Wie breekt onze ozon af?

Enkele weken geleden vertelden we nog hoe we op grondniveau ozon maken en dat een rol speelt in de productie van smog. Hoewel ozon hier ongewenst is, is het in onze stratosfeer zéér gewenst, omdat het ons daar, in de ozonlaag, beschermt tegen de schadelijke UV-B straling van de zon. Deze straling veroorzaakt zonnebrand, huidkanker en cataract. In 2016 kregen we nog het goede nieuws dat het gat in de ozonlaag zich aan het herstellen is en naar verwachting volledig gedicht zal zijn tegen 2050. Nu is er een artikel uitgekomen dat onze ozonlaag terug onder vuur ligt, maar niemand weet wie de oorzaak is…

Figuur: De jaarlijks gemeten minimum ozonconcentratie boven Antarctica. De laatste jaren is er weer een lichte stijging in de minima. (bron: NASA publiek domein) 

Onderzoekers in Amerika hebben namelijk een daling vastgesteld in de snelheid waarmee de concentratie CFK’s in onze atmosfeer daalt. De concentratie daalt dus nog wel, maar trager dan daarvoor. En dat kan erop wijzen dat nieuwe CFK’s de lucht in gestuurd worden. Het zijn die CFK’s die de ozon in de ozonlaag aanvallen en afbreken.

Wat zijn CFK’s en hoe breken ze ozon af?

CFK’s of chloor-fluor-koolwaterstoffen zijn chemicaliën die, zoals de naam het zelf zegt, bestaan uit chloor (Cl), fluor (F) en koolstof (C). Het zijn componenten afgeleid van methaan en etaan. Ze hebben een lage toxiciteit, zijn niet heel reactief en niet ontvlambaar. Ze zijn wel vluchtig, waardoor ze makkelijk in de lucht terechtkomen. Hun laag kookpunt maakt hen wel zeer geschikt als koelmiddel.

Er zijn geen natuurlijke bronnen van CFK’s bekend. Met andere woorden, alle chloorfluorkoolwaterstoffen in de atmosfeer zijn daar door mensen gebracht. Het duurt ongeveer vijf à zeven jaar voor een CFK-molecule de stratosfeer bereikt. Eens daar aangekomen, kan de molecule daar tot tien jaar lang schade aanrichten.

Ozon is een belangrijk onderdeel van onze stratosfeer en bestaat uit drie zuurstofmoleculen. Elementair zuurstof (O·), zuurstofgas (O2) en ozon (O3) zijn allemaal aanwezig in de stratosfeer. Onder invloed van licht kan zuurstofgas afgebroken worden tot twee zuurstofradicalen. Die reageren op hun beurt met een ander zuurstofgasmolecuul tot ozon. Dit ozon absorbeert UV straling van de zon en valt opnieuw uiteen in O2 en O·. Het radicaal kan opnieuw ozon vormen in combinatie met zuurstofgas of zich binden aan een ander radicaal en opnieuw O2 vormen. De totale concentratie ozon in de atmosfeer wordt door het evenwicht tussen deze reacties bepaald.

Onder invloed van licht kan ook de C-Cl binding in CFK’s gebroken worden. Daarbij ontstaan Cl· radicalen. In de bovenste lagen van de atmosfeer kunnen deze radicalen lang overleven en katalyseren ze de afbraak van ozon tot zuurstofgas. Omdat zuurstofgas de meest stabiele vorm is, verloopt de afbraak van ozon zeer gemakkelijk onder invloed van deze radicalen.

Cl· + O3 → ClO + O2

ClO + O3 → Cl· + 2 O2

Het resultaat is een daling in ozonconcentratie. Gemiddeld kan een enkel chloorradicaal reageren met 100 000 ozonmoleculen voor het door andere reacties verdwijnt.

Figuur: Mechanisme waarmee chloor in staat is ozon af te breken (Bron: Mens 60)

Het Montreal protocol

In 1987 ging het Montrealp Protocol van kracht, dat het gebruik van CFK’s en halonen (gehalogeneerde koolwaterstoffen) aan banden legde. Het verbod om deze componenten werd van kracht in 1989. Voluit heet het protocol het Montreal Protocol on Substances that Deplete The Ozone Layer. In het protocol zijn richtlijnen vastgelegd om de productie van stoffen die de ozonlaag aantasten, aan banden te leggen. Zo is de totale consumptie en productie van CFK’s verboden sinds 1996 en werd ze ook in de jaren daarvoor al sterk afgebouwd. In de jaren ’90 stabiliseerde de ozoncontratie zich dan ook en in het begin van de 21e eeuw begon die zelfs weer te stijgen.

Figuur: Ozonconcentratie in oktober boven Antarctica vanaf de jaren 1950 (Bron: British Antarctic Survey data, as at 2000).

Wat is er nu aan de hand?

Een kwart van al het chloor dat de stratosfeer momenteel bereikt, is afkomstig van CFK-11 (trichlorofluoromethaan of CCl3F). Deze verbinding heeft ook de op een na grootste invloed gehad op de daling in de chloorconcentratie sinds het Montrealprotocol. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat de snelheid waarmee de concentratie van deze verbinding daalt, achteruit gaat sinds 2012. Hoewel deze component officieel dus bijna nergens meer geproduceerd wordt, wijst dit wel op nieuwe emissies. Omdat deze componenten niet voorkomen in de vrije natuur, verwachten we dat hun concentratie volledig naar nul zal zakken en aangezien ook oude toestellen die nog CFC-11 zouden kunnen vrijstellen stilaan verdwijnen, zou deze daling alleen maar sneller moeten gaan.

Daarom gingen de onderzoekers op zoek naar een verklaring. Een natuurlijke variatie in de concentratie van CFC-11, door veranderende weerpatronen bijvoorbeeld, werd al snel van tafel geveegd. Door weerpatronen te modelleren, toonden de wetenschappers aan dat dit slechts de helft van de verandering kan verklaren. Ook een verhoogde afbraak van oude gebouwen of schepen waarbij het goedje vrijkomt vormt geen verklaring. Waar komt het dan wel vandaan? De concentratie is altijd al hoger geweest in het noordelijk halfrond, omdat historisch gezien de meeste bronnen zich hier bevonden, maar het verschil tussen het noordelijk en zuidelijk halfrond is nu groter aan het worden. Dat wijst erop dat de verhoging in emissie dus in het noordelijk halfrond plaatsvindt. Ook is CFC-11 niet de enige stof die een vertraagde daling vertoont. Hoewel de onderzoekers zeer voorzichtig zijn in hun conclusies, wijzen de gegevens op een uitstoot van 6500 tot 13000 ton per jaar ergens in Oost-Azië. Dit zou de geobserveerde trend namelijk heel mooi verklaren… maar verder, meer gedetailleerd onderzoek in de regio moet dit natuurlijk nog bevestigen.

Geplaatst door Marjolein op 19/06/2018 om 20:13