Formacja dziurzy w ozonie: chlorine, zima i powrót słońca

Oaza: tworzona i zniszczona przez słońce, w równowadze

Oaza w atmosferze stratosfery jest stworzona i zniszczona ciągle tym samym: ultravioletowym światłem słonecznym. W cyklu Chapmana, ultravioletowe światło rozdziala O₂ na dwie atome oksygenu, które połączone są z kolejną molą O₂ tworzą O₃; odrodkowo, ultravioletowe światło również rozwodzi O₃. Pod naturalnymi warunkami te reakcje produkcyjne i strukturalne w przybliżeniu równoważnie działają, utrzymując stabilny warstwy oazy, która z kolei absorbuje ultravioletowe promieniowanie, które inaczej dotrze do powierzchni. Nic z tego naturalnego cyklu nie tworzy dziury — dziura pojawia się tylko wtedy, gdy dodatkowy, ludzko stworzony ścieżka zniszczeniowa jest dodana na górę.

Jak CFCy zrównoważone są

Chlorofluoroczynniki (CFCy) w nizszej atmosferze są chemicznie nieaktywne — ta niestrawność była dokładnie tam powodem, dla którego były dawniej cenione jako zimownice i przewadzarki — dlatego przeżycia one wystarczająco długo, aby dotrzeć do stratosfery. Tam intensywne promieniowanie UV na koniec realizuje to, czym nie byłaz w troposferze: itrybuje ono wiązanie carbon-chlorine i swobodny chlorine zasypia, które następnie zniszcza oksyd azotu poprzez cykl katalityczny:

Cl + O3 -> ClO + O2 ClO + O -> Cl + O2 (chlor jest regenerowany — katalizator) skuteczna konsekwencja: O3 + O -> 2 O2 Ponieważ chlorine wraca do drugiej fazie niezmieniona, pojedynczy atom może przejść przez ten cykl w przybliżeniu sto tysięcy razy zanim w końcu jest zablokowany w molekule rezerwowej niestrawnej — co jest mekanizmem, który Mario Molina i F. Sherwood Rowland wykryli w 1974 roku, za sprawą którego otrzymali później część nobelskiej nagrody za chemię.

Cl  + O3 -> ClO + O2
ClO + O  -> Cl  + O2      (Cl is regenerated — a catalyst)

net effect:  O3 + O  ->  2 O2

Dlaczego Antarktyda: chmury stratosferyczne polarnych

Zwykle większość chloriny jest bezpiecznie zablokowana w rezerwowych molekułach, takich jak HCl i ClONO2. W antarktyckim zimie to się zmienia. Północny wir — pasma szybkich, kręcących się wiatrów izolujących powietrze nad północną polarną lokalizacją — pozwala na spadek temperatury stratosfery do ponad około −78°C, co umożliwia powstanie chmur stratosferycznych polarnych (PSCs) nawet w bardzo suchej atmosferze stratosfery. Powierzchnie lodu i cząsteczek kwasu azotanowego wewnątrz tych chmur aktywują heterogenne reakcje, które przekształcają inertne rezerwowe chloriny na formy — Cl2 i HOCl — gotowe do dekompozycji pod wpływem światła. Ta chemia zachodzi przez ciemny polarny zima, tworząc zapas "aktywowanej" chloryny, która nic nie robi, ponieważ brakuje światła do wyzwolenia jej potencjału.

Zimno: nagle spadkowanie

Kiedy słońce antarktyckie ponownie wstaje w sierpniu i wrześniu, fotolizuje one wszystkie zakwalifikowane substancje chlornowe, rzucając na atmosferę strofospheryczną bułkę radyczów Cl i ClO. Atmosfera nadal jest wystarczająco zimna, aby pozwolić drugiemu, szczególnie efektywnemu szlakowi zniszczenia dominować — cyklu dimera ClO, w którym dwie cząsteczki ClO łączą się, absorbują światło słoneczne i rozpadają się, rzucając dwa radycy chlorny i zniszczając dwie cząsteczki oksydenu. Całkowita kolumna oksydenu, pomiarowana w jednostkach Doblsona (DU), może spadnąć od normowej wartości około 300 DU do poniżej próg 220 DU, który formalnie definiuje „dzieło” — wszystko w ciągu kilku tygodni. To jedna z najprzyśpieszniejszych dużoskaliowych transformacji chemicznych w atmosferze.

Odzyskanie i Protokół z Montréal

Protokół z Montréal z 1987 roku, który został podjęty bezpośrednio na podstawie odkrycia dziury w antarktydzie, wprowadził stopniowe zakaz produkcji CFC po całym świecie i jest często wymieniany jako najbardziej powodujący sukces traktat międzynarodowy w dziedzinie środowiska. Odzyskanie to ma miejsce wolno, ponieważ CFC już wydzielone mają okresy życia atmosferyczne od 50 do 100 lat — chlorine wprowadzone w stratosferę kilkadekad temu nadal działają na system. Obecne oceny projekcji przewidują, że warstwa oaze antarktycka powróci do poziomu 1980 roku około srodkowej części tego wieku, co stanowi lekcję dotyczącą tego, jak długo chemiczne procesy atmosferyczne mogą pamiętać pojedynczego klasy molekularnej.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Ozone Hole Formation i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.