Eesti osa osoonikihi hõrenemises, probleemid ja tagajärjed (0)

Eesti Maaülikool
Põllumajandus ja keskkonnakaitse instituut
Referaat
Eesti osa osoonikihi hõrenemises, probleemid ja tagajärjed
Tartu 2008
Sisukord:
1. Osoon ja osoonikiht 3
2.Osoonikihi hõrenemise põhjustajad ja tagajärjed 3
3.Osoonikihi hõrenemine maailmas 4
4.Osoonikihi hõrenemine Eestis 5
5.Osoonikihi ja seda kahjustavate ühendite seire Eestis 7
6.Osoonikihi paksus Eesti kohal 8
7.Osoonikihi kaitsmine Eestis ja probleemid 8
Kasutatud kirjandus: 10

Osoon ja osoonikiht

Osoon (O3) on mürgine, ebameeldiva lõhnaga, atmosfääris harvaesinev gaas . Õhu koostises oleva hapniku  (O2) molekul  koosneb vaid kahest hapnikuaatomist, kuid osoonimolekulis on neid kolm. Osoonimolekulid tekivad järgneva fotokeemilise reaktsiooni tulemusena:
Hapnikumolekulide reageerimisel tekivad osoonimolekulid ning samas tekivad osoonimolekulide reageerimisel hapnikumolekulid. Reaktsioon on dünaamiliselt tasakaalus, kui tekkivate osoonimolekulide arv on sama suur kui lagunevate osoonimolekulide arv. Stratosfääri osoon erineb maapinnalähedasest osoonist, mis pärineb tööstus- ja liiklussaastest kombineerituna ilmastikuoludega. Maapinnalähedane osoon põhjustab hingamisraskusi ning taimekahjustusi.  
Osoonikihi terminit kasutatakse osoonimolekulide hulga kirjeldamiseks stratosfääris. Osoonikiht paikneb terve maakera ümber ning kaitseb filtrina kahjuliku ultraviolettkiirguse eest, mis mõjuvad kahjulikult nii inimese tervisele kui ka keskkonnale. 90% osoonist paikneb ülemises atmosfääris e. stratosfääris 10-50 km kõrgusel maapinnast. Osooni leidub atmosfääris alates maapinnast ja ulatudes kuni 90 km kõrguseni. Kuid õhus on osooni äärmiselt vähe võrreldes stratosfääriga, kus on osooni 5-10 korda rohkem kui maapinnal. Tema hulk hakkab kiiresti kasvama tropopausis (umbes 10 km kõrgusel).

Osoonikihi hõrenemise põhjustajad ja tagajärjed

Osoonikihi hõrenemise põhjustajateks on atmosfääri paisatud saasteained, peamiselt kloororgaanilised (CFC) ühendid ehk freoonid ja lämmastikoksiidid. Samuti põhjustavad osoonikihi hõrenemist veel vanemad külmutusseadmed, aerosoolid, ehitusmaterjalide tööstused ja õhukonditsioneerid.
Osoonikihi hõrenemise tagajärjel toimuvad muutused meie taimede keemilises koostises ja nende kasv pidurdub ning aeglustub fotosüntees. Osoonikihi hõrenemine kahjustab inimeste immuunsüsteemi ning ning võib põhjustada nahavähki ning silmahaigusi ja tekivad mutatsioonid.
Me saame osoonikihi hõrenemist ära hoida, kui vähendame freoonide tootmist ja kasutamist, kasutame lämmastikväetisi õigeaegselt ning teeme koostööd teiste riikidega (nt. Montreali leping osoonikihi kaitseks 1987. aastal).

Osoonikihi hõrenemine maailmas

Osoonikihi hõrenemine pooluste kohal on saanud üheks tuntud keskkonnaprobleemiks, kuigi selle mõju on raskesti tajutav.
Osoonikihti on hakanud kahjustama inimtegevusest pärinevad süsiniku, fluori ja kloori ühendid, mis pärinevad peamiselt külmutusseadmetest, aerosoolipudelitest, kosmeetikast, elektroonikatööstusest; haloonid ka tulekustutitest jne.
Maalt atmosfääri paisatud CFC-ühendid ei reageeri teistega enne, kui on jõudnud atmosfääri ülakihtidesse, kus lühilaineline UV-B kiirgus nad lõhustab, vabastades kloori aatomid. Seejärel vaba Cl reageerib osooniga, andes klooroksiidi (ClO) ja hapniku (O2). Klooroksiid omakorda reageerib hapniku aatomiga, andes kloori ja hapniku:
Cl + O3 = ClO + O2
ClO + O = Cl + O2 jne
Selliselt jõuab üks kloori aatom stratosfääris olles lõhkuda umbes 100 000 osooni molekuli.
1974. aastal ilmusid kaks teaduslikku artiklit, kus näidati, et atmosfääri sattuv CFC võib põhjustada osoonikihi hõrenemise tulevikus. Pärast nende tööde avaldamist suurenes aga rahvusvaheline huvi ja surve ning CFC-de tootmine veidi vähenes. USA-s keelati 1978. aastal CFC-d sisaldavate (pihustuvate) deodorantide tootmine, kuid maailmas aga CFC ühendite tootmine kasvas. Pärast 1984. aasta mõõtmisi avastati, et osoonikiht Antarktika kohal on vähenenud 40% võrra. See tundus nii uskumatu, et hakati koguni instrumente üle kontrollima. Mais 1985 avaldati sensatsiooniline ettekanne avastatud osooniaugust Antarktise kohal. See tekitas suure segaduse: NASA oli satelliidilt Nimbus 7 aastast 1978 pidevalt osoonikihti mõõtnud ja polnud mingit õhenemist märganud. Nagu nüüd selgus, oli andmeid töötlev arvuti programmeeritud nii, et madalad väärtused heideti automaatselt kõrvale kui võimatud ning loeti need mõõtmisvigadeks. 1994. aastal oli osooniaugu all juba 70% Antarktikast. Kuigi ekvaatori suunas osoonikiht pakseneb, on ta ka seal hõrenenud ja probleeme tekitamas. Pärast UNEP-i (ÜRO Keskkonnaprogramm) poolset tõsist ettevalmistamist ja selgitustööd kirjutati 1987. aastal alla Montreali protokollile, millega riigid kohustusid vähendama CFC-ühendite tootmist. Montreali protokollile kirjutasid vaatamata ilmsele vastumeelsusele alla kõik suuremad CFC-sid tootvad riigid; USA ja Euroopa Liit võtsid endale kohustuse lõpetada aastaks 2000 CFC-de tootmine üldse. Ägedalt protestis Hiina (kes oli võtnud kavva varustada enamus Hiina perekondi külmkappidega) ja N. Liit, kellele tehtigi mõningaid järeleandmisi.
1990. aastal kirjutati Londonis alla uuele leppele, mille järgi CFC-de ja nüüd lisaks ka mitmete teiste osoonikihti kahjustavate ainete tootmine lõpetatakse aastaks 2000. Arengumaade rahaliseks aitamiseks CFC-dest loobumisel loodi spetsiaalne fond. Vastavalt Londoni leppele peaks kloorisisaldus saavutama oma maksimumi aastal 2005 ja hakkama siis vähenema. Tundub, et tööstus suudab ennast suhteliselt kiiresti ümber orienteerida ja külmutuses hakatakse jälle kasutama näiteks butaani ja propaani. Kampaania algatajaks oli keskkonnakaitseorganisatsioon Greenpeace, kelle vaimsel ja rahalisel toetusel valmistati 1992. aastal endisel Ida-Saksamaal esimene osoonisõbralik külmkapp. Nüüdseks on kiiresti sama teed minemas kogu Euroopa külmutusseadmete tööstus; Ameerika tootjatel on ümberorienteerumine rohkem aega võtnud. Lisaks külmutustööstusele kasutatakse osoonisõbralikke lahendusi järjest enam ka kosmeetikaäris.

Osoonikihi hõrenemine Eestis

Olemasolev Põhja Norras Tromsøs tehtud 30 aasta pikkune (1935-1968) mõõtesari on väga hea võrdlusmaterjal praegu Põhja-Skandinaavias tehtavatele mõõtmistele. Kui võrrelda vanemaid mõõtmisi praegustega, ei erine Põhja- Skandinaavia kohal oleva osoonikihi praegune paksus dramaatiliselt ajalooliseks keskmiseks peetavast Tromsø mõõtesarja tulemustest. Kuna 2/3 mõõtetulemustest jäi normi piiridesse , siis ei saa meie piirkonnas osooniaugust rääkida.
Osooni sisaldus atmosfääris võib erinevatel aastaaegadel kõikuda, kuid teatud aastaaegadel, eriti 1992.a. sügisel ja talvel, on mõõdetud isegi keskmisest palju suuremat osooni hulka osoonikihis.
Kevadkuudel on Skandinaaviamaade kohal mõõdetud mitmeid suuri osooni vähenemisi. Viimaste aastate keskmised kevadised osooninäitajad on jäänud pikaajalisest keskmisest allapoole. Kuigi kõikumised on peamiselt tingitud juhuslike ilmatüüpide vaheldumisest, kuid andmeid tuleb tõsiselt jälgida, et mõista võimalikke muutusi lähimas tulevikus. Eriti väikseid osoonikihi paksusi mõõdeti 1992. ja 1993. aasta alguses, kus halvimatel päevadel oli osoonikihi paksus kuni 30-40% normaalsest õhem. Kevadtalvisel perioodil samasuguseid või veel suuremaid osoonikihi õhenemisi täheldati ka mujal Põhja-Euroopas. 1993. aasta veebruaris langes õhu osoonisisaldus Soome kohal rekordiliselt madalale, olles 25% normaalsest tasemest allpool. Skandinaaviamaade kohal oli osoonikihi paksus ajuti vaid 200 DU. Osoonikiht õhenes Põhja-Euroopa kohal ka 1994. aasta algul. Kuna Eesti ja Soome vahel on vahemaa väike, kehtivad suurima tõenäosusega Soome osoonikihi andmed Eesti ja kogu Baltikumi kohta, kuid samas 1997. aasta algul Läti kohal hõrenenud osoonikiht Eestit ei mõjutanud. Kuna osoonivood liiguvad idast läände, ei pruugi Läti kohal toimuv hõrenemine Eesti jaoks midagi tähendada. Suured osooniaugud avastati märtsi keskel Venemaa kohal, neist üks asus Lääne-Venemaal ning selle lääneserv ulatus Eesti ja Läti kohale. Eesti kohal oleva osoonikihi keskmine paksus on umbes 350 DU ja praegu on Eestis olukord normaalne. Osoonikihi paksuse mõõtmise ajalugu Eestis pole kuigi pikk, kuid vaatluste aja jooksul on osoonikihi paksus püsinud normi piires. Näiteks 1993/94. aasta vahetusel täheldati osoonikihi paksuses suuri sesoonseid muutusi. Mõõdetud osooni koguhulga väärtused on olnud vahemikus 320-430 DU, mis näitab, et võimalikke ajutisi õhenemisi pole veel tabatud. Samas võisid lühiajalised osoonikihi õhenemised jääda registreerimata, sest Tõraveres tehti 1994. aastal osoonikihi paksuse mõõtmisi ainult 80 päeval (21,9% võimalikest vaatluspäevadest). 

Osoonikihi ja seda kahjustavate ühendite seire Eestis

Eestis tehakse käesoleval ajal osoonikihi uuringuid ainult Tõravere observatooriumis. Atmosfääriosooni ja maapinnale jõudva ultraviolettkiirguse mõõtmised püstitati Eestis grupi teadlaste poolt juba 1992 aastal. Dobsoni meetodil mõõtmiseks kasutatav spetsiaalne aparatuur osutus aga Eesti jaoks liiga kalliks. Kaasaegne Breweri instrument maksab umbes 10000 dollarit, ehk umbes 13,5 miljonit eesti krooni (1997 aasta keskpaiga kursiga). Odavamad mõõteriistad maksavad mõnikümmend tuhat dollarit ning seepärast kohandati olemasolevat nõukogude päritolu laboratooriumi spektromeetrit SDL-1, mis on valmistatud praeguse St.Peterburgi tehases LOMO, varustades ta päikest jälgiva ja kiiri laboratooriumile tsölostaat peeglisüsteemiga. Et tegemist on skanneeriva spektromeetriga, siis registreeritakse atmosfääri läbinud päikese ultraviolettkiirguse spektrid , kust teatud lainepikkuste paarid el (näiteks 305,5 ja 325,4 nm9 saadavate näitude suhe võimaldab arvutada osoonikihi paksuse. Vähem tagajärjekad on hajukiirguse mõõtmised seniidist.
Katsemõõtmistega alustati 1993 aasta kevadsuvel ning tõeline vaatlusprogramm algas sama aasta novembris. 1994-aasta jooksul tehti mõõtmisi 80-l päikesepaistelisel päeval. Eestis ei jälgita kahjuks osooni vertikaalset jaotumist atmosfääris, sest see on liiga kallis. Näiteks lastakse osoonikihi vertikaalseks jälgimiseks E.Kyrö(1993) andmeil Sodankylä observatooriumis nädalas lendu 1-2 s petsiaalset suurt õhupalli, mille külge on kinnitatud osoonikihti jälgivad süsinikkeemilised andurid . Tema andmeil on isegi väga jõukad riigid hakanud oma sellelaadilist tegevust liigse kulukuse pärast kärpima. Eesti peaks praegu oma majandusliku olukorra tõttu tegema osoonikihi uurimisel rohkem koostööd lähemate osoonikihti jälgivate riikidega. Neilt saadav pikaajaline vaatlusmaterjal aitab hinnata osoonikihi olukorda Eesti kohal.
Eestile lähimad vaatlusjaamad asuvad Riias ja Helsingis . Riias on juba üle 10 aasta tehtud mõõtmisi vana ja küllalt ebatäpse nõukogude päritolu spektrofotomeetriga. Helsingis töötab kaasaegne Breweri spektrofotomeeter. Eestis kontrollitakse ka freoonide hulka atmosfääris. Üks maailma kuuest freoonide monitooringu punktist avati 1987 aastal Eestis Palmse lähedal Lahemaal , kus mõõdetakse iga kahe tunni tagant freoonide sisaldust õhus. Andmed saadetakse USA-sse oregonis asuvasse ülemaailmsesse keskusesse. Meil tehtud vaatlused peavad esindama kogu Põhja-Euroopat.

Osoonikihi paksus Eesti kohal

Kõige paksem on osoonikiht meie kohal talvel-varakevadel ja kõige õhem hilissügisel. Stratosfääriõhu meridionaalse tsirkulatsiooni aastasest tsüklist tingituna saavutab osooni koguhulk Eesti kohal suurima väärtuse märtsis- aprillis (280-400 DU) ja seejärel kahaneb miinimumini (280-290 DU). Suurim muutlikkus esineb veebruarist aprilli lõpuni. Väärtusi on registreeritud alla 200 DU kuni 550 DU. Suvekuudel on osooni koguhulga ja standardhälve ning keskväärtuse aastast aastasse kõikumine ligi kaks korda väiksemad kui talvel ja kevadel.
Osooni koguhulk alla 250 DU ja isegi alla 200 DU esineb meil septembri teisest poolest kuni märtsini. Sel ajal madalalt käiva päikese ultraviolettkirgus maapinnal sellest kuigi intensiivsemaks ei saa muutuda. Suuremat ohtu võivad tekitada aga osooni koguhulga madalseisu episoodid aprillis ja mai alguses. Neid on esinenud Eesti kohal eriliste meteoroloogiliste olukordade tõttu 1993. ja 1995. aastal (307 DU kummalgi juhul) ning 2003.-2005. aastal (ühepäevased vahemikus 280-320 DU). Osooni koguhulga madalseis on eriti kestev 3.-16. maini 2002 miinimumiga 8. mail (284 DU).
1999. aasta 28. oktoobril on Eesti kohal registreeritud madal osoonikihi paksus (209 DU), mis sel ajal vastas Põhja-Euroopa kohal laiunud õhenemisele ning oli kogu ulatuses jälgitav kaugseiresatelliidilt ERS-2 aparatuuriga GOME ( Global Ozone Monitoring Experiment).

Osoonikihi kaitsmine Eestis ja probleemid

Eestis tegelevad igapäevase osoonikihi kaitsega keskkonnaministeerium , ITK kliima- ja osoonibüroo ja Eesti keskkonnauuringute Keskuse osooniüksus. 1994-1998 – aastal töötati välja Osoonikihti kahandavate ainetevjärkjärgulise käibelt kõrvaldamise
riiklikku program . Programmi kogumaksumus moodustas 13 miljonit krooni.
6. juulil 2002 kiitis Valitsus heaks Montreali protokolli, mille Riigikogu ratifitseeris
need 23.okt.2002. aastal. Iga Montreali protokolli osapool peab kindlustama täieliku kontrolli osoonikihti kahandavate ainete tootmise, kasutamise, impordi ja ekspordi üle.
Üheks põhiliseks probleemiks on haloonid. Haloone sisaldavad tuletõrjesüsteemid ja
tulekustutid peavad olema demonteeritud enne 31. detsembrit 2003. teiseks põhiprobleemiks on metüülbromiid. Alates 1991. aastatst meil metüülbromiidi importijaid ei olnud, kuid taimetoodangu inspektsioon väljastas metüülbromiidi kasutamise lube teatamata Keskkonnaministeeriumit.

Kasutatud kirjandus:

http://www.klab.ee/Osoonibyroo/O3K_kirjeldus.ht m, 11.03.08.
http://math.ut.ee/tyybel/manual5.html , 11.03.08
http://www.va.ttu.ee/~erkie/osoon/osoonileht1.html#punkt23 , Erki Eessaar
Keskkonnaministeerium. Päike, osoonikiht ja inimene. Tallinn, 2007.