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17.2I : Ozone - Biologie

17.2I : Ozone - Biologie


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L'ozone est une forme très active d'oxygène (O3 plutôt que O2). L'ozone présente deux problèmes biologiques assez différents : trop aux basses couches de l'atmosphère (la troposphère) ; trop peu en haute altitude (la stratosphère).

L'ozone dans la troposphère

L'ozone est produit par la réaction de la lumière du soleil, de l'oxygène et des gaz d'échappement des automobiles (qui contiennent des hydrocarbures et des oxydes d'azote). L'ozone est en grande partie responsable de l'inconfort associé à smog photochimique. Cette forme de smog, longtemps familière aux habitants du bassin de Los Angeles, est désormais courante partout où la lumière du soleil et l'air stagnant se produisent dans les zones urbaines (Mexico en est un exemple dramatique avec des niveaux d'ozone qui dépassent souvent 100 ppb et dépassent parfois 350 ppb). Des niveaux élevés d'ozone pendant l'accumulation de smog peuvent causer des difficultés aux personnes souffrant de troubles respiratoires comme l'emphysème et l'asthme. L'ozone endommage également les plantes et peut être un facteur important dans les dommages causés aux forêts d'Europe et d'Amérique du Nord.

L'ozone dans la stratosphère

Bien que nous ayons souvent trop d'ozone autour de nous, la concentration d'ozone élevée dans la stratosphère (qui commence à environ 11 km [11 km] - où les avions de ligne naviguent) a diminué au cours des deux dernières décennies. La surveillance par satellite de la stratosphère, qui a commencé en 1978, a révélé un déclin marqué. Le déclin le plus grave se produit au-dessus de l'Antarctique au printemps (octobre) lorsqu'une chute brutale de l'ozone provoque une trou dans la couche d'ozone. La figure (avec l'aimable autorisation de la NASA) montre une carte du trou dans la couche d'ozone mesuré au-dessus de l'Antarctique le 5 octobre 1987 par un appareil embarqué sur le satellite Nimbus 7. Les pointes de l'Amérique du Sud (quadrant supérieur droit) et de l'Afrique (inférieur droit) sont dessinées, tout comme le contour de l'Australie et de la Nouvelle-Zélande (inférieur gauche).

L'unité Dobson est une mesure du nombre de molécules d'ozone dans une colonne verticale de l'atmosphère. Vous pouvez voir que la concentration d'ozone diminue dans des cercles concentriques de plus en plus petits avec la lecture la plus basse centrée sur le pôle Sud. Malgré une augmentation anormale en octobre 2015 (attribuée à une éruption volcanique au Chili), le trou n'a cessé de se réduire au cours des 14 dernières années. C'est probablement le résultat de l'abandon progressif de la fabrication et de l'utilisation des chlorofluorocarbures.

Le bouclier d'ozone

La propagation de cet air appauvri en ozone peut expliquer les déclins plus graduels et plus prolongés observés aux latitudes moyennes. De 1978 à 1990, les niveaux moyens d'ozone ont diminué de 8 % en Europe et d'environ 5 % aux États-Unis. C'est inquiétant car l'ozone protège la surface de la terre d'une grande partie du rayonnement ultraviolet atteignant la terre du soleil. Les rayons ultraviolets peuvent provoquer des cancers de la peau, des cataractes et peuvent affaiblir le système immunitaire.

Le graphique (tiré de C. R. Roy, et. al., dans La nature 347:235, 1990) montre des mesures de l'intensité de la lumière ultraviolette et de la concentration d'ozone pendant plusieurs jours ensoleillés à Melbourne, en Australie, en décembre 1987 et janvier 1988. Lorsque les niveaux d'ozone étaient bas, la lumière ultraviolette était plus intense et vice versa. La baisse de l'ozone, qui a duré environ un mois, a probablement été causée par l'air appauvri en ozone provenant du trou d'ozone au-dessus du pôle Sud. La majeure partie de la lumière ultraviolette qui atteint la terre est l'ultraviolet "B" (UV-B), qui comprend des longueurs d'onde de 280 à 320 nm.

Chlorofluorocarbures (CFC)

Chlorofluorocarbures (CFC) sont des gaz synthétiques dans lesquels les atomes d'hydrogène du méthane sont remplacés par des atomes de fluor et de chlore (par exemple, CHF2Cl, CFCl3, CF2Cl2). Ces gaz sont ininflammables, non toxiques et très stables. Ils étaient largement utilisés dans l'industrie comme réfrigérants (par exemple, dans les réfrigérateurs et les climatiseurs), solvants, propulseurs dans les bombes aérosols (maintenant interdits dans certains pays) et dans la fabrication de mousses plastiques. Les CFC s'échappent dans l'air à partir de toutes ces utilisations (par exemple, des unités de réfrigération qui fuient et mises au rebut). Leur inertie chimique, qui rend les CFC si intéressants pour l'industrie, en fait également une menace pour l'atmosphère. Une fois dans l'atmosphère, il leur faudra peut-être 60 à 100 ans pour se décomposer et disparaître. En attendant, ils constituent une menace pour le bouclier d'ozone.

Bien qu'une partie de l'appauvrissement récent de l'ozone dans la stratosphère soit probablement due à des causes naturelles (éruptions volcaniques, moins de taches solaires), une partie est très probablement causée par les chlorofluorocarbures (CFC). Cependant, un accord multinational élaboré en 1987 - le Protocole de Montréal - a établi un calendrier de réduction de l'utilisation de ces matériaux. Et, en fait, la surveillance montre que la concentration de CFC dans la stratosphère a diminué depuis le milieu des années 90.

Les CFC ont été largement remplacés par hydrofluorocarbures (HFC) dans les climatiseurs et les réfrigérateurs. Les HFC ne détruisent pas l'ozone mais sont de puissants gaz à effet de serre. Alors que le trou dans la couche d'ozone au-dessus de l'Antarctique persiste, il y a des signes de rétablissement des niveaux d'ozone aux latitudes moyennes (où nous vivons). La poursuite de cette tendance peut dépendre de la contribution de l'oxyde nitreux à l'appauvrissement de la couche d'ozone.


Voir la vidéo: TNPSC Physics - Class 16 - Nature of Universe Part 4 in EnglishTamil (Mai 2022).