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11.2 : Appauvrissement de la couche d'ozone - Géosciences

11.2 : Appauvrissement de la couche d'ozone - Géosciences


Le processus d'appauvrissement de la couche d'ozone commence lorsque des CFC et d'autres substances appauvrissant la couche d'ozone (SAO) sont émis dans l'atmosphère. Après une période de plusieurs années, les molécules de SAO atteignent la stratosphère, à environ 10 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.

Figure (PageIndex{1}) : une forte lumière UV sépare la molécule d'ODS. Les CFC, les HCFC, le tétrachlorure de carbone, le méthyle chloroforme et d'autres gaz libèrent des atomes de chlore, tandis que les halons et le bromure de méthyle libèrent des atomes de brome. Ce sont ces atomes qui détruisent réellement l'ozone, pas la molécule de SAO intacte. On estime qu'un atome de chlore peut détruire plus de 100 000 molécules d'ozone avant qu'il ne soit retiré de la stratosphère.

L'ozone est constamment produit et détruit dans un cycle naturel, comme le montre l'image ci-dessus, avec l'aimable autorisation de la NASA GSFC. Cependant, la quantité globale d'ozone est essentiellement stable. Cet équilibre peut être considéré comme la profondeur d'un cours d'eau à une partie considérée comme la profondeur d'un cours d'eau à un endroit particulier. Bien que des molécules d'eau individuelles passent devant l'observateur, la profondeur totale reste constante. De même, alors que la production et la destruction d'ozone sont équilibrées, les niveaux d'ozone restent stables. Telle était la situation jusqu'à ces dernières décennies.

Cependant, de fortes augmentations du chlore et du brome stratosphériques ont bouleversé cet équilibre. En effet, ils ont ajouté un siphon en aval, éliminant l'ozone plus rapidement que les réactions naturelles de création d'ozone ne peuvent suivre. Par conséquent, les niveaux d'ozone chutent.

Figure (PageIndex{2}) : étant donné que l'ozone filtre les rayons UVB nocifs, moins d'ozone signifie des niveaux d'UVB plus élevés à la surface. Plus l'épuisement est important, plus l'augmentation des UVB entrants est importante. Les UVB ont été liés au cancer de la peau, aux cataractes, aux dommages causés aux matériaux comme les plastiques et aux dommages causés à certaines cultures et organismes marins. Bien que certains UVB atteignent la surface même sans appauvrissement de la couche d'ozone, leurs effets nocifs augmenteront en raison de ce problème.

Politiques visant à réduire la destruction de l'ozone

Une réussite dans la réduction des polluants qui nuisent à l'atmosphère concerne les produits chimiques destructeurs d'ozone. En 1973, des scientifiques ont calculé que les CFC pourraient atteindre la stratosphère et se briser. Cela libérerait des atomes de chlore, qui détruiraient alors l'ozone. Sur la seule base de leurs calculs, les États-Unis et la plupart des pays scandinaves ont interdit les CFC dans les bombes aérosols en 1978.

Il était nécessaire de confirmer davantage que les CFC décomposent l'ozone avant de faire davantage pour réduire la production de produits chimiques destructeurs d'ozone. En 1985, des membres du British Antarctic Survey ont signalé qu'une réduction de 50 % de la couche d'ozone avait été constatée au-dessus de l'Antarctique au cours des trois printemps précédents.

Deux ans après le rapport du British Antarctic Survey, le « Protocole de Montréal sur les substances qui appauvrissent la couche d'ozone » a été ratifié par les nations du monde entier.

Le Protocole de Montréal contrôle la production et la consommation de 96 produits chimiques qui endommagent la couche d'ozone (Chiffre au dessous de). Les substances dangereuses sont éliminées d'abord par les pays développés et une décennie plus tard par les pays en développement. Les substances plus dangereuses sont éliminées plus rapidement. Les CFC ont été pour la plupart éliminés depuis 1995, bien qu'ils aient été utilisés dans les pays en développement jusqu'en 2010. Certaines des substances les moins dangereuses ne seront pas éliminées avant 2030. Le Protocole exige également que les pays les plus riches donnent de l'argent pour développer des technologies qui remplaceront ces produits chimiques.

Figure (PageIndex{3}): Couche d'ozone

Les niveaux d'ozone au-dessus de l'Amérique du Nord ont diminué entre 1974 et 2009. Les modèles du futur prédisent ce qu'auraient été les niveaux d'ozone si les CFC n'avaient pas été éliminés progressivement. Des couleurs plus chaudes indiquent plus d'ozone.

Étant donné que les CFC mettent de nombreuses années à atteindre la stratosphère et peuvent y survivre longtemps avant de se décomposer, le trou dans la couche d'ozone continuera probablement à se creuser pendant un certain temps avant de commencer à se réduire. La couche d'ozone atteindra les mêmes niveaux qu'avant 1980 vers 2068 et 1950 en un ou deux siècles.

Les réductions des niveaux d'ozone stratosphérique conduiront à des niveaux plus élevés d'UVB atteignant la surface de la Terre. La production d'UVB du soleil ne change pas ; au contraire, moins d'ozone signifie moins de protection, et donc plus d'UVB atteignent la Terre.

Effets sur la santé et l'environnement de l'appauvrissement de la couche d'ozone

Le lien entre l'appauvrissement de la couche d'ozone et le rayonnement UVB

Les réductions des niveaux d'ozone stratosphérique conduiront à des niveaux plus élevés d'UVB atteignant la surface de la Terre. La production d'UVB du soleil ne change pas ; au contraire, moins d'ozone signifie moins de protection, et donc plus d'UVB atteignent la Terre. Des études ont montré qu'en Antarctique, la quantité d'UVB mesurée à la surface peut doubler lors du trou d'ozone annuel.

Effets sur la santé humaine

Des études de laboratoire et épidémiologiques démontrent que les UVB provoquent un cancer de la peau autre que le mélanome et jouent un rôle majeur dans le développement du mélanome malin. De plus, les UVB ont été liés à la cataracte - une opacification du cristallin de l'œil. Toute la lumière du soleil contient des UVB, même avec des niveaux d'ozone stratosphérique normaux. Il est toujours important de protéger votre peau et vos yeux du soleil. L'appauvrissement de la couche d'ozone augmente la quantité d'UVB et le risque d'effets sur la santé.

Effets sur les plantes

Les processus physiologiques et de développement des plantes sont affectés par le rayonnement UVB, même par la quantité d'UVB dans la lumière solaire actuelle. Malgré des mécanismes pour réduire ou réparer ces effets et une capacité limitée à s'adapter à des niveaux accrus d'UVB, la croissance des plantes peut être directement affectée par le rayonnement UVB.

Effets sur les écosystèmes marins

Le phytoplancton est à la base des réseaux trophiques aquatiques. La productivité du phytoplancton est limitée à la zone euphotique, la couche supérieure de la colonne d'eau dans laquelle il y a suffisamment de lumière solaire pour soutenir la productivité nette. La position des organismes dans la zone euphotique est influencée par l'action du vent et des vagues. De plus, de nombreux phytoplanctons sont capables de mouvements actifs qui améliorent leur productivité et donc leur survie. Il a été démontré que l'exposition au rayonnement solaire UVB affecte à la fois les mécanismes d'orientation et la motilité du phytoplancton, entraînant une réduction des taux de survie de ces organismes.

Effets sur les cycles biogéochimiques

L'augmentation du rayonnement UV solaire pourrait affecter les cycles biogéochimiques terrestres et aquatiques, altérant ainsi à la fois les sources et les puits de gaz à effet de serre et de gaz traces importants sur le plan chimique, par exemple le dioxyde de carbone (CO2), le monoxyde de carbone (CO), le sulfure de carbonyle (COS) et éventuellement d'autres gaz, dont l'ozone. Ces changements potentiels contribueraient aux rétroactions biosphère-atmosphère qui atténuent ou renforcent l'accumulation atmosphérique de ces gaz.


Appauvrissement de la couche d'ozone et changement climatique

Appauvrissement de la couche d'ozone et changement climatique, ou alors Trou d'ozone et réchauffement climatique en termes plus populaires, sont des défis environnementaux dont les connexions ont été explorées et qui ont été comparées et contrastées, par exemple en termes de régulation mondiale, dans diverses études et livres.

Il existe un intérêt scientifique généralisé pour une meilleure régulation du changement climatique, de l'appauvrissement de la couche d'ozone et de la pollution de l'air, car en général, la relation humaine avec la biosphère est considérée comme ayant une importance historiographique et politique majeure. [1] Déjà en 1994, les débats juridiques sur les régimes de réglementation respectifs sur le changement climatique, l'appauvrissement de la couche d'ozone et la pollution de l'air étaient surnommés « monumentaux » et un résumé combiné fourni. [2]

Il existe des parallèles entre la chimie atmosphérique et les émissions anthropiques dans les discussions qui ont eu lieu et les tentatives de réglementation qui ont été faites. Le plus important est que les gaz à l'origine des deux problèmes ont une longue durée de vie après émission dans l'atmosphère, provoquant ainsi des problèmes difficiles à inverser. Cependant, la Convention de Vienne pour la protection de la couche d'ozone et le Protocole de Montréal qui l'a amendée sont considérés comme des réussites, tandis que le Protocole de Kyoto sur le changement climatique anthropique a largement échoué. Actuellement, des efforts sont entrepris pour évaluer les raisons et utiliser les synergies, par exemple en ce qui concerne la communication des données et la conception des politiques et l'échange d'informations. [3] Alors que le grand public a tendance à voir le réchauffement climatique comme un sous-ensemble de l'appauvrissement de la couche d'ozone, en fait l'ozone et les produits chimiques tels que les chlorofluorocarbures (CFC) et d'autres halocarbures, qui sont tenus pour responsables de l'appauvrissement de la couche d'ozone, sont d'importants gaz à effet de serre. De plus, les niveaux naturels d'ozone dans la stratosphère et la troposphère ont un effet de réchauffement. [ citation requise ]


SAO de classe I

Les ODS de classe I sont divisés en huit groupes.

  • Les SAO de classe I répertoriées dans les groupes 1 à 5 sont identifiées au titre VI de la Clean Air Act.
  • Les SAO de classe I répertoriées dans les groupes 6 et 7, le bromure de méthyle et les hydrobromofluorocarbures, sont identifiés dans la règle finale de l'élimination accélérée de l'EPA.
  • Les SAO de classe I répertoriées dans le groupe 8, le chlorobromométhane, sont identifiées dans la règle finale d'élimination progressive du chlorobrométhane de l'EPA.

Pourquoi y a-t-il plusieurs valeurs données pour les ODP et les GWP ?

Les chiffres de la colonne « ODP1 » proviennent du Protocole de Montréal. Certains chiffres ont été mis à jour conformément aux modifications apportées au Protocole.

Les données de la colonne « ODP2 » proviennent de l'OMM Évaluation scientifique de l'appauvrissement de la couche d'ozone : 2010. 1 Les valeurs ODP répertoriées sont semi-empiriques et peuvent être trouvées dans le tableau 5-1 du document.

Les chiffres de la colonne « GWP1 » représentent les potentiels de réchauffement planétaire sur un horizon de 100 ans. Les chiffres proviennent du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) Quatrième rapport d'évaluation : Changement climatique 2007 (AR4). 2 Les valeurs indiquées concernent le forçage radiatif direct et se trouvent dans le tableau 2.14 de la contribution « Base des sciences physiques » au rapport.

Les chiffres de la colonne « GWP2 » représentent également les potentiels de réchauffement planétaire sur un horizon de 100 ans. Les chiffres sont du GIEC Cinquième rapport d'évaluation : Changement climatique 2014 (AR5). Les valeurs indiquées concernent le forçage radiatif direct et se trouvent dans le tableau 8.A.1 de la contribution « Base des sciences physiques » au rapport. 3

Les références

  1. WMO (World Meteorological Organization), 2011: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010. Global Ozone Research and Monitoring Project—Rapport No. 52, Genève, Suisse, 516 p.
  2. GIEC, 2007 : Changement climatique 2007 : la base de la science physique. Contribution du Groupe de travail I au quatrième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor et H.L. Miller (éd.)]. Cambridge University Press, Cambridge, Royaume-Uni et New York, NY, États-Unis, 996 pages.
  3. GIEC, 2013 : Changement climatique 2013 : la base de la science physique. Contribution du Groupe de travail I au cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex et P.M. Midgley (éd.)]. Cambridge University Press, Cambridge, Royaume-Uni et New York, NY, États-Unis, 1535 pages.

Plus d'information

Cette recherche, menée par des scientifiques du Royaume-Uni, d'Allemagne, de Taïwan et de Malaisie, est présentée dans l'article "Une menace croissante pour la couche d'ozone provenant des chlorocarbones anthropiques à courte durée de vie" à paraître dans la revue en libre accès EGU Atmospheric Chemistry and Physics le 12 octobre. 2017.

L'étude a été financée en partie par le Natural Environment Research Council du Royaume-Uni, le ministère malaisien de l'Enseignement supérieur (HiCoE Grant IOES -2014) et l'EPA de Taïwan et le MOST. L'équipe a utilisé les données du projet IAGOS CARIBIC, qui est soutenu par le ministère allemand de l'Éducation et des Sciences et par Lufthansa, et les mesures ont été en partie financées par le programme européen FP7.

Citation : Oram, DE, Ashfold, MJ, Laube, JC, Gooch, LJ, Humphrey, S., Sturges, WT, Leedham-Elvidge, E., Forster, GL, Harris, NRP, Mead, MI, Abu Samah, A ., Phang, SM, Chang-Feng, O.-Y., Lin, N.-H., Wang, J.-L., Baker, AK, Brenninkmeijer, CAM et Sherry, D. : Une menace croissante pour la couche d'ozone des chlorocarbures anthropiques à courte durée de vie, Atmos. Chem. Phys., 17, 11929-11941, 2017, https://doi.org/10.5194/acp-17-11929-2017, 2017.

L'équipe est composée de David Oram (School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich, UK [UEA]), Matthew Ashfold (University of Nottingham Malaysia Campus, Semenyih, Malaysia), Johannes Laube ( UEA ), Lauren Gooch ( UEA ), Stephen Humphrey ( UEA ), William Sturges ( UEA ), Emma Leedham-Elvidge ( UEA et Max Planck Institute for Chemistry, Mayence, Allemagne [MPIC]), Grant Forster ( UEA ), Neil Harris (School of Energy, Environment and Agroalimentaire/Technologie environnementale, Cranfield University, Royaume-Uni [Cranfield]), M. Mead (Cranfield and Institute of Ocean and Earth Sciences, University of Malaya, Kuala Lumpur, Malaisie [Malaisie]), Azizan Abu Samah (Malaisie), Siew Moi Phang (Malaisie), Chang-Feng Ou-Yang (Department of Atmospheric Sciences, National Central University, Taoyuan, Taiwan [DAS-NCU]), Neng-Huei Lin (DAS - NCU), Jia-Lin Wang (Department of Chemistry , National Central University, Taoyuan, Taiwan), Angela Baker ( MPIC ), Carl Brenninkmeijer ( MPIC ) et David Sherry (Nolan Sherry & Associates, Kingston upon Thames, Royaume-Uni).

Le Union européenne des géosciences ( EGU ) est la première union européenne des géosciences, dédiée à la poursuite de l'excellence dans les sciences de la Terre, de la planète et de l'espace au profit de l'humanité, dans le monde entier. Il s'agit d'une association scientifique interdisciplinaire à but non lucratif fondée en 2002 et dont le siège est à Munich, en Allemagne. L'EGU dispose d'un portefeuille actuel de 17 revues scientifiques diverses, qui utilisent un format d'accès ouvert innovant, et organise un certain nombre de réunions thématiques, ainsi que des activités d'éducation et de sensibilisation. Son assemblée générale annuelle est l'événement géoscientifique européen le plus important et le plus important, attirant plus de 13 000 scientifiques du monde entier. Les sessions de la réunion couvrent un large éventail de sujets, notamment la volcanologie, l'exploration planétaire, la structure interne et l'atmosphère de la Terre, le climat, l'énergie et les ressources. L'Assemblée générale de l'EGU 2018 se déroule à Vienne, en Autriche, du 8 au 13 avril 2018. Pour plus d'informations et l'inscription de la presse, veuillez consulter http://media.egu.eu plus près de l'heure de la réunion, ou suivez l'EGU sur Twitter et Facebook.

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Chimie et physique atmosphérique ( ACP ) est une revue scientifique internationale dédiée à la publication et à la discussion publique d'études de haute qualité portant sur l'atmosphère terrestre et les processus chimiques et physiques sous-jacents. Il couvre la gamme d'altitude de la surface de la terre et de l'océan jusqu'à la turbopause, y compris la troposphère, la stratosphère et la mésosphère.


De nouveaux gaz destructeurs d'ozone en hausse

Les scientifiques rapportent que les produits chimiques qui ne sont pas contrôlés par un traité des Nations Unies conçu pour protéger la couche d'ozone contribuent à l'appauvrissement de la couche d'ozone.

Dans la nouvelle étude, publiée aujourd'hui dans Nature Geoscience, les scientifiques rapportent également que l'abondance atmosphérique de l'une de ces «substances à très courte durée de vie» (VSLS) augmente rapidement.

L'auteur principal de l'étude, le Dr Ryan Hossaini, de la School of Earth and Environment de l'Université de Leeds, a déclaré : « “VSLS peut avoir des sources naturelles et industrielles. La production industrielle de VSLS n'est pas contrôlée par le Protocole de Montréal des Nations Unies car, historiquement, ces produits chimiques ont peu contribué à l'appauvrissement de la couche d'ozone.

“Mais nous avons maintenant identifié que l'un de ces produits chimiques augmente rapidement et, si cette augmentation est autorisée à se poursuivre, elle pourrait compenser certains des avantages pour la couche d'ozone fournis par le Protocole de Montréal.”

Dans l'étude, les chercheurs ont utilisé un modèle informatique 3D de l'atmosphère pour déterminer l'impact du VSLS sur l'ozone et le climat.

Les mesures du VSLS dans l'atmosphère au cours des deux dernières décennies, fournies par des collaborateurs de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) aux États-Unis, ont également été analysées. Ces mesures ont révélé une augmentation rapide des concentrations atmosphériques de dichlorométhane, un VSLS artificiel utilisé dans une gamme de procédés industriels.

Le co-auteur de l'étude, le professeur Martyn Chipperfield, de l'École de la Terre et de l'Environnement de Leeds, a déclaré : « Nous devons continuer à surveiller l'abondance atmosphérique de ces gaz et déterminer leurs sources. À l'heure actuelle, la récupération à long terme de la couche d'ozone à partir des effets des CFC est toujours en bonne voie, mais la présence d'une augmentation du dichlorométhane entraînera une incertitude dans nos prévisions futures de l'ozone et du climat.

Les chercheurs ont découvert que bien que la quantité d'appauvrissement de la couche d'ozone résultant du VSLS dans l'atmosphère soit aujourd'hui faible par rapport à celle causée par les gaz à durée de vie plus longue, tels que les CFC, l'appauvrissement de l'ozone induit par le VSLS s'est avéré presque quatre fois plus efficace pour influencer le climat. .

Le Dr Hossaini a expliqué : « En raison de leur courte durée de vie dans l'atmosphère, les VSLS décomposent et détruisent l'ozone dans la partie la plus basse de la stratosphère. Ceci est important, car une molécule d'ozone perdue dans cette région a un impact bien plus important sur le climat qu'une molécule détruite à des altitudes plus élevées par des gaz à plus longue durée de vie.”

Les chercheurs ont également séparé les sources naturelles de VSLS – telles que les algues dans l'océan – et celles libérées en raison de l'activité humaine – telles que les processus industriels – afin de déterminer l'importance relative de chacune.

À l'heure actuelle, les VSLS émis naturellement représentent environ 90 % de la perte totale d'ozone causée par les VSLS dans la basse stratosphère. Cependant, la contribution des composés VSLS artificiels est en augmentation et semble appelée à augmenter encore dans les années à venir.

Le co-auteur de l'étude, le Dr Stephen Montzka de la NOAA, a ajouté : « Les augmentations observées pour le dichlorométhane sont frappantes et les concentrations inattendues ont diminué lentement à la fin des années 1990, mais depuis lors, elles ont augmenté d'environ un facteur deux sur des sites du monde entier. ”

Le Dr Hossaini a déclaré : « On ne sait pas exactement ce qui motive cette croissance. Cependant, cela pourrait être dû en partie au fait que le dichlorométhane est utilisé dans le processus de fabrication de certains HFC, les gaz « respectueux de la couche d'ozone » qui ont été développés pour remplacer les CFC. Cela signifierait, ironiquement, que la production de produits chimiques respectueux de la couche d'ozone libère en fait des gaz destructeurs d'ozone dans l'atmosphère.”

Plus d'informations

L'étude a été financée par le Natural Environment Research Council (NERC).

Le document de recherche, « Efficacité des halogènes à courte durée de vie à influencer le climat par l'épuisement de l'ozone stratosphérique », est publié dans la revue Nature Geoscience le 16 février 2015.

Le Dr Ryan Hossaini et le professeur Martyn Chipperfield sont disponibles pour un entretien. Veuillez contacter Sarah Reed, attachée de presse à l'Université de Leeds, au 0113 34 34196 ou par e-mail s.j.reed@leeds.ac.uk

Pour consulter ou télécharger la version complète de l'infographie, veuillez cliquer ici.


Informations sur l'auteur

Affiliations

Division de la surveillance mondiale, Earth System Research Laboratory, National Oceanic and Atmospheric Administration, Boulder, CO, États-Unis

Stephen A. Montzka, Geoff S. Dutton, Brad D. Hall, Debra Mondeel, Carolina Siso, J. David Nance, Lei Hu, Fred Moore, Ben R. Miller et James W. Elkins

Institut coopératif de recherche en sciences de l'environnement, Université du Colorado, Boulder, CO, États-Unis

Geoff S. Dutton, Pengfei Yu, Eric Ray, Debra Mondeel, Carolina Siso, J. David Nance, Lei Hu, Fred Moore et Ben R. Miller

Division des sciences chimiques, Laboratoire de recherche sur le système terrestre, National Oceanic and Atmospheric Administration, Boulder, CO, États-Unis

Pengfei Yu, Eric Ray, Robert W. Portmann et John S. Daniel

A/gent Consultancy BV, Venlo, Pays-Bas

École de chimie, Université de Bristol, Bristol, Royaume-Uni

Royaume-Uni Met Office, Exeter, Royaume-Uni

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Contributions

S.A.M. a dirigé l'enquête, fourni des mesures GC-MS et effectué une analyse interprétative et une modélisation de la boîte G.S.D., D.J.N. et D.M. fourni des mesures GC-ECD C.S. et B.R.M. fourni des mesures GC-MS D.J.N. et M.R. a effectué une modélisation à 12 cases P.Y. et R.W.P. effectué des simulations CCM J.S.D., E.R. et F.M. a effectué la modélisation de la boîte et fourni une compréhension conceptuelle B.D.H. précision et cohérence assurées dans les balances standard L.K. a fourni un aperçu des rapports du PNUE L.H. a fourni une analyse des données A.J.M. effectué des calculs de trajectoire et S.A.M. a écrit l'article avec la contribution de J.S.D., M.R., P.Y., L.K., B.D.H., G.S.D., J.W.E. et L.H.

Auteur correspondant


La couche d'ozone stratosphérique, qui nous protège du rayonnement ultraviolet du soleil, s'est considérablement remise de l'épuisement passé depuis la mise en œuvre du Protocole de Montréal de 1987 en 1987 et les amendements ultérieurs, qui ont progressivement supprimé la production et la consommation des principales substances appauvrissant la couche d'ozone (SAO) . Mais les émissions inattendues observées et potentielles de SAO à longue et courte durée de vie pourraient retarder le retour des niveaux d'ozone stratosphérique aux niveaux de 1980 d'années voire de décennies.

Reconnaissant la menace que représentent les SAO sans contrainte pour la restauration continue de la couche d'ozone, cette étude donne un aperçu de ces substances et des étapes nécessaires pour les contrôler conformément au Protocole de Montréal.


Élimination progressive des substances appauvrissant la couche d'ozone de classe I

Aux États-Unis, les substances appauvrissant la couche d'ozone de « classe I » (SAO SACOUn composé qui contribue à l'appauvrissement de l'ozone stratosphérique. Les SAO comprennent les chlorofluorocarbures (CFC), les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), les halons, le bromure de méthyle, le tétrachlorure de carbone, les hydrobromofluorocarbures, le chlorobromométhane et le méthyle chloroforme. Les SAO sont généralement très stables dans la troposphère et ne se dégradent que sous une lumière ultraviolette intense dans la stratosphère. Lorsqu'ils se décomposent, ils libèrent des atomes de chlore ou de brome, qui appauvrissent alors l'ozone. Une liste détaillée (http://www.epa.gov/ozone/science/ods/index.html) des substances de classe I et de classe II avec leurs ODP, GWP et numéros CAS est disponible. ) étaient soumis à la première série d'objectifs d'élimination dans le cadre du Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone (Protocole de Montréal). Les SAO de classe I ont un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozoneUn nombre qui fait référence à la quantité d'appauvrissement de la couche d'ozone causée par une substance. L'ODP est le rapport de l'impact sur l'ozone d'un produit chimique par rapport à l'impact d'une masse similaire de CFC-11. Ainsi, l'ODP du CFC-11 est défini à 1,0. D'autres CFC et HCFC ont des ODP allant de 0,01 à 1,0. Les halons ont des ODP allant jusqu'à 10. Le tétrachlorure de carbone a un ODP de 1,2 et l'ODP du méthylchloroforme est de 0,11. Les HFC ont zéro ODP car ils ne contiennent pas de chlore. Un tableau de toutes les substances appauvrissant la couche d'ozone (http://www.epa.gov/ozone/science/ods/index.html) indique leurs ODP, GWP et numéros CAS. de 0,2 ou plus, et comprennent les halons, les chlorofluorocarbures chlorofluorocarburesGaz couverts par le Protocole de Montréal de 1987 et utilisés pour la réfrigération, la climatisation, l'emballage, l'isolation, les solvants ou les propulseurs d'aérosols. Comme ils ne sont pas détruits dans la basse atmosphère, les CFC dérivent dans la haute atmosphère où, dans des conditions appropriées, ils décomposent l'ozone. Ces gaz sont remplacés par d'autres composés : les hydrochlorofluorocarbures, remplaçant provisoire des CFC qui sont également couverts par le Protocole de Montréal, et les hydrofluorocarbures, qui sont couverts par le Protocole de Kyoto. Toutes ces substances sont aussi des gaz à effet de serre. Voir hydrochlorofluorocarbures, hydrofluorocarbures, perfluorocarbures, substance appauvrissant la couche d'ozone. (CFC), méthyle chloroforme méthyle chloroformeComposé constitué de carbone, d'hydrogène et de chlore. Le méthylchloroforme est utilisé comme solvant industriel. Son potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone est de 0,11. , le tétrachlorure de carbone le tétrachlorure de carboneComposé constitué d'un atome de carbone et de quatre atomes de chlore. Le tétrachlorure de carbone était largement utilisé comme matière première dans de nombreuses utilisations industrielles, y compris la production de chlorofluorocarbures (CFC) et comme solvant. L'utilisation du solvant a pris fin lorsqu'il a été découvert qu'il était cancérigène. Il est également utilisé comme catalyseur pour fournir des ions chlore à certains processus. Son potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone est de 1,2. , et le bromure de méthyle bromure de méthyleComposé constitué de carbone, d'hydrogène et de brome. Le bromure de méthyle est un pesticide efficace utilisé pour fumiger le sol et de nombreux produits agricoles. Parce qu'il contient du brome, il appauvrit l'ozone stratosphérique et a un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone de 0,6. La production de bromure de méthyle a été progressivement abandonnée le 31 décembre 2004, à l'exception des dérogations autorisées. Beaucoup plus d'informations sont disponibles (http://www.epa.gov/ozone/mbr/index.html). . Les SAO de classe II sont soumises à un calendrier d'élimination progressif différent.

L'article 604 de la Clean Air Act établit les objectifs d'élimination des SAO de classe I. L'interdiction de production et d'importation de halons est entrée en vigueur le 1er janvier 1994. L'interdiction de production et d'importation d'autres SAO de classe I, à l'exclusion du bromure de méthyle, est entrée en vigueur le 1er janvier 1996. Il existe plusieurs exemptions à l'élimination.

Apprenez-en plus sur l'élimination progressive des substances de classe I dans cette fiche d'information.


Histoire

En 1969, le chimiste néerlandais Paul Crutzen a publié un article décrivant le principal cycle catalytique des oxydes d'azote affectant les niveaux d'ozone. Crutzen a démontré que les oxydes d'azote peuvent réagir avec les atomes d'oxygène libres, ralentissant ainsi la création d'ozone (O3), et peut également décomposer l'ozone en dioxyde d'azote (NO2) et l'oxygène gazeux (O2). Certains scientifiques et écologistes des années 1970 ont utilisé les recherches de Crutzen pour étayer leur argumentation contre la création d'une flotte de transports supersoniques américains (SST). Ils craignaient que l'émission potentielle d'oxydes d'azote et de vapeur d'eau de ces avions n'endommage la couche d'ozone. (Les SST ont été conçus pour voler à des altitudes coïncidant avec la couche d'ozone, à environ 15 à 35 km [9 à 22 miles] au-dessus de la surface de la Terre.) En réalité, le programme américain SST a été annulé, et seul un petit nombre de Concorde franco-britannique et les Tu-144 soviétiques sont entrés en service, de sorte que les effets des SST sur la couche d'ozone se sont avérés négligeables pour le nombre d'avions en opération.

En 1974, cependant, les chimistes américains Mario Molina et F. Sherwood Rowland de l'Université de Californie à Irvine ont reconnu que les chlorofluorocarbures (CFC) produits par l'homme, molécules contenant uniquement des atomes de carbone, de fluor et de chlore, pourraient être une source majeure de chlore dans la stratosphère. Ils ont également noté que le chlore pouvait détruire de grandes quantités d'ozone après avoir été libéré des CFC par le rayonnement UV. Les atomes de chlore libre et les gaz contenant du chlore, tels que le monoxyde de chlore (ClO), pourraient alors séparer les molécules d'ozone en éliminant l'un des trois atomes d'oxygène. Des recherches ultérieures ont révélé que le brome et certains composés contenant du brome, tels que le monoxyde de brome (BrO), étaient encore plus efficaces pour détruire l'ozone que ne l'étaient le chlore et ses composés réactifs. Les mesures ultérieures en laboratoire, les mesures atmosphériques et les études de modélisation atmosphérique ont rapidement confirmé l'importance de leurs découvertes. Crutzen, Molina et Rowland ont reçu le prix Nobel de chimie en 1995 pour leurs efforts.

Les activités humaines ont eu un effet significatif sur la concentration et la répartition mondiales de l'ozone stratosphérique depuis avant les années 1980. De plus, les scientifiques ont noté que d'importantes diminutions annuelles des concentrations moyennes d'ozone ont commencé à se produire vers 1980 au moins. de molécules d'ozone présentes par mètre carré dans les colonnes d'air échantillonnées) a diminué globalement d'environ 5 pour cent entre 1970 et le milieu des années 1990, avec peu de changement par la suite. Les plus fortes diminutions de l'ozone ont eu lieu dans les hautes latitudes (vers les pôles), et les plus petites diminutions ont eu lieu dans les basses latitudes (les tropiques). De plus, les mesures atmosphériques montrent que l'appauvrissement de la couche d'ozone a augmenté la quantité de rayonnement UV atteignant la surface de la Terre.


LE PHÉNOMÈNE DE L'APPAUVRISSEMENT DE L'OZONE

LComme une infection qui devient de plus en plus virulente, la taille d'un continent trou dans la couche d'ozone de la Terre ne cesse de s'agrandir.

Chaque année depuis la fin des années 1970, une grande partie de la couche protectrice de la couche stratosphérique l'ozone au-dessus de l'Antarctique a disparu en septembre, créant ce que l'on appelle communément le trou dans la couche d'ozone. Le trou antarctique maintenant mesure environ 9 millions de miles carrés, soit presque la taille de l'Amérique du Nord. Un appauvrissement moins dramatique, mais toujours significatif, des niveaux d'ozone a été enregistré dans le monde entier. Avec moins d'ozone dans l'atmosphère, plus de rayonnement ultraviolet frappe la Terre, provoquant plus de cancers de la peau, des dommages aux yeux et des dommages possibles aux cultures.

Qu'est-ce que l'ozone ? Comment les chercheurs ont-ils découvert son rôle dans l'atmosphère terrestre et les conséquences dévastatrices de son appauvrissement ? Le article suivant, adapté d'un récit du Dr F. Sherwood Rowland, un chercheur pionnier dans le domaine qui a partagé le prix Nobel 1995 en chimie pour son travail, tente de répondre à ces questions et à d'autres. Ce faisant, il illustre de façon spectaculaire le fonctionnement de la science et, en en particulier, comment la recherche fondamentale&mdashmotivée par le désir de comprendre nature&mdashoften conduit à des résultats pratiques d'un immense bénéfice sociétal cela n'aurait pas pu être prévu au début de la recherche.

Une image satellite du trou dans la couche d'ozone (zone rose) au-dessus de l'Antarctique prise le 25 septembre 1995.

Le problème

Pendant quatre mois de chaque année, la station de recherche McMurdo de l'Antarctique est plongée dans l'obscurité. Puis les premiers rayons de lumière pointent à l'horizon. Chaque jour, le soleil s'attarde dans le ciel, un peu plus longtemps et le rude hiver polaire laisse lentement place au printemps.

Le printemps apporte également un autre type de lumière à l'Antarctique, une lumière qui nuit au lieu de nourrir. En cette saison de nouveaux départs, le trou dans la couche d'ozone se reforme, permettant aux rayons ultraviolets mortels de traverser l'atmosphère terrestre.

Le trou ne dure que deux mois, mais son timing ne pourrait pas être pire. Tout comme la lumière du soleil réveille l'activité des plantes et des animaux en sommeil, elle délivre également une dose de rayonnement ultraviolet nocif. Après huit semaines, le trou quitte l'Antarctique, pour traverser des zones plus peuplées, dont la Nouvelle-Zélande et l'Australie. Ce rayonnement biologiquement nocif et à haute énergie peut

provoquer le cancer de la peau, blesser les yeux, nuire au système immunitaire et perturber l'équilibre fragile de tout un écosystème.

Bien qu'il y a deux décennies, la plupart des scientifiques se soient moqués de l'idée que les produits chimiques industriels pourraient détruire l'ozone très haut dans l'atmosphère, les chercheurs savent maintenant que le chlore crée le trou en dévorant les molécules d'ozone. Years of study on the ground, in aircraft, and from satellites has conclusively identified the source of the chlorine: human-made chemicals called chlorofluorocarbons (CFCs) that have been used in spray cans, foam packaging, and refrigeration materials.

All About Ozone

Ozone is a relatively simple molecule, consisting of three oxygen atoms bound together. Yet it has dramatically different effects depending upon its location. Near Earth's surface, where ozone comes into direct contact with life forms, it primarily displays a destructive side. Because it reacts strongly with other molecules, large concentrations of ozone near the ground prove toxic to living things. At higher altitudes, where 90 percent of our planet's ozone resides, it does a remarkable job of absorbing ultraviolet radiation. In the absence of this gaseous shield in the stratosphere, the harmful radiation has a perfect portal through which to strike Earth.

Although a combination of weather conditions and CFC chemistry conspire to create the thinnest ozone levels in the sky above the South Pole, CFCs are mainly released at northern latitudes&mdashmostly from Europe, Russia, Japan, and North America&mdashand play a leading role in lowering ozone concentrations around the globe.

Stratospheric ozone occupies the region of the atmosphere between 10 and 50 kilometers from Earth's surface and provides a shield against damaging ultraviolet radiation.

Worldwide monitoring has shown that stratospheric ozone has declined for at least two decades, with losses of about 10 percent in the winter and spring and 5 percent in the summer and autumn in such diverse locations as Europe, North America, and Australia. Researchers now find depletion over the North Pole as well, and the problem seems to be getting worse each year. According to a United Nations report, the annual dose of harmful ultraviolet radiation striking the northern hemisphere rose by 5 percent during the past decade.

Although, two decades ago, most scientists would have scoffed at the notion that industrial chemicals could destroy ozone high up in the atmosphere, researchers now know that chlorine creates the hole by devouring ozone molecules.

During the past 40 years, the world has seen an alarming increase in the incidence of malignant skin cancer the rate today is tenfold higher than in the 1950s. Although the entire increase cannot be blamed on ozone loss and increased exposure to ultraviolet radiation, there is evidence of a relationship. Scientists estimate that for each 1 percent decline in ozone levels, humans will suffer as much as a 2 to 3 percent increase in the incidence of certain skin cancers.

Exploring Earth's Atmosphere

Like many lines of scientific inquiry, research leading to the prediction and discovery of global ozone depletion and the damaging effects of CFCs followed a path full of twists and turns. Investigators did not set our to determine whether human activity affects our environment nor did they know much about chemical pollutants. Instead, they began with basic questions about the nature of Earth's atmosphere&mdashits composition, density, and temperature distribution.

The composition of our planet's atmosphere fascinated humans long before chemistry became a formal science. &ldquoThe storm thundered and lightened, and the air was filled with sulfur,&rdquo Homer wrote in the Odyssey, referring to the sharp odor, created during thunderstorms, of what later became known as ozone.

By the late 1800s, atmospheric scientists had isolated carbon monoxide and inferred the existence of a second combustible gas in the air, which they tentatively identified as methane, the simplest hydrocarbon. But in attempting to further analyze the composition of the atmosphere, researchers at the turn of the century faced a major stumbling block: virtually all gases, except for molecular nitrogen and oxygen, exist in such minute concentrations that available equipment could not detect them.

Help, however, was on the way. During the 1880s, scientists had begun perfecting a new, highly precise method of identifying a compound by recording a special kind of chemical fingerprint&mdashthe particular pattern of wavelengths of light it emits or absorbs. Scientists call this pattern a spectrum.

In the 1920s, G.M.B. Dobson developed a spectrometer that could measure small concentrations of ozone. By measuring the spectrum of air, the Belgian scientist M.V. Migeotte demonstrated in 1948 that methane is a common constituent of the atmosphere with a concentration of about one part per million by volume. Soon, scientists had the tools to detect other atmospheric gases that occur in concentrations one-tenth to one-hundredth as great as that. By the 1950s, researchers had identified 14 atmospheric chemical constituents.

Despite this progress, researchers were still missing a major piece of the atmospheric puzzle. All of the compounds detected possessed an even number of electrons, a characteristic which typically gives chemical stability. Other less common compounds with an odd number of electrons&mdashknown as free radicals&mdashreadily undergo chemical reactions and do not survive for long. These compounds play crucial roles in such phenomena as urban smog, the loss of stratospheric ozone, and the global removal of atmospheric impurities.

Scientists had not detected free radicals because they reside in the atmosphere at concentrations well below the part-per-million level that state-of-the-art equipment in 1948 could detect. But unrelated research in an entirely different field, analytical chemistry, soon came to the rescue. Analytical chemists had begun developing a cavalcade of new instruments and methods to measure minute quantities of compounds in the laboratory.

Cancer-causing ultraviolet radiation occupies the region of the spectrum between visible light and even higher frequency radiation such as x-rays and gamma rays.

Such research spurred advances on two fronts: a substantial increase in the precision and accuracy of measurements of atmospheric gases and a striking decrease in the minimum concentration of a compound that must be present to be detected. As a result, the number of atmospheric compounds identified by scientists has increased from 14 in the early 1950s to more than 3,000 today. Detectors today routinely measure compounds at concentrations below one part per trillion, and some can record gases that occur in concentrations one-thousandth as great at that.

The hole lasts for only two months, but its timing could not be worse. Just as sunlight awakens activity in dormant plants and animals, it also delivers a dose of harmful ultraviolet radiation.

Even in some of the most remote locations on Earth, scientists have detected hundreds of compounds. Curiously, some of the substances that occur in the smallest concentrations rank as some of the biggest players in altering the atmosphere. A case in point: the group of chemicals known as CFCs.


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