오존층이란?

그것이 무엇인지, 어떤 가스가 영향을 미치며 언제 오존층이 재생되어야 하는지를 알아두십시오.

오존층

오존층이란? 이것은 지구의 건강과 결과적으로 우리의 건강에 대해 염려하는 모든 사람에게 매우 중요한 질문입니다. 그러나 이에 대한 답을 얻으려면 먼저 대기의 몇 가지 기본 과정이 어떻게 작동하는지 이해해야 합니다.

화학 및 대기 오염과 관련된 주요 환경 문제 중 하나는 오존층의 고갈(또는 분해)입니다. 분명히 당신은 이미 이 주제에 대해 들어봤을 것입니다. 오존층은 이름에서 알 수 있듯이 오존(O3) 농도가 높은 지구 대기층입니다. 가장 큰 농도는 지구 표면에서 약 20km에서 25km 떨어진 성층권에 있습니다. 이 농도는 고위도(극)에서 최고조에 달하고 열대 지방에서 가장 낮습니다(O3 생산 비율은 열대 지방에서 더 높지만).

우리 기사 "오존: 나쁜 놈인가 좋은 놈인가?"에서 이미 언급했듯이, 이 가스는 매우 독성이 강한 오염 물질로서 지구 생명체에 매우 중요하고 필수적일 수 있습니다. 그것은 모두 그것이 속한 대기층에 달려 있습니다. 대류권에서 그는 악당입니다. 성층권에서, 좋은 사람. 이 기사에서 우리는 성층권 오존에 대해 이야기하고 그 기능, 중요성, 어떻게 저하되었는지, 이러한 현상이 계속 발생하는 것을 방지하는 방법을 지적할 것입니다.

역할

성층권 오존(착한 사람)은 특정 유형의 암을 유발할 수 있는 일부 파장(UV-B라고 하는 모든 자외선 B 복사와 다른 유형의 복사의 일부를 흡수)에서 태양 복사를 필터링하는 역할을 합니다. 흑색종. 또한 지구를 따뜻하게 유지하여 행성 표면에서 방출되는 모든 열이 발산되는 것을 방지하는 기능도 있습니다.

오존층이란?

오존층은 앞서 언급한 바와 같이 O3 분자의 약 90%가 집중되어 있는 층입니다. 이 층은 B형 자외선 태양 복사를 필터링하여 모든 생물을 보호하기 때문에 지구상의 생명체에 필수적입니다.오존은 고도에 따라 다르게 작용합니다. 1930년에 Sydnei Chapman이라는 영국 물리학자는 성층권 오존의 생성 및 분해 과정을 4단계로 설명했습니다. 산소의 광분해; 오존 생성; 오존 소비 I; 오존 소비 II .

1. 산소 광분해

태양 복사는 O2 분자에 부딪쳐 두 원자를 분리합니다. 즉, 이 첫 번째 단계는 두 개의 자유 산소 원자(O)를 생성물로 얻습니다.

2. 오존 생성

이 단계에서 광분해에서 생성된 각각의 자유산소(O)는 O2 분자와 반응하여 오존 분자(O3)를 생성물로 얻는다. 이 반응은 촉매 원자 또는 분자의 도움으로 발생합니다. 이 물질은 반응이 더 빨리 일어나도록 하지만 활발히 작용하지 않고 반응물(O 및 O2) 또는 생성물(O3)에 결합하지 않습니다.

3단계와 4단계는 오존이 다양한 방식으로 분해되는 방법을 보여줍니다.

3. 오존 소비량 I

그런 다음 생산 단계에서 형성된 오존은 태양 복사(400나노미터에서 600나노미터 범위의 파장이 있는 경우)의 작용에 의해 다시 O와 O2 분자로 분해됩니다.

4. 오존 소비 II

오존(O3)이 분해되는 또 다른 방법은 자유 산소 원자(O)와의 반응입니다. 이러한 방식으로 이러한 모든 산소 원자는 재결합하여 두 개의 산소 분자(O2)를 생성물로 생성합니다.

그런데 오존이 생성되어 분해되면 오존층을 유지하는 것은 무엇일까요? 이 질문에 답하기 위해 우리는 두 가지 중요한 요소를 고려해야 합니다. 즉, 분자의 생성/파괴 속도(생성 및 파괴 속도)와 평균 수명(어떤 화합물의 농도를 초기 농도의 절반으로 줄이는 데 필요한 시간)입니다. 집중).

분자의 생성/파괴 속도와 관련하여 1단계와 4단계는 공정의 2단계와 3단계보다 느린 것으로 나타났습니다. 그러나 모든 것이 산소 광분해 단계(1단계)에서 시작되기 때문에 생성되는 오존 농도가 그것에 달려 있다고 말할 수 있습니다. 이것은 왜 O3 농도가 25km 이상의 고도와 낮은 고도에서 감소하는지 설명합니다. 25km 이상의 고도에서는 O2 농도가 감소합니다. 낮은 대기층에서는 더 긴 파장이 우세하며 산소 분자를 분해하는 에너지가 적어 광분해 속도가 감소합니다.

이러한 단계의 위대한 발견에도 불구하고 이러한 파괴 과정만을 고려한다면 실제 관찰되는 것보다 2배 높은 O3 농도 값을 얻을 수 있습니다. 이는 표시된 단계 외에도 오존층 파괴 물질(ODS)로 인한 부자연스러운 오존층 파괴 주기가 있기 때문에 발생하지 않습니다. ) 및 메틸 브로마이드(CH3Br). 대기 중으로 방출되면 성층권으로 이동하여 UV 복사에 의해 분해되어 유리 염소 원자를 방출하고 오존 결합이 끊어져 일산화염소와 산소 가스를 형성합니다. 형성된 일산화염소는 자유 산소 원자와 다시 반응하여 더 많은 염소 원자를 형성하여 산소와 반응하는 식입니다. 각각의 염소 원자는 성층권에서 약 100,000개의 오존 분자를 분해할 수 있는 것으로 추정되며 저장 수명은 75년이지만 이미 오존과 거의 100년 동안 반응할 만큼 충분한 배출이 있었습니다. 산화수소(HOx) 및 질소 산화물(NOx)과의 반응 외에도 성층권 O3와 반응하여 이를 파괴하여 오존층의 분해에 기여합니다.

아래 차트는 브라질의 ODS 소비 내역을 보여줍니다.

오존층

오존층 파괴 물질은 어디에 있으며 어떻게 피해야 합니까?

CFC

클로로플루오로카본은 염소, 불소 및 탄소에 의해 형성된 합성 화합물로 여러 공정에 널리 적용되었습니다. 주요 공정은 다음과 같습니다.

  • CFC-11: 발포제로 폴리우레탄 폼 제조, 에어로졸 및 의약품에서 추진제로, 가정용, 상업용 및 산업용 냉동에서 유체로 사용됨;
  • CFC-12: CFC-11을 사용하는 모든 공정에 적용되며 살균제로 에틸렌옥사이드와도 혼합됨.
  • CFC-113: 세척 용제와 같은 정밀 전자 부품에 사용됩니다.
  • CFC-114: 에어로졸 및 의약품에 추진제로 사용됩니다.
  • CFC-115: 상업용 냉동에서 유체로 사용됩니다.

이러한 화합물은 CO2(이산화탄소)보다 오존층에 약 15,000배 더 유해한 것으로 추정됩니다.

1985년 오존층 보호를 위한 비엔나협약은 28개국에서 비준되었다. CFC의 연구, 모니터링 및 생산에 대한 협력을 약속하면서 이 협약은 환경 문제의 영향이 느껴지거나 과학적으로 입증되기 전에 전 세계적인 수준에서 환경 문제에 직면한다는 아이디어를 제시했습니다. 이러한 이유로 비엔나 협약은 주요 국제 협상에서 사전 예방 원칙을 적용한 가장 훌륭한 사례 중 하나로 간주됩니다.

1987년 4개국에서 온 150명의 과학자 그룹이 남극 대륙에 가서 일산화염소 농도가 지구상의 어느 곳보다 그 지역이 약 100배 더 높다는 것을 확인했습니다. 그리고 같은 해 9월 16일 몬트리올 의정서는 CFC를 점진적으로 금지하고 오존층에 해롭지 않은 가스로 대체할 필요성을 확립했습니다. 이 프로토콜 덕분에 9월 16일은 세계 오존층 보호의 날로 간주됩니다.

오존층 보호를 위한 비엔나 협약과 몬트리올 의정서는 1990년 3월 19일 브라질에서 비준되었으며 같은 해 6월 6일 법령 No. 99.280에 의해 공포되었습니다.

브라질에서는 아래 차트와 같이 CFC 사용이 2010년에 완전히 중단되었습니다.

CFC 소비

HCFC

염화불화탄소는 브라질에서 처음에 소량 수입한 인공 물질입니다. 그러나 CFCs 금지로 인해 사용이 증가하고 있습니다. 주요 응용 프로그램은 다음과 같습니다.

제조업 부문

  • HCFC-22: 에어컨 및 폼 냉각;
  • HCFC-123: 소화기;
  • HCFC-141b: 거품, 용제 및 에어로졸;
  • HCFC-142b: 거품.

서비스 부문

  • HCFC-22: 에어컨 냉각;
  • HCFC-123: 냉동기(냉각기);
  • HCFC-141b: 전기 회로 청소;
  • HCFC 혼합물: 에어컨 냉각기.

환경부(MMA)에 따르면 2040년까지 브라질에서 HCFC 소비가 제거될 것으로 추정됩니다. 아래 차트는 HCFC 사용의 발전을 보여줍니다.

HCFC의 소비

메틸 브로마이드

이것은 압력 하에서 액화 가스인 할로겐화 유기 화합물이며 천연 또는 합성 기원을 가질 수 있습니다. 메틸 브로마이드(Methyl bromide)는 매우 유독하며 생명체에 치명적입니다. 그것은 농업과 저장 물품의 보호, 창고와 공장의 소독에 널리 사용되었습니다.

브라질은 이미 1990년대 중반부터 브롬화메틸의 수입량을 동결했고 2005년에는 수입량을 30% 줄였습니다.

아래 표는 메틸 브로마이드 사용을 제거하기 위해 브라질에서 규정한 일정을 보여줍니다.

메틸 브로마이드 사용을 제거하기 위해 브라질에서 규정한 일정

마감 시간 문화/용도
11/09/02저장된 곡물 및 곡물의 퍼지 및 다음의 작물 수확 후 처리:
  • 아보카도;
  • 파인애플;
  • 아몬드;
  • 자두;
  • 개암;
  • 갈색 머리;
  • 캐슈넛;
  • 브라질 땅콩;
  • 커피;
  • 코프라;
  • 감귤류;
  • 다마스쿠스;
  • 깃;
  • 파파야;
  • 망고;
  • 모과;
  • 수박;
  • 멜론;
  • 딸기;
  • 복숭아;
  • 견과류;
  • 기다리다;
  • 복숭아;
  • 포도.
31/12/04연기
31/12/06야채, 꽃 및 살충제 파종
31/12/15수입 및 수출 목적을 위한 검역 및 식물위생 처리:
  • 승인된 작물:
    • 아보카도;
    • 파인애플;
    • 아몬드;
    • 코코아 콩;
    • 자두;
    • 개암;
    • 커피 콩;
    • 갈색 머리;
    • 캐슈넛;
    • 브라질 땅콩;
    • 코프라;
    • 감귤류;
    • 다마스쿠스;
    • 깃;
    • 파파야;
    • 망고;
    • 모과;
    • 수박;
    • 멜론;
    • 딸기;
    • 복숭아;
    • 견과류;
    • 기다리다;
    • 복숭아;
    • 포도.
  • 나무 포장.
출처: MAPA/ANVISA/IBAMA 합동 규범 지침 nº. 2002년 1월 1일.

MMA에 따르면 메틸 브로마이드의 사용은 수입 및 수출용으로 예약된 검역 및 선적 전 처리에만 허용됩니다.

아래 그래프는 브라질의 메틸 브로마이드 소비 내역을 보여줍니다.

메틸 브로마이드 소비

할론

물질 할론은 인공적으로 생산되어 브라질에서 수입됩니다. 그것은 브롬, 염소 또는 불소와 탄소로 구성됩니다. 이 물질은 모든 유형의 화재에 대한 소화기에 널리 사용되었습니다. 몬트리올 의정서에 따르면 2002년에는 1995년에서 1997년 사이의 브라질 평균 수입량을 나타내는 할론의 수입이 허용되어 2005년에는 50%, 2010년에는 수입이 전면 금지됩니다. 그러나 2000년 12월 14일자 Conama 결의안 267호는 더 나아가 2001년부터 새로운 할론의 수입을 금지하고 의정서의 제거 일정에 포함되지 않기 때문에 재생된 할론만 수입하도록 허용했습니다.

Halon-1211 및 halon-1301은 주로 해상 화재 진압, 항공 항해, 유조선 및 석유 추출 플랫폼, 문화 및 예술 컬렉션, 전기 및 원자력 발전소에서 사용됩니다. . 이 경우 잔류물을 남기지 않고 시스템을 손상시키지 않고 화재 지점을 소화하는 효율성으로 인해 사용이 허용됩니다.

아래 차트에 따르면 브라질은 이미 할론 소비를 없앴습니다.

할론 소비

염소

염소는 위에서 이미 본 CFC(클로로플루오로카본)의 사용을 통해 인위적인 방식으로(인간 활동을 통해) 대기 중으로 방출됩니다. 이들은 기체 합성 화합물로 스프레이 제조와 구형 냉장고 및 냉동고에 널리 사용됩니다.

질소 산화물

일부 자연 방출원은 미생물 변형 및 대기에서의 전기 방전(번개)입니다. 그들은 또한 인위적인 소스에 의해 생성됩니다. 주된 것은 고온에서 화석 연료를 태우는 것입니다. 이러한 이유로 이러한 가스의 방출은 우리가 살고 있는 대기층인 대류권에서 발생하지만 대류 메커니즘을 통해 쉽게 성층권으로 운반되고 오존층에 도달하여 분해될 수 있습니다.

NO 및 NO2 배출을 방지하는 방법 중 하나는 촉매를 사용하는 것입니다. 산업 및 자동차의 촉매는 대기 중으로 방출되기 전에 오염 물질을 인간의 건강과 환경에 덜 해로운 제품으로 변환시키는 화학 반응을 가속화하는 기능을 가지고 있습니다.

산화수소

성층권에서 HOx의 주요 소스는 수증기와 반응하는 여기된 산소 원자를 생성하는 오존의 광분해로 인한 OH의 형성입니다.

오존 구멍

오존층

이미지: NASA

1985년에는 남반구의 봄철에 해당하는 9월과 11월 사이에 성층권 오존이 약 50% 감소했음이 발견되었습니다. 책임은 CFC의 염소 작용에 기인합니다. 여러 연구에 따르면 이 과정은 1979년부터 진행되고 있었습니다.

오존층의 유일한 구멍은 남극 대륙 위에 있습니다. 다른 곳에서는 오존층이 느리고 점진적으로 고갈되는 일이 발생했습니다.

그러나 유엔개발계획(UNDP)이 보고한 바와 같이 몬트리올 의정서에서 채택한 조치로 인해 오존층 손상을 되돌리는 추세가 크게 나타나고 있습니다. 2050년경에 레이어가 1980년 이전 수준으로 복원될 것으로 예상됩니다.

호기심: 왜 남극에서만?

남극에서만 발생하는 구멍에 대한 설명은 낮은 온도와 고립된 대기 순환 시스템과 같은 남극의 특수 조건에 의해 주어질 수 있습니다.

대류에 의해 기단이 끊이지 않고 순환하지만, 남극은 극지방의 겨울이 매우 가혹하기 때문에 기류의 순환이 이루어지지 않아 그 지역에 한정된 대류원을 형성하는데 이를 극와류 또는 소용돌이라고 한다.

CFC에 의한 오존층 분해에 대해 국립우주연구소(Inpe)에서 제작한 이 간단한 비디오도 참조하십시오.