Ozonul in atmosfera
Pamantul s-a format acum 5 miliarde de ani. In primii 500 de ani din vaporii si gazele degajate din interiorul planetei s-a format o atmosfera densa. Aceste gaze erau formate din hidrogen (H2), vapori de apa, metan (CH4) si oxizi de carbon. Acum 3,5 miliarde de ani atmosfera era probabil formata din dioxid de carbon (CO2), monoxid de carbon (CO), apa (H2O), azot (N2) si hidrogen (H2).
Hidrosfera s-a format acum 4 miliarde de ani prin condensarea vaporilor de apa rezultati din apa oceanelor in care s-a produs sedimentarea. Cea mai importanta caracteristica a acestui tip de mediu inconjurator este lipsa oxigenului liber. Dovezi care sustin ipoteza unei atmosfere lipsite de oxigen liber se gasesc in formarile de roci care contin mai multe elemente, cum ar fi fier sau uraniu, intr-o stare primitiva. Elemente de acest gen nu se gasesc in rocile formate in Precambrian si erele mai recente.
Acum un miliard de ani, algele albastre-verzi au inceput sa foloseasca energia soalara pentru a descompune moleculele de H2O si CO2 si pentru a le recombina in compusi organici si oxigen molecular (O2). Aceasta transformare bazata pe energia solara poarta numele de fotosinteza. O parte din oxigenul rezultat in urma fotosintezei cu carbonul organic au recreat molecule de CO2. Oxigenul ramas, acumulat in atmosfera a creat un dezastru ecologic in ce priveste organismele anaerobe. Pe masura ce cantitatea de oxigen din atmosfera a crescut, cea de CO2 a scazut.
In atmosfera superioara o parte din moleculele de oxigen au absorbit energie de la razele ultraviolete ale soarelui si s-au transformat in oxigen atomic. Acesti atomi combinati cu oxigenul molecular ramas au format molecule de ozon (O3) care absorb eficient razele ultraviolete. Acest strat fin de ozon actioneaza ca un scut protector al planetei impotriva razelor ultraviolete. Cantitatea de ozon necesara pentru protejarea Pamantlui de razele ultraviolete nocive variaza intre 200 si 300 nanometri (nm) si se crede ca exista de peste 600 milioane ani. Atunci nivelul de oxigen era aproximativ 10% din concentratia actuala din atmosfera. Inainte de acest moment, existenta vietii era posibila doar in ocean. Prezenta ozonului a dat organismelor ocazia sa evolueze si sa traiasca pe uscat. Ozonul a jucat un rol semnificativ in evolutia vietii pe Pamant si datorita ozonului exista viata asa cum o stim azi.
Aerul pe care il respiram este un amestec relativ stabil de cateva sute de gaze de diferite origini. Stratul gazos invaluie planeta si se misca odata cu ea. Masa ei este de aproape 5 x 10E15 tone atrase de Pamant datorita atractiei gravitationale. Proportiile de gaze, excluzand vaporii de apa sunt aproape egale pana la aproximativ 80 km deasupra Pamantului. Componentele principale ale atmosferei, dupa volum, sunt oxigenul (21%), azotul (78%) si argonul (0 %). Exista de asemenea cantitati mici din alte gaze.
Stratul gazos care invaluie Pamantul este impartit in mai multe straturi sferice concentrice separate de zone de tranzitie inguste. Limita de sus la care gazele se disperseaza in spatiu se afla la o altitudine de aproximativ 1000 km deasupra nivelului marii. Mai mult de 90% din totalul masei atmosferice este concentrata in primii 40 km de la suprafata pamantului. Straturile atmosferice se caracterizeaza prin diferente in compozitia chimica care da nastere la variatii de temperatura. Aceste straturi sunt troposfera, stratosfera, mezosfera, termosfera si exosfera si, in continuare ma voi referi doar la stratosfera si la termosfera.
Stratosfera este al doilea strat atmosferic. Se gaseste intre 10 si 50 km deasupra planetei. Temperatura aerului in stratosfera ramane relativ constanta pana la o altitudine de 25 de km. Apoi ea creste progresiv pana la 200-220 k pana la limita superioara (~ 50 km). Datorita temperaturii aerului din stratosfera care creste odata cu altitudinea, nu exista fenomenul de convectie si are un efect stailizator asupra conditiilor atmosferice. Ozonul joaca un rol major in reglarea regimului termic din stratosfera, din moment ce volum de vapori de apa din strat este foarte redus. Temperatura creste odata cu concentratia ozonului. Energia solara e convertita in energie cinetica cand moleculele de ozon absorb radiatia ultravioleta rezultand in incalzirea stratosferei. Stratul de ozon se afla intre 20 si 30 km. Aproximativ 90% din ozonul din atmosfera se gaseste in stratosfera. Concentratia de ozon din acest strat este de aproape 2 ori si jumatate mai mare decat cea din toposfera. Ozonul absoarbe radiatia ultravioleta cu lungimi de unda intre 290 si 320 nm. Aceste lungimi de unde sunt daunatoare vietii deoarece ele pot fi absorbite de acidul nucleic din celule. Penetrarea excesiva a radiatiei ultraviolete spre suprafata planetei ar distruge vegetatia si ar avea urmari ecologice grave. Mari cantitati de radiatii ultraviolete ar duce la efecte biologice negative cum ar fi cresterea vazurilor de cancer. Conditiile meteorologice afecteaza distributia ozonului. Producerea si distributia ozonului are loc in stratosfera superioara tropicala unde este prezenta cea mai mare cantitate de radiatii ultraviolete. Disocierea are loc in zonele inferioare ale stratosferei si la latitudini superioare celor la care se realizeaza producerea ozonului.
Termosfera (penultimul strat al atmosferei) este situata deasupra mezosferei si este separata de ea prin mezopauza (strat de tranzitie). Temperatura in termosfera creste odata cu altitudinea pana la 1000-1500 k. Aceasta crestere de temperatura se datoreaza absorbtiei de radiatie solara de o cantitate limitata de oxigen molecular. La o latitudine de 100-200 km majoritatea componentelor atmosferice sunt inca azotul si oxigenul. La aceasta altitudine extrema moleculele sunt dispersate.
Mediul inconjurator este constituit din patru mari elemente: atmosfera gazoasa, hidrosfera lichida, litosfera solida si biosfera vie. Privita din spatiu, atmosfera Pamantului arata ca un voal subtire albastru. Aceasta suprafata gazoasa, fragila, aproape transparenta furnizeaza aerul pe care il respiram zi de zi. De asemenea ea regleaza temperatura si filtreaza radiatiile solare periculoase. In ultimii ani, cercetarile stiintifice au aratat ca structura chimica a atmosferei este in schimbare datorita cauzelor naturale sau provocate de om, de aceea atentia este focalizata asupra impactului activitatii umane asupra atmosferei. Oemnirea prin activitatile ei contribuie sa cresterea cantitatii de gaze din atmosfera, contribuind astfel la incalzirea Pamantului distrugand stratul de ozon, acel component atmosferic care protejeaza planeta de radiatiile ultraviolete.
Distrugerea stratului de ozon este o preocupare crescand pentru ca stratul de ozon respinge intre 95% si 99% din radiatiile ultraviolete. Pot rezulta multe consecinte datorita nivelelor ridicate de UV (ultraviolete) incluzand efecte genetice, boli de ochi, efecte negative asupra vietii marine etc. Radiatiile UV in cantitati mari in troposfera (primul strat al atmosferei) pot sa creasca cantitatea de smog din atmosfera. Smogul este deja un lucru grav in marile orase. Scaderea cantitatii de ozon stratosferic a fost raportata pentru prima data in 1974 si aceasta scadere a fost rapid legata de prezenta compusilor artificiali CFC (un nou tip de gaz care are un efect de captare foarte mare: o molecula este de 12-16 mii de ori mai eficienta la absorbtia radiatiei infrarosii decat una de CO2). Multe tari din toata lumea au inceput sa reduca folosirea CFC-ului, dar datorita faptului ca aerul dintre strate se amesteca greu, s-a dedus ca CFC-ul din atmosfera va ramane la un nivel semnificativ si in secolul care urmeaza. Distrugerea ozonului a devenit o problema economica si politica foarte controversata, dar si o problema stiintifica complexa. Surse de agenti care afecteaza stratul de ozon sunt inca de domeniul lucrurilor nesigure, insa CFC este cu siguranta una dintre acele substante care sunt dovedite ca afectand stratul de ozon. Modele stiintifice de atmosfera sunt construite ca sa ajute oamenii de stiinta sa caute alti factori in distrugerea ozonului, evaluarea importantei lor si prevenirea a ceea ce s-ar putea intampla in viitor.
Prin urmare, trebuie sa facem tot posibilul sa conservam toate resursele pe care Pamantul ni le ofera, resurse considerate inepuizabile, deoarece, prin interventia noastra, a oamenilor, in incercarea de a ne face viata mai usoara, le transformam in resurse epuizabile si, mai apoi, inexistente. Trebuie sa protejam in special stratul de ozon care contribuie la mentinerea noastra in viata si care intra in componenta "scutului" nostru protector.
