הידלדלות שכבת האוזון
הידלדלות שכבת האוזון (באנגלית: Ozone depletion) מתארת שתי תופעות נפרדות אך קשורות זו לזו שנתגלו החל מסוף שנות 1970: ירידה מתמדת של כ-4% לעשור בנפח הכללי של האוזון בסטרטוספירה (השכבה העליונה של האטמוספירה) של כדור הארץ (שכבת האוזון), וירידה גדולה בהרבה בזמן האביב, באוזון בסטרטוספרה באזורי הקטבים. התופעה האחרונה מוכרת יותר בשם "החור באוזון"'. הידלדלות זו הפכה לאחת בעיות סביבתיות הבוערות במחצית השנייה של המאה ה-20 בנוגע לאטמוספירה, כשלצידה בולט נושא התחממות עולמית.
פרטי היווצרות החור בשכבת האוזון בקטבים שונה במעט מהרס שכבת האוזון באזורים אחרים, אבל התהליך המרכזי בשני התהליכים היא הרס קטליטי של אוזון על ידי אטומים הלוגנים. המקור המרכזי לאטומי הלוגן אלה בסטרטוספירה היא פרוק של גזים שיוצרו על ידי בני האדם מסוג הלוקרבונים (Halocarbons) בתעשיית הקירור (CFC, פריאון, הלונים). תרכובות אלה מוסעות אל הטרופוספירה לאחר שנפלטו בגובה פני הקרקע. שני סוגי פירוק האוזון גדלו כאשר הפליטה של Halocarbons גדלה. שימוש בחומרים אלה החל בעיקר בשליש הראשון של המאה ה-20. בשנות ה-80 החלו מדענים לזהות כי קיימת בעיה של חור באוזון ולשייך את הבעיה לפליטת גזי הלוקרבונים.
CFC וחומרים דומים אחרים מכונים כיום חומרים-מדלדלי-אוזון (Ozone-Depleting Substances -ODS). שכבת האוזון מונעת כניסה של רוב הקרינה המזיקה מסוג UVB של קרינה על-סגולית (280–315 nm) מלחדור את האטמוספירה של כדור הארץ. קיים חשש מפני ששורה של תוצאות הרסניות לביולוגיות ואקולוגיות שעלולות להתרחש כתוצאה מחשיפה מוגברת לקרינת UV, כמו עליה בשיעור התחלואה בסרטן העור ובקטארקט, נזק ליבולים, וירידה באוכלוסיית הפלנקטון באוקיינוסים. שכבת אוזון תקינה נחשבת לאחד מ-9 התחומים שמהווים גבולות פלנטריים אשר פריצתם עלולה ל סכן את קיום האנושות.
מסיבה זו המגמות הנצפות והצפויות של הדלדלות יצירה דאגה כלל עולמית, והוביל להקמת פרוטוקול מונטריאול שנחתם בשנת 1987 ואסר באופן הדרגתי את הייצור של CFC, הלונים וכימיקלים מדללי אוזון אחרים. עקב תגובת יתר והשהיות שונות הנובעות ממידע חסר, ויכוחים מדעיים ופוליטיים וכן עקב תהליכים טבעיים, צפויים לעבור כ-140 שנה בין תחילת הבעיה לבין פתרונה המלא, וכ-100 שנים בין תחילת זיהוי הבעיה לבין פתרונה המלא, בשנת 2040. בשנת 2018 התברר כי למרות קיומו של הסכם בינלאומי קיימות פליטות חדשות של גז שמדלל את האוזון, ולפי הערכה מקור הפליטות הוא ככל הנראה בתעשייה באחת ממדינות מזרח אסיה. חוקרי אקלים חוששים מדחייה נוספת בסגירת החור. [1]
מדי שנה ב-16 בספטמבר - מצוין בעולם יום שימור שכבת האוזון, שמוכר על ידי האו"ם מאז 1995. [2]
חשיבות שכבת האוזון
| בעיות סביבתיות | |
שכבת האוזון מצויה בסטרטוספירה. לשכבה זו חשיבות רבה בקיום החיים על פני כדור הארץ. שכבת האוזון מסננת את הקרינה האולטרה־סגולה המגיעה מהשמש, קרינה המסכנת את היצורים החיים וגורמת לסרטן העור. שכבת האוזון בולעת את הקרינה שבאורכי הגל בין 295 ל-320 ננומטר.
על פי מדענים העוסקים בנושא, שכבת האוזון היא זו שאפשרה לבעלי חיים לצאת מתוך האוקיינוס אל פני האדמה ולהתחיל בהתפתחות החיים על היבשה. ללא שכבה זו היו נוצרות מוטציות בקצב גבוה מידי, שלא היה מאפשר שמירה על תהליך האבולוציה בקרב בעלי חיים יבשתיים.
בשנת 1983 התגלה כי שכבת האוזון מעל הקוטב הדרומי (ויבשת אוסטרליה) הידלדלה עד מאוד והקרינה המסוכנת חודרת דרכה. ירידה בעובי שכבת האוזון מאפשרת לקרינה רבה יותר להגיע אל כדור הארץ. הגדלת הקרינה פוגעת באדם (מגדילה את שכיחות סרטן העור, פוגעת במערכות חיסוניות, גורמת לנזקים בראייה), וכן פוגעת בצמחים, בבעלי חיים ובחומרים פלסטיים.
הפגיעה בשכבת האוזון
עם החומרים הפוגעים בשכבת האוזון נמנים:
- CFC (ראשי תיבות של "Chlorofluorocarbon") – משפחת תרכובות של כלור, פלואור ופחמן, ששימשה כחומר קירור במקררים ובמזגנים, כממסים וכחומרים לניקוי תעשייתי, כחומרים מקציפים, כחומרים לכיבוי אש וכתרסיסים.
- פחמן ארבע-כלורי – משמש כחומר גלם ל-CFC, ממס וזרז לתהליכי ייצור בתעשייה.
- HCFC – תרכובות של CFC ומימן ששימשו למשך תקופה מסוימת כתחליפים ל-CFC
- מתיל ברומיד – תרכובת של פחמן, מימן וברום המשמשת חומר הדברה לחיטוי קרקע ולטיפול הדברה במוצרים חקלאיים.
- האלונים – תרכובות ברום, פלואור ופחמן המשמשים כחומר כיבוי שרפות במטפים.
- מתיל כלורופורם – תרכובת המכילה פחמן, מימן וכלור ומשמשת כממס תעשייתי.
המולקולות של חומרים אלה הן בדרך כלל יציבות מאוד בשכבת הטרופוספרה (השכבה התחתונה של האטמוספירה ומתפרקים רק בסטרטוספרה, עקב השפעת קרינה חזקה של אור אולטרה־סגול. כאשר מתפרקת מולקולה של חומר כזה, משתחרר ממנה רדיקל חופשי (אטום בודד של כלור או ברום), המתקיף את מולקולת האוזון וגורם להתפרקותה למולקולת חמצן ולאטום חמצן חופשי. אולם אטום הכלור או הברום נשאר חופשי, ופנוי לפרק עוד מולקולת אוזון. דוגמה לפרוק קטליטי של אוזון באטמוספירה:
- כלור (Cl) +אוזון (O3) הופכים ל-ClO וחמצן (O2).
- ClO + O הופכים ל-CL ולחמצן
- נחבר את ריאקציות 1 ו-2 והריאקציה היא O + O3 הופכים ל-2 מולקולות חמצן O2.
כך נוצר "כדור שלג" או לולאת משוב מחזקת - תהליך שבו כל מולקולה של החומרים המוזכרים לעיל יכולה לפרק מספר גדול של מולקולות אוזון. מנגנון זה פועל בעיקר בחלקה העליון של הסטרטוספירה שם מצויים אטומי חמצן חופשיים. להידלדלות האוזון בשכבות הנמוכות של הסטרטוספירה גורמים תהליכים מורכבים יותר. אטום כלור בודד ימשיך להרוס אוזון במשך כשנתיים עד שישקע חזרה לטרופוספירה. ברום הרסני לאוזון עוד יותר מכלור אלא שהכלור נפוץ יותר. ההלוגנים האחרים: פלואור ויוד הרסניים פחות: פלואור יגיב עם מים או גז מתאן ותתקבל החומצה היציבה HF, ואילו תרכובות יוד ישארו בטרופוספירה ולא יגיעו לשכבת האוזון.
| זיהום אוויר |
|
רקע: מזהמים שונים: |
היסטוריה של דלדול האוזון
בשנות ה-1930 החל שימוש תעשייתי ומאסיבי בפריאון - אחד ה-CFC הנפוצים בתעשיית הקירור.[3]
בשנת 1973 החלו להתפתח תאוריות לגבי הרס שכבת האוזון. ים זאת תאוריות אלה התמקדו בפליטת חומרים אחרים לדוגמה חומרים ביולוגיים ופליטות ממעבורת החלל.
בשנת 1976 פורסם דו"ח של האקדמיה למדעים בארצות הברית, על החור באוזון. הדו"ח גרר התחלת החרמה של חומרי CFC בידי מספר מדינות מערביות, אבל לאחר מכן חילוקי דעות פוליטיים עיכבו קיום של פעולה בינלאומית במשך מספר שנים. קונצנזוס מדעי לגבי הסיבות לדילדול באוזון התרחש רק מספר שנים לאחר החתימה על פרוטוקול מונטריאול. [4]
בשנת 1985 החלו מדענים בזיהוי של "חור בשכבת האוזון" וגודלו מעל יבשת אנטרקטיקה [5]
ב-16 בספטמבר 1987 נחתם פרוטוקול מונטריאול, להפסקת ייצור CFC וחומרים נוספים שפגעו באוזון. הפרוטוקול נכנס לתוקף ב-1 בינואר 1989. [6]
הפרוטוקול נכנס לתוקף בצורה הדרגתית - במדינות שנחשבו למפותחות הפסת ייצור ושימוש בחומרים מדללי אוזון נפסק לאחר זמן קצר, במדינות מתפתחות המשיכו לייצר ולהשתמש בחומרים. לדוגמה ישראל אישררה את האמנה רק ב-1992, והוא בא לידי ביטוי בתקנות בישראל רק בשנת 2004.
מולקולות CFC גוררת פירוק של מספר רב של מולקולות אוזון במשך מספר שנים. כך שגם ביום שלאחר שהפסיקו את ייצור CFC ופליטתו, מולקולות CFC קיימות עדיין באטמוספירה, והן ממשיכות לפרק את האוזון. במקביל יש תהליך נוסף של בניית שכבת האוזון על ידי תהליכים טבעיים. כאשר קצב הפירוק קטן מספיק - בקצב נמוך מקצב ייצור האוזון - תתחיל בניית שכבת האוזון מחדש. עד לשיקום מלא של השכבה (והפסקת כניסה של קרינת UV מזיקה) יקחו עוד מספר שנים.
מאז האימוץ והחיזוק של פרוטוקול מונטריאול, יש ירידה בפליטה של CFC וחומרים דומים ויש ירידה בריכוזי האטמוספריים של החומרים המזיקים ביותר לאוזון. שיא הריכוז חומרי הגורמים לדלדול, הנמדד בשווה ערך לכלור (Effective Equivalent Chlorine- EECl) התרחש בשנת 1994, ומאז ועד 2008 הייתה ירידה של 10% בריכוז האטמוספרי שלהם. על פי הערכות עד שנת 2015 החור באוזון מעל אזור אנטרקטיקה יקטן בכמיליון קמ"ר.
אם לא יהיו פליטות נוספות, של חומרים מדללי אוזון, החלמה מלאה של שכבת האוזון באנטרקטיקה צפויה לא לפני 2050. על פי מחקרים, רמות האוזון ישובו לרמות של 1980 רק באזור שנת 2068.
מאפיינים של החור באוזון מעל הקוטב הדרומי
דלדול שכבת האוזון בקוטב הדרומי הוא קיצוני במיוחד, והוא מכונה "החור באוזון". הפרופיל של החור באוזון משתנה עם הגובה. בחודשים מסויימים (בעיקר ספטמבר-אוקטובר), נהרס כמעט כל האוזון בגובה של 13 עד 23 ק"מ מעל הקוטב הדרומי. אוויר קר מאוד והומוגני, שאינו מתערבב עם שכבות אוויר אחרות, מסייע להרס הפוטו-כימי של האוזון. עם זאת, מעל ומתחת לשכבות אלה הטמפרטורה של האוויר היא גבוהה יותר וכמות האוזון נשארת ללא שינוי כמעט. רוב המחקר של האוזון בקוטב הדרומי נעשה על ידי מעבדת NoAA למחקר של מערכות כדור הארץ - ששייכת לנאס"א. [7]
"חבילות" של אויר נעות על משטחים איזנטרופיים (משטחים של טמפרטורה פוטנציאלית שווה) ולא על משטחים של לחץ. השטח של 450 מעלות קלווין באזור הקוטב הדרומי נמצא בין משטחי לחץ של 70 מיליבר, ל-50 מיליבר. אזור זה נמצא ליד האזור האנכי שבו האוזון הוא באופן נורמלי בכמות הגדולה ביותר. באזור הקוטב קיימת "המערבולת הקוטבית" (The polar vortex) שהיא אזור שבו אוויר הקוטב הקר נלכד על ידי הרוחות החזקות של רוח הסילון הלילית של הקוטב. בתקופת החורף / האביב (בחודשים מרץ עד אוקטובר בחצי הכדור הדרומי), כאשר המערבולת הקוטבית היא החזקה ביותר, האוויר מחוץ למערבולת לא יכול להיכנס לתוכה. מסיבה זו אוויר מאזורים צפוניים וחמים יותר לא יכול להתערבב עם האוויר הקוטב הקר. האוויר הקוטב ממשיך להתקרר עוד בשל אובדן קרינה של חום. כמו כן, כאשר האוזון בתוך אזור המערבולת מדולדל, הוא לא מתחדש עם אוויר עשיר באוזון אוויר מחוץ מערבולת. רק בתקופה של אמצע או סוף האביב מערבולת הקוטב נחלשת ונשברת (אזור נובמבר-דצמבר). לאחר מכן, יש ערבוב של אוויר מעל הקוטב עם אוויר ממקומות אחרים שמחדשים את שכבת האוזון בקוטב. [8]
נא"סא מפרסמת מפות של "החור באוזון" לאורך השנים ובחודשים שונים. ניתן לדוגמה לראות את החור בחודש ספטמבר לאורך השנים. [9]
הקטנת הידלדלות האוזון ומגמות לעתיד
ה"חור" באוזון מעל אנטרטיקה מתכווץ ומתרחב בהתאם לעונות השנה. שכבות אוויר נעות בין 70 MB ו-50 משטחים לחץ Mb. זה ליד הגובה שבו אוזון הוא בשפע הגדול ביותר בפרופיל אנכי. נתון זה מציג את הגודל של מערבולת הקוטב ביחס לשנים קודמות. המערבולת הקוטבית מגדירה את האזור שבו אוויר הקוטב הקצר נלכד על ידי הרוחות החזקות של מטוס הלילה של הפולאר. בתקופת החורף/האביב, כאשר המערבולת הקוטבית היא החזקה ביותר, האוויר מחוץ למערבולת אינו יכול להיכנס. אז, בגלל האוויר החם מן הרוחבי האמצעיים לא יכול לערבב עם האוויר הקוטב הקרה, האוויר הקוטב ממשיך להיות קר יותר בשל אובדן קרינה של חום. כמו כן, כאשר האוזון במערבולת הוא מדולדל, זה לא מתחדש עם אוזון אוויר עשיר מחוץ מערבולת. לא עד אמצע עד מאוחר האביב מערבולת הקוטב להחליש ובסופו של דבר להישבר. לאחר מכן, ערבוב יסודי מתרחשת ואת כמויות האוזון הם Replenished.
מאז האימוץ והחיזוק של פרוטוקול מונטריאול, יש ירידה בפליטה של CFC וחומרים דומים ויש ירידה בריכוזי האטמוספריים של החומרים המזיקים ביותר לאוזון. שיא הריכוז חומרי הגורמים לדלדול, הנמדד בשווה ערך לכלור Effective Equivalent Chlorine (EECl) התרחש בשנת 1994, ומאז ועד 2008 הייתה ירידה של 10% בריכוז האטמוספרי שלהם. על פי הערכות עד שנת 2015 החור באוזון מעל אזור אנטארקטיקה יקטן בכמיליון קמ"ר. החלמה מלאה של שכבת האוזון באנטרטקטיקה צפויה לא לפני 2050. על פי מחקרים, רמות האוזון ישובו לרמות של 1980 רק באזור שנת 2068. הירידה בחומרים שגורמים לדלדול שכבת האוזון מושפעת גם מהירידה בכימיקלים המכילים ברום. הירידה בפליטת CFC פירושה שחמצן דו חנקני N2O שאינה מכוסה במסגרת פרוטוקול מונטריאול, הפכה לחומר הנרחב ביותר שגורם לדלדול האוזון, והיא צפויה להישאר כך לאורך המאה ה-21.
בדצמבר 2000 פרסמה וועדה מדעית של יוזמת SPARC דו"ח בנושא דלדול שכבת האוזון. לפי פרופסור Alan O'Neill שהיה יו"ר הוועדה, עד שנת 2050 החור באוזון צפוי להיעלם. [1], [2]
בשנת 2006 נרשם החור הגדול ביותר באוזון מעל הקוטב הדרומי - בשטח של 30 מיליון קמ"ר. עד שנת 2014 החור ירד לאזור של 20 מיליון קמ"ר. שטח גדול מספיק כך שהירח יכול לעבור דרכו. גודלו של החור משתנה עם עונות השנה ועקב מחזורים ואירועים שונים באטמוספירה. דו"ח של הארגון המטאורולוגי העולמי עם תוכנית הסביבה של האו"ם שיצא בשנת 2014 דיווח כי שכבת האוזון כולה מראה לראשונה מגמות של התעבות [3]
בינואר 2018 פורסם מחקר בו הוכח לראשונה שבאמת יש הפחתה משמעותית בהידלדלות שכבת האוזון, וכי דבר זה קשור להפחתה בשימוש בכימיקלים שהורסים אותו. עורכי המחקר אומרים שלהבראה מלאה של השכבה מעל אנטרקטיקה יצטרכו לחכות עד 2060-2080[4][5].
פליטת גזי חממה בעקבות מעבר לחומרי HFC
חלק משמעותי מהחומרים שהחליף חומרי CFC כנוזל קרור במזגנים ובמקררים הוא קבוצת חומרים בשם HFC. התברר בהמשך שהם גזי חממה חזקים במיוחד, בעלי עוצמה גדולה פי 10,000 בממוצע לעומת פחמן דו חמצני. לקח זמן להבין את חשיבות הנושא. בנובמבר 2016 "הסכם קיגלי" על ידי 197 מדינות, שהוא תיקון לפרוטוקול מונטריאול, להפסקה הדרגתית של השימוש בגזי HFC. זה נחשב אחד הצעדים החשובים ביותר להפחתת פליטה של גזי חממה.
דלדול שכבת האוזון כהדגמה לסכנת גלישת יתר
ערכים מורחבים – תהליך ארוך טווח, תגובת יתר
הידלדלות שכבת האוזון והתגובה אליה מצד מוסדות המדע, התקשורת הפוליטיקה ומצד התעשייה מאפשרים בחינה מעשית של פערי הזמנים אפשריים ביחס להשפעות סביבתיות. קיימים לעיתים פערי זמנים גדולים בין התחלת קיום הבעיה, הזיהוי שלה, נקיטת הפעולה על ידי החברה ומשך הזמן הנדרש עד לשיקום.
- השהיית זיהוי - עובר זמן בין התרחשות של בעיה מסויימת לבין זיהוי של בעיה זו. עברו כ-40 שנה התחלת פליטה של CFC (שנות ה-30) עד אשר מדענים התחילו להבין שהוא עלול להזיק לשכבת האוזון. (שנות ה-80)
- השהיית עיבוד - עובר זמן בין זיהוי בעיה פוטנציאלית לבין ניסוח תאוריה, ביצוע ניסויים וויכוחים מדעיים בקשר לנכונות הבעיה. לדוגמה ויכוחים בין מדענים האם CFC מזיק לאוזון או לא או האם יש התחממות עולמית ומה הסיבות לה. עוד זמן עיבוד הוא זמן פוליטי שבו מידע מהמדענים מגיע אל הציבור ו/או אל הפוליטיקאים ומתורגם להחלטות פוליטיות, כלכליות, תרבותיות וכו' בניסיון לפתור את הבעיה. שלב זה עלול להתעכב מאוד עקב אינטרסים פוליטיים, כלכליים וכו' שמנסים להגיד שאין בכלל בעיה לפתור, וזמן נוסף מוצא על דיון מהו הפתרון הטוב ביותר. בתחום הגנה על שכבות האוזון, לקח יותר מ-10 שנים לגבש קונצנזוס מדעי (בין אמצע שנות ה-70 לסוף שנות ה-1980).
- השעיית פעולה - עובר זמן נוסף מהרגע שמחליטים לבצע משהו עד שהוא באמת מבוצע. לדוגמה עבר זמן בין חתימה על פרוטוקול מונטריאול, להפסקת ייצור CFC וחומרים נוספים שפגעו באוזון, נחתם ב-16 בספטמבר 1987. [10] אבל נדרשו עוד 20 שנה עד שמדינות מתפתחות כמו ישראל הפסיקו להשתמש בחומר.
- השהיית תגובה - השהייה בין הרגע של הפסקת גרימת הנזק לבין השיקום שלו - בין שנת 2004 לבין שנת 2050 לכל הפחות.
במקרה של דלדול שכבת האוזון, ההשהיה בין התחלת קיום הבעיה, לבין זיהוי שלה וקבלת החלטה לגביה (השהייה במינוח של דונאלה מדווז בספר גבולות לצמיחה) לקח כ-40-50 שנה, השהיות נוספות - (מומנטום) - מרגע לקיחת הפעולה ועד גמר התגובה עליה יקחו עוד כ-50-70 שנים, כך שסך כל ההשהיה בנושא התדלדלות האוזון צפויה להיות 120-140 שנה.
היבט זה של השהייה בתגובה הוא בעל השלכות על דיונים חברתיים, פוליטיים וכלכליים אודות השפעות סביבתיות אחרות כמו התחממות עולמית, שמירה על מגוון מינים ועוד. בעיות שקשה לזהות או לחזות את התקדמותן (או נסיגתן), יש להן אופי תהליך ארוך טווח וכן של תהליך בלתי הפיך או מעברי פאזה הן בעיות מסוכנות בהקשר זה, שכן קשה להסכים לגבי פעולה לגביהן (בגלל שהשינוי לא בהכרח נראה בעין) ומצד שני יש נקודת אל-חזור בזמן שממנה גם אם נוקטים בכל האמצעים הדרושים זה מאוחר מידי.
ראו גם
קישורים חיצוניים
- הידלדלות שכבת האוזון בוויקיפדיה האנגלית
הערות שוליים
- ^ "החור באוזון ייעלם בתוך 50 שנה", ynet, 04.12.00
- ^ Helen Briggs, Ozone hole 'set to shrink', BBC, 3 December, 2000
- ^ לראשונה: שכבת האוזון מראה סימני עיבוי, רויטרס, דרך ynet, 11.09.2014
- ^ Susan E. Strahan, Anne R. Douglass Decline in Antarctic Ozone Depletion and Lower Stratospheric Chlorine Determined From Aura Microwave Limb Sounder Observations 04.01.2018, American Geophysical Union
- ^ American Geophysical Union STUDY FINDS FIRST DIRECT PROOF OF OZONE HOLE RECOVERY DUE TO CHEMICALS BAN 04.01.2018, American Geophysical Union