Kuinka CFC: t vahingoittavat otsonikerrosta?

Ennen kuin Thomas Midgley Jr. ja hänen kumppaninsa keksivät Freonin vuonna 1928, yleisimmät kylmäaineet olivat vaarallisia kemikaaleja, kuten rikkidioksidi, metyylikloridi ja ammoniakki. Freoni on yhdistelmä useista kloorifluorihiilivedyistä eli CFC-yhdisteistä, jotka ovat niin kemiallisesti inerttejä, että insinöörit uskoivat löytäneensä ihmeyhdisteen. CFC-yhdisteet ovat mauttomia, hajuttomia, syttymättömiä ja syövyttämättömiä, mutta vuonna 1974 kaksi tutkijaa varoitti, että ne ovat kaukana vaarattomista, ja heidän varoitukset vahvistettiin vuonna 1985.

Happi on toiseksi yleisin kaasu maapallon ilmakehässä, ja se esiintyy pääasiassa kahdesta happiatomista koostuvina molekyyleinä. Happi voi kuitenkin yhdistää molekyyleiksi, joissa on kolme atomia, joita kutsutaan otsoniksi. Maan lähellä oleva otsoni on epäpuhtaus, mutta ylemmässä stratosfäärissä se muodostaa suojakerroksen planeetta, joka absorboi ultraviolettisäteilyä ja suojaa siten koko elämää sen haitallisilta vaikutuksilta säteily. Tämän kerroksen paksuus mitataan Dobson-yksikköinä (DU); yksi DU on sadas millimetri vakiolämpötilassa ja -paineessa. Otsonikerros on keskimäärin noin 300-500 DU paksu, mikä on noin kahden pinotun pennin paksuus.

Tutkijat alkoivat ensin ymmärtää kloorin mahdollisuuden olla tuhoisassa vuorovaikutuksessa otsonin kanssa 1970-luvun alussa, ja Sherwood Rowland ja Mario Molina varoittivat CFC-yhdisteiden aiheuttamasta vaarasta otsonikerrokselle 1974. Tämä vaara on suora seuraus siitä, että hiiltä, ​​fluoria ja klooria sisältävät CFC-yhdisteet ovat niin inerttejä. Koska ne eivät reagoi millään alemmalla ilmakehällä, CFC-molekyylit siirtyvät lopulta ilmakehän yläosaan, jossa auringon säteily on tarpeeksi voimakasta hajottamaan ne. Tämä tuottaa vapaata klooria - alkuaine, joka on muuta kuin inerttiä.

Prosessi, jolla kloori tuhoaa otsonia, on kaksi vaihetta. Klooriradikaali, joka on erittäin reaktiivinen, poistaa ylimääräisen happiatomin otsonimolekyylistä, muodostaen kloorimonoksidin ja jättäen happimolekyylin reaktion tuotteeksi. Kloorimonoksidi on kuitenkin myös hyvin reaktiivinen, ja se yhdistyy toisen otsonimolekyylin kanssa muodostaen kaksi happimolekyyliä ja jättää klooriatomin vapaana aloittamaan prosessin uudelleen. Yksi klooriatomi voi tuhota tuhansia otsonimolekyylejä riittävän kylmissä lämpötiloissa. Nämä lämpötilat ovat talvisin Etelämantereella ja rajoitetummin arktisella alueella.

Tutkijat löysivät ensimmäisen kerran todisteita otsonireikistä Etelämantereen yli vuonna 1985. Maailman hallitukset reagoivat nopeasti ja pääsivät sopimukseen Montrealissa vuonna 1987, jolloin vuoteen 2010 mennessä CFC: n käyttö lopetettiin allekirjoittaneiden maiden välillä. Keskimääräinen paksuus otsonireikässä, joka kehittyy vuosittain Etelämantereen kevään aikana, on noin 100 DU - sentin paksuus. Suurin havaittu reikä oli vuonna 2006; sen pinta-ala oli 76,30 miljoonaa neliökilometriä (29,46 miljoonaa neliökilometriä); mikään reikä seuraavina vuosina, vuodesta 2014, ei ole ollut yhtä suuri. Ensimmäinen otsonireikä arktisen alueen yli havaittiin vuonna 2011 epätavallisen kylmän arktisen talven jälkeen.