Dziura ozonowa – co się z nią stało?

Kiedy w latach 80. XX wieku naukowcy ogłosili, że nad Antarktydą pojawiła się „dziura ozonowa” – gigantyczny obszar niemal pozbawiony ochronnej warstwy gazu chroniącego życie przed promieniowaniem ultrafioletowym – wielu uznało to za zapowiedź globalnej katastrofy, której nie da w prosty sposób powstrzymać. Dziś, kilkadziesiąt lat później, historia ta stała się jednym z najbardziej inspirujących przykładów międzynarodowej współpracy naukowej i politycznej, pokazując, że jeśli zastosujemy skuteczne działania, można odbudować nawet najbardziej zagrożone fragmenty naszej planety i prawdopodobnie przywrócić równowagę w środowisku.

W latach 70. i 80. XX wieku naukowcy zaczęli dostrzegać narastający problem – w stratosferze nad regionami polarnymi, zwłaszcza nad Antarktydą, zaczęła pojawiać się „dziura ozonowa”. Widoczne uszczuplenie warstwy ozonowej w tych miejscach nie było zwykłą anomalią atmosferyczną, lecz skutkiem emisji do atmosfery freonów, tj. węglowodorów alifatycznych zawierających chloro- i fluoropochodne, stosowanych w przemyśle i wykorzystywanych powszechnie w chłodnictwie oraz w aerozolach kosmetycznych. Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego freony rozpadały się na wolne pierwiastki, a fluor oraz chlor wchodziły w reakcję z cząsteczkami ozonu, powodując ich rozpad w warstwie stratosferycznej atmosfery, która chroni życie na Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem UV.

Chemia w stratosferze: jak powstawała dziura

Niestety, już wkrótce okazało się, że pozornie najlepsze cechy freonów: trwałość, obojętność i lotność, powodują, że związki te są olbrzymim zagrożeniem dla życia na Ziemi. Uwolnione freony nie gromadzą się w dolnych warstwach atmosfery, tylko przemieszczają się w jej górne partie – do ozonosfery. Dzięki trwałości i małej reaktywności, mogą tam pozostawać przez setki lat. Jednak pod wpływem światła ultrafioletowego (UV) freony rozpadają się na wolne pierwiastki:

Węgiel powstały w rozpadzie ulega spalaniu, jednak fluor, a szczególnie chlor, wchodzą w reakcję z cząsteczkami ozonu (O3) powodując ich rozpad i powstanie tlenków fluoru i chloru oraz cząsteczek tlenu (O2). Zjawisko rozpadu freonów i ich niszczącego wpływu na warstwę ozonową przewidzieli w 1971 dwaj chemicy: Amerykanin Sherwood Rowland i Meksykanin Mario Molina. Ich hipoteza badawcza została ostro zaatakowana przez koncerny produkujące olbrzymie ilości freonów, obawiające się o utratę źródła dochodów. Spowodowało to, iż obaj chemicy postanowili udowodnić swoją teorię. Przeprowadzili serię badań w atmosferze na wysokości ponad 34000 metrów, używając stratostatów z freonem. W trakcie badań wykazali, że pojedynczy atom chloru może katalitycznie zniszczyć nawet kilkadziesiąt tysięcy cząsteczek ozonu, co tłumaczy szybkość degradacji warstwy ozonowej. W roku 1976 Komisja ds. Ochrony Środowiska ONZ oraz rządy USA, Kanady i krajów Commonwealth umieściły freony na liście związków stanowiących zagrożenie dla środowiska.

Protokół Montrealski: początek zmiany

Sytuacja zaczęła się zmieniać dzięki globalnemu porozumieniu – Protokołowi Montrealskiemu z 1987 roku, który zakazał produkcji wielu substancji niszczących ozon. Kolejne poprawki i regulacje doprowadziły do stopniowego ograniczenia emisji tych związków, co spowodowało stopniowy spadek poziomu chloru i fluoru w stratosferze. Proces ten zachodził powoli – związki te pozostają w atmosferze przez dziesięciolecia.

Dziś, po latach obserwacji i badań, wiadomo, że globalny wysiłek przyniósł realne efekty. Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) podkreśla w najnowszych raportach, że warstwa ozonowa znajduje się na ścieżce do odbudowy. Prognozy wskazują, że jeśli obecne polityki zostaną utrzymane, ozon może wrócić do poziomów sprzed lat 80. XX wieku – dla większości świata około roku 2040, dla Arktyki około 2045, a nad Antarktydą dopiero około 2066.

– Historia dziury ozonowej pokazuje, że ludzkość potrafi skutecznie działać globalnie, gdy problem jest naukowo rozpoznany i politycznie traktowany poważnie. Dzięki wdrożeniu w życie zapisów protokołu montrealskiego obserwujemy już dziś realny proces odbudowy warstwy ozonowej, co daje nadzieję, że do 2040 roku możemy osiągnąć większość założonych kamieni milowych tego procesu, a w połowie XXI wieku niemal pełne przywrócenie zasobów warstwy ochronnej stanie się faktem – komentuje dr inż. Krzysztof Skotak, kierownik Zakładu Monitoringu Środowiska w IOŚ-PIB.

W 1995 roku wspomniani Rowland, Molina oraz Paul Crutzen otrzymali w 1995 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad zmianami ilości ozonu.