Osooni augud - Referaat (0)

Tallinna Ülikool
Robert Ginter
Osooni augud
Referaat
Juhendaja : Kalle Truus
Tallinn 2015

Sissejuhatus

Maailmas süvenevad globaalprobleemid. Need ei mõjuta enam üksikuid inimgruppe ja ökosüsteeme, vaid hõlmavad kogu maakera.
Atmosfääris suureneb antropogeensete saasteainete hulk. Kuigi nende sisaldus õhus on suhteliselt väike, mõjutavad need oluliselt atmosfääris toimuvaid protsesse. üheks globaalprobleemiks on kujunenud atmosfääri saastatusest tingitud osoonikihi õhenemine. Osoonikiht on kaitseekraan, mis neelab suure osa elusloodusele ohtlikust ultraviolettkiirgusest. Osoon on kogu eluslooduse seisukohalt väga vastuoluline ja tähtis gaas . Stratosfääris moodustavad osooni molekulid osoonikihi, mis kaitseb elusloodust surmava annuse ultraviolettkiirguse eest. Osoonikihi tekkimine oli väga tähtsaks elusorganismide arengu eelduseks . Seepärast on väga oluline saada võimalikult palju infot osoonikihi olukorra ja seda mõjutavate tegurite kohta.1
Osoonikihi talvine hõrenemine Antarktika kohal, mida nimetatakse osooniauguks, leiab aset alates 1970ndate lõpust . Teadlased märkasid stratosfääri osooni hulga olulist vähenemist Antarktika kohal 1980ndate aastate alguses. 2
Kõige suuremad osooniaugud esinevad Antarktikas , kus tuuled tekitavad õhukeeriseid ning aitavad osoonikihti lagundavatel ainetel atmosfääris püsida. Külmutusseadmetest ja lahustitest pärinevad kloori, fluori ja broomi sisaldavad süsivesinikud lõhuvad atmosfääri ülakihtidesse jõudes kolmest hapniku aatomist koosnevaid osoonimolekule.
Lõunapoolkeral ongi osooni hulga vähenemise mõju kõige tuntavam ning seal elavad inimesed saavad kõige rohkem nahka ja silmi ohustavat UV-kiirgust.3

Osoon

Osoon on hapniku allotroopne vorm – trihapnik . Ta esineb atmosfääris looduslikult. Osooni hulk atmosfääris on väga oluline, kuna kaitseb elusorganisme Maal kahjuliku ja isegi hukutava ultraviolettkiirguse (UV) eest. Kaugetel ajalooliste epohhidel, kui atmosfääris ei olnud veel hapnikku ja osooni, võis elu areneda vaid ookeanis, veekihi kaitse all. Primitiivne taimestik vetikate näol eraldas ilmselt atmosfääri hapnikku ja paleosoikumi alguseks oli olemas juba 1% praegusest hapniku hulgast, nõnda et atmosfääris tekkinud osoonikiht tõusis Maa pinna kohale. Kambriumi perioodil (510–430 milj. aastat tagasi) arenes elu hoogsalt edasi kõigis oma vormides , lõppes vetikate ja seente võidukäik. Nõnda toimus nn suur evolutsiooniline plahvatus. 4
Osoon on palju reageerivam kui O2. See on väga tugev oksüdeerija, ainus tugevam element on floor . Seda kasutatakse keemia tööstuses valgendajana vahade, õlide ja tekstiilide jaoks ning desodeerimis vahendina. Kuna see on bakteritele väga surmav, siis seda kasutatakse tihti õhu ja joogivee puhastamiseks . Osooni toodetakse tavaliselt hapniku gaasi või õhust elektrolüüsi teel. Selle abil saadakse dihapniku ja osooni segu, mis on sobiv enamusteks tööstuslikeks vajadusteks. Kuna osoon on väga reaktiivne ja ebapüsiv, siis selle puhtal vormil tootmine on väga keeruline ning ohtlik ja see tõttu tehakse seda harva.5
Osoon võib ka tekkida kui O2 ja NO2 segunevad ja on tugeva valguse all. Sellised segud esinevad väga saastatud õhuga linnades. NO2 kontsentratsioon on tavaliselt madal, kuna N2 ja O2 ei reageeri omavahel tavalistel temperatuuridel.6
Graafik 1Osooni tekke ja lagunemine

Osooni kiht

Kuigi osoon paikneb väikestes kogustes terves atmosfääris alates maapinnast kuni umbes 95 kilomeetrini, paikneb enamus osoonist (ca 90 protsenti) stratosfääris, mis asub 10-50 kilomeetri kõrgusel maapinnast. Meie laiuskraadil on osooni kõige rohkem 20-22 kilomeetri kõrgusel. Maapinnalähedase kihi (troposfääri) piiridesse mahub umbes 10 protsenti kogu atmosfääris leiduvast osoonist.7
Osooni olemasolu atmosfääris on teada olnud 1923 aastast. Siis avastati meteooride jälgede uurimisel umbes 50 km kõrgusel paiknev suhteliselt kõrge temperatuuriga kiht, mida nüüd tuntakse stratopausina. Sellise temperatuuri ainus mõistlik seletus oli teatava osoonihulga olemasolu stratosfääris. Temperatuuri tõusu stratosfääris põhjustab nähtava ja infrapunase kiirguse neeldumine osoonikihis. Geofüüsikaliselt on osoonikiht 10-50 km kõrgusel maapinnast Maad ümbritsev osooni ehk " trihapniku " kiht. See kiht moodustab osonosfääri, kuhu on koondunud osooni põhimass ning valitseb habras tasakaal osooni tekkimise ja lagunemise vahel. Osooni leidub atmosfääris alates maapinnast kuni 90 km kõrguseni. Samas on õhus osooni äärmiselt vähe (looduslikes tingimustes maapinna lähedal 10-6 - 10-7 mahuprotsenti. Stratosfääris on osooni 5-10 korda rohkem, kui maapinnal.Tema hulk hakkab kiiresti kasvama tropopausis (umbes 10 km kõrgusel).8 Graafik 2Osooni kiht atmosfääris
Osoonikihi tähtsus seisneb selles, et see neelab Päikeselt lähtuvat lühilainelist ultraviolettkiirgust. Osoonikiht toimib filtrina ning tõkestab kahjuliku UV-B kiirguse jõudmise maapinnale olulisel määral.9

Osooni augud

Osooni auk ei ole tegelikult auk kus osoon täielikult puudub, vaid pigem on sellel alal tunduvalt vähem osooni.10
Osoon osoonikihis on lõhutud kloori aatomite poolt klorofluorosüsinikust (CFC) molekulidest ja broomi aatomite poolt haloonides. CFC ja haloonid on inimeste toodetud ning neid kasutatakse paljudes erinevates toodetes, nagu külmutus vahendites, anestesioloogias, aerosoolides, tulekustutusvahendites ja materjalide nagu benoplasti valmistamises. Esialgu usuti, et need on täiesti ohutud ning tava temperatuurides need probleeme ei tekitanud, kuid kui need tekitasid probleeme atmosfääri ülemistes kihtides.
Kui CFC jõuab atmosfääri ülemistesse kihtidesse siis need lagunevad UV valguse all, mille käigus vabaneb kloori aatom . Need kloori aatomid aga reageerivad osooniga, lõhkudes nende molekulid mille tagajärjel osoon kaob. Kloori aatomid vabanevad jälle järgnevate reaktsioonide käigus – see tõttu saab üks kloori aatom hävitada kuni 100,000 osooni molekuli11
Osooniaugu ajalugu Esimest korda märgati osooni vähenemist alumises stratosfääris Antarktika kohal 1970-ndatel Briti Antarktika Ekspeditsiooni (BAS) poolt. Folkloor “räägib”, et kui 1985. a tehti osoonimõõtmisi, siis osooni vähenemine stratosfääris oli nii tugev, et teadlased arvasid, et nende instrumendid ei ole korras. Ehitati uued riistad ja pandi tööle ning kui need kinnitasid mõned kuud hiljem eelnevaid mõõtmisi, tunnistati, et osooni vähenemine on tõepoolest aset leidnud.12
Osoonikadu pole piirdunud vaid Antarktikaga, peaaegu samal ajal saadi esimesed kindlad tõendid selle kohta, et osooni vähenemine on toimunud ka tihedalt rahvastatud põhjapoolkera kesklaiustel. Kuid erinevalt äkilisest ja peaaegu täielikust osooni kadumisest Antarktikas teatud kõrgustel, osoonikadu kesklaiustel on palju väiksem ja palju aeglasem – ainult mõned %-d aastas. Kuid see on siiski vägagi murettekitav trend ja on seetõttu intesiivse teadusliku uurimise objekt tänapäeval.13
Maa atmosfääri koostise inimtekkelise muutumise takistamiseks on sõlmitud mitmeid rahvusvahelisi kokkuleppeid. Kõigepealt asuti pidurdama omamaist ja piiriülest õhusaastet. Seda põhjustasid peamiselt tööstuslikult arenenud riigid, kus ka piirangutega alustati. Aga riigid, kellel varem arenguvõimalusi polnud, tahavad ka edasi liikuda , ning tänaseks ongi õhu saastamine koos tööstusega kolinud sinna, kus varem oli õhk üsna puhas, aga rahvas vaene.
Viimastel kümnenditel on peaaegu kõiki olemasolevaid riike puudutavate kokkulepete suurteks eesmärkideks olnud stratosfääris paikneva osoonikihi säilitamine ja kasvuhoonegaaside atmosfääri paiskamisest tingitud globaalse soojenemise pidurdamine. Üldsus tunneb neid kokkuleppeid Montreali ja Kyōto protokolli nime all.
Graafik 3Hõrenenud osoonikiht Euroopa kohal
14

Osoonikihi kaitse

Erinevad riigid on läbi viinud paljusid erinevaid kokkuleppeid, et säästa osooni kihti edasist hõrenemest ja aidata selle taastumist.
Osoonikihi ühise kaitsmise meetmed näeb ette 1985. aastal sõlmitud ÜRO osoonikihi kaitsmise Viini konventsioon ja selle juurde kuuluv 1987. aastal sõlmitud osoonikihti kahandavate ainete Montreali protokoll , millega on liitunud 195 riiki (Eesti ühines nii Viini konventsiooniga kui ka Montreali protokolliga 1996. aastal). Montreali protokoll on üks tulemuslikumaid ülemaailmseid keskkonnalepinguid – ilma selles loetletud abinõude rakendamiseta väheneks Maad kaitsev osoonikiht aastaks 2050 poole võrra. See tooks kaasa miljoneid nahavähi ja silmakae lisahaigestumisi.15
Paljud osoonikihti kahandavad ained on kogu maailmas juba suures osas kasutuselt kõrvaldatud. Paraku küünib nende ainete eluiga kuni paarisaja aastani, mis tähendab, et isegi päevapealt nende kasutamise lõpetamine annaks tulemusi alles aastate pärast. Seega – isegi kui kõik riigid täidavad kõiki Montreali protokollis sätestatud kohustusi, siis võib alles selle sajandi keskpaigaks (2050) osoonikiht taastuda ja saavutada eelmise sajandi 80. aastate taseme.
Osooni valdkonda korraldab välisõhu kaitse seadus ning Vabariigi Valitsuse määrused „Osoonikihti kahandavatele ainetele esitatavad nõuded” ja 2008. aastal jõustunud „Osoonikihti kahandavate ainetega seotud toimingutele esitatavad nõuded ning seadmes sisalduvate osoonikihti kahandavate ainete või fluoreeritud kasvuhoonegaaside kogusest aruandmise kord ja aruande vormid”.
Erinevate riikide valitsused ühendasid oma jõud mures osoonikihi saatuse nimel, võttes 1985. aastal vastu osoonikihi kaitsmise Viini konventsiooni. Eesti ühines konventsiooniga 1996. aastal.16
Montreali konventsioon
Montreali protokoll on rahvusvaheline õigusakt stratosfääri osoonikihi kaitseks. Osoonikihi all mõeldakse 1985. aasta Viini konventsiooniga määratletud maalähedasest õhukihist kõrgemal, peamiselt stratosfääris paiknevat osooni. Veerand sajandit tagasi – septembris 1987 – võtsid sellele konventsioonile alla kirjutanud riigid vastu osoonikihti kahandavate ainete Montreali protokolli. Eesti ühines sellega 1996. aastal ja protokoll jõustus Eesti suhtes 15. jaanuaril 1997. Montreali protokoll on rahvusvaheline kokkulepe, mis sisaldab endas osoonikihti kahandavate ainete tootmise ja kasutamise vähendamise või lõpetamise tähtaegu ning reguleerib nende ainetega kauplemist riikide vahel.
Montreali protokolli ja selle hilisemate täienduste lõppeesmärk on osoonikihti kahandavate ainete ja neid sisaldavate toodete valmistamise ja kasutamise täielik lõpetamine kogu maailmas. Vastavalt protokolli sätetele peab iga osapool kindlustama täieliku kontrolli osoonikihti kahandavate ainete tootmise, kasutamise, impordi ja ekspordi üle. Montreali protokolli on hiljem täiendatud Londoni (1990), Kopenhaageni (1992), Viini (1995), Montreali (1997) ja Pekingi (1999) täpsustavate ning karmistavate lisadega .17
Erikontrolli all on Montreali protokolli lisa A ja B ained:

• klorofluorosüsinikud (CFC-d);
  
• muud täielikult halogeenitud klorofluorosüsinikud (muud CFC-d);
  
• haloonid;
  
• tetrakloorsüsinik;
  
• 1,1,1-triklooroetaan.
  

Samuti kuuluvad Montreali protokolli alla järgmised ained:

• Metüülbromiid;
  
• HCFC-d;
  
• HBFC-d;
  
• bromoklorometaan.18
  

Kyōto protokoll

11. detsembril 1997. aastal võeti Jaapanis Kyotos kliimamuutuste raamkonventsiooni osapoolte kolmanda konverentsi raames vastu Kyoto protokoll. See konventsiooni rakendusakt mõjutab kõiki suuremaid majandussektoreid ja on kõige kaugemale ulatuva mõjuga keskkonna- ja säästva arengu kokkulepe, mis kunagi vastu võetud.
Eesti ühines Kyōto protokolliga 1998. aastal. Eestil tuli ajavahemikus 2008–2012 kasvuhoonegaaside heitkoguseid vähendada kaheksa protsenti võrreldes 1990. aasta mahtudega.19
Kyōto protokolliga reguleeritakse kuue peamise kasvuhoonegaasi emissioone. Protokolli mõjusfäärist jäävad välja lennundus ja merendus ning protokoll ei käsitle Montreali protokolliga reguleeritud gaaside heitkoguste vähendamist. Kasvuhoonegaaside potentsiaalset efekti iseloomustatakse nende globaalsoojenemise tekitamisvõimega ( global warming potential, GWP) võrrelduna süsinikdioksiidi omaga . Globaalsoojenemise tekitamisvõime näitab, kui suure panuse annab konkreetne kasvuhoonegaas globaalsoojenemisse. See sõltub gaasi infrapunakiirguse neeldumisribade asukohast spektris ja gaasi elueast atmosfääris. Montreali protokolliga keelatud gaasidel ja nende lubatud asendajatel on kõigil peale osoonikihi kahandamise potentsiaali (ozone depleting potential, ODP) arvestatav globaalsoojenemise tekitamisvõime.20

Eesti roll osooni kaitsmises

Osooniaukude tekke võimalused säilivad veel mitukümmend aastat. Sajandi teisel poolel normaliseerub stratosfääri keemiline koostis ja vaatamata veelgi külmemale stratosfäärile ei teki osooniauku põhjustavat õhu anomaalset keemilist koostist.21
Osoonikihi paksuse mõõtmise ajalugu pole Eestis kuigi pikk, kuid vaatluste aja jooksul on osoonikihi paksus püsinud normi piires. Näiteks 1993/1994 vahetusel täheldati osoonikihi paksuses suuri sesoonseid muutusi, mis aga jäid normi piiridesse. "Mõõdetud osooni koguhulga väärtused on olnud vahemikus 320-430 DU, mis näitab, et võimalikke ajutisi õhenemisi pole veel tabatud" (Kübarsepp,Pehk,Veismann 1994, lk. 7)(lisa 3) Samas võisid lühiajalised osoonikihi õhenemised jääda registreerimata, sest U.Veismanni andmeil tehti Tõraveres 1994. aastal osoonikihi paksuse mõõtmisi ainult 80 päeval (21,9% võimalikest vaatluspäevadest).22
„Eesti keskkonnastrateegia aastani 2030” seab eesmärgiks kõrvaldada järk-järgult nii tööstusest kui ka kodumajapidamistest osoonikihti kahandavad tehisained. Kodumajapidamistes kasutusel olevate freoonide kohta ei ole statistilist ülevaadet, kuid tööstustes/ettevõtetes on haloonide ja freoonide kasutuselevõtmine oluliselt vähenenud . Nende asemel on hakatud kasutama osoonikihile ohutuid, kuid väga kõrge GWP-ga fluorosüsivesinikke (HFC). (GWP – Global Warming Potential, globaalset soojenemist põhjustav potentsiaal).
Eesti saavutused:

• osoonikihti kahandavate ainete kasutamine Eestis on 98% ulatuses lõpetatud ;
  
• on moodustatud osoonikihti kahandavate ainete kasutamise, kogumise ja korraldamisega tegelevad asutused ning kord;
  
• on kehtestatud pädevusnõuded osoonikihti kahandavaid aineid sisaldavate seadmetega tegelevatele mehaanikutele ning tehnikutele;
  
• täielikult halogeenitud freoonide (CFC) ja osaliselt halogeenitud freoonide (HCFC) kasutuselevõtmine on oluliselt vähenenud.23
  

Osooniaukude kahanemine

USA kosmoseagentuuri NASA satelliidi poolt kogutud andmed viitavad , et Antarktika kohal laiuva osooniaugu pindala jääb püsivalt alla 12 miljoni ruutkilomeetri alates 2040. aastast. Osooniaukude täielikku paranemist võib oodata sajandi lõpul.
NASA paari aasta eest orbiidile saadetud satelliidi poolt kogutud andmetel põhinev analüüs näitab nüüd, et osooniaaukude pindala väheneb aeglaselt, kuid järjekindlalt. Aastast 2040 peaks Antarktika osooniaaugu pindala jääma järjepidevalt alla 12 miljoni ruutkilomeetri, ületades Euroopa pindala vähem kui kahe miljoni ruutkilomeetri võrra. Koostatud mudelite põhjal peaksid uute osooni kahjustavate ühendite õhku paiskamiset augud mõlema pooluse kohalt kaduma sajandivahetuseks.24
Osoonikihi taastumine toimub teistsugustes klimaatilistes tingimustes võrreldes nendega, milles hakkas avalduma selle hõrenemine. Kuigi räägitakse globaalsest soojenemisest, tuleb meeles pidada, et maalähedases õhukihis ja troposfääris tervikuna kasvuhoonegaasid tõepoolest soojendavad atmosfääri, kuid stratosfääris need hoopis jahutavad seda. Maalähedase õhukihi globaalse keskmise temperatuuri kasvu hinnatakse kümnendikes kraadides, stratosfääri alumised kihid on keskmiselt jahtunud juba kahe kraadi võrra ja 50 kilomeetri kõrgusel paiknev stratopaus ligi kaheksa kraadi võrra. Troopilise ookeani pinnakihi soojenemine ligi ühe kraadi võrra on loonud senisest soodsamad tingimused õhu ülesvooluks troposfäärist stratosfääri.25
Osooniaukude tekke võimalused säilivad veel mitukümmend aastat. Sajandi teisel poolel normaliseerub stratosfääri keemiline koostis ja vaatamata veelgi külmemale stratosfäärile ei teki osooniauku põhjustavat õhu anomaalset keemilist koostist.

Sisukord

Sissejuhatus 2
Osoon 3
Osooni kiht 5
Osooni augud 6
Osoonikihi kaitse 8
Kyōto protokoll 10
Eesti roll osooni kaitsmises 11
Osooniaukude kahanemine 12
Kasutatud kirjandus 14

Kasutatud kirjandus

http://staff.ttu.ee/~eessaar/osoon/osoon_sisu.html
http://www.klab.ee/o3/osoonikiht/auk/
http://www.novaator.ee/ET/kliima/kas_maa_osoonikiht_taastub/
http://ael.physic.ut.ee/KF.Private/Piia.Post/meteo/osoon.pdf
http://www.horisont.ee/node/1851
http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/ozone/ozone.html
http://www.envir.ee/et/osoon-ja-osoonikiht
http://www.klab.ee/o3/osoonikiht/
http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html
https://www.uow.edu.au/~sharonb/HoleStory/intro/intro3.html
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JD022295/abstract
1 http://staff.ttu.ee/~eessaar/osoon/osoon_sisu.html
2 http://www.klab.ee/o3/osoonikiht/auk/
3 http://www.novaator.ee/ET/kliima/kas_maa_osoonikiht_taastub/
4 http://ael.physic.ut.ee/KF.Private/Piia.Post/meteo/osoon.pdf
5 http://www.horisont.ee/node/1851
6 http://scifun.chem.wisc.edu/chemweek/ozone/ozone.html
7 http://www.envir.ee/et/osoon-ja-osoonikiht
8 http://staff.ttu.ee/~eessaar/osoon/osoon_sisu.html
9 http://www.klab.ee/o3/osoonikiht/
10 http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html
11 https://www.uow.edu.au/~sharonb/HoleStory/intro/intro3.html
12 http://ael.physic.ut.ee/KF.Private/Piia.Post/meteo/osoon.pdf
13
14 http://www.horisont.ee/node/1851
15 http://www.bioneer.ee/eluviis/loodus/aid-5594/Osoonikihi-kaitsmine-on-riikide-%C3%BChine-eesm%C3%A4rk
16 http://www.klab.ee/o3/meetmed/
17 http://www.horisont.ee/node/1851
18 http://www.klab.ee/o3/meetmed/montreali-protokoll/
19 http://www.envir.ee/et/kyoto-protokoll
20 http://www.horisont.ee/node/1851
21 http://www.horisont.ee/node/1851
22 http://staff.ttu.ee/~eessaar/osoon/osoon_sisu.html
23 http://www.bioneer.ee/eluviis/loodus/aid-5594/Osoonikihi-kaitsmine-on-riikide-%C3%BChine-eesm%C3%A4rk
24 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014JD022295/abstract
25 http://www.horisont.ee/node/1851