KANCELARIA SEJMU BIURO STUDIÓW I EKSPERTYZ. Zmiany stężeń ozonu (O 3 ) w atmosferze. Informacja. Nr 15

Transkrypt

1 KANCELARIA SEJMU BIURO STUDIÓW I EKSPERTYZ Zmiany stężeń ozonu (O 3 ) w atmosferze Grudzień 1991 Robert Kijak Informacja Nr 15

2 - 1 - Wstęp Problem zmniejszania się koncentracji ozonu ( O5 ) na skutek działalności antropogennej ma wiele poważnych, negatywnych skutków dla mieszkańców naszej planety. Konieczne są wspólne działania w celu ochrony ozonosfery ( części stratosfery, w której wysokie stężenia Oj chronią Ziemię przed niebezpiecznym zakresem promieniowania ultrafioletowego ), m.in. poprzez ratyfikacje przez wszystkie kraje Konwencji Wiedeńskiej (1985) wraz z Protokołem Montrealskim (1987). Za zubożanie warstwy ozonowej odpowiedzialne są przede wszystkim: - CFC czyli chlorofluorocarbons ( chlorofluorowęglany ) - o nazwie handlowej - freony, - halony, - czterochlorek etylu, - chloroform etylu, - HCFC ( hydrochlorofluocarbons ). Związki te łatwo przenikają do stratosfery powodując rozpad ozonu. Jednocześnie konieczne są działania w celu zmniejszenia stężeń ozonu przy powierzchni Ziemi, który w tym wypadku można traktować jako zanieczyszczenie powietrza. Programy i konwencje międzynarodowe realizowane w Polsce dotyczące ochrony ozonosfery Polska należy do krajów biorących udział w programie GOOS ( Global Ozone Observing System ) ukierunkowanym na obserwację długookresowych zmian stężeń ozonu w atmosferze pod kierunkiem Światowej Organizacji Meteorologicznej. W obserwatorium geofizycznym PAN w Belsku, od początku lat sześćdziesiątych prowadzone są pomiary ozonu w pionowym słupie powietrza w troposferze i stratosferze. Również Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej prowadzi podobne pomiary w Legionowie.

3 - 2 - Polska przystąpiła do Konwencji o ochronie warstwy ozonowej ( Konwencja Wiedeńska z 22 marca 1985 ) w czerwcu Zaleca ona krajom sygnatariuszom współpracę naukową i wprowadzanie legislacji oraz działań administracyjnych, które przyczyniłyby się do ochrony tej warstwy. Protokół Montrealski (16 września 1987 ) obowiązuje w Polsce od października Protokół w porównaniu do pierwotnej wersji został poważnie zmodyfikowany ze względu na pogarszającą się sytuację. Na spotkaniu stron protokołu w czerwcu 1990 w Londynie wprowadzono dwie poprawki[l]. Pierwsza ( od ) przyśpiesza terminy redukcji niektórych freonów i halonów, a mianowicie: Freony ( CFC-11, 12, 113, 114, 115 ) - zamrożenie poziomu z 1986 roku do roku 1994, 50% redukcji w latach , 85% redukcji w latach w stosunku do roku 1986, całkowite wyeliminowanie od roku 2000; Halony ( 1211, 1301, 2402 ) - zamrożenie poziomu z roku 1986, w latach , 50% redukcji poziomu z 1986 roku w okresie , całkowite wyeliminowanie od roku 2000 ( I klasa ). Druga poprawka ( obowiązująca prawdopodobnie od 1992 ) obejmuje: Freony ( CFC-13, 111, 112, 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217 ) - 20% redukcji poziomu z roku 1989 w okresie , 85% w latach , eliminacja od roku 2000; Czterochlorek węgla ( CCI4 ): 85% redukcji w okresie poziomu z roku 1989, wyeliminowanie od roku 2000; Chloroform metylu ( 1,1,1-trójchloroetan ) - zamrożenie poziomu z roku 1989 w okresie , 30% redukcji w latach w stosunku do roku 1989, 70% redukcji w latach , eliminacja od 2005 roku ( klasa II ); HCFC ( -21, 22, 31, 121, 122, 123, 124, 131, 132, 133, 141, 142, 151, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 231,232, 233, 234, 235, 241, 242, 243, 244, 251, 252, 253, 261, 262, 271): redukcja nie później niż do 2040 roku (III klasa ). Protokół dla krajów rozwijających się ( w Europie należą do nich tylko Albania, Rumunia i Jugosławia ) opóźnia o 10 lat realizację jego surowych warunków, gdy zużycie chlorofluorowęglanow i halonów z I klasy jest nie większe niż

4 kg/(rok*mieszkaniec). Polska została więc zaliczona do krajów rozwiniętych i musi wypełniać postanowienia Protokołu Montrealskiego od dnia ratyfikacji. Przyczyny i następstwa zmian stężeń ozonu w stratosferze Sumaryczna zawartość O3 w atmosferze nie uległa istotnym zmianom, co powoduje, że problem ozonu jest często bagatelizowany. Zauważa się natomiast niekorzystną sytuację polegającą na wzroście stężeń w troposferze ( przy ziemi) o 0.5% rocznie oraz zmniejszenie w stratosferze o 0.1% rocznie ( pomiary na stacji PAN w Belsku )[2], W kwietniu 1991 roku dane satelitarne wykazały, że koncentracja w stratosferze spada o ok. 2 razy szybciej niż 3 lata wcześniej[3]. Tendencja ta jest niebezpieczna, ponieważ zmniejszenie koncentracji w stratosferze powoduje przenikanie do powierzchni Ziemi szczególnie niebezpiecznego zakresu promieniowania ultrafioletowego ( UV ). Mimo że wykryto i zbadano tylko jedną "dziurę ozonową" na półkuli południowej ( Antarktyda ) istnieje duże prawdopodobieństwo, że również na półkuli północnej może pojawić się kolejna. Freon używany jest jako gaz napędowy w aerozolach, czynnik chłodniczy w lodówkach, w klimatyzacji w pojazdach, jako surowiec do produkcji pianek poliuretanowych i niektórych tworzyw, do mycia elementów elektronicznych oraz narzędzi chirurgicznych, jako wybielacz do proszków do prania i do prania na sucho. Halony stosowane są głównie w gaśnicach halonowych. Chloroflurowęglany łatwo przenikają do stratosfery, gdzie redukują ozon utrzymując się tam przez ponad 100 lat. Ostatnio w krajach wysokouprzemysłowionych zamiast CFC używa się najczęściej HCFC, znacznie mniej szkodliwe dla warstwy ozonowej, w aerozolach mieszaniny propan/butan/izobutan, czasem podtlenek azotu ( N 2 O ). Ostatnie badania dowiodły jednak, że zarówno N2O, jak i w ogólności tlenki azotu - NO x ( głównie ze względu na ich ilość ) także docierają do stratosfery, powodując zmniejszenie ilości ozonu. Utrzymują się tam także około 100 lat. Konieczne są więc natychmiastowe działania, bo efekt emisji tych związków będzie odczuwalny jeszcze bardzo długo. Nie tylko zwiększy się zachorowalność na raka skóry, ale co gorsze nastąpią mutacje genetyczne wśród roślin, zwierząt i ludzi. Może przyczynić się to do zaniku życia na naszej planecie. Freony także powodują odbijanie promieniowania podczerwonego

5 - 4 - emitowanego przez powierzchnię Ziemi przez co przyczyniają siędo globalnego ocieplenia z jego tragicznymi skutkami. W Polsce, która jest 100 procentowym importerem CFC i halonów, poziom ich zużycia jest niewielki w porównaniu do krajów wysokorozwiniętych. Zużycie związków I klasy w Polsce wg danych Ministerstwa Przemysłu i Handlu w roku 1990 i 1986 wynosiło: CFC-11 CFC-12 CFC-113 CFC-114 CFC-115 Halon-1211 Halon-1301 Halon ton, ton, 2700 ton 4100 ton, 30 ton, 250 ton, 15 ton, 50 ton, - ton, 10 ton, 100 ton, 1200 ton, - ton, - ton, 5 ton, 50 ton Suma 5050 ton, 7960 ton. Dane te zostały otrzymane na podstawie informacji od importerów ( gł. CIECH ). Obejmują wyłącznie dane o imporcie chlorofluorowęglanow i halonów jako surowca do produkcji, co jest zgodne z postanowieniami Protokołu Montrealskiego, który nie dotyczy urządzeń wykorzystujących związki powodujące zubożanie warstwy ozonowej. Wielkość zużycia w roku 1990 jest mniejsza od ich zużycia w roku 1986, do którego odnosi się protokół tzn. zostały spełnione warunki w stosunku do klasy I. Osiągnięte to zostało, nie dzięki konkretnym działaniom w tym kierunku, a przez głównie spadek produkcji w warunkach recesji. Uzyskiwane dane od producentów wykorzystujących te związki nie zawsze są ścisłe, często nie uwzględniają strat, wycieków, a tylko ilość wykorzystaną w produkcie końcowym. Niemniej jednak nie zmienia to faktu, że zużycie ich w Polsce jest niewielkie i zmalało w odniesieniu do roku Ze związków II klasy czterochlorek węgla produkowany jest w Polsce w Zakładach Chemicznych w Tarnowie i Włocławku, jako produkt uboczny produkcji np. polichlorku winylu. Produkcja nie wzrasta, a nawet spadła w przeciągu ostatnich lat. Stężenia ozonu przy powierzchni Ziemi Oprócz pomiarów całkowitej koncentracji ozonu w atmosferze ( Belsk, Le-

6 - 5 - gionowo ), jest on mierzony przy ziemi w stacjach monitoringu w miastach i aglomeracjach miejsko -przemysłowych ( niestety niewielu ). Pomiar jest dokonywany dość kosztownym miernikiem automatycznym, w sposób ciągły podającym aktualne stężenie. Pomiar ozonu dokonywany jest m.in. w sieci alarmowej w Krakowie od października 1991, a do czerwca 1991 odbywał się na stacji IOS/U.S.EPA ( Instytut Ochrony Środowiska/Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska ) w Warszawie. Jak już wspomniano pomiary na stacji Instytutu PAN w Belsku wykazują niekorzystną sytuację polegającą na wzroście stężeń ozonu w troposferze o około 0.5 %. Ponadto koncentracja jego wykazuje znaczne wahania związane ze szczytami komunikacyjnymi, nieznacznie w związku z porami roku. Przy wzroście stężeń tlenków azotu w szczytach komunikacyjnych spada stężenie O 3 wskutek redukcji do tlenu atomowego i cząsteczkowego. Również na koncentrację O 3 ma wpływ ilość promieniowania UV docierającego do ziemi, wyładowania atmosferyczne, większa emisja NO x w sezonie grzewczym. Ozon w sposób naturalny tworzy się poprzez rozbicie tlenu cząsteczkowego wskutek promieniowania UV czy wyładowań atmosferycznych i łączenia się tlenu atomowego z cząsteczką O 2. W sposób sztuczny nie jest emitowany bezpośrednio. Tworzony jest wskutek reakcji węglowodorów ( C m H n ) i NO x w obecności promieniowania UV. Redukcje stężeń ozonu można przeprowadzić poprzez ograniczenie emisji węglowodorów i NO x ( np. stosując katalizatory w pojazdach mechanicznych ). Ozon jest jednym z głównych czynników przyczyniających się do tworzenia smogu typu fotochemicznego czy kwaśnych deszczy. Powoduje utlenianie się SO 2 i NOx i tworzenia się kwasu siarkowego i azotowego w postaci aerozolu zawieszonego w powietrzu. Wysoka koncentracja samego ozonu w miastach, głównie wzdłuż szlaków komunikacyjnych, niekorzystnie oddziałuje na ludzi powodując schorzenia dróg oddechowych ( zwłóknienie płuc, a nawet rozedma ), ale także powoduje straty ekonomiczne ( np. skrócenie życia opon samochodowych nawet w czasie ich magazynowania czy niszczenie farb pokrywających różne powierzchnie ). Metody zahamowania niekorzystnych zmian koncentracji ozonu w atmosferze Konieczne jest działanie mające na celu zmniejszenie zawartości ozonu w bezpośredniej bliskości powierzchni ziemi ( czynnik smogotwórczy ), ale także w celu

7 - 6 - zachowania warstwy ozonowej w stratosferze chroniącej nas przed oddziaływaniem na organizmy żywe szkodliwego zakresu promieniowania ultrafioletowego. Pierwszy z tych celów można osiągnąć, jak już wspomniano zmniejszając zanieczyszczenie powietrza tlenkami azotu i węglowodorami. Są one głównymi obok tlenku węgla, zanieczyszczeniami komunikacyjnymi. Można to osiągnąć stosując powszechnie katalizatory ( redukcja C m H n o 96%, NO x o 76% - w samochodach osobowych, C m H n o 90%, NO x o 50% - w samochodach ciężarowych ). Ponieważ freony nie są w Polsce produkowane, wydaje się, że w dość prosty sposób można ograniczyć i wyeliminować ich zużycie. Ratyfikując Protokół Montrealski Polska zobowiązała się do przestrzegania jego surowych warunków ograniczając i w końcu eliminując import chlorofluorowęglanów. Ażeby spełnić te wymogi konieczne jest przez Ministerstwo Współpracy Gospodarczej z Zagranicą określenie limitu importu freonów, halonów itd. i przydział licencji importowych poszczególnym importerom. Preferencje w ich przydziale powinny być stosowane dla celów medycznych, zapewnienia bezpieczeństwa w lotnictwie czy pożarnictwie. W legislacji innych krajów ( np. amerykańskim Clean Air Act z roku 1990 ) zostały ujęte działania chroniące warstwę ozonową[4]: - zakaz produkcji zbędnych wyrobów wykorzystujących związki oddziałujące na ozonosferę, - preferowanie bezpieczniejszych od freonów związków takich jak HCFC czy HFC, - stałe publikowanie listy tych substytutów, - oznaczanie na opakowaniach urządzeń takich jak aerozole czy urządzenia chłodnicze informacji o związkach chemicznych, jakie zwierają, - recykling lub bezpieczne składowanie zużytych urządzeń wykorzystujących związki niszczące ozonosferę, - kary za nieprzestrzeganie tych warunków. W Polsce, wzorem innych krajów należy jak najszybciej wprowadzić podobne przepisy. [1] Handbook for the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozon Layer. "UNEP, Ozone Secretariat", Nairobi May 1991; s.9-11.

8 - 7 - [2] Stan zanieczyszczenia atmosfery w Polsce w roku 1987, Rocznik monitorowy pod redakcją Macieja Nowickiego. "IOŚ", Warszawa 1990; s.12. [3]Air Quality: Implementing the Clean Air Act Amendments of CRS Issue Brief Updated, September 17, 1991; s.10. [4]The Clean Air Act Amendments of 1990, Summary Materials U.S.EPA, Washington D.C. November 15, 1990; s.15.