Wszechobecny w naszym życiu pojemnik z aerozolem jest urządzeniem powszechnie znanym, używanym do rozpylania dezodorantów, farb czy środków owadobójczych. Jednakże we wczesnych latach 70-tych stało się jasne, że rozpowszechnianie się „sprayów” prowadzi do poważnego zagrożenia środowiska naturalnego.
Warstwa ozonowa jest pasmem atmosfery rozciągającym się od ok. 20 do 40 km ponad powierzchnią Ziemi. Ozon (O3, opisany poniżej) na mniejszych wysokościach jest groźny dla organizmów żywych, ale jego obecność w wyższych warstwach atmosfery ma podstawowe znaczenie, ponieważ dział on jak tarcza chroniąca Ziemię przed intensywnym nadfioletowym promieniowaniem słonecznym.
Budowa tlenu, którym oddycha każda istota, to połączenie poprzez wiązanie chemiczne dwóch atomów, natomiast ozon posiada jest jeden dodatkowy atom tlenu. Warstwa ozonu która otacza Ziemię jest niezmiernie cienka, a poprzez ułożenie całego ozony z atmosfery na powierzchni Ziemi, można wykazać, że warstewka ozonu byłaby wówczas grubości 3mm. Jednakże istnienie ozonu ma istotnie znacznie dla utrzymania życia na Ziemi warstwa ozonowa stanowi ochronny pancerz zapobiegający promieniowaniu ultrafioletowemu (UV) pochodzącemu z kosmosu przedostanie się na Ziemię. Gdyby nie istniał ozon nie istniałoby życie na Ziemi, co ma bezpośredni związek z faktem wielce groźnego działania zabijającego promieniowania ultrafioletowego UV.
Trzymilimetrowa warstewka ozonu może skutecznie zatrzymać całość promieniowania UVC oraz większe ilości UVB, natomiast jest zupełnie przepuszczalna dla promieniowania UVA, które przechodząc przez nią nie ulega zniszczeniu. Warunek rozbicia wiązania atomowego dokonywanego przez promieniowanie związany jest z zakresem promieniowania absorbowanego przez daną cząsteczkę. Cząsteczki tlenu absorbują wysokoenergetyczne promieniowanie z zakresu UVC, natomiast cząsteczki ozonu absorbują mniej energetyczne promieniowanie UVB. Promieniowanie obejmujące znacznie dłuższe zakresy falowe może częściowo przechodzić przez atmosferę i docierać do powierzchni Ziemi. Niedobór ozonu może skutkować przede wszystkim zwiększonym przenikaniem promieniowania niskoenergetycznego UVB. Można mówić, że spadek stężenia ozonu w atmosferze o jeden procent prowadzi do zwiększonego niskoenergetycznego promieniowania UVB o około dwa procent. Gdyby warstwa ozonowa została zniszczona lub zużyta, więcej promieniowania nadfioletowego docierałoby do powierzchni Ziemi, powodując częste zachorowania na raka i zaćmę. Promieniowanie to jest główną przyczyną raka skóry (uszkadza materiał genetyczny DNA). Wzrost zachorowalności na tą chorobę występuje na całym świecie – tylko w Stanach Zjednoczonych Ameryki wykrywa się około 300 tys. przypadków rocznie. W ciągu ostatnich dwudziestu lat zaobserwowano podwojenie liczby zachorowań na nowotwór złośliwy skóry, czerniak. Pojawiają się także nowe przypadki nieczerniakowych raków skóry. Wystawianie ciała na słońce przez długi czas uważane było za czynnik ryzyka rozwoju nowotworów skóry. Promieniowanie prowadzące do powstawania raka to promieniowanie ultrafioletowe z zakresu długości falowej B (UVB). Co nie zmienia faktu, że również promieniowanie ultrafioletowe A (UVA) może przyczyniać się do powstawania nowotworów złośliwych. Niskoenergetyczne promieniowanie UV może być powodem obniżenia odporności całego organizmu na infekcje atakujące organizm przez skórę. Niskoenergetyczne promieniowanie UV stanowi przyczynę powstawania takich chorób oczu jak katarakta i wiele innych wad wzroku. Jak pokazują dane liczbowe ilość osób chorujących na świecie tę chorobę sięga 50 milionów, a dla co najmniej 15 milionów katarakta prowadzi do całkowitej utraty wzroku. Podobnie dzieje się w przypadku niszczącego działania promieniowania na zwierzęta. Promieniowanie ultrafioletowe niszczy rośliny, bez których kraje bazujące wyłącznie na roślinach jako pożywieniu nie mogłyby istnieć. Po wnikliwym przebadaniu wielu gatunków zbóż i innych roślin uprawnych wysunięto wnioski jakoby rośliny te wykazywały zwiększoną wrażliwość na promieniowanie niskoenergetyczne UVB. Podobnie dzieje się w przypadku niszczącego działania promieniowania na drzewa. Promieniowanie UV przenika przez wody morskie i oceaniczne na głębokość 20 metrów, szkodząc wielce dla drobnej flory i fauny. Ubytek w warstwie ozonowej i w konsekwencji wzrost promieniowania ultrafioletowego UV mogącego swobodnie docierać do powierzchni Ziemi stwarza istotne zagrożenie.
To co niszczy warstwę ozonową to chlorofluorowęglowodory (CFC). Są to lotne propelenty używane w aerozolach, proste alkany w których wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione chlorem lub fluorem. Trichlorofluorometan (CCl3F) oraz dichlorodifluorometan to dwa najpopularniejsze CFC. Zaletą, która doprowadziła do wykorzystania CFC jako propelentów w aerozolach, jest fakt, że są one chemicznie obojętne i niepalne. Nie reagują z zawartością pojemnika, nie pozostawiają po sobie śladu i nie są toksyczne. Ulatują natomiast do atmosfery i ostatecznie gromadzą się w stratosferze.
Od 1976 roku niepokojący obszar zaniku ozonu, tak zwana dziura ozonowa, zaczął pojawiać się nad biegunem południowym. Niedawno podobne zjawisko zauważono nad biegunem północnym. Zawartość ozonu spada tam do poniżej 50% normy w czasie polarnej wiosny i wraca niemal do normalnego poziomu jesienią. Pytając dlaczego dziura ozonowa powstaje właśnie nad na półkuli południowej (pomimo, że największa emisja gazów niszczących ozon występuje na półkuli północnej, na terenach najbardziej rozwiniętych i uprzemysłowionych) można przedstawić mechanizm powstawania dziury ozonowej nad Antarktydą. Zanieczyszczone freonami, halonami i innymi gazami powietrze na skutek przenoszenia na dalekie odległości powodowane prądami powietrznymi atmosfery ziemskiej przenosi te wszystkie trujące gazy na inne teren. W dzisiejszym czasie freony znajdują się nawet w miejscach położonych znacznie daleko od terenów uprzemysłowionych w Europie czy Stanach Zjednoczonych, na przykład na Antarktydzie. Kiedy na półkuli północnej zaczyna się pora wiosenna, na Antarktydzie pojawia się noc polarna. W wyniku wytworzonego w tym czasie regularnego, stabilnego wiru następuje odcięcie powietrza bogatego w ozon dopływającego z terenów równikowych, cały czas krążąc wokół bieguna południowego.
Procesy prowadzące do zniszczenia ozonu dokonywane przez freony przebiegają szybciej, niż procesy prowadzące do jego ponownego powstawania, dochodzi więc do drastycznego spadku jego koncentracji. Spadek warstwy ozonowej szacuje się na ok. 3% rocznie. Na terenie Antarktydy dziura ozonowa spowodowana spadkiem koncentracji ozonu powiększyła się dalej o 15% od momentu zauważenia tego zjawiska. Dochodzi do rozprzestrzeniania się jej dalej na południe Argentyny i Chile. Zmniejszenie koncentracji ozonu dochodzi nawet do 70 procent. Już 15 km nad powierzchnią Ziemi zaznacza się prawie całkowity brak ozonu. Nie można nie zauważyć jak bardzo istotną rolę dla życia na Ziemi przypisuje się lasom równikowym, gdyż na drodze produkcji olbrzymich ilości tlenu atmosferycznego (O2) stwarzają one możliwość powstawania ozonu (O3).
Mechanizm niszczenia ozonu przez chlorofluorowęglowodory polega na reakcjach rodnikowych takiego samego rodzaju, jak reakcje zachodzące podczas wolnorodnikowego chlorowania metanu. Promieniowanie nadfioletowe działając na cząsteczkę CFC rozrywa wiązanie C-Cl, tworząc rodnik chlorowy. Ten rodnik następnie reaguje z ozonem, dając O2 i ClO:
Nietrudno dostrzec niebezpieczeństwo zachodzenia tych dwóch reakcji. Atom chloru początkowo rozkłada ozon, a w dalszej kolejności ulega "regeneracji". W takiej sytuacji dochodzi do uwięzienia wolnego atomu tlenu, który już teraz nie jest zdolny do odtworzenia cząsteczki ozonu w reakcji z tlenem cząsteczkowym. Atom chloru może na tym etapie ponownie dokonać ataku na ozon.
Uświadomienie sobie tego problemu spowodowało, że rząd Stanów Zjednoczonych zakazał w 1980 roku używania CFC jako propelentów aerozoli, chociaż pozostały one w użyciu jako chłodziwa i rozpuszczalniki. Dalsze ograniczenia wprowadzono w 1992 roku, gdy zawarto porozumienie międzynarodowe wzywające do całkowitego zakazu wszelkiej produkcji i użycia CFC od 1996 roku. Jeżeli państwa świata będą przestrzegać tego porozumienia, ilość CFC w atmosferze powinna osiągnąć szczyt ok. 2000 roku i następnie powoli zaniknąć w ciągu następnego stulecia.
Na przestrzeni kilku ostatnich lat wzrosło zaniepokojenie problemem ubytku ozonu w atmosferze. Jak wiadomo czynniki zwiększające ilość promieniowania UVB, powodują rozpowszechnienie starzenia się oraz chorób nowotworowych skóry.
Ozon – forma alotropowa tlenu o cząsteczce trójatomowej. Słabo niebieski (prawie bezbarwny gaz) o charakterystycznej woni (wyczuwalnej w rozcieńczeniu 1:106), 15 razy lepiej rozpuszczalny w wodzie od tlenu. Powstaje z tlenu pod wpływem wyładowań elektrycznych (np. w powietrzu podczas burzy) i niektórych reakcjach chemicznych (np. w lasach iglastych podczas utleniania terpentyny tlenem powietrza).
Początkowo pochodzący z powietrza tlen O2, absorbuje promieniowanie UV i rozkłada się na pojedyncze atomy tlenu - O. Na dalszym etapie reaguje on (wolny atom tlenu) z dwuatomową cząsteczką tlenu O2 prowadząc do utworzenia się ozonu - O3. Powstała cząsteczka reaguje w kolejnym etapie z obecnym w atmosferze tlenkiem azotu NO prowadząc do utworzenia dwutlenku azotu NO2 i prostego tlen O2. Najważniejszym elementem tego schematu jest fakt, że ozon uzyskiwany w tych reakcjach w czasie pochłaniania promieniowania UV ulega rozpadowi, tworząc prosty, dwuatomowy tlen O2.
Ozon jest energicznym utleniaczem, w większych stężeniach jest szkodliwy dla zdrowia. Zastosowania do bielenia i dezynfekcji.
Jak wykazują badania prowadzone przez naukowców dziura ozonowa powodowana znacznym ubytkiem ozonu w atmosferze, na przestrzeni kolejnych dziesięcioleci nie będzie się pomniejszać. Ilość ozonu znajdującego się w atmosferze będzie się zmniejszać w stosunku do zawartości ozonu jaka istniała w latach siedemdziesiątych dwudziestego wieku. Oznacza to nadmierną ilość promieniowania UV docierającego na powierzchnię Ziemi. W dzisiejszych czasach dokonuje się pomiarów ilości substancji działających destrukcyjnie na warstwę ozonowa i jak pokazują wyniki osiągnięte zostały znaczne postępy. Ilości freonów i halonów znajdujące się blisko powierzchni ziemi zmniejszyły się od połowy lat dziewięćdziesiątych, a na dużych wysokościach w atmosferze nie zauważono wzrostu ich koncentracji od początku naszego stulecia. Badania prowadzone przez naukowców pokazują jak niszczycielskie działanie wywierane przez freony jest w tym momencie najbardziej widoczne. Jak długo potrzeba czasu na odbudowanie warstwy ozonowej dokładnie nie wiadomo, ponieważ nie SA znane wszystkie czynniki wpływające na stężenie ozonu w warstwie atmosfery. Na dzień dzisiejszy określa się ten okres na 10 - 100 lat.
Regularnie i wnikliwie dokonywane są pomiary ozonu od lat 50, przy wykorzystaniu trzech generalnych metod badawczych:
a) pomiary spektrometryczne- mierzą całkowite stężenie ozonu dokonywane aparaturą na ziemi, istnieje około 150 punktów pomiarowych na świecie
b) metoda pionowego rozkładu stężenia ozonu polegająca na pomiarze koncentracji ozonu przy pomocy sond unoszonych balonem. Na terenie Polski profilaktycznie jeden raz w tygodniu dokonuje się takiego pomiaru w Ośrodku Aerologii Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej w Legionowie
c) pomiary przy pomocy aparatury znajdującej się na satelitach środowiskowych USA – dzięki tym pomiarom otrzymuje się całkowitą zawartość ozonu na skalę światową
Na terenie Kanady znajduje się Światowe Centrum Danych Ozonowych, mierzące i zbierające systematycznie dane i wyniki pomiarów wszystkich stacji na świecie, które są kolejno publikowane
Każdy z nas może decydować o zmniejszeniu ilości szkodliwie działającego smogu, poprzez:
- zmniejszenie natężenia ruchu samochodowego
- doglądanie właściwego stanu technicznego pojazdów
- wdrażanie nowatorskich rozwiązań technicznych polegających na zastosowaniu katalizatorów
- zmniejszenie spalanie węgla i gazu, natomiast wykorzystanie alternatywnych źródeł energii
- zmniejszenie zużycia energii elektrycznej.
