Tähtitiede:otsonikato

From Tieteen termipankki
Jump to: navigation, search

otsonikato

otsonikato
Explanation Auringon säteily hajottaa otsonia happiatomeiksi ja -molekyyleiksi. Happiatomi ja otsonimolekyyli voivat edelleen muodostaa kaksi happimolekyyliä. Aikaisemmin ajateltiin, että nämä prosessit pitävät otsonin määrän vakiona. 1970-luvulla keksittiin kuitenkin, että eräät aineet toimivat katalyytteinä ja kiihdyttävät otsonin tuhoutumista. Silloin huomattiin, että lyhytaaltoiselta säteilyltä suojaava stratosfäärin otsonikerros on ohentunut varsinkin Etelämantereen yläpuolella. Otsoniin liittyvää kemiaa alettiin tutkia tarmokkaasti, ja se osoittauttui parin prosessin tasapainotilan sijasta monimutkaiseksi kymmenien eri prosessien ja useiden eri aineiden verkostoksi.

Katalyytteinä toimivat ainakin typen oksidit, kloori Cl ja bromi Br. Niitä esiintyy luonnossakin, mutta ihmisen toiminta on muutamien viime vuosikymmenien aikana merkittävästi lisännyt niiden määriä.

Mikrobitoiminta ja palaminen tuottavat dityppioksidia N2O. Kuitenkin vain pieni osa tästä pääsee stratosfääriin, jossa säteily hajottaa sen typeksi ja hapeksi. Suoraan stratosfääriin dityppioksidia pääsee lentokoneiden moottoreista.

Kloori on vielä tehokkaampi katalyytti. Sitä joutuu stratosfääriin pieniä määriä tulivuorenpurkauksissa. Stratosfäärissä on laskettu olevan ihmisen toiminnan takia jo kuusi kertaa niin paljon klooria kuin sinne olisi luonnollisella tavalla joutunut. Suurimpia syyllisiä ovat kloorifluorihiilivedyt eli freonit tai CFC-yhdisteet, joista tavallisimpia ovat CFC-11 (CCl3F), CFC-12 (CCl2F2) ja CFC-113 (CCl2FCClF2).

Freoneja on käytetty runsaasti mm. jääkaapeissa ja muissa kylmä- ja ilmastointilaitteissa sekä sumutteiden ponnekaasuna. Ne ovat kaasuja, jotka eivät juuri lainkaan reagoi muiden aineiden kanssa, mikä käytännön sovellusten kannalta on tietysti hyvä asia. Tämä kemiallinen stabiilisuus, joka tekee näistä kaasuista erittäin turvallisia ja helppokäyttöisiä, on myös osittain syypää niiden aiheuttamiin ongelmiin. Ne eivät hajoa troposfäärissä, vaan kulkeutuvat muutaman vuoden kuluessa stratosfääriin. Ongelma ei olisi niin vakava, jos ne sielläkin pysyisivät alkuperäisessä muodossaan. Valitettavasti ne alle --80 celsiusasteen lämpötilassa härmistyvät stratosfäärin jääkidepilvien kiteiden pinnalle, jolloin ne eivät enää olekaan yhtä stabiileja, vaan alkavat hajota vapauttaen ilmaan klooriatomeja.

Bromiyhdisteet ovat otsonille vieläkin tuhoisampia. Bromin lähteitä ovat sammutusaineina käytettävät halonit ja torjunta-aineena käytettävä metyylibromidi. Haloni hävittää otsonia kymmenen kertaa tehokkaammin kuin CFC-11.

Vuonna 1984 Etelämantereen yllä olevan otsonikerroksen havaittiin huomattavasti ohentuneen. Siitä lähtien otsonikerroksen tutkimus on edennyt kiihtyvällä vauhdilla. Jo kolme vuotta myöhemmin suurimmaksi tuholaiseksi osoittautui CFC-yhdisteistä vapautuva kloori.

Otsonikato on voimakkainta napa-alueilla, erityisesti Etelämantereen alueella, jossa lämpötila laskee riittävän alas, jotta vapaata klooria voi muodostua. Etelänavan ympärillä on hyvin stabiili napapyörre, jonka ilma ei juuri sekoitu ympäristöön, ja pysyy siten hyvin kylmänä. Tässä kylmässä ilmamassassa otsonikatoa aiheuttavat prosessit tekevät tehokkaasti tuhojaan.

Pohjoisen pallonpuoliskon vastaava napapyörre ei ole yhtä pysyvä ja lämpötila voi välillä kohota huomattavasti. Koska olosuhteet eivät ole yhtä äärimmäiset kuin etelänavalla, otsonikato jää vähäisemmäksi. Suomen kohdalla otsonin määrä on 1980- ja 1990-luvuilla ollut pienimmillään 12 % normaalitasoa alempi. Alimmat arvot havaitaan talvella ja keväällä, jolloin stratosfäärissä on riittävän kylmää, jotta jääkidepilviä voi muodostua.

Teollisuusmaat sopivat 1987 Montrealissa CFC-yhdisteiden tuotannon vähentämisestä ja lopettamisesta. Muiden aineiden osalta sopimuksia ei vielä ole saatu aikaan, eivätkä kaikki ole täysin noudattaneet sovittujakaan päästörajoituksia.

CFC-yhdisteiden tilalle kehitetyissä HCFC-yhdisteissä osa fluorista on korvattu vedyllä. Ne hajoavat CFC-yhdisteitä nopeammin, joten pienempi osa pääsee stratosfääriin saakka. Nekin aiheuttavat otsonikatoa, mutta CFC:tä vähemmän. Uusimpia korvaavia aineita ovat HFC-yhdisteet, jotka eivät sisällä lainkaan klooria, vaan koostuvat pelkästään hiilestä, fluorista ja vedystä. Ne eivät vaikuta lainkaan otsoniin.

Vaikka päästöt saataisiinkin kuriin, kestää kauan ennen kuin otsonitilanne korjaantuu täydelleen. Mikäli päästöt loppuvat suunnitelmien mukaisesti otsonikato alkanee pienentyä muutaman vuosikymmenen kuluttua. Kloori poistuu stratosfääristä hyvin hitaasti; kestää ainakin sata vuotta ennen kuin sen määrä palaa normaalitasolle.

Equivalents

ozone depletionenglanti

Sources

Zubenelgenubi

References

Lähdeviittaus tähän sivuun:
Tieteen termipankki 12.11.2019: Tähtitiede:otsonikato. (Tarkka osoite: https://tieteentermipankki.fi/wiki/Tähtitiede:otsonikato.)


Siirry tarkastelemaan sivun muokkaushistoriaa →