Πέθανε ο νομπελίστας Sherwood Rowland, που έκρουσε τον κώδωνα του κινδύνου για τη μείωση του στρώματος του όζοντος

Ο χημικός Sherwood Rowland ήταν ο πρώτος που υποψιάστηκε ότι το προστατευτικό στρώμα του όζοντος της Γης μειώνεται από ανθρωπογενείς χημικές ουσίες. Έτσι το 1974 δημοσίευσε μια μελέτη σχετικά με τους κινδύνους από τις τότε δημοφιλείς ενώσεις, που χρησιμοποιούσαμε σε πολλές συσκευές και ψυγεία, τους χλωροφθοράνθρακες ή CFC.

Τις ιδέες του χλεύασαν ορισμένοι άλλοι επιστήμονες και ιδιαίτερα αυτοί της χημικής βιομηχανίας. Όμως 20 χρόνια αργότερα, ο Sherwood Rowland του Πανεπιστημίου του Irvine κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Χημείας για το σημαντικό έργο του, μαζί με τους Mario Molina του MIT και Paul Crutzen του Ινστιτούτου Max Planck για τη Χημεία.

 Οι υπολογισμοί του Rowland και των συναδέλφων του είχαν ως αποτέλεσμα στα τέλη του 1970 να τεθούν ορισμένοι περιορισμοί στην χρήση των CFC, οι οποίοι έως τότε χρησιμοποιούνταν ευρέως ως ψυκτικά μέσα, ως προωθητικά αέρια σε σπρέι, ως διαλύτες, και ως διογκωτικά αφρωδών πλαστικών.

Ωστόσο έπρεπε να περάσουν πολλά χρόνια, μέχρι το 1985, για να ανακαλυφθεί ότι τα παραπάνω χημικά είχαν δημιουργήσει μια σοβαρή μείωση, ή "τρύπα" όπως λέγεται, στο στρώμα του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική. Έτσι, τότε έγινε μια συνθήκη για την απαγόρευση της χρήσης των χλωροφθορανθράκων - το λεγόμενο Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ.

Βεβαίως, με το έργο του ο Sherwood Rowland έσωσε τον κόσμο από μια μεγάλη περιβαλλοντική καταστροφή. Αγωνίστηκε σκληρά για να πείσει όχι μόνο τους επιστήμονες αλλά και τους πολιτικούς όλου του κόσμου για τα μέτρα που έπρεπε να παρθούν.

Το στρώμα του όζοντος

Μια από τις σημαντικότερες ασπίδες του πλανήτη μας από την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου (UVA και UVB) είναι ένα μεγάλο στρώμα όζοντος (Ο₃), το οποίο βρίσκεται στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας (σε ύψος 20-25 km στη στρατόσφαιρα), και το οποίο λειτουργεί σαν φίλτρο, απαραίτητο για την ύπαρξη της ζωής πάνω στη Γη.

Η έστω και μικρή ελάττωση της μπορεί να προκαλέσει αύξηση των καρκίνων του δέρματος, βλάβες στους οφθαλμούς και ανοσοποιητικό σύστημα αλλά και στα οικοσυστήματα και στη γεωργία.

Η δραματική μείωση του όζοντος στη στρατόσφαιρα (το στρώμα του όζοντος που είναι πάνω από το στρώμα της τροπόσφαιρας στην οποία ζούμε), πάνω από την Ανταρκτική, παρατηρήθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του ΄70 από μία Βρετανική ερευνητική ομάδα που μετρούσε την ατμόσφαιρά της Ανταρκτικής στον ερευνητικό της σταθμό εκεί κάτω. Οι μετρήσεις τους έδειξαν τέτοια σημαντική μείωση, που οι ερευνητές πίστεψαν ότι τα όργανά τους είχαν χαλάσει!

Αλλά εν συνεχεία έγιναν κι άλλες μετρήσεις που απέδειξαν την ύπαρξη μίας γρήγορης και εκτεταμένης καταστροφής της στιβάδας του όζοντος, κυρίως πάνω από την Ανταρκτική.

Ας σημειωθεί ότι η στιβάδα του όζοντος είναι αραιότερη στον Ισημερινό και πυκνότερη στους πόλους, ενώ υπάρχουν τοπικές και εποχιακές διακυμάνσεις. Δημιουργείται από τη δράση της UV ηλιακής ακτινοβολίας πάνω στο οξυγόνο.

Το όζον σε γενικές γραμμές φτιάχνεται από το μοριακό οξυγόνο με την προσθήκη ενός ακόμη ατόμου οξυγόνου, που δημιουργείται από τη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας.

Γιατί όμως καταστρέφεται το όζον στην Ανταρκτική;

Κατά τη διάρκεια του σκοτεινού πολικού χειμώνα στην Ανταρκτική - όπου δεν φθάνει καθόλου φως, αναπτύσσεται ένας ισχυρός άνεμος στην χαμηλότερη στρατόσφαιρα, γνωστός σαν πολικός στρόβιλος (polar vortex), που έχει σαν αποτέλεσμα την απομόνωση του αέρα, πάνω από την πολική αυτή περιοχή. Καθώς δεν υπάρχει καθόλου φως σχηματίζονται σε θερμοκρασίες -80^οC τα καλούμενα πολικά στρατοσφαιρικά σύννεφα (PSCs), που πιστεύεται ότι αποτελούνται από σταγόνες παγωμένου νερού που έχουν διαλύσει νιτρικό οξύ (ΗΝΟ₃). Η δημιουργία των νεφών αυτών παίζει σημαντικό ρόλο για την καταστροφή του όζοντος.

Όταν όμως έρχεται η άνοιξη επιστρέφει και το φως στην Ανταρκτική. Αλλά όχι μόνο το ορατό αλλά και το υπεριώδες με την πλούσια ενέργεια. Για να καταστραφεί, όμως, το όζον Ο₃ απαιτείται πρώτα-πρώτα ατομικό χλώριο, που σχηματίζεται με την δράση του υπεριώδους φωτός πάνω στο μοριακό χλώριο.

Επίσης ρόλο στην καταστροφή του όζοντος παίζουν κι άλλα αλογονούχα προϊόντα, καθώς επίσης και οξείδια του αζώτου ΝΟx.

Οι χλωροφθοράνθρακες ή CFCs, όπως αλλιώς συμβολίζονται, που ελευθερώνουν το χλώριο, είναι βιομηχανικό προϊόν που χρησιμοποιείται σε συσκευές ψύξης, σε αεροσόλ ή σαν διαλύτες. Ενώ τα οξείδια του αζώτου είναι παραπροϊόντα των καύσεων σε αεροπλάνα ή αυτοκίνητα. Είναι χημικά αδρανείς ενώσεις γι' αυτό έχουν και μεγάλο χρόνο ζωής.

Οι παρακάτω εξισώσεις δείχνουν πως συμβαίνει η καταστροφή του όζοντος κυρίως πάνω στην επιφάνεια των πολικών στρατοσφαιρικών νεφών.

Η αποικοδόμηση αυτών των CFCs δίνει όχι μόνο Cl₂ αλλά HCl και ClONO₂ . Ενώ το HNO₃ που σχηματίζεται μένει πάνω στα στρατοσφαιρικά νέφη.

Την άνοιξη όμως πάνω από τους πόλους το Cl₂ , που παράγεται στις πιο πάνω χημικές αντιδράσεις, διασπάται σε ατομικό χλώριο με τη βοήθεια της ηλιακής ακτινοβολίας:

Έτσι είναι όλα έτοιμα για την καταστροφή του όζοντος. Ατομικό χλώριο, υπεριώδης ακτινοβολία και ατομικό οξυγόνο, αλλά για να αρχίσει η καταστροφή του όζοντος χρειάζεται κάτι ακόμη: Μια καταλυτική ουσία.

Πως λοιπόν ξεκινάει ο καταστροφικός κύκλος;

Σε χαμηλές θερμοκρασίες η καταστροφή του όζοντος γίνεται κυρίως ο κύκλος Ι, οπότε είναι κυρίαρχος ο ρόλος του πολικού στρόβιλου (polar vortex). Σε υψηλές σχετικά θερμοκρασίες η καταστροφή γίνεται κυρίως με τον κύκλος ΙΙ.

Έτσι το στρατοσφαιρικό όζον ελαττώνεται με ταχύ ρυθμό που δεν μπορεί να αναπληρωθεί από την παρασκευή του με τις φυσικές διεργασίες.

Αυτή η τεχνητή (με ανθρώπινη παρέμβαση) κατάλυση ενοχλεί εντούτοις την ευαίσθητη, σταθερή ισορροπία των αντιδράσεων (1) έως (9), τόσο πολύ που ξεκίνησε από τότε μια σφαιρική καταστροφή του στρώματος του όζοντος, ιδιαίτερα όμως στους πόλους.

Τα τελευταία χρόνια από μια "τρύπα" που έχει δημιουργηθεί στον Νότιο Πόλο, διέρχεται ανενόχλητη η επικίνδυνη υπεριώδης ακτινοβολία (UVA και UVB) στις περιοχές αυτές. Αλλά και στην υπόλοιπη Γη έχει μειωθεί κατά μέσο όρο 7% το στρώμα του όζοντος, κάνοντας το μέλλον αβέβαιο.

Παρ' όλο που οι χλωροφθοράνθρακες παραμένουν στην ατμόσφαιρα επί δεκαετίες, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι θα απαιτηθούν περίπου 50 χρόνια πριν τα επίπεδα του όζοντος επανέλθουν στις φυσιολογικές τιμές.

Σημαντικό ρόλο βέβαια για την παράταση του προβλήματος παίζει και το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο προκαλεί θέρμανση των κατώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας και πτώση της θερμοκρασίας στη στρατόσφαιρα, συνθήκη ευνοϊκή για τη διάσπαση του όζοντος.

Η επαναφορά του στρώματος του όζοντος θα καθυστερήσει εξαιτίας του φαινομένου του θερμοκηπίου κατά περίπου δέκα χρόνια.

ΠΗΓΗ: www.physics4u.gr, Submitted by admin on Δευτέρα, 12 Μαρτίου 2012