1

Ozonul troposferic şi

Degradarea stratului de ozon stratosferic

2

Cuprins

Introducere

I. Elemente de teorie:

I.1. Ce este ozonul?

I.1.1. Ozonul stratosferic

I.1.2. Ozonul troposferic

I.2. Legislaţie

II. Studiu de caz: Transportul şi poluarea aerului în Bucureşti

Concluzii

Bibliografie

3

Introducere

Strategia Naţională pentru Protecţia Atmosferei descrie situaţia prezentă precum şi

măsurile ce trebuie îndeplinite în Planul Naţional de Acţiune pentru Protecţia Atmosferei. Scopul

principal al acestei Strategii este menţinerea calităţii aerului în zonele unde aceasta este bună şi

îmbunatăţirea calităţii acolo unde calitatea aerului nu corespunde standardelor. Pe cît posibil se

doreşte asigurarea unei bune calităţi a aerului în toate zonele şi menţinerea parametrilor de calitate

în limita valorilor corespunzătoare legislaţiei Uniunii Europene. Dat fiind mişcările maselor de

aer la distanţe mari, cu posibilitate de depunere transfrontalieră, o zonă de interes a strategiei o

reprezintă monitorizarea emisiilor în atmosfera, corelată cu implicaţia acestora în calitatea

mediului ambiental.

4

I.1. Ce este ozonul?

Ozonul (O3) este un gaz albăstrui de aproape 1,6 ori mai greu decât aerul, are un miros

inţepător fiind prezent în atmosferă în concentraţie de cca 0,04 ppm şi este puternic reactiv.

Acesta se gaseste cca 90% în stratosferă şi cca 10% în troposferă.

Termenul de ozon provine din grecescul "ozein" care înseamnă "a mirosi".

Ozonul din atmosferă are efecte diferite asupra biosferei, în funcţie de altitudine. Astfel, în

strato-mezosferă, ozonul absoarbe radiaţia UV, având efect benefic, în timp ce în troposferă este o

componentă a poluării fotochimice şi produce mai multe daune plantelor decât toţi ceilalţi

poluanţi din aer luaţi împreună.

Stratul de ozon stratosferic este definit de Convenţia de la Viena ca fiind “stratul de ozon

atmosferic de deasupra stratului limită planetar”. Viaţa pe pământ a fost în siguranţă pentru mii de

ani datorită acestui strat protector al atmosferei format din ozon, care acţionează ca un scut

protector împotriva radiaţiei ultraviolete provenite de la soare. Dacă acesta ar dispare, radiaţia

ultravioletă ar steriliza suprafaţa globului anihilând aproape întreaga viaţă terestră.

I.1.1. Ozonul stratosferic

In stratosferă se găseşte un strat de ozon cu rol deosebit de important pentru sănătatea

planetei, el constituind un filtru natural pentru absorbţia radiaţiilor solare ulraviolete, periculoase

pentru organismele vii.

In atmosfera superioară o parte din moleculele de oxigen au absorbit energie de la razele

ultraviolete ale soarelui şi s-au transformat în oxigen atomic. Aceşti atomi combinaţi cu oxigenul

molecular rămas au format molecule de ozon (O3) care absorb eficient razele ultraviolete. Acest

strat fin acţionează ca un scut protector al planetei împotriva razelor ultraviolete.

Cantitatea de ozon necesară pentru protejarea Pământului de razele ultraviolete nocive

(lungimi de undă: 200-300 nm) se crede că există de peste 600 milioane de ani. Pe atunci, nivelul

de oxigen era aproximativ 10% din concentraţia actuală din atmosferă, astfel că viaţa era posibilă

5

doar în ocean. Prezenţa ozonului a dat organismelor ocazia să evolueze şi să trăiască şi pe uscat.

Ozonul a jucat un rol semnificativ în evoluţia vieţii pe Pământ şi datorită ozonului există viaţa aşa

cum o ştim azi.

Distrugerea stratului de ozon din stratosferă

Începând cu anul 1974, mai mulţi oameni de ştiinţă, dintre care amintim pe Molina si

Rowland, au arătat că la Polul Sud si mai puţin la Polul Nord a apărut o „gaură” in stratul de

ozon, adică în aceste zone a scăzut foarte mult concentraţia de ozon in stratosferă. S-a arătat că la

distrugerea stratului de ozon contribuie avioanele supersonică prin gazele emanate, precum şi unii

produşi chimici cum sunt freonii (CF2Cl2, CFCl3), sintetizaţi si utilizaţi in instalaţiile frigorifice

sau la spray-uri. Măsurătorile au arătat că cea mai redusă concentraţie de ozon se observă

primăvara iar vara, aceasta se reface parţial.

Deoarece activităţile productive prin care se produc agenţii chimici care distrug stratul de

ozon sunt inexistenţi la poli, iar avioanele supersonice nu au culoare de zbor in jurul polilor

geografici ai Pamatului, s-a pus problema cauzelor care produc această „gaură” în stratul de ozon

la poli şi nu deasupra Americii de Nord sau deasupra Europei.

CFC- cloro-fluoro-carburi

În stare pură, Cl şi Fl sunt toxice. Ele reacţionează cu vaporii din atmosferă, formând

acidul clorhidric – HCl şi acidul fluorhidric – HFl, care, în cazul depăşirii concentraţiilor maxime

admisibile, devin periculoase pentru om.

Cl are acţiune toxică prin proprietatea sa iritantă. HCl format se poate afla în stare lichidă,

fie în stare de vapori. Exercită o acţiune iritantă asupra mucoaselor, prococând bronhospasm sau

edem pulmonar.

Acţiunea toxică a Fl se manifestă prin deteriorarea stratului de ozon.

Freonul este folosit în industria frigorifică cât şi în unele instalatii antiincendii.

 Controversele aparute de-a lungul timpului cu privire la efectul de seră asupra mediului

a dus la interzicerea fabricării şi comercializării acestuia.

Inhalarea freonului nu este dăunătoare sau toxică, dar un volum mare de freon în spaţii

închise provoacă rapid lipsa de oxigen, ceea ce poate duce la asfixiere.

6

Aceste proprietati au determinat folosirea lor in cantitati foarte mari in ulimele decenii, ca

agenti de racire in frigidere si in instalatiile de aer conditionat , precum si in compozitia

aerosolilor in flacoane, spray-uri folosite in cosmetica, deodorant, fixativ pentru par.

Compoziția chimicã a freonilor

Din punct de vedere al compoziției chimice, freonii, care sunt hidrocarburi fluorurate, pot fi

împãrțiți în trei mari categorii:

• CFC (clorofluorocarburi), freonii clasici, care conțin Cl foarte instabil în moleculã;

• HCFC (hidroclorofluorocarburi), freoni denumiți de tranziție, care conțin în moleculã și

hidrogen, datoritã cãruia Cl este mult mai stabil și nu se descompun atât de ușor sub acțiunea

radiațiilor;

• HFC (hidrofluorocarburi), considerați freoni de substituție definitivã, care nu conțin de loc în

moleculã atomi de Cl.

Pe lângă cele trei categorii de agenți frigorifici menționate, există și agenți frigorifici naturali,

dintre care amoniacul (NH3), simbolizat și prin R717, este cel mai important și cel mai utilizat,

datorită proprietăților sale termodinamice care îl fac cel mai performant agent frigorific din punct

de vedere al transferului termic.

Marea stabilitate a freonului prezintă şi incoveniente. El se acumulează la altitudini

cuprinse între 20-50 km. Când moleculele de freon pătrund în stratul de ozon, sub acţiunea razelor

ultraviolete se rup legăturile C-Cl rezultând atomi liberi de Cl. Aceştia catalizează reacţia de

descompunere a O3 in O2. Rezultatul constă in mărirea fluxului de raze ultraviolete care ajung pe

Pământ, determină apariţia cancerului de piele, modificări climatice, etc. In anii `70 Dr. Colin

Lea din Marea Britanie a atras atenţia asupra pericolului distrugerii stratului de ozon ca urmare a

utilizării clorofluorcarburilor (CFC). In 1987 prin Protocolul de la Montreal s-au stabilit

principiile unui control mondial asupra CFC. La acest protocol au aderat circa 180 ţări. Ca

urmare, emisia de substanţe care distrug stratul de ozon a fost redusă la 10% faţă de valoarea

7

maximă din anii `70. Cu toate acestea, refacerea stratului de ozon nu este aşteptată înainte de

mijlocul secolului următor.

In ultimii 30 de ani au avut loc studii si cercetări sistematice cu privire la distrugerea

startului de ozon din stratosfera, ceea ce a condus la contribuirea Premiului Nobel pentru chimie

în anul 1995 meteorologului olandez Paul J. Crutzen si chimiştilor americani Mario J. Molina, şi

Sherwood Rowland. Astfel, încă in anul 1974 Molina si Rowland au arătat că la distrugerea

stratului de ozon contribuie freonii, în cea mai mare măsură.

Oxizii de azot din troposferă care ajung şi în stratosferă provin în cea mai mare parte din

arderea cărbunilor fosili în centrale termice şi din combustia carburanţilor în motoarele

automobilelor (scopul catalizatorilor utilizaţi la eşapamentul automobilelor este tocmai acela de a

transforma oxizii de azot rezultaţi prin combustie, în azot molecular, evitând astfel emanaţia

oxizilor de azot în atmosferă).

După cum a arătat Crutzen, iarna la poli, din cauza lipsei radiaţiilor solare (noaptea

polară), scade presiunea foarte mult, se formează vârtejuri care înconjoară polii, iar temperatura

scade foarte mult, ajungând la -800 C la polul sud. Drept urmare, se formează aşa numiţii nori

polari stratosferici alcătuiţi din particule solide formate in principal din apa îngheţata si acid

azotic.

Vara, curentii de aer din stratosfera deplaseaza sper poli cea mai mare parte din ozonul

format in zonele ecuatoriale (nepoluate, în general) astfel ca parţial concentraţia de ozon la poli se

reface, dar rămâne scazută în medie, la nivel global.

La distrugerea stratului de ozon contribuie şi topirea troposferei (din cauza efectului de

seră), care induce răcirea stratosferei o mare perioadă de timp.

Pentru a se evita accelerarea distrugerii stratului de ozon care protejează viaţa pe Pământ,

înca din anul 1987 s-a semnat la Montreal de către mai multi şefi de state puternic industrializate,

un protocol prin care se angajau să reducă şi mai tarziu să oprească în ţările lor producţia de

clorofluorocarburi (freoni). Ulterior, cu ocazia altor conferinţe internaţionale s-a propus şi

reducerea emanaţiilor de oxizi de azot precum poluării în general.

8

I.1.2. Ozonul troposferic

In troposferă, ozonul se comportă ca un gaz de seră, încălzind suprafaţa solului şi

acţionează încălzind suprafaţa solului şi acţionează pentru a răci stratosfera, pe o întindere mică.

Scăderea observată a ozonului stratosferic poate conduce la scăderea temperaturilor

troposferice, prin reducerea fluxului radiativ descendent. Distrugerea ozonului stratosferic este

considerată a fi prima cauză a răcirii stratosferei inferioare, ceea ce poate avea un impact

semnificativ asupra climatului troposferei.

Ozonul troposferic este influenţat, de asemenea, prin schimbul stratosferă-troposferă şi

prin procesele chimice.

Producerea ozonului troposferic (poluarea fotochimică)

Spre deosebire de ozonul stratosferic care protejează viata pe pământ, ozonul troposferic,

de la nivelul solului, este un gaz toxic, un important poluator al atmosferei din marile oraşe.

Principalii precursori ai ozonului troposferic provin din activitati industriale şi trafic rutier.

9

Ozonul troposferic este un gaz greu, are densitatea de 1,66 ori mai mare decat aerul şi se

menţine aproape de sol. Cantitatea de ozon este variabilă în timp şi spaţiu ştiut fiind că precursorii

sunt transportaţi la distanţe mari de sursele de generare.

Cel mai nociv efect al ozonului troposferic este apariţia smogului fotochimic cu acţiune

cancerigenă asupra plămânilor. Chiar şi o expunere limitată la smog poate cauza atacuri

astmatice.

Ozonul troposferic provoacă şi efectul de seră.

Principalii poluanţi primari care determină formarea prin procese fotochimice a ozonului

troposferic sunt: oxizii de azot(Nox), compuşii organici volatili(COV) si metanul.

Ca surse generatoare de precursori ai ozonului se evidenţiază:

Arderea combustibililor fosili (carbune, produse petroliere în surse fixe şi mobile;

Depozitarea şi distribuţia benzinei;

Utilizarea solvenţilor organici în activităţi industriale;

Procese de compostare a gunoaielor menajere şi industriale;

Metodele de măsură folosite a ozonului O3

Absorbţia UV

Intr-un instrument cu o singură celulă aerul este condus direct către o celulă de eşantionare

şi printr-un convertor catalitic, are descompune ozonul fără a determina pierderea altor

constituienţi atmosferici. Ciclul dual elimină interferenţa altor specii absorbante de radiaţii , în

timp ce diferenţa citirilor între cele două moduri este o funţie de conţinutul ozonului prezent.

Lumina ultravioletă de la o lampă de mercur, trece prin celulă în fiecare şi este dirijată către o

fotocelulă detectoare unde intensitatea luminii este măsurată în fiecare mod de operare. Partea

electronică a aparatului a aparatului calculează concentraţia de ozon, utilizând legea de absorbţie

Lamber-Beer.

Limita inferioară detectabilă 0,002ppm

Timpul de răspuns 1 min

10

I.2. Legislaţia naţională privind calitatea aerului

Distrugerea stratului de ozon a fost una dintre primele probleme globale de mediu luate în

discuţie şi prezentate publicului larg din Comunitatea Europeană.

Consecinţele ireversibile ale acestui fenomen atât asupra ecosistemelor terestre, acvatice, a

sănătăţii populaţiei, cât şi asupra sistemului climatic au condus la necesitatea unui efort concentrat

la nivel global şi ca urmare a fost instituit regimul internaţional al ozonului.

Din punct de vedere legislativ, odată cu adoptarea Legii Mediului 137/95 s-au pus bazele

unei activităţi la scară naţională de protejare a tuturor componentelor mediului înconjurător (aer,

apă, sol).

Normele şi reglementările în vigoare din România cu privire la ’’calitatea aerului’’ se

referă în principal la aerul atmosferic. Astfel, STAS 12574-87 stipulează concentraţii maxime

admisibile (medii în timp) în aerul din zone protejate pentru 28 de substanţe.

Acest standard nu se referă la calitatea aerului din atmosfera zonelor de muncă. În acest

caz, există reglementări specifice, în funcţie de ramura de industrie poluantă. Ele nu se încadrează

în domeniul de interes al studiului de faţă. Ar merita totuşi amintit STAS 462/93 care

reglementează (ca valori maxime acceptate de lege) emisiile de la diferite surse poluante din

industrie.

În ţara noastră nu există reglementări pentru concentraţii maxime admisibile în clădirile

rezidenţiale şi non-industriale. De cele mai multe ori, aceste valori sunt considerate identice cu

cele pentru aerul exterior (atmosferic), deşi sursele de poluare interioare au o caracteristică şi o

‘’dinamică’’ mult diferită de cele exterioare. De aceea, este necesară o preocupare mai atentă la

nivelul organizaţiilor guvernamentale de profil, în vederea elaborării unor norme specifice ţării

noastre.

11

II. Studiu de caz – Transportul şi poluarea aerului în Bucureşti

Principalele probleme care sporesc impactul transportului auto asupra mediului:

• calitatea combustibilului;

• insuficienta nodurilor de intersectie pe autobanuri, a statiilor auto si parcarilor auto moderne;

• calitatea nesatisfacatoare a invelisului rutier, in special in interiorul cartierelor;

• parcarea automobilelor in curti, pe gazoane si pe trotuare;

• exploatarea indelungata si starea tehnica nesatisfacatoare a unitatilor de transport etc  

Principalele grupe de substanţe dăunătoare

1.Hidrocarburile

In acesta categorie intra produsele gazoase ale arderii incomplete si componentele din

combustibil care se pot vaporiza. S-au identificat circa 400 de compusi individuali in gazele de

evacuare, care reprezinta majoritatea claselor de compusi organici, inclunzand hidrocarburi

alifatice saturate si nesaturate, hidrocarburi aromatice si compusii policiclici, compsui oxigenati

cum sunt aldehidele, cetonele, alcoolii, eterii, acizii si esterii, precum si compusi azotati, sulfati si

organometalici.

2.Oxizii de azot

Efecele asupra mediului produse de aceştia sunt:

Ploile acide;

Formarea ozonului;

Efectul de seră

Formarea smogului fotochimic.

3.Monoxidul de carbon

Acesta participa, ca substanţă secundară, la o serie de reacţii atmosferice incluzand si

formarea ozonului, în mod indirect, prin reacţia cu radicalii hidroxili pe care îi consumă şi care ar

12

fi contribuit la neutralizarea unor gaze cu potenţial mai mare de producere a efectului de seră,

cum ar fi metanul.

5.Compusii cu sulf

6.Dioxidul de carbon.

Dioxidul de carbon nu joaca un rol seminificativ in producerea ozonului si nu este toxic. El

contribuie la producerea efectului de sera, in proportie de 50% deoarece absoarbe energia radiata

de suprafata terestră.

Principalele fenomene poluante: smog-ul oraselor, ploile acide, efectul de seră, subţierea stratului

de ozon, poluarea sonora

Smog-ul fotochimic

Smogul fotochimic este o ceaţă toxică produsă prin interacţia chimică între emisiile

poluante şi radiaţiile solare. Cel mai întalnit produs al acestei reacţii este ozonul. In timpul orelor

de vârf în zonele urbane concentraţia atmosferică de oxizi de azot şi hidrocarburi creşte rapid pe

masură ce aceste substanţe sunt emise de automobile sau de alte vehicule. In acelaşi timp

cantitatea de dioxid de azot din atmosferă scade datorită faptului că lumina solară cauzează

descompunerea acestuia în oxid de azot şi atomi de oxigen. Atomii de oxigen combinati cu

oxigenul molecular formeaza ozonul. Hidrocarburile se oxidează prin reacţia cu O2, şi

reacţionează cu oxidul de azot pentru a produce dioxidul de azot. Pe masură ce se apropie

mijlocul zilei, concentraţia de ozon devine maximă, cuplat cu un minimum de oxid de azot.

Această combinaţie produce un nor toxic de culoare gălbuie cunoscut drept smog fotochimic.

Pentru a se reduce gradul de poluare, autorităţile locale incurajează folosirea transportului

în comun, cum sunt metrourile şi trenurile de mare viteză, care fac legatura dintre diferitele părţi

ale oraşului. De asemenea, se recurge la modernizarea sistemului de şosele pentru a se evita

aglomerările şi blocajele rutiere. Totuşi mai sunt prezente probleme în traficul rutier in anumite

zone ale metropolei.

Nume grupă

CO2 (mii t)

SO2 (tone)

NOX (tone)

NMVOC (tone)

CO (tone)

PM10 (tone)

Pb(kg)

Transport rutier 3556 89 11594 8589 74867 1255 -

13

Date din Raportul anual privind starea mediului în Bucureşti, anul 2008.

În municipiul Bucureşti sistemele de transport principale sunt transportul de marfă şi

transportul de călători, în cadrul acestor sisteme funcţionând sisteme de transport rutier, feroviar

şi aerian.

În cadrul Planului Local de Actiune pentru Mediu (PLAM) au fost identificate problemele

rezultate din activitatea de transport precum şi obiectivele, ţintele şi măsurile specifice care

trebuie luate pentru rezolvarea acestor probleme.

Contribuţia surselor mobile la poluarea atmosferică în Municipiul Bucureşti a fost

prezentată pentru fiecare poluant la capitolul 2 “Aerul” din raportul anual privind starea

mediului în Bucureşti.Centralizarea valorilor de emisie pentru trafic este prezentată în tabelul 1.

Tabel 1 Emisii din transportul rutier

Sursa: Inventarul de emisii, APM Bucureşti 2008

Transportul feroviar

Municipiul Bucureşti este un important nod al reţelei feroviare a Europei. Legăturile cu

diferite zone se realizează în principal prin Gara Bucureşti Nord, dar şi alte gări de dimensiuni

mici dispuse în zonele limitrofe. Bucureşti Nord (în nomenclatorul CFR: Bucureşti Nord Grupa

A, popular Gara de Nord) este cea mai mare staţie feroviară a României. Din această gară pleacă

şi sosesc zilnic aproape 200 de trenuri

Transportul aerian

Pe teritoriul municipiului Bucureşti se află Aeroportul Internaţional Bucureşti Băneasa

care are ca obiective asigurarea serviciilor aeroportuare pentru tranzitul de persoane, mărfuri şi

poştă. Este amplasat în zona de nord a oraşului şi colaborează în principal cu companii "low

cost". Diversificarea rutelor de zbor ale companiilor "low cost" va determina un număr tot mai

mare de persoane să aleagă să calatorească spre diferite destinaţii din spaţiul UE sau din afara

acestuia.

14

Tabel 2 Autoturisme în municipiul Bucureşti în anul 2008

Tip combustibil şi capacitate Unităţi

Benzină <1,4 l 517703

Benzină 1,4 - 2,0 l 202515

Benzină >2,0 l 34408

Motorină <2,0 l 392615

Motorină >2,0 l 75959

GPL 22460

Sursa: Registrul Auto Român 2008

Figura 1 Mediile anuale ale concentraţiilor de ozon în perioada 2004-2008

70

60 2004

50 2005

40 2006

30 2007

20 2008

10

0

Cercul Mihai Titan Drumul Baloteşti Măgurele Lacul Berceni Militar Bravu Taberei Morii

Pentru acest poluant s-a înregistrat o scădere uşoară a valorilor medii anuale faţă de

anii precedenţi.

15

Tabel 3 Concentraţiile măsurate de ozon în cadrul reţelei de monitorizare

Staţia Tipul staţiei Tip poluantNr.

Determinări

Concentraţia

anuală

Nr. de zile

depăşire

valoare ţintă

Cercul Militar Trafic O3-medie 8h 7590 12,6 0

Mihai Bravu Trafic O3-medie 8h 8504 18 0

Titan Industrială O3-medie 8h 8229 37,8 2

Drumul

TabereiIndustrială O3-medie 8h 7386 26,8 0

Baloteşti Dond regional O3-medie 8h 6456 51,4 20

MăgureleFond

suburbanO3-medie 8h 8760 31 0

Lacul Morii Fond urban O3-medie 8h 8696 44,8 0

Berceni Industrială O3-medie 8h 8652 34,7 0

Depăşirile valorii ţintă pentru ozon (120 µg/m3 - valoare ce trebuie atinsă în anul 2010) s-au

înregistrat în special în perioada de vară, însă nu a fost depăşit pragul de alertă (240 µg/m3

timp de 3 ore consecutiv ). În anul 2008 a fost depăşit într-o singură zi pragul de informare (180

µg/m3 ), timp de 2 ore consecutiv, în data de 5.09.2008, la staţia Baloteşti. Valoarea maximă

înregistrată a fost de 194.4 µg/m3.

16

Concluzii

Ameninţarea există cu adevarat. Iar lupta pentru apărarea stratului de ozon ne

demonstrează că, atunci când viaţa planetară este primejduită, apare şi voinţa politică

pentru a aduce lucrurile pe un făgaş bun. Acesta este mesajul optimist al cooperării

internaţionale în acest domeniu. Dar, nu putem să nu ne întrebăm, oare câte ameninţări nu

ne pândesc fără a le da atenţia cuvenită? Să nu uităm că SUA se împotrivesc cu îndârjire la

reducerea emisiilor de CO2...