Озон (грч. Το όζον, „мириса“) — бледосин високоотровен гас со силен мирис. Озонот се смета за загадувач на Земјино ниво, но озонската обвивка во горните делови на атмосферата го заштитува животот на Земјата од штетното сончево ултравиолетово зрачење.
Озонот е една од трите форми, наречени алотропи, на елементот кислород. Озонот е триатомски кислород, што значи дека има три атоми во секоја молекула (формула О3). Обичниот, или двоатомски кислород (O2) е повеќе стабилен од озонот и затоа е голема неговата застапеност во атмосферата. Електрични искри и ултравиолетово зрачење можат да предизвикаат обичниот кислород да се претвори во озон. Присуството на озон понекогаш предизвикува забележителен мирис близу електрични излези.
Во долните делови на атмосферата, озонот се содржи во мали концентрации. Обвивката на атмосферата од 19 до 48 km над морско ниво, во слојот стратосфера, содржи поголемо количество на озон, создаден под дејство на ултравиолетовите зраци од Сонцето. Дури и во оваа обвивка, процентот на озон е само 0,001 по волумен. Атмосферските нарушувања носат големи количини озон на Земјата. Човечката активност додава озон во долниот дел од атмосферата, каде станува загадувач и може да предизвика голема штета.
Озонската обвивка стана предмет на загриженост во раните 1970-ти, кога се пронајдени хемикалии познати како хлорофлуројаглероди (CFC), односно фреони, кои се издигнувале во атмосферата во големи количини заради нивната употреба во фрижидери и аеросол распрскувачи. Загриженоста се фокусирала на можноста дека овие соединенија, преку дејството на сончевата светлина, можат хемиски да го нападнат и уништат стратосферскиот озон, кој ја штити Земјината површина од преголемо ултравиолетово зрачење. Како резултат на ова, индустриите во светот ги замениле CFC супстанциите во скоро сите нивни употреби.
Својства При нормални теператури и притисок озонот е гас со специфична тежина од 2,144 (околу 1,5 пати од густината на кислородниот гас). Озонот се смета за само мал процент од атмосферата и е невидлив, но високи концентрации на озонскиот гас се бледо сини. Гасот се кондензира на -111,9°С , а замрзнува на -192,5°С. Течниот озон е темносин и е диамагнетичен (се одбива од магнетни полиња). Цврстиот озон е темновиолетов. Озонот е многу повеќе хемиски реактивен од обичниот кислород. Се користи за прочистување на вода, стерилизирање на воздухот и за избелување на одредени видови храна.
Ефект врз животната средина Озонот на земно ниво претставува опасност по здравјето, предизвикувајќи респираторни заболувања како бронхитис и астма. Исто така ја оштетува и растителноста и предизвикува гумата и некои пластики да се декопензираат. Азотните оксиди и штетните органски гасови емитувани од автомобилите комбинирани со индустриските извори предизвикуваат формирање на озон. Во 1998, Агенцијата за Заштита на Животната Средина на Соединетите Американски Држави (ЕРА), имплементирала нов закон дизајниран да се намали количеството на азотни оксиди ослободени од фабриките со погон на јаглен. Многу градови издаваат јавни предупредувања кога нивото на озон во воздухот достигне опасно ниво.
Озонот, пак, во горниот дел од атмосферата, е витален за животот. Овој озон се формира од дејството на ултравиолетовите зраци од Сонцето на молекулите на обичен кислород. Озонската обвивка го апсорбира ултравиолетовото зрачење така што тоа никогаш не стигнува до пвршината на Земјата. Одредени индустриски соединенија предизвикуваат озонот да се распаѓа, отворајќи дупки во озонската обвивка и го изложува живиот свет на површината на опасни нивоа на ултравиолетово зрачење. Еден единствен атом на хлор, на пример, може да уништи стотици или илјадници молекули на озон бидејќи хлорот делува како катализатор и не е вклучен во процесот.
Влијанието на озонот врз човечкиот организам При повисоки концентрации, озонот е штетен по здравјето на човекот. Со осиромашување на озонската обвивка настануваат климатски промени како и зголемување на УВ зрачење. Со појава на климатски промени се јавуваат и киселите дождови при што се формира тропосферски озон кој има многу штетно влијание. Осиромашување на озонската обвивка предизвикува нарушување на биолошките врски во човечкиот синџир на исхрана односно намалување на рибите во океаните. Исто така осиромашувањето на озонската обвивка штетно влијае и врз растенијата т.е. го намалува нивниот раст. Синтетичките полимери, материјали боја пластика исто така се негативно погодени од сончевото УВ зрачење. Како што споменавме озонот штетно влијае и врз човекот. Тој ги надразнува сите патишта на органите за дишење (носот, грлото) и во споредба со ЅО2, многу подлабоко навлегува во белите дробови Особено ја надразнува слузницата на очите и солзните канали поради што предизвикува солзење. УВ зрачење предизвикува рак на кожата, перде како и заболувања поврзани со промени во имунолошкиот систем. Концетрацијата само од 0,04 mg/м3 може да биде отровна за човекот и животинските организми за неколку часовен престој во таков воздух. Концетрацијата од 0,53 mg/м3 за време од 1 час предизвикува смалување на респираторниот капацитет на белите дробови. Поголеми концентрации предизвикуваат пулмонален едем, хеморагии и смалување на размената на гасовите преку алвеоларните мембрани. Максимално дозволени концетрации за 8 – часовно делување изнесува 0,22 mg/м3.
Озонот како штетен еколошки фактор за растенијата Озонот е хемиски многу активен и станува во реакција со составните делови на воздухот формирајќи вторични соединенија. Во ноќните часови, во атмосферата на поголемите урбени средини, озонот е присутeн во незначајни количини. Започнува да се формира пред самата зора, се задржува во текот на денот, а во поголеми количини го има за време на мошне топлите сончеви денови, особено во попладневните часови. Овој факт укажува дека озонот се создава фотохемиски од нечистотиите на воздухот.
За човекот може да биде токсична концетрација само од 0,04 mg/м3 воздух, а максимални дозволени концентрации за осум часовното делување изнесува 0,22 mg/м3 воздухот. Токсичното влијание на озонот врз растителните организми било забележано во 40-тите години од овој век, а во денешно време на изучувањето на штетното влијание на озонот врз растителните организми се посоветува големо влијание. И покрај многубројните истражувања, станува збор за силен оксиданс, сè уште нема потполни податоци за механизмите на штетното делување на озонот врз растението.
Познато е дека со навлегување на озонот во внатрешноста на растителните организми низ стомниот апарат, се зголемува количината на феноли, шеќери особено растворливи форми и некои аминокиелини. Озонот стапува во реакција со липидните системи на клеточните мембрани, а на дејство на озонот особено се чувствителни незаситните масни киселини на мембраните, бидејќи незаситените јаглеводороди со двојни врски најактивно стапуват во реакција со атомскиот кислород и озонот при што се формираат алдехиди, кетони или алкохоли.
На клеточно ниво озонот предизвикува плазмолиза и умртвување на клетките. Физиолошките аномалии предизвикани од озонот се изражуваат преку нарушување на процесиите на фотосинтезата и дишењето, изменување на функцијата на мембраните и стомите, како и ред други физиолошки нарушувања. Спорд Рожаја и Јаблановиќ (1980), при проценувањето и чувствителноста на одделни видови, за критериум се земаат максималните концентрации кои предизвикуваат видливи оштетувања за време на едночасова експозиција. Врз основа на такви критериуми се издвоени три групи на растенија и тоа:
Чувствителни, кај кои видливи оштетувања се јавуваат при концетрација на озон од 0,22 mg/м3 воздух. Во оваа група спаѓа: тутун, спанаќ, овес, компир, домат и некои украсни растенија; Средно чувствотелни, при концентрација од 0,42 mg, како што се бегонија, кромид, пченица, хризантеми и др; Резистентни видови коишто минимални видливи оштетувања доживуваат при концентрација на озон од 0,75 mg/м3 воздух. Тука спаѓаат: репа, морков, орев, јагода и др.
Осиромашување на озонската обвивка
Во механизам на настанување на озонската дупка во поларните региони многу важна улога имаат хлор и бром кои го катализираат процесот на разложување на озонот. Најзначајни катализатори за разложувањето на озонот: Халогени елементи (од антропогени и природни извори). Хлорот: активна форма: Cl∙ (катализатор), 1%, неактивна форма: HCl и ClONO2 (хлорнитрат), 99% Бромот: активна форма: Br∙ (катализатор), 99% неактивна форма: HBr, 1%
Значи, бромот е поефикасен агенс за разложување на озонот од хлорот (бидејќи речиси целото количество бром е во активна форма), но за среќа во атмосферата ги има помалку од хлорот. Од природни извори: CH3Cl и CH3Br, кои се разложуваат до Cl∙ и Br∙ радикали, кои се катализатори за разложување на озонот.
Озонска обвивка Озонската обвивка претставува дел од атмосферата која според едни научници се наоѓа на височина од 19 до 48 km од Земјината површина, иако дебелината на слојот варира со годишните времиња и географски. Единица за мерење на атмосферскиот озон е Dobson. Една Dobson единица се однесува на еден слој на озонот кој ќе биде од 10 μm дебелина под стандардна температура и притисок. Просечната количина на озон во атмосферата изнесува 300 DU при што ќе се формира слој од само 3 mm дебелина со височина од 2 пени заедно. Научниците докажале дека концентрација на озонот во областа на озонската дупка над Антарктикот изнесува околу 100 DU, при што ќе се формира слој од само 1 mm дебелина во висина од 1 пара. Според тоа каде се наоѓа озонот, тој може да го заштити или да му наштети на живиот свет. Најголем дел од озонот (над 91%) се наоѓа во озонската обвивка во стратосферата, каде делува како штит кој ја заштитува Земјината површина од штетното ултравиолетово зрачење. Со слабеењето на оваа обвивка, луѓето и живиот свет би биле поизложени на УВ зрачења кои предизвикуваат рак на кожата, перде и заболувања поврзани со промени во имунолошкиот систем. Поблизу до Земјата, во тропосферата (обвивка на атмосферата од површината до 10 км височина), озонот е штетен загадувач што предизвикува оштетувања на белодробното ткиво и на растенијата.
Озонот во природата Во стратосферата, озонот се создава главно од ултравиолетовото зрачење. Кога високо енергетските УВ зраци ги погодуваат обичните кислородни атоми (О2), тогаш тие ја делат молекулата во двоатомски кислород.
О2 + hv → 2О
Слободниот кислороден атом тогаш се соединува со друга кислородна молекула и со некоја трета молекула на пример молекуларен азот (условно М), или со друга молекула на кислород при што се формира молекула на озон О3
О + О2 + М → О3 + М
Озонот е мошне важен, бидејќи ги апсорбира штетните ултравиолетови зраци. Тој апсорбира ултравиолетово зрачење со бранова должина 290 nm, при што тој се разложува во обична молекула на кислород и слободен кислороден атом.
О3 + hv → O2 + O
Обично слободниот кислороден атом бргу пак се соединува со молекула на обичен кислород, формирајќи друга молекула на озон.
O + O3 → 2O2
Заради овој озонско - кислороден циклус, штетните ултравиолетови зраци постојано се претвораат во топлина.
Озонот во ниските слоеви на атмосферата Бидејќи озонот и атомите на слободен кислород се многу реактивни, тие лесно реагираат со соединенија на азот, водород и хлор кои природно се наоѓаат во Земјината атмосфера (ослободени и од копнени и од океански извори). Еден извор на NO е реакција на N2O со ексцитиран кислороден атом
N2O + O → 2NO
Во овој случај N2O има природни извори како што се извори на мочуришта и други слободно кислородни (аноксични) води и почви. На кислородниот атом во оваа реакција може да дојде од неколку тропосферски фотолитички реакции вклучувајќи OH или OOH.
OH + O3 → OOH + O2
OOH + O → OH + O2
O + O3 → 2O2
Друг извор на топлина на NO е реакција помеѓу N2 и O2
N2 + O2 → 2NO
Откако ќе се формира молекула од NO таа се разложува со реакции во кои стапува и озонот на следниот начин:
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + O → O2 + NO
O + O3 → 2O2