W atmosferze ziemskiej na wysokości od 10 do 50 km występuje warstwa o podwyższonej koncentracji ozonu (O3)- ozonosfera. Maksymalne stężenie ozonu utrzymuje się na wysokości ok. 23 km. Od końca lat 70 - tych obserwuje się znaczny spadek jego zawartości, szczególnie nad Antarktydą, w rejonie bieguna południowego. Zmniejszenie koncentracji ozonu w ozonosferze jest nazywane dziurą ozonową. Powstaje ona wskutek niszczenia warstwy ozonowej przez związki chemiczne takie jak freony, halony oraz tlenki azotu.

Pod wpływem promieniowania ultrafioletowego freony ulegają fotolizie, w wyniku czego uwalniane zostają atomy chloru. Chlor wchodzi w reakcję z ozonem, tworząc równie aktywny tlenek chloru (ClO) oraz zwykły tlen (O2). W następnych reakcjach dochodzi do uwolnienia kolejnego atomu chloru, który rozbija kolejne cząsteczki ozonu. Te reakcje przebiegają aż do całkowitego wyczerpania się cząsteczek ozonu lub do momentu usunięcia chloru wskutek innych reakcji chemicznych. Ocenia się, że roczne tempo spadku zawartości ozonu wynosi poniżej 0,2% w okolicach równika oraz od 0,4 do 0,8% w umiarkowanych szerokościach geograficznych. Jednak największe (i wciąż zwiększające się) tempo spadku ozonu stratosferycznego obserwuje się w rejonie bieguna południowego w okresie wczesnojesiennym (przełom września i października). Można zadać pytanie: dlaczego dziura ozonowa powstaje właśnie nad Antarktydą (na półkuli południowej), mimo że największa emisja gazów niszczących ozon występuje na półkuli północnej, na terenach najbardziej rozwiniętych i uprzemysłowionych? Mechanizm powstawania dziury ozonowej nad Antarktydą wygląda mniej więcej tak: powietrze zanieczyszczone szkodliwymi gazami, na skutek różnic ciśnień zostaje wprawione w ruch i jest przenoszone na pewne odległości. Wraz z wielkoskalowymi prądami powietrznymi w atmosferze ziemskiej masy zanieczyszczonego powietrza są następnie roznoszone po całej kuli ziemskiej. Obecnie freony występują nad całą Ziemią, nawet w miejscach tak odległych od uprzemysłowionych terenów (Europa, USA), jak Antarktyda. W okresie, kiedy na półkuli północnej rozpoczyna się pora wiosenna, nad Antarktydą zaczyna się noc polarna. Tworzy się wtedy regularny, stabilny, trwający pół roku wir, w którym powietrze krąży wokół bieguna południowego. Masy powietrza antarktycznego są wtedy całkowicie odizolowane od dopływu powietrza równikowego, zawierającego zawsze wysokie stężenie ozonu stratosferycznego. Reakcje niszczenia ozonu przez freony przebiegają szybciej, niż reakcje powstawania ozonu, zatem jego koncentracja wyraźnie ulega zmniejszeniu. W 1982 roku nawet zaobserwowano kilkudniowy całkowity brak ozonu w dolnych warstwach stratosfery. Na TEJ animacji możemy zaobserwować jak zachodzi to zjawisko. Poniższe obrazki ilustrują rozwój dziury ozonowej w latach 1980-1991. Skala pod nimi umieszczona przedstawia stopień stężenia ozonu wyrażony w dobsonach- specjalnej jednostce używanej do oznaczania koncentracji ozonu w atmosferze.

dziura ozonowa


Można więc łatwo zauważyć, jak bardzo ważną rolę dla ludzkości spełniają lasy równikowe, które poprzez produkcję olbrzymich ilości tlenu atmosferycznego umożliwiają powstawanie ozonu.

Skutki niszczenia ozonosfery są bardzo poważne- pochłania ona bowiem wyjątkowo szkodliwe dla wszystkich żywych organizmów promieniowanie ultrafioletowe. W związku z tym, przez dziury dociera do nas dużo więcej tego promieniowania, co z kolei może spowodować:

Wśród roślin, które wykazują reakcję na promienie UV, ponad dwie trzecie gatunków jest na nie wrażliwe. Należy przy tym zaznaczyć, że są to głównie gatunki roślin uprawnych i przemysłowych. Zwiększenie się natężenia promieniowania ultrafioletowego na Ziemi odbije się więc z pewnością w gospodarce człowieka. Zmniejszenie liczebności populacji ryb na skutek zaniku planktonu doprowadzi do znacznie mniejszych połowów na określonym terenie. Ucierpi więc rybactwo i rybołówstwo.

Jeśli do środowiska wciąż wydzielane będą freony i inne gazy niszczące ozon, to w niedalekiej przyszłości dziura ozonowa powiększy znacznie swój rozmiar i wkrótce pojawi się nad całą kulą ziemską. Nie będzie to już więc dziura ozonowa, ale całkowity zanik ozonu w atmosferze ziemskiej.

Już w 1971 roku dwóch chemików zauważyło i udowodniło niszczący wpływ freonów na warstwę ozonową atmosfery. Byli nimi prof. Sherwood Rowland i dr Mario Molina (laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie chemii z 1995 roku). Komisja do spraw ochrony środowiska ONZ zwróciła uwagę na to zjawisko dopiero w 1976 roku. Od tego czasu freony znalazły się na liście związków chemicznych niebezpiecznych dla środowiska naturalnego. Konkretne działania mające na celu niedopuszczenie do zmniejszania się warstwy ozonowej nad powierzchnią kuli ziemskiej zaczęto jednak podejmować dopiero od 1982 roku. W 1987 roku w celu ochrony warstwy ozonowej 31 państw (w tym Polska) podpisało Protokół Montrealski. Zakładano w nim 50-cio procentowe ograniczenie produkcji. Od 1990 roku rzeczywiście obserwuje się zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze. W myśl Konwencji Wiedeńskiej w sprawie ochrony warstwy ozonowej zakazana jest produkcja freonów oraz import zagranicznych urządzeń chłodzących zawierających freony. Można więc mówić o znacznym wzroście świadomości władz i społeczeństwa, co jest pocieszającym zjawiskiem. W produkcji kosmetyków i dezodorantów nie stosowane są one już praktycznie, a jako nośniki używane są inne, nieszkodliwe dla środowiska gazy. Także nowoczesne lodówki i chłodziarki są urządzeniami bezfreonowymi. Jednak pomimo wszelkich działań mających na celu niedopuszczenie do dalszej emisji freonów i halonów, w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat nie stanie się możliwe odbudowanie warstwy ozonu nawet do grubości sprzed ćwierć wieku.