโลกใต้ ความรับผิดชอบเกิดจากการกระทำของคลอรีนจากสาร CFCs การศึกษาหลายชิ้นระบุว่ากระบวนการนี้ดำเนินมาตั้งแต่ปี 2522

รูเดียวในชั้นโอโซนตั้งอยู่เหนือทวีปแอนตาร์กติกา ที่อื่นๆ สิ่งที่เกิดขึ้นคือชั้นโอโซนที่ค่อยๆ หมดลงอย่างช้าๆ

อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีแนวโน้มที่ดีในการย้อนกลับความเสียหายต่อชั้นโอโซน เนื่องจากมาตรการที่นำมาใช้ในพิธีสารมอนทรีออล ตามที่รายงานโดยโครงการพัฒนาแห่งสหประชาชาติ (UNDP) ความคาดหวังก็คือ ราวปี 2050 เลเยอร์นี้จะถูกฟื้นฟูเป็นระดับก่อนปี 1980

ความอยากรู้: ทำไมเพียงที่ขั้วโลกใต้?

คำอธิบายสำหรับหลุมที่เกิดขึ้นเฉพาะเหนือทวีปแอนตาร์กติกานั้นสามารถอธิบายได้จากสภาวะพิเศษของขั้วโลกใต้ เช่น อุณหภูมิต่ำและระบบการหมุนเวียนในชั้นบรรยากาศที่แยกออกมา

เนื่องจากกระแสลมหมุนเวียน มวลอากาศจึงไหลเวียนอย่างต่อเนื่อง แต่ในทวีปแอนตาร์กติกา เนื่องจากฤดูหนาวที่รุนแรงอย่างยิ่ง การไหลเวียนของอากาศจึงไม่เกิดขึ้น ทำให้เกิดวงกลมพาความร้อนที่จำกัดบริเวณนั้น ซึ่งเรียกว่าโพลาร์วอร์เท็กซ์หรือกระแสน้ำวน

ดูวิดีโอสั้น ๆ นี้ที่ผลิตโดยสถาบันวิจัยอวกาศแห่งชาติ (Inpe) เกี่ยวกับการเสื่อมสภาพของชั้นโอโซนโดย CFCs: