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10.2 : Appauvrissement de la couche d'ozone - Biologie


Le processus d'appauvrissement de la couche d'ozone commence lorsque CFC (chlorofluorocarbures) et d'autres substances appauvrissant la couche d'ozone (SAO) sont émises dans l'atmosphère. Les molécules de CFC sont extrêmement stables et ne se dissolvent pas sous la pluie. 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. Les CFC étaient utilisés par l'industrie comme réfrigérants, solvants de dégraissage et propulseurs.

Ozone (O3) est constamment produit et détruit dans un cycle naturel, comme le montre la figure (PageIndex{1}). Cependant, la quantité globale d'ozone est essentiellement stable. Cet équilibre peut être considéré 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 des SAO stratosphériques ont bouleversé cet équilibre. En effet, ils éliminent l'ozone plus rapidement que les réactions naturelles de création d'ozone ne peuvent suivre. Par conséquent, les niveaux d'ozone chutent.

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 fallait davantage de confirmation 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. Les Montréal Protocolecontrôle la production et la consommation de 96 produits chimiques qui endommagent la couche d'ozone (Figure (PageIndex{3})). 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. .

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.

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

Il existe trois types de lumière UV : UVA, UVB et UVC. 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.

Des études de laboratoire et épidémiologiques démontrent que les UVB provoquent des cancers de la peau autres que les mélanomes 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. Par conséquent, 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.

Les UVB sont généralement nocifs pour les cellules, et donc pour tous les organismes. Les UVB ne peuvent pas pénétrer très loin dans un organisme et ont donc tendance à n'impacter que les cellules de la peau. Les microbes comme les bactéries, cependant, ne sont composés que d'une seule cellule et peuvent donc être endommagés par les UVB,


Réaction hétérogène de l'ozone gazeux avec l'iodure aqueux en présence d'espèces organiques aqueuses

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Introduction

Dans les années 1970, il a été découvert que chaque printemps, un "trou" se formait dans la couche d'ozone stratosphérique en particulier au-dessus de l'Antarctique, et que certains produits chimiques fabriqués par l'homme étaient responsables de la destruction de l'ozone. Les températures hivernales très basses dans la stratosphère antarctique provoquent des nuages ​​stratosphériques polaires qui empêchent temporairement « l'ozone frais » produit dans la région tropicale de remplacer l'ozone détruit. La réduction de la couche d'ozone modifie le rayonnement UV atteignant la surface de la terre et cela a divers impacts sur l'environnement, sur la santé.

En 1987, les gouvernements du monde entier ont décidé, avec le Protocole de Montréal, d'interdire progressivement l'utilisation de produits chimiques appauvrissant la couche d'ozone (ou ODC), une interdiction rendue possible par la disponibilité progressive de substituts « respectueux de la couche d'ozone ». Depuis lors, le trou d'ozone saisonnier a lentement commencé à se réduire.


Modifications du rayonnement ultraviolet biologiquement actif atteignant la surface de la Terre

Le Protocole de Montréal fonctionne. Les concentrations des principales substances appauvrissant la couche d'ozone dans l'atmosphère diminuent maintenant, et le déclin des quantités totales de colonnes observé dans les années 1980 et 1990 aux latitudes moyennes ne s'est pas poursuivi. Dans les régions polaires, la variabilité naturelle est beaucoup plus grande. Chaque printemps, de grands trous d'ozone continuent de se produire dans l'Antarctique et des régions moins graves d'ozone appauvri continuent de se produire dans l'Arctique. Il est prouvé que certains de ces changements sont provoqués par des changements dans la circulation atmosphérique plutôt que d'être uniquement attribuables à des réductions de substances appauvrissant la couche d'ozone, ce qui peut indiquer un lien avec le changement climatique. L'ozone mondial est toujours plus faible que dans les années 1970 et un retour à cet état n'est pas attendu avant plusieurs décennies. Comme les changements dans l'ozone affectent directement le rayonnement UV, on s'attend à ce que le rayonnement UV élevé dû à la réduction de l'ozone se poursuive au cours de cette période. Les changements à long terme des UV-B dus à l'appauvrissement de la couche d'ozone sont difficiles à vérifier par mesure directe, mais il existe des preuves solides que l'irradiance UV-B a augmenté au cours de la période d'appauvrissement de la couche d'ozone. Sur les sites non pollués de l'hémisphère sud, il existe des preuves que l'irradiance UV-B a diminué depuis la fin des années 1990. La disponibilité et l'étendue temporelle des données UV se sont améliorées, et nous sommes maintenant en mesure d'évaluer les changements ces derniers temps par rapport à ceux estimés depuis la fin des années 1920, lorsque les premières mesures d'ozone sont devenues disponibles. Les augmentations de l'irradiance UV-B au cours de la dernière partie du 20e siècle ont été plus importantes que la variabilité naturelle. Il existe de plus en plus de preuves que les aérosols ont un effet plus important sur le rayonnement UV-B de surface qu'on ne le pensait auparavant. Sur certains sites de l'hémisphère nord, l'irradiance UV-B peut continuer à augmenter en raison de la réduction continue des extinctions d'aérosols depuis les années 1990. Les interactions entre l'appauvrissement de la couche d'ozone et le changement climatique sont complexes et peuvent être médiées par des changements dans les modèles de chimie, de rayonnement et de circulation atmosphérique. Les changements peuvent être dans les deux sens : les changements d'ozone peuvent affecter le climat, et le changement climatique peut affecter l'ozone. Les données d'observation suggèrent que l'ozone stratosphérique (et donc les UV-B) a réagi relativement rapidement aux changements dans les substances appauvrissant la couche d'ozone, ce qui implique que les interactions climatiques n'ont pas retardé ce processus. Les calculs du modèle prédisent qu'aux latitudes moyennes, un retour de l'ozone aux niveaux d'avant 1980 est attendu d'ici le milieu du 21e siècle. Cependant, cela peut prendre une décennie ou deux de plus dans les régions polaires. Le changement climatique peut également affecter le rayonnement UV par des changements dans la nébulosité et l'albédo, sans impliquer l'ozone et puisque les changements de température au cours du 21e siècle sont susceptibles d'être environ 5 fois plus importants qu'au cours du siècle dernier. Ceci est susceptible d'avoir des effets significatifs sur la réflectivité future des nuages, des aérosols et de la surface. Par conséquent, à moins que de fortes mesures d'atténuation ne soient prises vis-à-vis du changement climatique, des effets profonds sur la biosphère et sur le rayonnement UV solaire reçu à la surface de la Terre peuvent être anticipés. L'avenir reste incertain. On s'attend à ce que l'ozone augmente lentement au cours des décennies à venir, mais on ne sait pas si l'ozone reviendra à des niveaux plus élevés ou plus bas que ceux présents avant le début de l'appauvrissement de la couche d'ozone dans les années 1970. L'incertitude est encore plus grande quant au rayonnement UV futur, car il sera en outre influencé par les changements dans les aérosols et les nuages.


Durabilité

Le cours d'introduction à la mineure en études environnementales : GEO203 Géographie des personnes-environnements avec Salvatore Engel-Dimauro - Les processus écosystémiques et sociaux impliqués dans les relations entre les personnes et l'environnement à différents endroits et à différentes époques, en mettant l'accent sur la justice sociale. Approches des sciences naturelles et sociales pour comprendre les causes et les conséquences de la dégradation de l'environnement induite par l'homme afin de formuler des solutions. CRN 1203

BIO120 Biologie du changement global avec Eric Keeling - Une enquête sur le changement environnemental global d'un point de vue biologique et écologique avec un accent principal sur l'écologie humaine, le cycle mondial du carbone, le changement climatique et la durabilité environnementale. CRN 394

BIO112 Biology Today - Conçu pour présenter aux étudiants des aspects sélectionnés de la science biologique. En augmentant leur compréhension des concepts biologiques, les étudiants développent une appréciation plus profonde des phénomènes biologiques naturels avec lesquels ils sont en contact quotidiennement. De plus, les étudiants acquièrent les connaissances nécessaires pour comprendre les problèmes biologiques contemporains tels que la qualité de l'environnement (population, pollution, changement climatique mondial). CRN 387

BIO493-03 Biologie de la conservation avec Eric Keeling - Une étude de la science de la biodiversité et de la biologie de la conservation, et des lois, politiques et pratiques de gestion connexes qui s'appliquent aux espèces, habitats, écosystèmes et paysages protégés. Les séances de laboratoire mettront l'accent sur les compétences en analyse quantitative et les visites sur le terrain dans les zones de conservation locales. CRN 359

BUS324 Introduction à la gestion de la durabilité avec Michael Sheridan - Se concentre sur les impacts environnementaux, sociaux et économiques des activités des entreprises. Des lectures, des analyses de cas et des activités en classe sont utilisées pour montrer comment les entreprises développent et mettent en œuvre des stratégies pour simultanément promouvoir la durabilité et améliorer la position concurrentielle de l'entreprise. CRN 487

BUS424-01 Entrepreneuriat social avec Eduardo Millet - Couvre les principales opportunités et défis auxquels sont confrontés les entrepreneurs sociaux et leurs entreprises, y compris comment imaginer et évaluer le changement social souhaité. CRN 525

CHE100-01 Chimie environnementale avec Gissel Mentore - Principes de chimie derrière les effets de problèmes environnementaux tels que les pluies acides, l'appauvrissement de la couche d'ozone, la pollution atmosphérique et aquatique, le réchauffement climatique. Évaluation des données expérimentales conduisant les scientifiques aux conclusions actuelles concernant ces questions environnementales. CRN 546

EGG250-01 Énergie et environnement avec Ghader Eftekhari - Fondamentaux de l'énergie, à base d'énergie fossile (charbon, pétrole et gaz), sources d'énergie nucléaire et renouvelables (telles que solaire, éolienne, hydraulique, géothermique, biomasse, marémotrice et thermique océanique). Les moteurs thermiques, l'utilisation de l'énergie dans les transports, la conservation de l'énergie et l'effet de la consommation d'énergie sur l'environnement (localement et globalement) sont étudiés. CRN 1020

ECO393-01 Crisis Economics avec Mona Ali - Le présent marque une confluence de crises : la pandémie, le changement climatique et les inégalités économiques. Dans une perspective ancrée dans l'interdépendance transfrontalière, nous examinons comment ces crises remodèlent l'ordre économique mondial en nous concentrant sur les États-Unis et la Chine. CRN 844

GEO333-01 Géographie avancée des personnes-environnements avec Salvatore Engel Dimauro - Étude de niveau avancé des processus écosystémiques et sociaux impliqués dans les relations personnes-environnement, mettant l'accent sur la justice sociale. Théories et méthodes pour comprendre les causes et les conséquences de la dégradation de l'environnement d'origine humaine afin de formuler des solutions. Des sorties sur le terrain peuvent être nécessaires. L'achèvement du cours d'introduction et / ou d'autres cours en écologie, sciences de la terre ou sciences de l'environnement est fortement recommandé. CRN 1200

HON393-01 Ethical Fashion: Understanding Consumerism, Globalization, Justice & Sustainability through Textiles avec Andrea Varga - En utilisant les objectifs mondiaux pour le développement durable comme cadre, les étudiants exploreront l'histoire du textile, de l'habillement et de la parure concernant les pratiques de la préhistoire à nos jours. relation avec les textiles, les comportements des consommateurs et la durabilité. Ce cours permettra aux étudiants de comprendre les choix et les comportements personnels (de la compréhension des fibres à l'économie personnelle, en passant par la communication sociale, les réglementations et les normes de l'industrie) et de les connecter à l'industrie de la mode mondialisée. Les étudiants exploreront les implications des choix des consommateurs sur l'environnement, les personnes et d'autres créatures vivantes en utilisant des outils de recherche et des données disponibles via des organisations telles que Fashion Revolution et Good on You. Les étudiants auront la possibilité de s'autonomiser en tant que consommateurs pour avoir une voix et être un agent de changement en faisant des choix éclairés et en communiquant les normes de durabilité aux entreprises avec lesquelles ils s'engagent. CRN 1280

POL311 American Environmental Politics avec Daniel Lipson - Étude des problèmes environnementaux actuels et des efforts visant à élaborer des politiques pour les résoudre à travers le processus d'élaboration des politiques américaines et examen des rôles que jouent les acteurs politiques dans ce processus. CRN 1581

POL370 Semestre des Nations Unies avec Ilgu Ozler - Un examen intensif des Nations Unies [y compris les objectifs de développement durable] qui implique des conférences régulières sur le campus et des briefings hebdomadaires au siège des Nations Unies à New York. Au total, dix voyages aux Nations Unies sont prévus au cours du semestre. Le jour de la conférence (les mardis) sera assis en personne. Les voyages à l'ONU ne pourront pas avoir lieu, donc des briefings virtuels seront organisés dans un bloc de quatre heures le vendredi (l'ONU a demandé entre 10 et 2 comme meilleur moment pour organiser des briefings virtuels) CRN 1586

SOC493-02 Culture relationnelle à l'ère de l'individualisme avec Lori Wynters et Joel Oppenheimer - Ce cours examine les constructions historiques, politiques, culturelles, sociales et écologiques d'un « individualisme autonome » qui raconte l'histoire de la séparation aux États-Unis. CRN 1955

SOC450 Sociologie de l'alimentation et de l'agriculture avec Brian Obach - Examen des dimensions sociales, économiques et politiques du système alimentaire et agricole aux États-Unis et dans le monde. Comment ce système a changé au fil du temps, le rôle de la technologie, les implications écologiques et la possibilité d'alternatives. CRN 1991

SUNY New Paltz
1 promenade Hawk
New Paltz, NY 12561
845-257-SUNY (7869)
877-MY-NP-411 (appel gratuit)


Législation connexe

Le règlement sur l'ozone est complété par des règles et procédures européennes plus spécifiques concernant certaines utilisations de substances appauvrissant la couche d'ozone :

  • Règlement (UE) 537/2011 de la Commission relatif au mécanisme d'attribution des quantités de substances réglementées autorisées à des fins de laboratoire et d'analyse
  • Règlement (UE) n° 291/2011 de la Commission concernant les utilisations essentielles de substances réglementées autres que les hydrochlorofluorocarbures à des fins de laboratoire et d'analyse
  • Décision 2010/372/UE de la Commission relative à l'utilisation de substances réglementées en tant qu'agents de transformation (mise à jour en 2013)

Destruction de la couche d'ozone

Concentration d'ozone stratosphérique

Quel impact les émissions de SAO artificielles ont-elles eu sur les concentrations d'ozone stratosphérique ?

Dans le graphique, nous voyons les concentrations moyennes d'ozone stratosphérique dans l'hémisphère sud (où l'appauvrissement de la couche d'ozone a été le plus grave) de 1979 à 2017. Les concentrations d'ozone sont collectées via des instruments satellitaires dans le cadre du programme météorologique Ozone Watch de la NASA.

Les concentrations d'ozone sont mesurées en unités Dobson (DU) : c'est le nombre de molécules d'ozone qui seraient nécessaires pour créer une couche d'ozone pur de 0,01 millimètre d'épaisseur à une température de 0 degré Celsius et une pression de 1 atmosphère. Un ‘Ozone Hole’ se rapprocherait d'une zone où la concentration d'ozone chute à une moyenne d'environ 100 unités Dobson.

Nous voyons que depuis 1979 jusqu'au début des années 1990, les concentrations d'ozone stratosphérique dans l'hémisphère Sud sont tombées au niveau inquiétant de 100 UA. Pendant plusieurs décennies depuis les années 1990, les concentrations ont continué à avoisiner (ou moins) 100 UA. Au cours des dernières années depuis 2010, cependant, les concentrations d'ozone ont commencé à se rétablir lentement.

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Zone de trou d'ozone

La chute des concentrations d'ozone stratosphérique s'est-elle reflétée dans un trou d'ozone ? Dans le graphique, nous voyons la superficie maximale et moyenne du trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique, mesurée en kilomètres carrés (km 2 ). Comme les concentrations de gaz, la zone des trous d'ozone est surveillée quotidiennement par la NASA via des instruments satellites.

Depuis 1979, nous constatons une nette augmentation de la zone du trou d'ozone en Antarctique, atteignant un maximum de 30 millions de km 2  au début des années 2000. Cependant, depuis la fin des années 1990, la superficie du trou d'ozone s'était approximativement stabilisée entre 20 et 25 millions de km 2 . En 2018, le programme Aura de la NASA a publié ses premiers résultats pour montrer des premiers signes clairs de récupération du trou dans la couche d'ozone. 4

Le rétablissement complet devrait toutefois prendre jusqu'à (au moins) la seconde moitié de ce siècle (comme décrit dans l'entrée ci-dessous).

L'imagerie par satellite et les données du trou d'ozone de l'Antarctique de 1979 à 2017 peuvent être consultées au Goddard Media Center de la NASA, cela fournit une compréhension très visuelle de la croissance du trou d'ozone de l'Antarctique au cours de cette période.

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Résumé

Réactions de l'ozone avec Br - , SO3 2 - , ASS3 - , je - et NON2 - , étudiés par des techniques à flux arrêté et à flux accéléré pulsé, sont de premier ordre dans la concentration en O3(aq) et du premier ordre dans la concentration de chaque anion. Les constantes de vitesse augmentent d'un facteur 5 × 10 6 lorsque les nucléophilies des anions augmentent de Br - à SO3 2 - . Les adduits d'ozone avec les nucléophiles sont proposés comme intermédiaires à l'état d'équilibre avant le transfert d'atomes d'oxygène avec libération d'O2. Les calculs ab initio montrent des structures possibles pour les intermédiaires. La réaction entre Br - et O3 est accélérée par H + mais présente un effet de saturation cinétique lorsque l'acidité augmente. La cinétique indique la formation de BrOOO - en tant qu'intermédiaire à l'état d'équilibre avec une étape assistée par acide pour donner BrOH et O2. Dépendances de la température des réactions de Br - et HSO3 - avec O3 dans des solutions acides sont déterminés de 1 à 25 °C. Ces cinétiques sont importantes dans les études de l'appauvrissement annuel de l'ozone dans la troposphère arctique au lever du soleil polaire.

Dans les articles avec plus d'un auteur, l'astérisque indique le nom de l'auteur à qui les demandes de renseignements sur l'article doivent être adressées.


Comment savons-nous que les sources naturelles ne sont pas responsables de l'appauvrissement de la couche d'ozone ?

Bien qu'il soit vrai que les volcans et les océans libèrent de grandes quantités de chlore, le chlore de ces sources se dissout facilement dans l'eau et s'évacue de l'atmosphère sous la pluie. En revanche, les CFC ne se décomposent pas dans la basse atmosphère ni ne se dissolvent dans l'eau. Bien qu'ils soient plus lourds que l'air, ils sont finalement transportés dans la stratosphère. Les scientifiques utilisent des ballons, des avions et des satellites pour mesurer la composition de la stratosphère. Ces mesures montrent une augmentation notable du chlore stratosphérique depuis 1985. Le moment de cette augmentation correspond à l'augmentation des émissions de CFC et d'autres SAO causées par les activités humaines.


Activité de recherche

2018-23 Réponses à long terme des écosystèmes aux changements directionnels de la quantité et de la variabilité des précipitations dans une prairie aride Fondation nationale de la science

2017-21 Prévision de la vulnérabilité des écosystèmes des zones arides au changement : une évaluation inter-systèmes de la végétation et des réponses des processus aux perturbations et à la variabilité climatique sur les terres du DoD SERDP-DOD

2016-19 Empiètement des graminées exotiques et des plantes ligneuses dans les parcours du sud-ouest : mécanismes d'invasion et opportunités de confinement USDA-NIFA-AFRI

2015-18 Contrôles de la disponibilité de l'eau sur le partitionnement de la productivité au-dessus du sol : réponse des herbivores par rapport aux plantes Fondation nationale de la science, (PI)

2014-19 Drought-Net : Un réseau mondial pour évaluer la sensibilité des écosystèmes terrestres à la sécheresse


Voir la vidéo: 22 Déficits immunitaires héréditaires (Janvier 2022).