Ostatnio bardzo modne stały się tematy związane z zagrożeniami środowiska naturalnego, rośnie zainteresowanie sposobami unikania klęsk ekologicznych. Wśród wielu ważnych zagadnień na uwagę zasługuje przede wszystkim problem dziury ozonowej. Szum jaki się wytworzył wokół tej kwestii sprawił, że ludzie powszechnie wiedzą, że zjawisko to stanowi wielkie zagrożenie. Jednak istota problemu dziury ozonowej w wielu wypadkach jest nieznana.

Dziura ozonowa to wyraźne zmniejszenie grubości warstwy ozonu występującej w atmosferze. Ozon może występować równie dobrze blisko powierzchni Ziemi (troposfera), jak i na wysokości od kilku do ponad czterdziestu kilometrów nad jej powierzchnią (stratosfera). Jego obecność w troposferze jest niekorzystna dla środowiska, ponieważ działa trująco na organizmy żywe oraz wywołuje efekty typowe dla gazów cieplarnianych. Warstwa ozonowa, o której tyle się mówi, znajduje się w wyższych warstwach atmosfery, a dokładniej - w stratosferze. Tam spełnia niezwykle ważną funkcję - chroni Ziemię przed niebezpiecznym promieniowaniem ultrafioletowym, które nieustannie emitowane jest przez Słońce. Zjawisko dziury ozonowej dotyczy zubożenia właśnie tej warstwy ozonu nazywanej także ozonosferą.

Ozon jest rozmieszczony dość luźno w ozonosferze. Istnieje specjalna jednostka, w której mierzy się koncentrację tego gazu. Jest to dobson oznaczany D (nazwa pochodzi od nazwiska człowieka, który jako pierwszy skonstruował przyrządy pomiarowe). Średnio warstwa ozonowa ma grubość 300 D. Jednak ozon jest rozmieszczony nierównomiernie nad powierzchnią Ziemi, np. nad równikiem warstwa ozonowa ma tylko około 250 D. Różnice spowodowane są między innymi wiatrami stratosferycznymi, które spychają masy powietrza bogate w ozon w kierunku biegunów. Gdyby nie wiatry najgrubsza warstwa ozonu występowałaby na wysokości około 30 kilometrów nad równikiem. W rzeczywistości półkula północna naszego globu jest bogatsza w ozon, który znajduje się około 25 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Największy transport ozonu występuje, gdy na określonej półkuli noc polarna dobiega końca.

Warto wyjaśnić sobie czym w istocie jest ozon. Pod względem chemicznym jest to gaz, którego cząsteczki składają się z 3 atomów tlenu (zapisujemy go więc jako O3). Powodem, dla którego jest on tak ważny jest jego ochronne działanie zatrzymujące promienie UV. Promieniowanie ultrafioletowe, powstaje z przekształcenia promieniowania rentgenowskiego pochodzącego ze Słońca przez wytracenie energii. Dzieje się to we wnętrzu tej gwiazdy - energia jest tracona w wyniku milionów zderzeń z materią pod postacią plazmy. Pierwotne promieniowanie rentgenowskie zmienia swoją naturę jeszcze przed dotarciem do powierzchni Słońca. Ziemia bombardowana jest m.in. promieniowaniem podczerwonym, widzialnym i nadfioletowym. Zakres światła widzialnego wykorzystywany jest przez organizmy żywe w bardzo różny sposób, na ogół jednak ma to pozytywne znaczenie. Promieniowanie nadfioletowe nie jest już tak korzystne. Wysokoenergetyczną część jego widma w znacznym stopniu pochłaniać może atmosferyczny azot i tlen. Pozostaje jeszcze widmo o niższej energii, którego te gazy wychwycić nie potrafią. Jeśli będzie przenikać istoty żywe może doprowadzić do poważnych problemów zdrowotnych (dotyczy to także roślin). Są wyjątki, np. najniżej energetyczne promienie UV pobudzają organizm ludzki do wytwarzania witaminy D. Jednak zbyt wysoka dawka prowadzić będzie do poważnych zaburzeń (powodem jest m.in. wywoływanie przez UV zmian w strukturze DNA). Warstwa ozonowa zatrzymuje dużą część promieniowania UV, dzięki czemu jesteśmy nastawieni na nieszkodliwe dawki.

W jaki sposób pochłaniane jest UV? Promieniowanie, aby zbliżyć się do Ziemi, najpierw musi przejść przez stratosferę. Tam napotyka na trójatomowe cząsteczki ozonu i oddziałuje na nie tak, że rozpadają się one na stabilne cząsteczki tlenu dwuatomowego (O2) i niezwykle reaktywne, pojedyncze atomy tlenu (O). Dość szybko dochodzi do ponownego połączenia tych drobin ( możliwe są różne kombinacje, np. atomy tlenu utworzą dwuatomową cząsteczkę tlenu). W wyniku tych procesów energia promieniowania zostaje pochłonięta, a więc w znacznym stopniu niwelowane jest szkodliwe działanie. W naturze zawartość ozonu jest mniej więcej stała, gdyż istnieje stan równowagi chemicznej. Jednak istnieją czynniki zaburzające tę równowagę, a wtedy ilość ozonu maleje - jest to zjawisko bardzo niepokojące.

Zjawisko dziury ozonowej zaobserwowano po raz pierwszy w latach osiemdziesiątych XX wieku. W 1982 roku w brytyjskim ośrodku badawczym "Halley Bay" na Antarktydzie grupa naukowców pod przewodnictwem dr. Joe Formana odkryła zanik znacznej części warstwy ozonowej nad obszarem wokół bieguna. W tym samym czasie stacja meteorologiczna należąca do NASA prowadziła podobne pomiary, które nie potwierdziły poważnych zmian w strukturze ozonosfery. Sprzeczne wyniki wkrótce zostały wyjaśnione - komputery z NASA były wyposażone w oprogramowanie, które nie przewidywało takiego stanu rzeczy i wobec tego sygnały o tak znacznym zaniku ozonu zostały zignorowane. Pomiar wykonany pięć lat później wskazał, że ilość ozonu nad biegunem spadła o 50% w stosunku do ilości obserwowanych przed pojawieniem się dziury ozonowej.

Kilka lat wcześniej, w roku 1971 dwaj chemicy - dr Mario Molin i prof. Sherwood Roland postawili hipotezę, że freony mają szkodliwy wpływ na ozonosferę. Związki te to stosunkowo niewielkie cząsteczki zbudowane z węgla, chloru i fluoru, w skrócie oznacza się je jako CFC. Dawniej były powszechnie używane m.in. w instalacjach chłodniczych, w medycynie, korzystano z nich przy produkcji kosmetyków, lakierów i wszelkich konstrukcji rozpylających. Znane były już w czasie II wojny światowej, kiedy to próbowano uchronić się przed malarią zwalczając komary środkami rozpylanymi w powietrzu (zwierały one freony). Odkrycie tych związków początkowo wywołało wielką euforię wśród ludzi, ponieważ wydawało się, że są idealne. Testy wykazały, że są wysoce niereaktywne, a więc nie powodują korozji, są nierozpuszczalne w wodzie, nie podrażniają skóry. Co więcej nie miały tendencji do gromadzenia się w niższych warstwach atmosfery, co oznaczało, że nawet potencjalnie nie stwarzają zagrożenia dla organizmów żywych. Jednak po przeprowadzeniu dokładniejszych badań okazało się, że zalety tych związków takie jak lekkość czy nieaktywność chemiczna są w istocie bardzo uciążliwe. Uwolnione do ozonosfery, CFC mogą w niej pozostać przez okres około stu lat! Pozornie idealne okazały się być największym zagrożeniem dla warstwy ozonowej.

W jaki sposób freony niszczą ozon? Wszystko zaczyna się od momentu, w którym CFC rozpadną się na chlor, węgiel i fluor w wyniku działania promieniowania UV. Węgiel może się spalić, co raczej nie ma wpływu na ozon. Prawdziwe zagrożenie stanowią natomiast chlor i fluor. Pierwiastki te reagują z ozonem rozpoczynając cały szereg reakcji łańcuchowych. W efekcie tworzą się tlenki i dwuatomowe cząsteczki tlenu. Chlor i fluor nie zużywają się w trakcie reakcji, więc mogą brać udział wielu takich cyklach. Można sobie wyobrazić ile ozonu może zniszczyć 1 cząsteczka CFC przez 100 lat. Hipoteza o szkodliwość freonów negowana była przez producentów aerozoli. Jednak wyniki badań jednoznacznie wskazywały na słuszność poglądów Rowland'a i Molin'a. Freony trafiły na listę związków niebezpiecznych dla środowiska naturalnego. Obok CFC do związków niszczących ozon zaliczamy także gazowe węglowodory (głównie metan CH4) i tlenki azotu( mogą trwać w atmosferze do 150 lat)

Warto zdać sobie sprawę z tego, że ubytek nawet 1% ozonu może doprowadzić do poważnego wzrostu ilości promieniowania ultrafioletowego docierającego do powierzchni Ziemi. Istoty żywe nie są bezbronne wobec UV, wytwarzają pewne substancje ochronne. Jednak jeśli dawka promieniowania jest zbyt duża systemy obronne są niewystarczające i dochodzi do zaburzeń w funkcjonowaniu organizmu. Badania wskazują, że większość roślin jest w jakimś stopniu wrażliwa na UV. Dotyczy to głównie zbóż i innych roślin uprawnych. Uszkodzenia tych roślin powodują zmniejszenie plonów. Niszczenie układów fotosyntetycznych prowadzi do zaburzeń w naturalnym obiegu dwutlenku węgla w przyrodzie, niższa jest produkcja tlenu. Pociąga to za sobą dalsze konsekwencje, które można by wymieniać bez końca. Promieniowanie UV wpływa na życie nie tylko organizmów lądowych ale i wodnych, gdyż może z łatwością przenikać do wody na głębokość do kilkunastu metrów. Szczególnie podatny na szkodliwy wpływ promieni nadfioletowych jest plankton. Jest on podstawą wielu łańcuchów troficznych. Załamanie się ilości organizmów planktonicznych szybko odbija się także na dalszych ogniwach łańcucha pokarmowego, spada liczebność ryb a w dalszej kolejności - ptaków morskich. Promieniowanie UV może wpłynąć negatywnie na liczebność ryb również przez uszkodzenie ich ikry. Zagrożone są też skorupiaki do których zaliczają się m.in. krewetki czy kraby.

Wyżej wymienione konsekwencje odbijają się na gospodarce człowieka. Cierpi również bezpośrednio organizm ludzki. Promieniowanie ultrafioletowe upośledza układ odpornościowy, co wywołuje większą podatność na infekcje czy choroby pasożytnicze. Uszkadzane jest DNA w komórkach, powstają mutacje a to jest pierwszy krok do pojawienia się nowotworu. Najczęściej promienie UV wywołują raka skóry, gdyż skóra jest najbardziej wystawiona na ich działanie. Nie zawsze rozwija się nowotwór, ale zawsze promieniowanie UV powoduje szybsze starzenie się skóry. Wrażliwe są też oczy - ultrafiolet jest częstą przyczyną powstania jaskry. Dziura ozonowa jest więc niezwykle poważnym problemem. Trzeba podjąć wszelkie możliwe działania, żeby uniknąć dalszego tworzenia się ubytków w ozonosferze. Nawet gdyby udało się całkowicie zaprzestać używania freonów to problem nie zniknie, gdyż to co zostało już wyemitowane do atmosfery będzie wyrządzać szkody jeszcze przez dziesiątki lat. A przecież freony nie zostały jeszcze całkowici wyeliminowane z gospodarki. Trzeba jednak przyznać, że podejmowane są liczne inicjatywy mające na celu walkę z powiększaniem się dziury ozonowej. Jedną z nich jest Protokół Montrealski, który podpisało wiele krajów, m.in. Polska.

Niestety nie zawsze postanowienia traktatów są w pełni przestrzegane. To dodatkowo oddala nas od stanu sprzed roku 1982, powrót do niego może nastąpić dopiero po około stu latach. Póki co nie pozostaje nam nic innego jak chronić się przed negatywnym wpływem nadmiernej dawki promieniowania UV na nasze zdrowie. W tym celu trzeba unikać dłuższego opalania się, zwłaszcza około południa, kiedy promieniowanie jest najintensywniejsze. Dobrze jest też używanie kremów zawierających specjalne ochronne filtry. Pamiętajmy o naszych oczach i chrońmy je odpowiednio okularami przeciwsłonecznymi. Dobierajmy je mądrze, tzn. kupujmy tylko te wykonane ze specjalnego szkła zatrzymującego promienie UV. Zwyczajne przyciemniane szkła nie dość, że nas nie chronią, to jeszcze szkodzą. Doprowadzają one do rozszerzania się źrenic, a więc większa ilość promieniowania dostaje się do oka. W ten sposób oko jest bardziej narażone w takich okularach niż bez jakiejkolwiek bariery.

Jak widać związki, które wydawały się być bez skazy okazały się być substancjami bardzo kłopotliwymi. Potwierdził się powodzenie: "Nie wszystko złoto, co się świeci". Jest to przestroga dla ludzkości na przyszłość, żeby nie ufać rozwiązaniom, które wydają się bezproblemowe. Może się bowiem okazać, że cena jaką będzie trzeba zapłacić będzie zbyt wysoka. Tak było w przypadku freonów, które w dużej mierze przyczyniły się do powstania dziury ozonowej.