Depleção do ozônio

Valor médio mensal total global de ozônio

Destruição do ozônio descreve duas observações distintas, porém relacionadas: uma lenta, constante declínio de cerca de 4 por cento por década na quantidade total de ozono na Terra estratosfera desde o final da década de 1970; e uma muito maior, mas sazonal, diminuição no ozono estratosférico sobre as regiões polares da Terra durante o mesmo período. O último fenómeno é normalmente referido como o buraco de ozono. Em adição a esta destruição do ozono estratosférico bem conhecido, também existem eventos destruição do ozono troposférico, que ocorrem perto da superfície em regiões polares durante a primavera.

O mecanismo detalhado por forma a que orifícios de ozono polar é diferente do que para o afinamento de latitude média, mas o processo mais importante em ambas as tendências é catalítica destruição de ozono por atómica de cloro e bromo. A principal fonte destes halogéneo átomos na estratosfera é fotodissociação de clorofluorocarbonetos (CFC) compostos, comumente chamado freons, e de compostos conhecida como bromofluorocarbon halons. Estes compostos são transportados para a estratosfera depois de ser emitido para a superfície. Ambos os mecanismos de destruição do ozono reforçados como as emissões de CFCs e halons aumentado.

CFC e outras substâncias contributivo são comumente referido como substâncias que empobrecem a camada de ozono (ODS). Uma vez que a camada de ozônio impede que os comprimentos de onda mais prejudiciais UVB (270-315 nm) da luz ultravioleta (luz UV) de passar através da atmosfera da Terra , recuos observados e projetados em ozônio têm gerado preocupação em todo o mundo que conduz à adopção do Protocolo de Montreal que proíba a produção de CFCs e halons, bem como produtos químicos que destroem o ozono relacionados, tais como tetracloreto de carbono e tricloroetano. Suspeita-se que uma variedade de efeitos biológicos, tais como aumentos em cancro da pele, danos às plantas e redução de populações de plâncton no oceano de zona fótica podem resultar da exposição aos raios UV aumenta devido à destruição do ozono.

Resumo ciclo de Ozônio

Três formas (ou alótropos ) de oxigênio estão envolvidas na ciclo de ozônio em oxigênio: oxigênio . átomos (O ou oxigênio atômico), gás de oxigênio (O ₂ ou oxigênio diatômico), e gás ozônio (O ₃ ou oxigénio triatomic) Ozônio é formado na estratosfera quando moléculas de oxigênio photodissociate depois de absorver um ultravioleta fóton cujo comprimento de onda é mais curto do que 240 nm. Isto produz dois átomos de oxigénio. O oxigénio atómico, em seguida, combina com O ₂ O ₃ para criar. As moléculas de ozono absorvem luz UV entre 310 e 200 nm, após o qual se divide em ozono uma molécula de O ₂ e um átomo de oxigénio. O átomo de oxigênio, em seguida, junta-se a uma molécula de oxigênio para regenerar ozônio. Este é um processo contínuo que termina quando um átomo de oxigénio "recombina" com uma molécula de ozono para fazer duas moléculas _de O _2: O + O _{3 2} O 2 →

O montante global de ozônio na estratosfera é determinado por um equilíbrio entre a produção fotoquímica e recombinação.

O ozono pode ser destruída por um número de catalisadores de radicais livres, o mais importante dos quais são o radical hidroxila (OH ·), o óxido nítrico radical (NO ·) e atómica de cloro (Cl ·) e bromo (Br ·). Todos estes têm ambos (provocadas pelo homem) de fontes naturais e antropogénicas; no presente momento, a maior parte do OH · e · NO na estratosfera é de origem natural, mas a actividade humana aumentou dramaticamente a alta oxigénio em cloro e bromo. Estes elementos são encontrados em certos compostos orgânicos estáveis, especialmente clorofluorcarbonos (CFCs), que podem encontrar seu caminho para o estratosfera sem ser destruído na troposfera, devido à sua baixa reatividade. Uma vez na estratosfera, os átomos de Cl e Br são libertados a partir dos compostos parentais pela acção da luz ultravioleta, por exemplo, ('h' é Constante, 'ν' é de Planck freqüência de radiação eletromagnética )

_CFCl3 + hv → CFCl ₂ + Cl

Os átomos de Cl e Br pode destruir moléculas de ozono através de uma variedade de catalisadores ciclos. No exemplo mais simples de um tal ciclo, um átomo de cloro reage com uma molécula de ozono, tendo um átomo de oxigénio com ele (formando ClO) e deixando uma molécula de oxigénio normal. Um átomo de oxigénio livre, em seguida, tira o oxigénio do ClO, e o resultado final é uma molécula de oxigénio e um átomo de cloro, o qual, em seguida, reinicia o ciclo. A abreviação química para estas reacções em fase gasosa é a seguinte:

Cl + O ₃ → ClO + O ₂

ClO + O → Cl + O ₂

A reacção líquida é: O ₃ + O → ₂ O 2, a reacção de "recombinação" dado acima.

O efeito global é o de aumentar a taxa de recombinação, que conduz a uma diminuição global da quantidade de ozono. Por este mecanismo particular operar deve haver uma fonte de átomos de O, que é principalmente a foto dissociação de O _3; assim, esse mecanismo só é importante na estratosfera superior, onde tais átomos são abundantes. Mecanismos mais complicados foram descobertas que levam à destruição do ozono na estratosfera inferior também.

Um único átomo de cloro continuaria a destruir o ozono por até dois anos (a escala de tempo para o transporte de volta para a troposfera) se não fosse por reações que eles removem a partir deste ciclo através da formação de espécies-reservatório, tais como de cloreto de hidrogénio (HCl) e nitrato de cloro (ClONO _2). Numa base por átomo, bromo é ainda mais eficiente do que o cloro na destruição do ozono, mas ainda não é muito menos bromo na atmosfera no presente. Como resultado, ambos cloro e bromo contribuir significativamente para a depleção total de ozono. Ensaios laboratoriais demonstraram que os átomos de flúor e de iodo participar em ciclos catalíticos análogos. No entanto, na estratosfera da Terra, átomos de flúor reagem rapidamente com água e metano para formar fortemente ligado HF, enquanto que as moléculas orgânicas que contêm iodo reagem tão rapidamente na atmosfera mais baixa que não atinge a estratosfera em quantidades significativas. Além disso, um único átomo de cloro é capaz de reagir com as moléculas de ozono 100.000. Esse fato, mais a quantidade de cloro liberados na atmosfera por clorofluorcarbonetos (CFCs) anual demonstra o quão perigoso CFCs são para o ambiente.

Entendimento quantitativo do processo de perda de ozônio química

Nova pesquisa sobre a quebra de uma molécula-chave na esses produtos químicos que destroem o ozono, dichlorine peróxido (Cl2O2), põe em causa a integridade dos atuais modelos atmosféricos de destruição do ozônio polar. Especificamente, os químicos no Jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia, descobriu em 2007 que as temperaturas, e o espectro ea intensidade de radiação presente na estratosfera criou condições suficientes para permitir que a taxa de químico-discriminação necessário para liberar os radicais de cloro no volume necessário para explicar as taxas observadas de destruição do ozono. Em vez disso, testes de laboratório, projetado para ser o reflexo mais exato das condições estratosféricas até à data, mostrou a decadência da molécula fundamental quase uma magnitude menor do que se pensava anteriormente.

Observações sobre a destruição da camada de ozônio

A diminuição mais pronunciada em ozono tem sido na parte inferior estratosfera. No entanto, o buraco de ozono é mais geralmente não medido em termos de concentrações de ozono a estes níveis (que são tipicamente de algumas partes por milhão), mas por redução do ozono total da coluna, acima de um ponto na superfície da Terra, que é normalmente expressa em Unidades Dobson, abreviado como "DU". Decréscimos assinalados na coluna de ozônio na Primavera e início do verão antártico em comparação com os anos 1970 e antes foram observadas utilizando instrumentos como o Total de Ozone Mapping Spectrometer (TOMS).

O mais baixo valor de ozono medidos por TOMS cada ano no buraco de ozônio

Reduções de até 70% na coluna de ozono observados no (hemisfério sul) primavera austral sobre a Antártida e relatada pela primeira vez em 1985 (Farman et al 1985) continuam. Através da década de 1990, o ozônio total da coluna em setembro e outubro continuaram a ser 40-50% inferiores aos valores pré-buracos de ozono. No Ártico a quantidade perdida é ano-a-ano mais variável do que na Antártida. Os maiores declínios, até 30%, estão no inverno e na primavera, quando a estratosfera é mais frio.

Reações que ocorrem em nuvens estratosféricas polares (PSCs) desempenham um papel importante no reforço da destruição do ozono. PSCs formar mais facilmente no frio extremo da estratosfera da Antártida. É por isso que buracos de ozônio se formou, e são mais profundas, sobre a Antártida. Os primeiros modelos não tomou em conta PSCs e previu um esgotamento gradual mundial, razão pela qual o buraco de ozônio da Antártida repentino foi uma surpresa para muitos cientistas.

Em latitudes médias, é preferível falar da destruição do ozono em vez de buracos. Os declínios são cerca de 3% abaixo dos valores pré-1980 para 35-60 ° N e cerca de 6% para 35-60 ° S. Nos trópicos, não há tendências significativas.

Destruição do ozônio também explica grande parte da redução observada em estratosférico e superior temperaturas troposférico. A fonte de calor da estratosfera é a absorção da radiação UV por ozônio, portanto, reduzida de ozônio leva a refrigeração. Alguns arrefecimento estratosférico também está previsto a partir de aumentos de gases de efeito estufa , como o CO ₂ ; no entanto, o arrefecimento induzida por ozono parece ser dominante.

Previsões de níveis de ozono continuam difíceis. O Organização Meteorológica Mundial Global de Pesquisa e Monitoramento de Ozônio Project - Relatório nº 44 sai fortemente a favor do Protocolo de Montreal, mas observa que a UNEP Avaliação 1994 superestimou perda de ozônio para o período de 1994-1997.

Produtos químicos na atmosfera

CFCs na atmosfera

Os clorofluorocarbonetos ( CFCs) foram inventados por Thomas Midgley na década de 1920. Eles foram utilizados em unidades de ar condicionado / refrigeração, como propulsores de aerossol anteriores à década de 1980, e nos processos de limpeza de equipamentos eletrônicos sensíveis. Eles também ocorrer como subprodutos de alguns processos químicos. Não há fontes naturais significativas já foram identificados para estes compostos - da sua presença na atmosfera é quase inteiramente devido a manufatura humana. Como mencionado na visão geral do ciclo de ozônio acima, quando tais produtos químicos que destroem o ozono atinge a estratosfera, eles são dissociados por luz ultravioleta para liberar átomos de cloro. Os átomos de cloro actuar como um catalisador , e cada um pode quebrar dezenas de milhares de moléculas de ozono antes de serem removidas da estratosfera. Dada a longevidade das moléculas de CFC, os tempos de recuperação são medidos em décadas. Calcula-se que uma molécula de CFC leva uma média de 15 anos para ir a partir do nível do solo até a atmosfera superior, e ele pode ficar lá por cerca de um século, destruindo até cem mil moléculas de ozônio durante esse tempo.

Verificação de observações

Os cientistas têm sido cada vez mais capaz de atribuir a destruição do ozono observados para o aumento da antropogênicas de halogéneo compostos de CFCs pelo uso de modelos da química de transporte complexas e sua validação com os dados observacionais (por exemplo, SLIMCAT, Amêijoas). Esses modelos funcionam através da combinação de medições por satélite das concentrações de químicos e campos meteorológicos com constantes de velocidade de reação química obtidos em experimentos de laboratório. Eles são capazes de identificar não só as reacções químicas mas também os principais processos de transporte que trazem CFC produtos de fotólise em contato com ozônio.

O buraco de ozônio e suas causas

Imagem do maior buraco de ozônio da Antártida já registrado (Setembro de 2006).

O buraco de ozônio da Antártida é uma área da estratosfera da Antártida em que os recentes níveis de ozônio caiu para tão baixo quanto 33% de seus valores pré-1975. O buraco de ozônio ocorre durante a primavera antártica, de setembro a início de dezembro, como fortes ventos de oeste começar a circular em torno do continente e criar um recipiente atmosférica. Dentro desta vórtice polar, mais de 50% do ozônio estratosférico inferior é destruído durante a primavera antártica.

Como explicado acima, a causa geral de destruição do ozono é a presença de gases contendo cloro fonte (principalmente os CFCs e halocarbonetos relacionados). Na presença de luz UV, estes gases dissociar, libertando átomos de cloro, que, em seguida, passam a catalisar a destruição do ozono. A destruição do ozono Cl-catalisada pode ter lugar na fase gasosa, mas é drasticamente aumentada, na presença de nuvens estratosféricas polares (PSCs).

Estes formam nuvens estratosféricas polares durante o inverno, no frio extremo. Invernos polares são escuro, composto por 3 meses sem radiação solar (luz solar). Não só a falta de luz solar contribui para uma diminuição da temperatura, mas também do armadilhas de vórtice polares e arrepios de ar. As temperaturas pairam em torno ou abaixo de -80 ° C. Estas temperaturas baixas formar partículas de nuvem e são compostas de qualquer ácido nítrico (Tipo I PSC) ou gelo (Tipo II CPS). Ambos os tipos de fornecer superfícies para as reacções químicas que conduzem à destruição do ozono.

O processos fotoquímicos envolvidos são complexos mas bem compreendido. A observação fundamental é que, normalmente, a maior parte do cloro na estratosfera reside no estáveis "reservatório" compostos, principalmente cloreto de hidrogénio (HCl) e nitrato de cloro (ClONO _2). Durante o inverno Antárctico e mola, no entanto, as reacções sobre a superfície das partículas polares nuvem estratosférico converter estes compostos "reservatório" em radicais livres reactivos (Cl) e ClO. As nuvens também pode remover _NO2 a partir da atmosfera através da conversão para o ácido nítrico, o que impede a recém-formada a partir de ClO ser convertido novamente em ClONO _2.

O papel da luz solar na destruição do ozônio é a razão por que a destruição do ozônio da Antártida é maior durante a primavera. Durante o Inverno, apesar de unidades estão no seu mais abundante, não há nenhuma luz sobre o pólo de conduzir as reacções químicas. Durante a primavera, no entanto, o sol sai, o fornecimento de energia para conduzir reações fotoquímicas, e derretem as nuvens estratosféricas polares, liberando os compostos presos.

A maior parte do ozono que é destruído está na estratosfera inferior, em contraste com a destruição do ozono muito menor, devido a reacções homogéneas em fase gasosa, que ocorre principalmente na estratosfera superior.

Aquecimento das temperaturas perto do final da primavera quebrar o vórtice em torno de meados de dezembro. Como, o ar quente rico em ozônio flui a partir de latitudes mais baixas, as unidades são destruídas, o processo de destruição do ozônio é desligado, e a cura de buraco do ozono.

O interesse na destruição da camada de ozônio

Enquanto o efeito do buraco de ozônio da Antártida na diminuição do ozônio global está relativamente pequeno, estimado em cerca de 4% por década, o buraco tem gerado um grande interesse, porque:

• A diminuição da camada de ozono foi previsto no início de 1980 para ser cerca de 7% durante um período de sessenta anos.
• O reconhecimento súbito em 1985 que não havia um "buraco" substancial foi amplamente divulgado na imprensa. A destruição do ozono especialmente rápido na Antártida tinha sido anteriormente rejeitado como um erro de medição.
• Muitos estavam preocupados que os buracos de ozono pode começar a aparecer sobre outras áreas do globo, mas até agora o único esgotamento em grande escala outro é um menor de ozônio "covinha" observado durante a primavera ártica sobre o Pólo Norte. O ozônio em latitudes médias diminuiu, mas por uma extensão muito menor (cerca de 4-5% de redução).
• Se as condições se tornaram mais frios (temperaturas estratosféricas, nuvens estratosféricas, mais de cloro mais ativa) mais graves, então ozônio global pode diminuir a um ritmo muito maior. Padrão aquecimento global teoria prevê que a estratosfera vai esfriar.
• Quando o buraco de ozônio na Antártica se rompe, o ar-esgotada ozônio deriva para fora em áreas próximas. Os declínios no nível de ozônio de até 10% foram relatadas na Nova Zelândia no mês seguinte o break-up do buraco de ozônio da Antártida.

Consequências da destruição da camada de ozônio

Uma vez que a camada de ozônio absorve UVB luz ultravioleta do Sol, destruição da camada de ozônio é esperado para aumentar os níveis de UVB superfície, que podem levar a danos, incluindo aumentos em câncer de pele. Isto foi a razão para o Protocolo de Montreal. Embora diminuições no ozônio estratosférico são bem-amarrado a CFCs e há boas razões teóricas para acreditar que diminui de ozônio vai levar a aumentos do UVB superfície, não há nenhuma evidência observacional direta ligando a destruição do ozônio à maior incidência de câncer de pele em seres humanos. Isto é em parte devido ao facto UVA, que também tem sido implicada em algumas formas de cancro da pele, não é absorvida pelo ozono, e é quase impossível controlar as estatísticas de alterações do estilo de vida da população.

Aumento UV

Ozono, enquanto um componente minoritário na atmosfera da terra, é responsável pela maior parte da absorção de radiação UVB. A quantidade de radiação UVB que penetra através da camada de ozono diminui exponencialmente com a inclinação-caminho espessura / densidade da camada. Correspondentemente, um decréscimo no ozono atmosférico é esperado para dar origem a níveis significativamente aumentados de UVB perto da superfície.

Aumentos na superfície UVB devido ao buraco de ozônio pode ser parcialmente inferida por radiativas cálculos modelo de transferência, mas não pode ser calculado a partir de medições diretas, devido à falta de dados fiáveis históricos (pré-buracos de ozono) ultravioleta superfície, embora existam programas mais recente medição de superfície observação UV (por exemplo, em Lauder, Nova Zelândia ).

Porque é esta mesma radiação UV que cria ozônio na camada de ozônio a partir de O ₂ (oxigênio regular) em primeiro lugar, uma redução no ozônio estratosférico seria realmente tendem a aumentar a produção fotoquímica de ozônio em níveis mais baixos (na troposfera), embora as tendências observadas globais em ozônio total coluna ainda mostram uma diminuição, em grande parte porque ozônio produzido mais abaixo tem uma vida útil mais curta fotoquímica naturalmente, assim que ele é destruído antes das concentrações poderia chegar a um nível que compensar a redução de ozônio maior up .

Os efeitos biológicos de aumento da radiação UV e microondas a partir de uma camada de ozono empobrecido

A principal preocupação do público a respeito do buraco de ozônio tem sido os efeitos do UV superfície sobre a saúde humana. Até agora, de destruição do ozono, na maioria dos locais tem sido tipicamente uns poucos por cento e, como notado acima, qualquer prova directa de danos para a saúde está disponível na maior parte dos latitudes. Foram os altos níveis de depleção visto no buraco do ozono já ser comum em todo o mundo, os efeitos poderiam ser substancialmente mais dramática. À medida que o buraco de ozônio sobre a Antártida tem, em alguns casos crescido tão grande como para atingir partes do sul da Austrália e Nova Zelândia , os ambientalistas têm se preocupado que o aumento da superfície de UV pode ser significativo.

Efeitos da destruição da camada de ozônio em Seres Humanos

UVB (radiação UV mais elevada energia absorvida pelo ozono) é geralmente aceite como sendo um factor que contribui para câncer de pele. Além disso, o aumento da superfície de UV conduz a um aumento de ozono troposférico, que é um risco para a saúde de seres humanos. O aumento da superfície de UV representa também um aumento da vitamina D sintética capacidade da luz solar.

Os efeitos preventivos de câncer de vitamina D representam um possível efeito benéfico da depleção do ozônio. Em termos de custos com a saúde, os possíveis benefícios do aumento da radiação UV podem superar o fardo.

1. Basal e carcinoma de células escamosas - As formas mais comuns de câncer de pele em seres humanos, e basal carcinomas de células escamosas, foram fortemente ligado à exposição UVB. O mecanismo pelo qual o UVB induz destes cancros é bem compreendido - absorção da radiação UVB faz com que as bases de pirimidina com a molécula de ADN, para formar dímeros, resultando em erros de transcrição quando o DNA replica. Estes cancros são relativamente leves e raramente fatal, embora o tratamento de carcinoma de células escamosas, por vezes, requer extensa cirurgia reconstrutiva. Ao combinar os dados epidemiológicos com resultados de estudos com animais, os cientistas estimam que uma redução de um por cento no ozono estratosférico aumentaria a incidência destes cancros em 2%.

2. Melanoma maligno - Outra forma de câncer de pele, o melanoma maligno, é muito menos comum mas muito mais perigoso, sendo letal em cerca de 15% - 20% dos casos diagnosticados. A relação entre o melanoma maligno e exposição aos raios ultravioleta não é ainda bem compreendido, mas parece que ambos UVA e UVB são envolvidos. Experimentos em peixe sugerem que 90 a 95% dos melanomas malignos pode ser devido à radiação UVA e visível enquanto experimentos sobre gambás sugerem um papel maior para UVB. Devido a esta incerteza, é difícil estimar o impacto da destruição do ozono sobre a incidência de melanoma. Um estudo mostrou que um aumento de 10% da radiação UVB foi associado com um aumento de 19% em melanomas para os homens e de 16% para as mulheres. Um estudo de pessoas em Punta Arenas, no extremo sul do Chile , mostrou um aumento de 56% em melanoma e um aumento de 46% no câncer de pele não melanoma ao longo de um período de sete anos, juntamente com a diminuição de ozono e aumento dos níveis de UVB.

3. catarata cortical - Estudos sugerem uma associação entre corticais oculares catarata e exposição à radiação UV-B, utilizando aproximações grosseiras de exposição e várias técnicas de avaliação de catarata. Uma avaliação detalhada da exposição ocular aos UV-B foi realizado em um estudo sobre Chesapeake Bay Watermen, onde os aumentos na exposição ocular anual média foram associados com o aumento do risco de opacidade cortical. Neste grupo de alta exposição predominantemente homens brancos, as evidências ligando opacidades corticais a exposição à luz solar foi o mais forte até agora. No entanto, os dados posteriores de um estudo de base populacional em Beaver Dam, WI sugeriu o risco pode ser confinado aos homens. No estudo Beaver Dam, as exposições entre as mulheres eram inferiores exposições entre os homens, e nenhuma associação foi visto. Além disso, não existiam dados que ligam a exposição a luz solar para risco de catarata em afro-americanos, embora outras doenças oculares têm diferentes prevalências entre os diferentes grupos raciais, e opacidade cortical parece ser maior em afro-americanos em comparação com os brancos.

4. Aumento do ozono troposférico - Aumento da superfície UV leva ao aumento da ozono troposférico. O ozono troposférico é geralmente reconhecida a ser um risco para a saúde, como o ozônio é tóxico devido à sua forte propriedades oxidantes. Neste momento, o ozono ao nível do solo é produzido principalmente por acção de radiação UV sobre gases de combustão de escapamentos de veículos.

Efeitos sobre Cultivos

Um aumento de radiação UV que seria esperado para afectar culturas. Um número de espécies de plantas economicamente importantes, tais como arroz , dependem cianobactérias que reside em suas raízes para a retenção de nitrogênio . As cianobactérias são sensíveis à luz UV e eles seriam afetados pelo seu aumento.

Efeitos sobre a Plankton

A pesquisa mostrou uma extinção generalizada de plâncton 2 milhões de anos que coincidiu com uma vizinha supernova . Há uma diferença na orientação e motilidade de planktons quando o excesso de raios UV atingem terra. Os investigadores especulam que a extinção foi causada por um enfraquecimento significativo da camada de ozono na altura em que a radiação da Supernova produzido óxidos de nitrogênio que catalisadas a destruição do ozono (plâncton são particularmente suscetíveis aos efeitos da luz ultravioleta, e são de vital importância para marinho teias alimentares).

A política pública em resposta ao buraco do ozono

A extensão total dos danos que os CFCs têm causado à camada de ozônio não é conhecida e não será conhecido durante décadas; no entanto, uma diminuição marcada na coluna de ozono já foram observados (como explicado acima).

Depois de um relatório de 1976 pela US National Academy of Sciences concluiu que a evidência científica credível apoiou a hipótese de destruição do ozônio, alguns países, incluindo os Estados Unidos, Canadá, Suécia e Noruega, mudou-se para eliminar o uso de CFCs em latas de spray aerossol. Na época isso foi amplamente considerado como um primeiro passo para uma política mais abrangente regulamentação, mas o progresso nesse sentido abrandou nos anos seguintes, devido a uma combinação de fatores políticos (resistência continuada da indústria de hidrocarbonetos halogenados e uma mudança geral de atitude em relação ambiental regulamento durante os primeiros dois anos da administração Reagan) e desenvolvimentos científicos (National Academy avaliações subseqüentes que indicavam que as primeiras estimativas da magnitude da destruição do ozônio tinha sido excessivamente grande). A Comunidade Europeia rejeitou as propostas para proibir CFCs em aerossóis e que mesmo em os EUA, os CFC continuam a ser utilizados como refrigerantes e para a limpeza de placas de circuito. Produção de CFC em todo o mundo caiu drasticamente após a proibição de aerossol EUA, mas em 1986 havia retornado quase ao seu nível de 1976. Em 1980, DuPont fechou seu programa de pesquisa em alternativas halocarbon.

A atitude do Governo dos Estados Unidos começou a mudar novamente em 1983, quando William Ruckelshaus substituído Anne M. Burford como Administrador do United States Environmental Protection Agency. Sob Ruckelshaus e seu sucessor, Thomas Lee, a EPA empurrado para uma abordagem internacional para regulamentação halocarbon. Em 1985, 20 nações, incluindo a maioria dos grandes produtores de CFC, assinaram a Convenção de Viena, que estabelece um quadro para a negociação de normas internacionais sobre as substâncias que empobrecem a camada de ozono. Nesse mesmo ano, a descoberta do buraco de ozônio da Antártida foi anunciado, causando um revival em atenção do público para a questão. Em 1987, representantes de 43 nações assinaram o Protocolo de Montreal. Enquanto isso, a indústria de hidrocarbonetos halogenados mudou sua posição e começaram a apoiar um protocolo para limitar a produção de CFC. As razões para isso foram, em parte explicado pelo "Dr. Mostafa Tolba, ex-chefe do Programa Ambiental da ONU, que foi citado no 30 de junho de 1990 edição de O New Scientist, "... a indústria química apoiou o Protocolo de Montreal, em 1987, uma vez que estabelecer um cronograma para a retirada de todo o mundo CFCs, que [estavam] já não está protegido por patentes. Isto proporcionou às empresas uma oportunidade igual para comercializar novos compostos, mais rentáveis. '"

Em Montreal, os participantes concordaram em congelar a produção de CFC em níveis de 1986 e para reduzir a produção em 50% até 1999. Após uma série de expedições científicas para a Antártida produziu evidências convincentes de que o buraco de ozônio foi de fato causada por cloro e bromo a partir de compostos orgânicos halogenados sintéticos , o Protocolo de Montreal foi reforçada em uma reunião de 1990, em Londres. Os participantes concordaram em eliminar progressivamente os CFC e halons inteiramente (além de uma quantidade muito pequena marcado para certo "essencial" usa, tais como inaladores para asma) até 2000. Em reunião 1992, em Copenhaga, a eliminação data foi transferida até 1996.

Em certa medida, os CFC foram substituídos pelos menos prejudiciais hidro-cloro-f luoro-carbonos ( HCFCs), embora as preocupações persistem sobre os HCFC também. Em algumas aplicações, hidro-f luoro-carbonos ( HFC) têm sido usados para substituir os CFCs. HFCs, que não contêm cloro ou bromo, não contribuem nada para a destruição do ozônio apesar de serem potentes gases de efeito estufa. O mais conhecido destes compostos é, provavelmente, o HFC-134a ( R-134a), o que nos Estados Unidos, em grande parte substituído CFC-12 ( R-12) em aparelhos de ar condicionado de automóveis. Em análises de laboratório (um ex-uso "essencial") a substâncias destruidoras do ozono pode ser substituído por outros solventes.

Diplomacia ozônio, por Richard Benedick (Harvard University Press, 1991) dá uma descrição detalhada do processo de negociação que levou ao Protocolo de Montreal. Pielke e Betsill realizam uma extensa revisão das respostas do governo dos EUA para o início da ciência emergente da destruição do ozono por CFC.

Eventos atuais e perspectivas futuras de destruição do ozono

Tendências de gases que destroem o ozono

Desde a adopção eo reforço do Protocolo de Montreal levou a reduções nas emissões de CFCs, as concentrações atmosféricas dos compostos mais significativas têm vindo a diminuir. Estas substâncias estão a ser gradualmente retirado da atmosfera. Em 2015, o buraco de ozônio da Antártida teria reduzido por apenas 1 milhão de km² de 25 (Newman et al., 2004); completa recuperação da camada de ozônio da Antártida não ocorrerá até o ano de 2050 ou mais tarde. Trabalho sugeriu que um detectável (e estatisticamente significativo) a recuperação não vai ocorrer até por volta de 2024, com os níveis de ozônio em recuperação aos níveis de 1980 por volta de 2068.

Há uma ligeira ressalva a esta, no entanto. O aquecimento global a partir de CO ₂ espera-se arrefecer a estratosfera. Este, por sua vez, levaria a um aumento relativo da destruição do ozônio ea freqüência de buracos de ozônio. O efeito pode não ser linear; buracos de ozônio formar por causa das nuvens estratosféricas polares; a formação de nuvens estratosféricas polares tem um limiar de temperatura acima da qual eles não vão formar; resfriamento da estratosfera do Ártico pode levar a condições-Antarctic-buracos de ozono como. Mas no momento isso não está claro.

Mesmo que a estratosfera como um todo é o resfriamento, áreas de alta latitude pode tornar-se cada vez mais predispostos a primavera eventos aquecimento estratosféricos como padrões climáticos mudam em resposta ao aumento de gases com efeito de carregamento. Isso faria com que PSCs a desaparecer no início da temporada, e pode explicar porque as estações antárticas buraco do ozono tendem a terminar um pouco mais cedo, desde 2000, em comparação com os buracos de ozônio mais prolongados da década de 1990.

A redução em produtos químicos que destroem o ozono também foi significativamente afectada por uma diminuição na bromo molecular contendo produtos químicos. Os dados sugerem que as fontes naturais substanciais existem para atmosférica brometo de metilo _(CH3Br).

O buraco de ozônio 2004 terminou em Novembro de 2004, as temperaturas estratosféricas mínimas diárias na baixa estratosfera da Antártida aumentou para níveis que são demasiado quente para a formação de nuvens estratosféricas polares (PSCs) cerca de 2 a 3 semanas mais cedo do que nos anos mais recentes.

O inverno ártico de 2005 foi extremamente frio na estratosfera; PSCs eram abundantes ao longo de muitas áreas de alta latitude até dissipada por um evento de aquecimento grande, que começou na estratosfera superior durante fevereiro e se espalhou por toda a estratosfera do Ártico em março. O tamanho da área do Ártico de anormalmente baixo ozônio total em 2004-2005 foi maior do que em qualquer ano desde 1997. A predominância de anomalamente baixos valores totais de ozono na região do Ártico no inverno de 2004-2005 é atribuída à baixa estratosfera temperaturas e condições meteorológicas favoráveis para a destruição de ozônio, juntamente com a continuação da presença de ozono destruindo substâncias químicas na estratosfera.

A 2005 Resumo do IPCC das questões do ozono observado que as observações e cálculos do modelo sugerem que a quantidade média global de destruição do ozônio tem agora aproximadamente estabilizado. Embora considerável variabilidade no ozônio é esperado de ano para ano, incluindo as regiões polares onde o esgotamento é maior, a camada de ozônio está prevista para começar a se recuperar nas próximas décadas devido à diminuição das concentrações de substâncias que destroem o ozono, assumindo o pleno cumprimento do Protocolo de Montreal.

As temperaturas durante o inverno ártico de 2006 ficou bastante próximo da média de longo prazo até o final de janeiro, com leituras mínimas freqüentemente frios o suficiente para produzir unidades de atendimento. Durante a última semana de janeiro, no entanto, um grande evento aquecimento enviado temperaturas bem acima do normal - demasiado quentes para suportar unidades de atendimento. No momento em que as temperaturas caíram de volta para próximo do normal em março, a norma sazonal foi bem acima do limiar PSC. Mapas de ozônio gerado pelo instrumento de satélite preliminares mostram acúmulo sazonal de ozônio ligeiramente abaixo significa a longo prazo para o Hemisfério Norte como um todo, embora alguns eventos elevados de ozono ter ocorrido. Durante março de 2006, o Ártico estratosfera em direcção aos pólos de 60 graus latitude norte estava livre de áreas anormalmente baixos de ozônio, exceto durante o período de três dias a partir de março 17-19 quando a cobertura total de ozônio caiu abaixo de 300 DU sobre parte da região do Atlântico Norte de Greenland para a Escandinávia.

A área onde o ozono total da coluna é inferior a 220 DU (a definição aceite da fronteira do buraco de ozono) foi relativamente pequeno, até cerca de 20 de Agosto de 2006 . Desde então, a área do furo do ozônio aumentou rapidamente, atingindo um máximo de 29 milhões de km² setembro 24. Em outubro de 2006, a NASA informou que o buraco de ozônio ano estabeleceu um novo recorde área com uma média diária de 26 milhões de km² entre 07 de setembro e 13 de outubro de 2006 ; espessuras totais de ozônio caiu tão baixo quanto 85 DU em outubro 8. Os dois fatores combinados de 2006 vê o pior nível de depleção do ozônio na história gravada. O esgotamento é atribuído às temperaturas acima da Antártica atingindo o menor registro desde que os registros abrangentes começou em 1979.

O buraco de ozônio da Antártida é esperado que continue por décadas. As concentrações de ozono na estratosfera inferior sobre a Antártida vai aumentar em 5% -10% até 2020 e retornar aos níveis pré-1980 em cerca de 2060-2075, 10-25 anos mais tarde do que o previsto em avaliações anteriores. Isso é por causa de estimativas revistas de concentrações atmosféricas de substâncias destruidoras do ozono - e um uso futuro maior previsto nos países em desenvolvimento. Outro fator que pode agravar a destruição do ozônio é o sorteio para baixo de óxidos de azoto provenientes acima da estratosfera devido à mudança de padrões de vento.

Histórico da pesquisa

Os processos físicos e químicos básicas que levam à formação de uma camada de ozono na estratosfera da terra foram descobertos por Sydney Chapman em 1930. Estes são discutidos no artigo ciclo de ozono-oxigénio - brevemente, a radiação UV de comprimento de onda-curta divide um átomo de oxigénio (O ₂ ) molécula em (O) átomos de dois de oxigênio, que, em seguida, combinam com outras moléculas de oxigênio para formar ozônio. O ozono é removido quando um átomo de oxigénio e uma molécula de ozono "recombinar" para formar duas moléculas de oxigénio, isto é, O + O ₃ → 2O ₂ . Na década de 1950, David Bates e Marcel Nicolet apresentou provas de que vários radicais livres, em particular hidroxila (OH) e óxido nítrico (NO), poderia catalisar esta reação de recombinação, reduzir o montante global de ozônio. Estes radicais livres eram conhecidos para estar presente na estratosfera, e assim foram considerados como parte do saldo natural - estima-se que na sua ausência, a camada de ozônio seria duas vezes mais grossos como é atualmente.

Em 1970, o Prof. Paul Crutzen apontou que as emissões de nitroso óxido (N ₂ O), um gás estável, de longa duração produzido por bactérias do solo, a partir da superfície da Terra pode afetar a quantidade de nítrico óxido (NO) na estratosfera. Crutzen mostrou que o óxido nitroso vive o tempo suficiente para atingir a estratosfera, onde é convertido em NO. Crutzen então notar-se que o aumento do uso de fertilizantes pode ter levado a um aumento de emissões de óxido nitroso ao longo do fundo natural, as quais, por sua vez, resultam num aumento na quantidade de NO na estratosfera. Assim, a atividade humana poderia ter um impacto sobre a camada de ozono da estratosfera. No ano seguinte, Crutzen e (independentemente) Harold Johnston sugeriu que as emissões de supersônico de aeronaves , que voam na baixa estratosfera, também poderia esgotar a camada de ozono.

A hipótese Rowland-Molina

Em 1974 Frank Sherwood Rowland, professor de química da Universidade da Califórnia em Irvine, e seu associado de pós-doutorado Mario J. Molina sugerem que compostos orgânicos de halogéneo de longa duração, como CFCs, podem se comportar de forma semelhante como Crutzen propôs para o óxido nitroso. James Lovelock (mais popularmente conhecido como o criador da hipótese de Gaia) tinha descoberto recentemente, durante um cruzeiro no Atlântico Sul, em 1971, que quase todos os compostos de CFC fabricados desde a sua invenção em 1930 ainda estavam presentes na atmosfera. Molina e Rowland concluiu que, como N ₂ O, o CFC iria atingir a estratosfera onde seriam dissociadas por luz UV, liberando átomos de Cl. (Um ano antes, Richard Stolarski e Ralph Cicerone, da Universidade de Michigan mostraram que Cl é ainda mais eficiente do que o NO em catalisar a destruição do ozônio. Conclusões semelhantes foram alcançados por Michael McElroy e Steven Wofsy na Universidade de Harvard. Nenhum dos dois grupos, no entanto , tinha percebido que os CFC eram uma fonte potencialmente grande de cloro estratosférico - em vez disso, eles estavam investigando os possíveis efeitos das emissões de HCl do ônibus espacial, que são muito menores).

Susan Solomon, um químico atmosférico da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), propôs que as reações químicas em nuvens estratosféricas polares (PSCs) na estratosfera da Antártida frio causou um enorme, embora localizada e sazonal, aumento da quantidade de cloro presente na , formas que destroem a camada de ozono ativos. As nuvens estratosféricas polares na Antártica são formados somente quando há temperaturas muito baixas, tão baixas quanto -80 graus C , e as condições da primavera. Em tais condições, os cristais de gelo da nuvem de proporcionar uma superfície apropriada para a conversão de compostos de cloro não reactivos em compostos de cloro reactivos que podem esgotar ozono facilmente.

Além disso, o vórtice polar formada sobre Antarctica é muito apertado e a reacção que ocorre na superfície dos cristais de nuvem é muito diferente quando ocorre em atmosfera. Estas condições levaram a formação do buraco do ozono na Antártida. Esta hipótese foi confirmada decisivamente, pela primeira vez por medidas de laboratório e, posteriormente, por meio de medições diretas, a partir do solo e de aviões de alta altitude, de concentrações muito elevadas de monóxido de cloro (ClO) na estratosfera da Antártida.

Hipóteses alternativas, que havia atribuído o buraco de ozônio a variações na radiação UV solar ou a mudanças nos padrões de circulação atmosférica, também foram testados e mostrou-se insustentável.

Enquanto isso, a análise das medições do ozônio da rede mundial de espectrofotômetros Dobson terrestres levou um painel internacional a concluir que a camada de ozônio foi de fato sendo esgotados, em todas as latitudes fora dos trópicos. Estas tendências foram confirmadas por medições por satélite. Como conseqüência, as principais nações produtoras de hidrocarbonetos halogenados concordou em eliminar a produção de CFC, halons, e compostos relacionados, um processo que foi concluído em 1996.

Desde 1981, o Programa das Nações Unidas para o Ambiente tem patrocinado uma série de relatórios sobre a avaliação científica da destruição do ozono. A mais recente é a partir de 2007, onde as medições por satélite mostram o buraco na camada de ozônio está se recuperando e é agora o mais pequeno que tem sido por cerca de uma década .

Controvérsia sobre a ciência de ozônio e política

Que a destruição do ozônio ocorre não foi seriamente contestado na comunidade científica. Há um consenso entre os físicos e químicos atmosféricos que o conhecimento científico já atingiu um nível em que as contramedidas para controlar as emissões de CFC são justificadas, embora a decisão final é uma para os decisores políticos.

Apesar deste consenso, a ciência por trás de destruição do ozono continua a ser complexo, e alguns que se opõem à aplicação de contramedidas apontar para algumas das incertezas. Por exemplo, embora o aumento da UVB foi mostrado para constituir um risco de melanoma, tem sido difícil para os estudos estatísticos para estabelecer uma ligação directa entre a destruição do ozono e aumento das taxas de melanoma. Embora melanomas fez aumentar significativamente durante o período 1970-1990, é difícil separar de forma confiável o efeito da destruição do ozono do efeito de mudanças nos fatores de estilo de vida (por exemplo, aumento das taxas de viagens aéreas).

Destruição do ozônio eo aquecimento global

Apesar de serem muitas vezes interligados na mídia de massa , a conexão entre o aquecimento global e destruição do ozônio não é forte. Há quatro áreas de ligação:

• O mesmo CO₂forçamento radiativo que produz perto da superfície do aquecimento global é esperado para resfriar o estratosfera.resfriamento Este, por sua vez, deverá produzir um parenteaumentoem polarozônio(O₃) o esgotamento ea freqüência de buracos de ozônio.

Forçamento radiativo de váriosgases de efeito estufae de outras fontes

• Por outro lado, a destruição do ozônio representa um forçamento radiativo do sistema climático. Existem dois efeitos opostos: Redução de ozono faz com que a estratosfera para absorver menos radiação solar, assim arrefecimento da estratosfera, enquanto aquecendo o troposfera; estratosfera mais fria emite radiação resultante menos de onda longa descendente, esfriando assim a troposfera. Em geral, o arrefecimento domina; o IPCC conclui que " observou estratosféricos O ₃ perdas ao longo das duas últimas décadas ter causado forçando uma negativa do sistema superfície-troposfera "de cerca de -0,15 ± 0,10 watts por metro quadrado (W / m²).

• Uma das previsões mais fortes do efeito de estufa que é a estratosfera irá arrefecer. Embora tenha sido observado este arrefecimento, não é trivial para separar os efeitos das alterações na concentração de gases de efeito estufa e destruição do ozono desde tanto levará a refrigeração. No entanto, isto pode ser feito por modelagem numérica estratosférico. Os resultados do da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional Geophysical Fluid Dynamics Laboratory mostram que acima de 20 km (12,4 milhas), os gases de efeito estufa dominar o resfriamento.

• Produtos químicos que destroem o ozono também são gases de efeito estufa. Os aumentos das concentrações destes produtos químicos produziram 0,34 ± 0,03 W / m² do forçamento radiativo, o que corresponde a cerca de 14% do total de forçar radiativo do aumento das concentrações de gases de efeito estufa bem misturado.

• A modelagem de longo prazo do processo, a sua medição, estudo, concepção de teorias e teste levar décadas para ambos documento, ganhar ampla aceitação e, finalmente, tornar-se o paradigma dominante. Várias teorias sobre a destruição de ozônio, foram hyphtosized na década de 1980, publicado no final de 1990, e estão actualmente a ser comprovada. Dr Tirou Schindell, eo Dr. Paul Newman, NASA Goddard, propôs uma teoria na década de 1990, usando um supercomputador SGI Origin 2000, de que a destruição do ozônio modelado, foi responsável por 78% do ozônio destruído. Refinamento desse modelo, foi responsável por 89% do ozônio destruído, mas empurrado para trás a estimativa de recuperação do buraco de ozônio a partir de 75 anos para 150 anos. (Uma parte importante desse modelo é a falta de voo staratospheric devido ao esgotamento dos combustíveis fósseis.)

Equívocos sobre a destruição do ozônio

Alguns dos equívocos mais comuns sobre a destruição do ozono são abordados brevemente aqui; mais discussões detalhadas podem ser encontradas na destruição do ozono FAQ.

Os CFCs são "demasiado pesado" para atingir a estratosfera

Por vezes, é afirmado que uma vez que as moléculas de CFC são muito mais pesados ​​do que o azoto ou o oxigénio, não pode atingir a estratosfera em quantidades significativas. Mas gases atmosféricos não são classificados por peso; as forças do vento (turbulência) são suficientemente fortes para gases totalmente intermix na atmosfera. CFCs são mais pesados ​​do que o ar, mas apenas como argônio , criptônio e outros gases pesados ​​com um longo tempo de vida, eles são distribuídos uniformemente ao longo do turbosphere e alcançar a atmosfera superior.

Um buraco de ozônio foi observada pela primeira vez em 1956

GMB Dobson (Explorando o Ambiente, 2ª Edição, Oxford, 1968) mencionou que, quando os níveis de ozônio da primavera mais de Halley Bay foram medidos em primeiro lugar, ele ficou surpreso ao descobrir que eles foram ~ 320 DU, cerca de 150 DU abaixo dos níveis de primavera, ~ 450 DU, no Ártico. Estes, no entanto, foram os buracos valores climatológicos normais pré-ozono. O que Dobson descreve é essencialmente a linha de base a partir do qual o buraco de ozônio é medido: valores buraco de ozônio real estão na faixa de 150-100 DU.

A discrepância entre o Ártico ea Antártica observado por Dobson foi principalmente uma questão de tempo: durante os níveis de ozono primavera Ártico subiu suavemente, com um pico em abril, ao passo que na Antártida ficaram aproximadamente constante durante o início da primavera, subindo abruptamente em novembro, quando o vórtice polar quebrado.

O comportamento visto no buraco de ozônio da Antártida é completamente diferente. Em vez de ficar constante, os primeiros níveis de ozono primavera repente cair de seus valores já baixas de inverno, em até 50%, e os valores normais não são atingidos novamente até dezembro.

O "buraco do ozono" é um buraco na camada de ozônio

Quando as formas "buraco do ozono", essencialmente todo o ozônio na estratosfera inferior é destruído. A estratosfera superior é muito menos afetada, no entanto, de modo que o montante global de ozônio sobre o continente diminui em 50 por cento ou mais. O buraco de ozônio não percorrer todo o caminho através da camada; por outro lado, não é um "adelgaçamento" uniforme da camada ou. É um "furo" no sentido de "um buraco no solo", uma depressão, não no sentido de "um buraco no pára-brisas."

Dia Mundial do Ozônio

Em 1994, aAssembleia Geral das Nações Unidasvotou a designar16 de setembro como "Dia Mundial do Ozônio", para comemorar a assinatura doProtocolo de Montreal sobre essa data, em 1987.