Objev Ozónu

pondělí 1. listopad 2010 17:12

Molekula Ozonu
wikipedia

Každá pořádná předpověď ovzduší obsahuje nejen informace o stavu ozonové díry, ale také o množství ozonu kolem nás, tedy v přízemní vrstvě atmosféry. Ozon je totiž lidskému zdraví škodlivá sloučenina s velmi zajímavou historií.

Nejranější zmínky o ozonu se týkají nejjednodušší a dosud nejúžasnější vědecké metody – smyslového vnímání pozorovatele. Účinky ozonu na lidské smysly byly vědci zaznamenávány již od roku 1775, a to v souvislosti s pozorováním blesků nebo s elektrickými zařízeními. Tyto smyslové vjemy nebyly nejprve vědci rozeznány jako chemická látka, ale jako vliv elektřiny na lidské čichové ústrojí.

Ozon byl tedy nejprve vnímán pouze jako projev elektřiny vzhledem k lidskému vnímání, nikoliv jako chemikálie.

Ozon, jakožto chemickou látku objevil Christian Friedrich Schönbein (1799 – 1868), švýcarsko – německý fyzik, a to až v roce 1840 při experimentech s pomalou oxidaci bílého fosforu při elektrolýze vody. Jak už to při mnoha velkých objevech bývá, byl ozon objeven náhodou jako vedlejší produkt aktivity elektrického náboje při prováděné elektrolýze. Schönbein (kromě ozonu objevil ještě nitrocelulosu neboli střelnou bavlnu) zaznamenal jeho přítomnost ve vzduchu po bouřkách a nazval ho proto ozon, dle ozo - řeckého výrazu pro vůni. Po objeviteli ozonu se také nazývá vůbec první, v minulosti velice hojně používaná, metoda stanovení ozonu - Schönbeinova metoda.

New_Schonbein1.jpg
Christian Friedrich Schönbein - objevitel ozonu

V 19. století se stal přízemní ozon (respektive jeho měření) jakousi módou a byl cílem početných experimentů v mnoha světových lokalitách. Cílem bylo nejprve potvrdit samotnou jeho existenci, později pak prozkoumat funkci této sloučeniny v atmosféře. Jen v rozmezí let 1840–1879 bylo publikováno na téma ozonu 550 vědeckých článků a 14 knih. Brzy byl rozpoznán vysoký oxidační potenciál ozonu, jeho užití k bělení látek a také schopnost odstraňovat zápach. Jeho účinky na lidský organismus byly také poprvé popsány právě v tomto období a sice jako dusivé, slzotvorné a následně smrtelné.

Stojí za pozornost se blíže podívat na princip slavné Schönbeinovy metody měření koncentrace ozonu v ovzduší. Ten je jednoduchý: jedná se o vystavení speciálního testovacího papírku napuštěného směsí jodidu draselného a škrobu ovzduší na několik hodin. Ozon oxiduje jodidové anionty které pak reagují se škrobem za vzniku modrého komplexu. Ten pak zabarví testovací papírek. Při samotném měření je nutné, aby byl papírek chráněn před deštěm a sluncem stříškou. Poté se porovná zabarvení papírku s předem danou stupnicí. Ta byla zpravidla číslována od 1 – 10, přičemž vyšší číslo (tmavší zabarvení) koresponduje s vyšší koncentrací ozonu. Jedním z problému srovnání výsledků této metody mezi jednotlivými měřícími stanovišti po celém světě byla celková nejednotnost metody, neboť v praxi se používalo několik variací tohoto stanovení. V závislosti na státu se metoda lišila jak v použité stupnici (0 – 10, 0 – 21, 0 – 14), tak i v kvalitě indikačního papíru, koncentraci použitého jodidu draselného, různou dobou vystavení papírku ovzduší, nebo výškou měřícího stanoviště nad zemí. Další nevýhodou Schönbeinovy metody je její ovlivnitelnost meteorologickými podmínkami (vlhkost, teplota, rychlost větru) a složením atmosféry (např. přítomností oxidu dusičitého, či siřičitého).

New_ExposedStrips.jpg
Různě zabarvené detekční papírky

New_SchonbeinColorChart.jpg
Jedna z používaných barevných stupnic

V polovině 18. století již ve světě existovalo asi 300 stanic na měření ozonu, ale jen několik z nich kontinuálních. Ovšem vzhledem k charakteru metody stanovení ozonu Schönbeinovou metodou lze jen těžko jakékoliv měření ozonu z této doby považovat za kontinuální v současném smyslu tohoto slova. V tomto případě jsou tak označena měřící stanoviště, kde probíhalo měření ozonu Schönbeinovou metodou například dvakrát denně (v 9:00 ráno a v 21:00 večer).

New_ScannedStrips500.jpg
Rozdíl mezi detekčním papírkem umístěným ve venkovním a vnitřním prostředí

Za velmi výjimečnou se dá označit série měření prováděná v období 1876 – 1910 v Paříži – takzvaná Montsourijská série. Avšak její iniciátor, francouzský chemik Albert-Levy, nepoužil v té době převládající Schönbeinovu metodu. Princip jím použité metody spočíval v absorbci ozonu do roztoku arsenitých iontů v němž pak probíhala jodem katalyzovaná oxidace. Odběr vzduchu probíhal „normovaně“ vždy 24 hodin ve výšce 5 metrů nad zemí. Metoda je ovšem opět relativně velmi citlivá vůči dalším silným oxidantům v ovzduší, jako jsou peroxid vodíku a oxid dusičitý a přítomností redukčních látek, hlavně oxid siřičitý. Tyto látky byly samozřejmě v městském ovzduší při měření přítomny.

Hlavními zdroji dat přesto zůstávají data získaná Schönbeinovou metodou, zajímavá tabulka ukazuje hlavní zdroje získaných předindustriálních dat, včetně odlišností v použitých stupnicích.

Místo měření

Typ měření

Období měření

Použitá stupnice

Adelaid

měsíčně

1880 – 1907

0 – 21

Coimbra

denně

1890 – 1895

0 – 21

Hirošima

měsíčně

1895 – 1901

0 – 10

Hobart

denně

1876 - 1879

0 – 10

Hong – kong

denně

1872 – 1874

0 – 10

Luanda

denně

1890 – 1895

0 – 21

Mauritius

denně

1898 – 1909

0 – 10

Montevideo

měsíčně

1918 – 1928

0 – 10

Mont - Ventoux

měsíčně

1891 – 1903

0 – 21

Nemuro

měsíčně

1895 – 1901

0 – 10

Tokio

měsíčně

1895 – 1901

0 – 10

Vídeň

denně

1891 – 1895

0 – 14

V nedávné minulosti se před vědce postavil problém s nutností srovnání množství ozonu v přízemní vrstvě atmosféry v současnosti s takzvanou předindustriální érou. Tedy určení jakéhosi přirozeného množství přízemního O3, aby bylo možné určit, k jak velkému nárůstu jeho obsahu v daném časovém horizontu došlo a posoudit další vlivy této sloučeniny na biosféru naší planety, jakož i vliv lidské činnosti na její nárůst. Bez relevantní informace o množství ozonu v předindustriální éře lze totiž velmi těžko tvrdit že jeho obsah roste.

Tato potřeba samozřejmě vedla ke zkoumání popsaných historických pramenů měření ozonu a k potřebě převodu tehdy používaných metod, respektive z nich získaných dat, na dnešní podmínky. Konverze silně semi-kvantitativních (tím myslím vysoce nepřesných) dat získaných na přelomu 19. a 20. století do dnešní podoby není jednoduchá a veškeré používané metody převodu jsou značně diskutabilní, především vzhledem k veškerým výše popsaným nepřesnostem které s sebou Schönbeinova metoda přináší. Nejčastěji se používají různé speciální rovnice, či diagramy které převádějí Schönbeinovo číslo (stupnice 0 – 10) na dnes používané jednotky koncentrace (např. mg/m3). Takto získaná data jsou už bližší realitě protože zahrnují vliv vlhkosti na Schönbeinovo číslo, přesto však ještě stále zůstávají získaná data diskutabilní vzhledem k ostatním nepřesnostem Schönbeinovy metody.  

I přes všechny popsané nepřesnosti měření přízemního ozonu na přelomu 19. a 20. století jsou data získaná převodem Schönbeinových čísel na koncentraci O3 důležitým a také používaným ukazatelem změny množství ozonu v přízemní vrstvě atmosféry v důsledku lidské činnosti. Souhrnně se dá říci (například po analýze dat naměřených ve zmiňované Montsourijské sérii a dalších analýzách),  že se množství troposférického ozonu v přízemní vrstvě atmosféry naší planety oproti přelomu 19. a 20. století zdvojnásobilo. Hodnoty přízemního ozonu se pohybovaly v závislosti na místě měření v různých světových lokalitách v rozmezí (8–30) mg/m3. Přičemž například průměrné roční hmotnostní koncentrace ozonu zjištěné na českých regionálních stanicích se pohybují okolo 70 µg/m3.

Analýza dat získaných průkopníky měření ozonu (zejména Schönbeinovou metodou) tedy ukazuje určitý vliv antropogenní činnosti na zvýšení „přirozené“ – pozaďové hodnoty ozonu za posledních sto let.

New_p_montcp7.jpg
Mountsourijská observatoř kde Albert-Levy měřil ozon déle než 30 let

Karel Šec

Karel Šec

Karel Šec

Nové filmy, knihy a hudba které mě zaujaly.

Od malička mám rád filmy a hlavně kino. Budu rád když Vám něco z toho co zde píši pomůže vybrat správný film na který zajít, nebo knihu kterou si přečíst. Nechci filmy "recenzovat", spíš psát o dojmech, které ve mně vzbudily.

REPUTACE AUTORA:
0,00

Tipy autora

Co právě čtu

Co právě poslouchám

Oblíbené stránky