Mi is valójában az ózonréteg?
Az ózonréteg a légkör sztratoszféra nevű rétegében, 15-30 km-es magasságban helyezkedik el. Itt az ózon folyamatosan képződik és bomlik, azaz dinamikus egyensúly uralkodik. Az UV-B sugárzás 95-97 százalékát kiszűrő ózonréteg nélkül a világűrből érkező ultraibolya sugárzás gyakorlatilag szétdarabolná az élőlényekben található DNS-t, megszűnne a mai formában ismert élet.
Milyen káros hatásokkal járhat, ha elvékonyodik az ózonréteg?A legfontosabb, hogy intenzívebbé válik az UV-B sugárzás. Az UV-B-től égünk le, ez ellen lehet védekezni naptejjel (itt jegyzendő meg, hogy a napozókrémek nagy többsége a pár éve még ártalmatlannak tekintett UV-A ellen semmilyen védelmet nem nyújt, ami azért is baj, mert az UV-A mélyebben hatol a szervezetbe és leégést sem okoz). Főleg az erős UV-B sugárzás okozhat gondot részint a bőr (bőrrák, a bőr gyorsabb öregedése) és a szem károsításával (szürkehályog: a beteg csak a fényt érzékeli, a tárgylátás teljesen elveszik), részint pedig az immunrendszer működésének gátlásával. Súlyosabb esetben mutációk is kialakulhatnak emberekben, növényekben és állatokban egyaránt.
A hetvenes években megfigyelték, hogy a sztratoszféra ózontartalma csökken. Ez egy hosszú távon jelentkező folyamat, amelyet emberi és természetes okok egyaránt serkentenek, ám vannak olyan anyagok, például a klórozott fluor-karbonok (CFC-k), amelyeknek nincsenek természetes forrásaik, tehát kizárólag emberi tevékenység nyomán kerülnek a légkörbe. A klór egy darabig stabil, ha viszont felszabadul, akkor baj van, mert nagy intenzitással kezdi bontani az ózont.
Mi az ózonlyuk, és hol található?
A folyamatos csökkenés és a réteg elvékonyodása mellett van azonban egy másik, periodikusan észlelhető jelenség is, ez vonult be a köztudatba „ózonlyuk” néven. Minden tavasszal (mármint az adott féltekén uralkodó tavasszal) a Föld sarkvidékei felett gyors ütemben és jelentős mértékben elvékonyodik az ózonréteg. Ennek oka, hogy felerősödő ultraibolya sugárzás, valamint hogy a sztratoszférába felkerülő halogénezett szénhidrogéneket az erősebb UV-sugárzás elbontja, a jégszemcsékhez tapadt, felszabadult klór-, fluor- és brómatomok pedig katalizátorként működve bontani kezdik az ózont. Ehhez a bontási folyamathoz -75°C alatti hőmérséklet szükséges, mert ezen a hőmérsékleten kezdenek kialakulni a normális felhőkhöz egyáltalán nem hasonlító, ún. poláris sztratoszférikus felhők, melyek felszínén a klóratomok felszabadulnak. Az északi féltekén május, a déli féltekén pedig október-november környékén áll le reakció a felmelegedés miatt, az elvékonyodott réteg helyére ismét ózon áramlik. A trópusokon az ózonréteg vastagsága gyakorlatilag alig változik.
Bár ózonlyuk, azaz 220 DU alatti ózonvastagság (a DU felfedezője, Gordon Dobson után a Dobson unit rövidítése; a 220 azt jelenti, hogy ha az adott pont feletti összes ózont a felszínre „öntenénk”, 2,2 mm vastag réteget kapnánk) a Déli-sark felett alakul ki gyakrabban, a NASA képén az Északi-sark felett megfigyelt, mindenkori rekordot jelentő ózonréteg-elvékonyodás látható. A 2011-es szokatlan jelenség legfőbb oka a hosszan tartó, igen alacsony tavaszi sztratoszférikus hőmérséklet volt.
Mit hoz a jövő?
Az 1987-es Montreali Egyezmény a főbűnösöknek számító klórozott fluor-karbonok (CFC-k) gyártásának és felhasználásának leállítását tűzte ki célul. Mára gyakorlatilag minden ország aláírta (kivéve pl. Kelet-Timort, San Marinót), és a CFC-ket már csak feketén, illegálisan használják, így az előrejelzések szerint 2060-ra visszaáll az 1970 előtti légköri ózonszint. Akár hátra is dőlhetnénk, csakhogy van egy kis probléma. A Montreali Egyezményben az ózonkárosító anyagok (ODS-ek) között nem szerepel sem a metán, sem a szén-dioxid, sem a nitrogén-oxid, holott ezek az üvegházhatást is jelentősen fokozzák. Bár jelenleg még a korábban kibocsátott ODS-ek számlájára írható az ózonbontás döntő hányada, a jövőben az emberi tevékenység nyomán légkörbe juttatott nitrogén-oxidok várhatóan több sztratoszférikus ózont fognak elbontani, mint az ODS-ek.
A dinitrogén-oxid (N2O, ismertebb nevén kéjgáz vagy nitró) esetében döntően az óceán és a talaj számít meghatározó forrásnak, de nem hanyagolható el az emberi tevékenység szerepe sem, például a műtrágyázás vagy a közlekedés. Belsőégésű motoroknál a hengertérben uralkodó nyomás- és hőmérséklet-viszonyok mellett a levegő nitrogéntartalmának egy része is elég, ami elsősorban nitrogén-monoxid és - kisebb mennyiségben - nitrogén-dioxid kibocsátását vonja maga után. (A nitrogénmolekulák (N2) esetében az atomok erősen kötődnek egymással, és csak magas hőmérsékleten képesek az oxigénhez kötődni). A gáz lehűlése során a nitrogén-monoxid további része nitrogén-dioxiddá oxidálódik, a nitrogén-oxidok összmennyisége a kipufogógázban 0,1 százalék körül mozog. A gond ezzel az anyaggal az, hogy igen hosszú a légköri tartózkodási ideje, ózonlebontó hatása mellett üvegházhatású gáz is, ráadásul a Los Angeles típusú fotokémiai szmog és a savas esők kialakulásának egyik felelőse. Járműhasználóként, motorosként elsősorban a dinitrogén-oxid kibocsátásának csökkentése ellen tehetünk.
Hogyan csökkenthető a nitrogén-oxidok kibocsátása a közlekedésben?
Ironikus módon a dinitrogén-oxid a környezetet védeni hivatott hármashatású katalizátorokban lejátszódó folyamatok melléktermékeként keletkezik, ami nem kérdőjelezi meg a katalizátorok bevezetésének környezetvédelmi hasznosságát, de tény, hogy használatuk elterjedése jelentősen növelte a N2O emisszióját a közlekedésben.
A nitrogén-oxidok kibocsátásának csökkentésére belsőégésű motoroknál több módszer is alkalmas: SCR technológia (szelektív katalitikus reakció), kipufogógáz-visszavezetés EGR-szelepen keresztül stb. Az újabb katalizátorok már mérséklik a nitrogén-oxidok kibocsátását, és nagyon sok kutatás folyik új típusú katalizátorok kialakítására, többek között Magyarországon is.
Az ózonnal és az ózonlyukkal kapcsolatos tévhitek
Az ózonréteg elvesztése és a klímaváltozás nagyjából ugyanaz a folyamat, vagy ugyanannak a folyamatnak a részei.Nem igaz. Ez két különböző folyamat, amelyek nem kötődnek szorosan egymáshoz, hacsak az emberi felelőtlenséget nem tekintjük kapocsnak.Az ózonlyuk azt jelenti, hogy a Déli-sark felett már egyáltalán nincs ózon, és a Föld teljes területe felett elvékonyodott az „ózonpajzs”.Az „ózonlyuk” igazából nem lyuk, hanem csak elvékonyodás. A teljes ózonréteg vastagsága viszont a trópusok kivételével tényleg csökken.Az ózonréteget károsító CFC-k nehezebbek a levegőnél, így nem is kerülhetnek fel a sztratoszférába.Sajnos a sztratoszférába kerülő anyagok jelentős része nehezebb a levegőnél, mivel nem a kisebb molekulatömeg miatt kerül fel egy anyag, hanem döntően a felszálló légáramlatok hatására. Ezért inkább az az idő számít, amennyit az adott anyag elbomlás nélkül a légkörben tud tölteni („légköri tartózkodási idő”). Minél hosszabb ez az idő, annál inkább felgyűlhet az adott anyag, ha nem teszünk ellene valamit. Érdekesség, hogy a légmozgások miatt a légkörbe kerülő, hosszú tartózkodási idejű anyagok koncentrációja a világ különböző részein nagyjából kiegyenlítődik, azaz például nem csak a fő szennyező országok feletti légtérben mérhető.Az ózon hasznos anyag, meg kell óvni a lebomlástól.Ez majdnem így van, de csak a sztratoszférában található ózonra igaz. A földfelszín közelében (troposzférában) megjelenő ózon kifejezetten káros, mérgező vegyület. Az utóbbi pár évtizedben a troposzférikus ózon mennyisége éppenséggel nőtt.Az ózonréteg vékonyodása természetes folyamat, nem emberi tevékenység következménye.Több évnyi kutatómunkával sikerült nagyon precízen feltárni az ózonbontáshoz vezető kémiai reakciókat. Ezekben pedig döntő mértékben olyan anyagok vesznek részt (a főbűnösök a CFC-k), amelyek kizárólag emberi tevékenység következtében juthattak a légkörbe, mivel természetes forrásuk nincs.Miért volt olyan előnyös CFC-ket használni, ha egyszer ennyire környezetszennyezőek?Pillanatnyilag jó ötletnek tűnt. Sajnos a válasz ugyanaz, mint a DDT, a Contergan és a többi olyan szer esetében, amelyekről később bizonyosodott be, hogy valamilyen káros hatásuk is van. Használatukat indokolta, hogy teljesen közömbös gázokról vagy folyadékokról van szó, az emberi egészségre többségük nem veszélyes, kitűnő oldószerek, nem gyúlékonyak, tehát jól alkalmazhatók hűtőfolyadékként, oldószerekként, tűzoltó-berendezésekben és még rengeteg egyéb területen.Akkor most baj van, vagy nincs baj?
Igazából nincs. A Montreali Egyezmény a környezetvédelem eddigi legsikeresebb nemzetközi megállapodásának tekinthető. Ellentétben a klímavédelmi egyezményekkel, ahol a legnagyobb szennyezők mindig találtak valami kifogást, hogy ne kelljen aláírniuk, ezt csaknem mindenki gyorsan bevállalta, ezért a hagyományos értelemben vett ózonkárosító anyagok kibocsátása gyakorlatilag megszűnt. Az utóbbi években az ózonlyuk zsugorodik, ami a kutatók szerint már a káros anyagok légkörbe kerülésének csökkenésével magyarázható. Ha minden változatlan marad, 2050-re vagy 2060-ra visszaáll az 1970-es ózonszint. A gond pontosan a „ha minden változatlan marad” kitétellel van, de itt főleg olyan légköri folyamatokról van szó, amelyeket még nem ismerünk teljes mértékben. Az ózonréteg problémája jó példa arra, hogy nagy és gyorsan közelgő veszélyben mégiscsak lehetséges a nemzetközi összefogás, és ez reménykeltő a jövőre nézve.