Формирование озонового экрана


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский Государственный Университет

Биолого-почвенный факультет

Кафедра ботаники и микологии

Разрушение озонового слоя

020201-биология

Реферативная работа

Заведующий кафедрой Доцент, доктор биол.наук: Агафонов В.А.

Студент: Быковская Т.Г.

Преподаватель: Негробов В.В.

Воронеж 2010 г.

Содержание.

Введение.

Озон, находящийся на высоте около 25 км от земной поверхности, пребывает в состоянии динамического равновесия. Он представляет собой слой повышенной концентрации толщиной около 3 мм. Стратосферный озон поглощает жесткую ультрафиолетовую радиацию Солнца и этим защищает все живое на Земле. Озон также поглощает инфракрасное излучение Земли и является одним из обязательных условий сохранения жизни на нашей планете.


XX век принес человечеству немало благ, связанных с бур­ным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загряз­няющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распро­странена, что возникают глобальные экологические проблемы.

В результате многих внешних воздействий озоновый слой начинает истончаться по сравнению со своим естественным состоянием, а при некоторых условиях над определенными территориями и вовсе исчезать – появляются озоновые дыры, чреватые необратимыми последствиями. Сначала они наблюдались ближе к южному полюсу Земли, но недавно были замечены и над азиатской частью России. Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи и ряд других тяжёлых болезней. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.

Хотя человечеством были приняты различные меры по восстановлению озонового слоя (например, под давлением экологических организаций многие промышленные предприятия пошли на дополнительные затраты для установки различных фильтров для уменьшения вредных выбросов в атмосферу), этот сложный процесс займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере веществ, способствующих его разрушению. Поэтому я считаю, что проблема озонового слоя остаётся актуальной и в наше время.


Глава 1.

Природа и значение озонового экрана.

Наряду с видимым светом Солнце излучает ультрафиолетовые волны. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина его волн несколько короче, чем у фиолетовых волн, самых коротковолновых из воспринимаемых глазом человека. Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы, они обладают большей энергией, чем видимые. Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, они разрушают молекулы белков и ДНК. Именно это происходит, когда вы загораете. Если бы всё ультрафиолетовое излучение, попадающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней сохранилась бы жизнь. Даже небольшая, доступная нам часть этого количества (менее 1%) вызывает загар и ежегодно 200 000-600 000 случаев рака кожи в США.

Мы защищены от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения, так как большая его часть (свыше 99%) поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 километров от поверхности земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном.

При поглощении ультрафиолета в атмосфере образуется своего рода смесь, в которой преобладают свободные электроны, нейтральные атомы кислорода, положительные ионы молекул кислорода. При их взаимодействии и образуется озон.


аимодействие ультрафиолетового излучения с кислородом происходит по всей высоте атмосферы — есть сведения, что в мезосфере, на высоте от 50 до 80 километров, уже наблюдается процесс образования озона, который продолжается в стратосфере (от 15 до 50 км) и в тропосфере (до 15 км). Вместе с тем верхние слои атмосферы, в частности мезосфера, подвержены такому сильному воздействию коротковолнового ультрафиолета, что ионизуются и распадаются молекулы всех составляющих атмосферу газов. Не может не разлагаться и только что образовавшийся там озон, тем более, что для этого требуется почти такая же энергия, как и для молекул кислорода. И тем не менее разрушается он не полностью — часть озона, который в 1,62 раза тяжелей воздуха, опускается в нижние слои атмосферы до высоты 20-25 километров, где плотность атмосферы позволяет ему находиться как бы в равновесном состоянии. Там молекулы озона создают слой повышенной концентрации, то есть озоновый слой.

Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли.


агодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира. По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

Глава 2.

Формирование и разрушение озонового слоя.

Как уже было сказано, озон в стратосфере – это продукт воздействия самого ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы О, реагируя с молекулами озона, дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не статично; оно представляет собой результат равновесия между этими двумя реакциями.


зрушение озонового слоя – это разделение молекул озона, которое вызывают встречаемые в стратосфере вещества, разрушающие озоновый слой (OSNV), возникающие в результате природных процессов (например, извержения вулканов) или эмитированные (высвобожденные) в результате деятельности человека, и содержащие хлор (Cl) или бром (Br); а также метан или оксид азота (I) – (N2O).

Самые существенные этапы разрушения озонового слоя:

1)Эмиссии: в результате деятельности человека, а также в результате природных процессов на Земле эмитируются (высвобождаются) газы, содержащие галогены (бром и хлор), т.е. вещества, разрушающие озоновый слой.

2)Аккумулирование (эмитированные газы, содержащие галогены, аккумулируются (накапливаются) в нижних атмосферных слоях, и под воздействием ветра, а также потоков воздуха перемещаются в регионы, которые не находятся в прямой близости с источниками такой эмиссии газов).

3)Перемещение (аккумулированные газы, содержащие галогены, с помощью потоков воздуха перемещаются в стратосферу).

4)Преобразование (бóльшая часть газов, содержащих галогены, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере преобразуется в легко реагирующие галогенные газы, в результате чего в полярных регионах Земного шара разрушение озонового слоя происходит сравнительно активнее).

5)Химические реакции (легко реагирующие галогенные газы вызывают разрушение озона стратосферы; фактор, способствующий реакциям – полярные стратосферные облака).


6)Удаление (под воздействием воздушных потоков легко реагирующие галогенные газы возвращаются в тропосферу, где из-за присутствующей в облаках влажности и дождей разделяются, и таким образом из атмосферы полностью удаляются).

Глава 3.

Причины разрушения озонового слоя.

В 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причём относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб озоновому экрану, причём это влияние буде продолжаться неопределённо долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно.

Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ) очень летучи и нерастворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу.

Источник: mirznanii.com

Где расположен


Итак, для начала давайте разберемся, что такое озон и какую он играет роль в природе. Над поверхностью Земли на высоте от семи до девятнадцати километров атмосфера состоит из слоя озона. Это особая форма кислорода. Причем на полюсах он расположен ниже — на высоте 7-8 километров, а на экваторе — значительно выше, на расстоянии 17-18 километров от земной поверхности. Таким образом, он распределен очень неравномерно.

Если разбирать озон с точки зрения химических реакций, то получается следующая картина. Из-за сильного действия ультрафиолетового излучения Солнца молекула кислорода, из которой состоит воздушная оболочка земли, присоединила к себе третий атом кислорода. Так и получился озон.

Важное предназначение

Стоит отметить, что большое количество озона в атмосфере — это огромный плюс для нашей Земли. Чем больше его, тем лучше он поглощает ультрафиолетовые лучи. Собственно, это и есть главное его предназначение. Однако не думайте, что озоновый слой атмосферы — это толстая подушка, надежно укрывающая Землю от раскаленных лучей Солнца.

Нет. Озоновый слой очень и очень тонкий. Чтобы визуально вы могли представить себе его масштабы, можно привести такой пример. Берем площадь размером в 45 квадратных километров. Если равномерно распределить по ней весь имеющийся в атмосфере Земли озон, то его толщина будет… всего 0,3 см. Это кажется невероятным! Как такой тонкий защитный «плащ» на протяжении многих тысячелетий уберегает человечество от знойного солнца? Тем не менее, это так.

Учитывая важную роль озонового слоя и его относительно небольшое количество, необходимо прилагать все усилия, чтобы сохранять защиту в целости. Ведь разрушить его — много ума не надо, а вот восстановить практически невозможно.

Пахнет озоном


Иногда после дождя, особенно летнего, воздух становится особенно свеж, приятен, и люди говорят: «Пахнет озоном». Это отнюдь не образное выражение. Действительно, какое-то количество озона частично проникает в нижние слои атмосферы с потоками верхнего воздуха. Это так называемый полезный озон. Он и придает атмосфере необыкновенную свежесть. Часто такое явление можно наблюдать после грозовых ливней.

Но бывает еще и очень вредный, крайне опасный для человека озон. Выхлопные газы и промышленные выбросы, попадая под действие лучей солнечного света, вступают в фотохимическую реакцию. В результате этого образуется так называемый приземный озон. Он очень вреден для здоровья человека. Чаще всего такой озон встречается в мегаполисах и крупных городах. Дышать таким воздухом крайне опасно, поскольку этот газ неблагоприятно действует на бронхи и лёгкие и разрушает их. Если человек надышался таким воздухом, у него могут возникнуть приступы удушья, боли в груди, сердечные приступы, головокружения.

Страдают от такой плохой экологической обстановки не только люди, но и растения вдоль дорог. А вот на большой высоте значение озонового слоя трудно переоценить. Если бы его не было, человечество уже сгорело бы от ультрафиолета.

Дыра размером с материк


Озоновый слой земли был открыт учеными в 70-е годы двадцатого века. Тогда же физики определили его ценность и описали в научных трудах. Но спустя всего полтора десятилетия перед исследователями встала глобальная проблема озонового слоя. Английские ученые в 1985 сделали открытие, которое напугало весь мир и заставило по-иному взглянуть на развитие современной промышленности. Над Антарктидой исследователи обнаружили огромную «дыру». Озоновый слой над этим материком целиком отсутствовал. Причем дыра была ужасающих размеров — с территорию США.

Опытным путем было выяснено, что в атмосфере над самым холодным материком Земли в больших количествах присутствуют соединения, которые образуются при взаимодействии озона и хлора. Таким образом, была подтверждена теория о том, что хлор разрушает озон.

Опасные фреоны

Ученые доказали, что фреоны, которые массово применяются в холодильниках и кондиционерах, а также в многочисленных аэрозольных баллончиках, пагубно влияют на озоновый слой. Нам только кажется, что мы сбрызнули волосы лаком, и ничего страшного не произошло. Но представьте, что такие микровыбросы осуществляются в сутки миллионами потребителей! Вот уже и масштаб вырисовывается, как каждый из нас разрушает озоновый слой!


Причины разрушения в том, что молекулы фреонов вступают во взаимодействие с молекулами озона. Солнечная радиация заставляет фреоны выделять хлор. Он расщепляет озон, в результате чего образуется атомарный и обычный кислород. В месте, где происходит такое взаимодействие, озоновый слой полностью исчезает.

Конечно же, наибольший вред озоновому слою приносят промышленные выбросы. Но и бытовое использование препаратов, в которых содержится фреон, так или иначе, тоже оказывает свое влияние на уничтожение озона.

Защитные меры

После того как ученые документально подтвердили, что происходит разрушение озонового слоя, политики задумались над тем, как его сохранить. Ведь это важно не для отдельно взятой страны, а для всего человечества в целом. В мире прошла серия консультаций и совещаний по данному вопросу, в которых принимали участие представители всех стран, где развита промышленность.

В 1985 году была принята Конвенция об охране озонового слоя. Подписи под ней поставили представители 44-х государств. Спустя год был подписан еще один важный документ — Монреальский протокол. Согласно его положениям, в мире было существенно ограничено производство и потребление веществ, которые разрушают озон.

Некоторые пытались противиться этим запретам. Но для каждой страны были определены четкие квоты по опасной промышленности, которые нельзя превышать. Ведь на кону стоит судьба всего человечества.

Охрана озонового слоя в России

В нашей стране этой проблеме также уделяют большое внимание. По действующему законодательству Российской Федерации озоновый слой является одним из важных природных объектов. Он подлежит правовой охране. Закон «Об охране окружающей природной среды» (ст. 4) регламентирует защитные меры, направленные на охрану этого природного объекта от повреждения, загрязнения, разрушения и истощения.
В статье 56 Закона описаны мероприятия по охране озонового слоя Земли. Среди них:

  • организация наблюдения за этим природным объектом;
  • постоянный контроль над изменением состояния климата, которых происходит под влиянием деятельности хозяйствующих субъектов или из-за иных процессов;
  • строгое соблюдение нормативов по выбросу вредных веществ в атмосферу;
  • регулирование производства химических веществ, которые разрушают озоновый слой;
  • применение штрафных санкций и наказаний за нарушение вышеуказанных требований.

Существует несколько международных организаций и инспекций, которые тщательно следят, как выполняются мероприятия по защите озонового слоя в разных странах мира.

Блуждающая дыра

Если предположить, что озонная дыра будет и дальше постоянно расширяться, а это вполне возможно, то человечеству грозит гибель. И это не преувеличение. Поэтому сохранности озонового слоя в наши дни уделяется очень важное значение во всех странах.

Стоит отметить, что озоновая дыра — непостоянная. Как только количество вредных выбросов в атмосферу сокращается, начинает постепенно затягиваться и озоновая дыра. Молекулы озона проникают в нее из тех участков атмосферы, которые расположены рядом. Но здесь возникает другой фактор риска. На соседних участках, как следствие, количество озона значительно уменьшается. Слой становится тоньше.

Факторы риска

Тем временем ученые продолжают проводить исследования и пугают нас неутешительными выводами. Они пришли к такому мнению. Если количество озона уменьшится всего на один процент в верхних слоях атмосферы, то, к примеру, увеличение онкологическими заболеваниями кожи произойдет на 3-6%. Кроме того, ультрафиолетовые лучи в большом количестве негативно влияют на иммунную систему человека. Он становится более уязвимым к инфекционным заболеваниям. Возможно, именно этим и объясняется тот факт, что в XXI веке от злокачественных опухолей страдает все больше и больше людей.

Повышенный ультрафиолет также негативно влияет и на природу. Он разрушает клетки растений, они начинают мутировать и вырабатывать меньше кислорода. И хотя озоновый слой находится высоко и мы его не ощущаем, значение его для природы трудно переоценить.

Влияет на ветер, дожди и температуру

Как считают ученые, утончение озонового слоя напрямую влияет на климат нашей планеты. Вы ведь заметили, что с каждым годом погода становится все более переменчивой?

Озоновый слой — это не только «зонтик» для ультрафиолетового излучения, но и своеобразная крышка для Земли. Он задерживает тепло, которое рассеивается с поверхности нашей планеты. Чем тоньше озоновый слой, тем быстрее теплый воздух у поверхности Земли остужается. Как отмечают исследователи, температура воздуха на планете постепенно, год за годом, снижается. Это способствует изменению направлений господствующих ветров. Погода становится крайне переменчивой.

Пугающие цифры

Вот еще немного сухой статистики, которая подсказывает о грядущей катастрофе. С 1979 года и по наши дни произошло снижение годового содержания озона примерно на 4-5 процентов. А в средних широтах планеты эта цифра еще выше — на 7 процентов стал меньше озоновый слой.И если раньше ученые обнаружили озоновую дыру только над Антарктидой, то сегодня на карте появились и другие места, где не наблюдается этот защитный слой. Несколько дыр поменьше специалисты выявили над Арктикой и прилегающими к ней районами Северного полушария.

Но есть и оптимистические доклады. После того как человечество озаботилось проблемой сохранности озонового слоя и был разработан целый ряд защитных и запретительных мер, ситуация несколько стабилизировалась. Так что можно смело утверждать, что мы, если будем вести себя разумно, эту проблему в силах решить.

Источник: www.syl.ru

ОЗО́НОВЫЙ СЛОЙ, часть ат­мо­сфе­ры Зем­ли, где экс­пе­рим. ме­то­да­ми уда­ёт­ся об­на­ру­жить озон. За­ни­ма­ет про­стран­ст­во от зем­ной по­верх­но­сти до выс. 70–80 км над уров­нем мо­ря. В бо­лее уз­ком смыс­ле О. с. (или озо­но­сфе­рой) на­зы­ва­ют всю стра­то­сфе­ру или (ино­гда) её слой от 20 до 30 км, в ко­то­ром на­хо­дит­ся наи­боль­шее ко­ли­че­ст­во озо­на.

Ес­ли бы во всей ат­мо­сфе­ре со­блю­да­лись нор­маль­ные ус­ло­вия и её мож­но бы­ло бы раз­де­лить на слои, ка­ж­дый из ко­то­рых со­дер­жал бы толь­ко один газ, то вся ат­мо­сфе­ра за­ня­ла бы слой тол­щи­ной ок. 8 км, а слой озо­на имел бы тол­щи­ну ок. 3 мм. Тол­щи­на это­го ги­по­те­тич. слоя озо­на над кон­крет­ным ме­стом оп­ре­де­ля­ет важ­ней­шую ха­рак­те­ри­сти­ку О. с. – об­щее со­дер­жа­ние озо­на (ОСО), из­ме­ряе­мое в еди­ни­цах Доб­со­на, на­зван­ных в честь брит. ме­тео­ро­ло­га лор­да Г. М. Б. Доб­со­на; при­ве­дён­ная тол­щи­на слоя озо­на в 3 мм со­от­вет­ст­вует 300 еди­ни­цам Доб­со­на. При уда­ле­нии от эк­ва­то­ра ОСО обыч­но воз­рас­та­ет; макс. ОСО на­блю­да­ет­ся в на­ча­ле вес­ны, ми­ни­маль­ное – осе­нью. Эта за­ви­си­мость не­вер­на для Ан­тарк­ти­ды (см. Озо­но­вая ды­ра). ОСО мо­жет из­ме­нять­ся от 80 еди­ниц Доб­со­на (над Ан­тарк­ти­дой в пе­ри­од ве­сен­ней озо­но­вой ано­ма­лии) до 650 еди­ниц Доб­со­на (над Даль­ним Вос­то­ком в кон­це зи­мы – на­ча­ле вес­ны). На рис. по­ка­за­на вер­ти­каль­ная струк­ту­ра О. с.: здесь ОСО про­пор­цио­наль­но пло­ща­ди ме­ж­ду вер­ти­каль­ной осью и кри­вой пар­ци­аль­но­го дав­ле­ния. Осн. часть ат­мо­сфер­но­го озо­на на­хо­дит­ся в стра­то­сфе­ре, ме­нее 1% – в ме­зо­сфе­ре, 10–15% – в тро­по­сфе­ре. В ат­мо­сфе­ре мо­ле­ку­лы озо­на по­сто­ян­но пе­ре­ме­ща­ют­ся, пре­им. в сто­ро­ну умень­ше­ния т. н. от­ноше­ния сме­си озо­на (от­но­ше­ния чис­ла мо­ле­кул озо­на к об­ще­му чис­лу мо­ле­кул в еди­ни­це объ­ё­ма воз­ду­ха; r3 на рис.) и всту­па­ют в хи­мич. ре­ак­ции. Гл. ис­точ­ни­ком озо­на в ат­мо­сфе­ре яв­ля­ет­ся верх­няя стра­то­сфе­ра, где он об­ра­зу­ет­ся из мо­ле­ку­ляр­но­го ки­сло­ро­да под дей­ст­ви­ем УФ-из­лу­че­ния Солн­ца. 

На­ли­чие О. с. в ат­мо­сфе­ре при­во­дит к по­гло­ще­нию УФ-из­лу­че­ния с дли­на­ми волн ме­нее 310 нм, гу­би­тель­но­го для все­го жи­во­го на Зем­ле. По­это­му ми­ро­вое со­об­ще­ст­во чрез­вы­чай­но обес­по­кое­но гло­баль­ным умень­ше­ни­ем ОСО, на­блю­дав­шим­ся с кон. 1970-х гг. Силь­ное умень­ше­ние ОСО име­ло ме­сто над по­ляр­ны­ми рай­она­ми, осо­бен­но над Ан­тарк­ти­дой; над тро­пи­ка­ми ОСО прак­ти­че­ски не из­ме­ня­лось. Бы­ло ус­та­нов­ле­но, что умень­ше­ние ОСО свя­за­но как с на­блю­дае­мы­ми кли­ма­тич. из­ме­не­ния­ми, так и с уве­ли­че­ни­ем со­дер­жа­ния в ат­мо­сфе­ре хлор­фто­руг­ле­ро­дов (боль­шин­ст­во из них бо­лее из­вест­ны как фре­о­ны). По­это­му в 1987 за­клю­че­но Ме­ж­ду­нар. со­гла­ше­ние по за­пре­ще­нию про­из-ва и при­ме­не­ния озо­но­раз­ру­шаю­щих со­еди­не­ний (Мон­ре­аль­ский про­то­кол). В 1994 Ге­не­раль­ная ас­самб­лея ООН про­воз­гла­си­ла 16 сен­тяб­ря Ме­ж­ду­нар. днём ох­ра­ны О. с. Наи­мень­шее со­дер­жа­ние озо­на в ат­мо­сфе­ре на­блю­да­лось в кон. 20 в. (в уме­рен­ных ши­ро­тах Сев. по­лу­ша­рия вес­ной оно бы­ло при­мер­но на 5% ни­же нор­мы), в нач. 21 в. фик­си­ру­ет­ся мед­лен­ный рост ОСО; ожи­да­ет­ся, что к 2050–2080 гг. О. с. вос­ста­но­вит­ся.

В ниж­нюю ат­мо­сфе­ру озон по­сту­па­ет из стра­то­сфе­ры, а так­же ге­не­ри­ру­ет­ся в ре­зуль­та­те фо­то­хи­мич. ре­ак­ций с уча­сти­ем ок­си­дов азо­та и лег­ко­ле­ту­чих ор­га­нич. со­еди­не­ний. Озон в кон­цен­тра­ции св. 80 млрд–1 гу­би­те­лен для ды­ха­тель­ных кле­ток разл. ор­га­низ­мов. Та­кая кон­цен­тра­ция при­зем­но­го озо­на ино­гда на­блю­да­ет­ся в тё­п­лый се­зон (осо­бен­но при темп-рах вы­ше 28 °С) во всех про­мыш­лен­но раз­ви­тых стра­нах, в т. ч. в Рос­сии. Счи­та­ет­ся, что из-за воз­дей­ст­вия при­зем­но­го озо­на толь­ко США еже­год­но не­до­би­ра­ют с.-х. про­дук­ции на неск. млрд. дол­ла­ров. Из-за гло­баль­но­го по­те­п­ле­ния и уве­ли­че­ния вы­бро­сов за­гряз­няю­щих ве­ществ кон­цен­тра­ция при­зем­но­го озо­на в ря­де стран по­сто­ян­но рас­тёт (со ско­ро­стью ок. 0,3% в год), что пред­став­ля­ет уг­ро­зу для че­ло­ве­че­ст­ва. Осо­бен­но силь­ное уве­ли­че­ние кон­цен­тра­ции при­зем­но­го озо­на ожи­да­ет­ся для Ин­дии, Ки­тая и стран Юго-Вост. Азии.

Источник: bigenc.ru

Защита от космического излучения

Озоновый слой находится в атмосфере Земли и содержит относительно высокие концентрации О3. Он поглощает 93−99% солнечного ультрафиолетового излучения, которое потенциально угрожает жизни на планете, и расположен в нижней части стратосферы. Его толщина варьируется в зависимости от сезона и географического положения.

История открытия

Это явление было открыто в 1913 г. французскими физиками Шарлем Фарби и Анри Буассоном. Более детально его свойства исследованы британским метеорологом Дж. М. Б. Добсоном, который разработал простой спректрофотометр, использующийся для измерения содержания стратосферного газа с земли.

Между 1928 и 1958 гг. этот учёный создал всемирную сеть мониторинга. Она продолжает функционировать и по сей день, а «единица Добсона» названа в его честь и признана удобной мерой для оценки общего количества озона в верхней части колонны воздуха. С тех пор исследователи проделали большую работу для выяснения природы явления, а политики постарались на законодательном уровне затормозить разрушительные процессы в верхних слоях атмосферы.

Роль в развитии жизни на планете

Без стратосферного озона жизнь на планете не смогла бы достигнуть высокого уровня. Первая стадия развития одноклеточного организма требует бескислородной среды, и подходящие условия существовали на Земле более 3 миллиардов лет назад. По мере развития примитивные формы начали выделять в процессе жизнедеятельности незначительное количество кислорода в результате реакции фотосинтеза.

Накопление О2 в атмосфере привело к образованию озонового слоя в верхней части воздушного пространства. Этот защитный экран отфильтровывает повреждающее клетки входящее излучение ультрафиолетового спектра (УФ). Таким образом, благодаря именно этому явлению произошло формирование более совершенных организмов.

Химический процесс

Озоновый слой на самом деле таковым не является: молекулы О3 рассредоточены в атмосфере на расстоянии от 19 до 30 км от поверхности Земли. Их концентрация обычно составляет менее 10 частей на миллион. Озон образуется в стратосфере, когда ультрафиолетовое излучение Солнца попадает на молекулы кислорода О2 и вызывает расщепление двух атомов кислорода. При столкновении одного свободного атома с О2 образуется озон (О3). Этот процесс известен как фотолиз. Вещество также естественным образом разрушается в стратосфере солнечным светом и химической реакцией с различными соединениями, содержащими:

  • азот;
  • водород;
  • хлор.

В незначительных количествах образуется в приземном слое в качестве реакции химических соединений с солнечным светом, является компонентом смога и может быть вредным для здоровья человека.

Хотя оба вида озона содержат одни и те же молекулы, их присутствие в отдельных частях атмосферы имеет очень разные последствия:

  • Стратосферный слой блокирует вредную для живых существ солнечную радиацию.
  • Приземный слой является просто фактором загрязнения. Он поглощает некоторую часть излучения, но не может компенсировать разрушение озонового слоя в стратосфере.

N, H и Cl в природе встречаются в очень небольших количествах. В незагрязнённой атмосфере существует баланс между численностью образующего и разрушающегося озона. В результате общая концентрация остаётся постоянной. При разных температурах и давлениях скорость образования и разрушения отличается.

Озон имеет следующие особенности:

  • бесцветный газ с резким запахом;
  • встречается гораздо реже, чем О2;
  • из миллиона молекул воздуха озоном являются не больше десяти.

Значительная часть находится над экватором, где уровень УФ является наибольшим. Ветрами он переносится в направлении более высоких широт. Следовательно, количество газа над разными регионами Земли изменяется естественным образом в зависимости от широты, климата и времени года ежедневно. В нормальных условиях самые высокие значения наблюдаются над канадской Арктикой и Сибирью, а низкие — в районе экватора.

Стратосферная аномалия

В средствах массовой информации и многих книгах термин «озоновая дыра» часто используется слишком свободно для описания любого эпизода разрушения О3, независимо от того, насколько этот процесс значителен. К сожалению, это неаккуратное обращение с фактами упрощает проблему и стирает важное различие между огромными потерями озона в полярных областях и менее значительными в других регионах мира.

Технически этот термин должен применяться в тех случаях, когда истощение стратосферного О3 настолько велико, что его уровень падает ниже 200 единиц Добсона (д.е.). Нормальная концентрация составляет от 300 до 350 д. е. Такая потеря каждую весну происходит над Антарктидой и в меньшей степени над Арктикой, где особые метеорологические условия и очень низкие температуры воздуха усиливают разрушение озона искусственными химическими веществами.

Обнаруженное в 1980-х гг. истощение над Южным полюсом оказалось настолько значительным, что измеривший его британский геофизик Джо Фарман заподозрил неисправность спектрофотометра и отправил устройство в ремонт. Как только появились повторные данные, существование аномалии было подтверждено.

Благодаря предоставленным НАСА спутниковым снимкам, учёные неоднократно наблюдали большое количество химических веществ в атмосфере над Антарктидой.

Причины разрушения

Исчезновение озона происходит тогда, когда естественный баланс между выработкой и разрушением склоняется в пользу последнего. Хотя природные явления могут вызывать временную потерю О3, хлор и бром, выделяющиеся из искусственных соединений, сейчас считаются основной причиной истощения.

Впервые на это обратили внимание общественности М. Молина и С. Роуланд в 1974 г. Они обнаружили, что группа химических соединений, известная как хлорфторуглероды (ХФУ), является основным источником разрушения защитного слоя. Однако это сообщение не было принято всерьёз до открытия озоновой дыры над Антарктидой в 1985 г. Проблема в том, что ХФУ не «вымываются» обратно на землю дождями и не разрушаются в результате реакций с другими веществами, а остаются в атмосфере от 20 до 120 лет и даже дольше.

Постепенно они попадают в стратосферу, где в итоге разрушаются ультрафиолетом, высвобождая свободный хлор. Последний активно вовлекается в процесс разложения О3. Конечным результатом становится то, что две молекулы озона заменяются тремя молекулами кислорода, и хлор высвобождается для повторения реакции:

  • CL + O3 = CLO + O2;
  • CL + O = CL + O2.

Озон превращается в кислород, оставляя атом хлора свободно повторять процесс до 100 тысяч раз, что приводит к снижению уровня О3. На выбросы ХФУ приходится 80% общего уменьшения количества атмосферного озона. Природный хлор способствует тем же процессам, но имеет более короткий цикл.

Современные исследования, проведённые в США, выявили новую опасность: будущее разрушение озона от нерегулируемых запусков ракет в итоге превысит показатели потерь из-за всех остальных факторов. Университет аэронавтики им. Эмбри-Риддла представил анализ рынка для оценки будущего истощения на основе ожидаемого роста космической отрасли и различных последствий запусков. Высокореактивные молекулы микроэлементов, известные как радикалы, доминируют в разрушении защищающие функции стратосферного О3. Один радикал здесь может погубить до 10 тыс. молекул озона до его деактивации и удаления из атмосферы.

Воздействие на человека и природу

Повышенное проникновение солнечного ультрафиолетового излучения оказывает глубокое воздействие на здоровье человека. Оно потенциально может способствовать таким заболеваниям:

  • повреждение роговицы и хрусталика глаза;
  • инфекции, вызванные ослаблением иммунитета;
  • немеланомный рак кожи.

Известно, что УФ лучи влияют на физиологические процессы у растений, приводя к мутациям и изменению видового состава. Это нарушает биологическое разнообразие в экосистемах, а также косвенно влияет на растительное сообщество, приводя к изменениям формы и вторичному метаболизму. Всё это может иметь важные последствия для конкурентного природного баланса.

Увеличение солнечного ультрафиолетового излучения оказывает влияние на биогеохимические циклы на суше и в воде, что приводит к изменению как источников, так и поглотителей парниковых газов (диоксид углерода CO2, монооксид углерода СО, карбонилсульфид COS и т. д. ) Эти трансформации способствуют обратной связи между биосферой и атмосферой. Другие эффекты включают:

  • нарушения в росте и разложении растений;
  • уменьшение роста планктона в верхних слоях океана;
  • повышенная деградация растворённых в воде органических веществ;
  • изменение выбросов важных атмосферных газов.

Меры по восстановлению

Значение озонового экрана для жизни на планете огромно, поэтому человечество уделяет много внимания его сохранению. Ожидается, что истощение О3, вызванное промышленными соединениями хлора и брома, постепенно исчезнет примерно к середине XXI века, поскольку в результате естественных процессов эти компоненты медленно удаляются из стратосферы. Такое экологическое достижение обусловлено международным соглашением о контроле за производством и использованием озоноразрушающих веществ, принятым в Монреале в 1987 г.

Без этого протокола продолжающееся применение ХФУ и других вредных соединений увеличило бы стратосферное содержание хлора и брома в 10 раз к середине 2050-х гг. по сравнению с их количеством в 1980 г. Напротив, в соответствии с действующими соглашениями, которые сокращают антропогенные выбросы, их чистые концентрации в тропосфере начали снижаться в 1995 г. При прочих постоянных условиях ожидается, что озоновый слой вернётся к нормальным значениям уже к середине следующего столетия.

Медленное восстановление связано, прежде всего, с необходимым для естественных процессов удалением из атмосферы чрезмерного содержания ХФУ. Это займёт от 50 до нескольких сотен лет. Развитые страны на своей территории строго следят за нарушением принятых норм и находят пути к взаимодействию.

Новейшие исследования

Сейчас появляется всё больше данных, подтверждающих теорию, согласно которой в разрушении озонового щита основную роль играет не солнечный свет, а космическое излучение (возникающие в космосе частицы энергии). Материалы, собранные за три последних десятилетия и охватывающие два полных 11-летних солнечных цикла, однозначно показывают временные корреляции между интенсивностью лучей и глобальным истощением озона.

Это открытие не только даёт новое направление исследованиям, но и противоречит общепринятой фотохимической теории, которая не может объяснить все наблюдения. Например, озоновые дыры сосредоточены над полюсами из-за магнитного поля планеты, где наибольшее количество электронов.

Озоновый слой предохраняет Землю от жёсткого солнечного излучения и способствует продолжению жизни на планете. Его состояние затрагивает всё человечество и давно стало темой как научных исследований, так и школьных презентаций. Дальнейшая работа в этом направлении нужна для общемирового понимания необходимости решения проблемы.

Источник: nauka.club

Что такое озоновый слой

Озоновый слой — это самый легкий и тонкий слой в атмосфере, который содержит относительную концентрацию озона (до 0,001%). Озоновый слой защищает нашу планету от опасного ультрафиолетового излучения, которое способно причинить значительный ущерб жизни на Земле.

Однако озоновый слой не только покрывает нашу планету. Его также можно найти и на поверхности земли — он используется для таких целей, как отбеливание бумажной целлюлозы, обеззараживание питьевой воды и удаление неприятных запахов из продуктов.

Как образуется озоновый слой

Облака

Озон — это аллотропная модификация кислорода. Ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулы кислорода, превращая О2 в О+О. После расщепления О присоединяется к другим молекулам кислорода, образуя озон (О3=О+О2).

О3 и молекулы кислорода «поглощают» около 97–99% вредного ультрафиолетового излучения, преобразовывая его в тепло.

Где находится озоновый слой

Стратосфера; Озоновый слой; Тропосфера.

Озоновый слой находится на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли, в верхних слоях атмосферы. Озоносфера (или озоновый экран) в разных широтах планеты находится на разных уровнях. В тропических широтах озоновый слой находится на расстоянии от 25 до 30 км, в умеренных — от 20 до 25 км, в полярном круге расстояние еще меньше — от 15 до 25 км.

Толщина озонового слоя

Озоновый слой считается самым тонким в атмосфере. Концентрация озона в верхних слоях измеряется в единицах Добсона. Одна единица Добсона составляет 10 микрометров чистого озона при температуре 0 °C и стабильном атмосферном давлении. Нормальной концентрацией озона считается 300 единиц. Отсюда следует, что толщина озонового слоя составляет всего 3 000 микрометров (3 миллиметра).

Озоновый слой и УФ-излучение

Загоревший человек

Главная задача озонового слоя — оберегать планету от опасной солнечной радиации.

УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.

В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, желтухи, экземы и рахита. При лечении также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование данного излучения происходит под четким медицинским наблюдением.

Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний кожи, глаз и иммунной системы.

Солнечные ожоги случаются в результате долгого влияния УФ-излучения на кожу. Оно способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.

Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:

  1. УФ-А (от 320 до 400 нанометров): не поглощаемая озоном длина, так как находится на безопасном расстоянии.
  2. УФ-В (от 280 до 320 нанометров): большая часть поглощается озоном, но данная длина излучения может быть вредна для чувствительной кожи.
  3. УФ-С (менее 280 нанометров): полностью поглощается озоном. Наиболее опасная длина, потому что она самая короткая и может уничтожить добрую часть нашей экосистемы.

Разрушение озонового слоя

Годы изучения защитного экрана показали, что над поверхностью Земли в некоторых районах озоновый слой начал истончаться. Первую «брешь» обнаружили над Антарктидой.

Причиной повреждения и истончения озоносферы Земли были признаны синтетические и искусственные вещества, образованные в результате промышленной деятельности.

Причина разрушения озона — хлорфторуглерод, группа органических соединений, включающих атомы фтора, хлора и углерода. Эти соединения не токсичны, стабильны и, взаимодействуя с воздухом, не образуют взрывоопасных веществ.

Аэрозоль

Фреон (хладагент) — яркий представитель этих соединений и включает в себя более 40 различных веществ. Область применения фреона захватывает практически все сферы жизнедеятельности человека. Впервые хлорфторуглероды стали использовать в работе холодильных устройств (холодильники, кондиционеры), заменив ими токсичные и взрывоопасные аммиак и сернистый газ. Позже хлорфторуглероды стали широко эксплуатировать в аэрозольных баллонах, вспенивателях, растворителях, а также в пищевой и парфюмерной отраслях.

Однако сейчас известно, что под воздействием солнечной радиации хлорфторуглероды разлагаются в атмосфере и образуют вещества, которые эффективно разрушают молекулы озона. И если на Земле фреон не представляет опасности для жизни, в стратосфере он активно разрушает защитную систему нашей планеты.

Монреальский протокол

Монреальский протокол

В 1987 году Всемирная Метеорологическая Организация и Программа ООН по окружающей среде собрали вместе ученых, дипломатов, защитников окружающей среды, членов правительства, представителей промышленности и коммерческие организации для заключения соглашения о поэтапном отказе от химических веществ. В январе 1989 года вступил в силу Монреальский протокол, первое в мире международное соглашение о регулировании химических загрязнителей.

В рамках протокола было решено постепенно сокращать производство и использование озоноразрушающих химических веществ, в первую очередь был введен запрет на использование ХФУ (хлорфторуглерод) в распылительных аэрозольных баллончиках.

Озоновые дыры

Озоновая дыра

В 1985 году над Антарктидой обнаружили озоновую «дыру» диаметром более 1 000 км. По сей день она является самой большой и занимает площадь чуть меньше 20 млн кв. км.

К счастью, как таковой дыры нет. На самом деле, когда ученые и популярные средства массовой информации ссылаются на дыру в озоновом слое, речь идет об области с низкой концентрацией озона. Толщина озоновой оболочки в этой местности меняется в зависимости от времени года.

Стратосферные облака

Почему дыра образовалась именно над Антарктидой, если главная причина в опасных выбросах?

Ученые объясняют этот феномен тем, что хлорфторуглероды переносятся в Антарктику воздушными потоками. Особенные климатические условия, а конкретно — крайне низкие температуры (до −80 °C) способствуют формированию стратосферных облаков.

В этих облаках происходит серия химических реакций. Хлор, содержащийся в ХФУ, отделяется от других веществ, кристаллизуется и в течение всего холодного периода сохраняется в таком состоянии. С приходом весны интенсивность ультрафиолетовых лучей усиливается, атомы хлора высвобождаются, разрушая молекулы озона. В итоге образуется озоновая дыра.

Мир без озонового слоя

Стратосферные облака

Озоновая дыра над Антарктидой не единственная. Количество дыр растет с каждым годом по всему миру. Поток солнечной радиации увеличивается и вызывает вспышки раковых заболеваний кожи и катаракту, причем дети этому явлению подвержены сильнее.

Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда (НАСА), чтобы доказать значение озонового слоя, смоделировали ситуацию стремительного разрушения защитного экрана Земли.

Группа ученых начала работу с создания модели атмосферной циркуляции земной системы, которая учитывает химические реакции в атмосфере, колебания температуры и ветра, изменения солнечной энергии, а также другие элементы глобального изменения климата. Потери озона изменяют температуру в разных частях атмосферы, и эти изменения способствуют или подавляют химические реакции.

Затем исследователи увеличили выброс ХФУ и подобных соединений на 3% в год, что примерно вдвое меньше, чем в начале 1970-х годов, когда хлорфторуглероды активно использовались в производстве и быту. Ученые позволили моделируемому миру развиваться с 1970 по 2065 год.

Год 2065. Почти две трети озоносферы Земли исчезло. У самой большой озоновой дыры над Антарктидой появился двойник над Северным полюсом. Ультрафиолетовое излучение, падающее на города средних широт (например, Вашингтон), настолько сильное, что способно вызвать солнечный ожог всего за пять минут. Из-за высокого уровня радиации вероятность мутации ДНК увеличивается на 650%.

Решение есть

Спасти Землю

Увидев мир без озонового слоя, ученые пришли к выводу, что разрушение стратосферного озона можно остановить. Альтернативные вещества, которые не навредят защитному экрану Земли, существуют. К ним относятся углекислый газ, нетоксичный пропан, аммиак и изобутан (природный хладагент).

Как отмечают экологи, озоновый щит планеты уже сейчас восстанавливается на 1–3% в десятилетие. При благоприятных прогнозах озоновые дыры могут исчезнуть по всей планете к 2060 году. Команда ученых НАСА предполагает, что восстановление озонового слоя связано с Монреальским протоколом.

Специалисты из Национального управления океанических и атмосферных исследований США в 2018 году обнаружили крупные выбросы в атмосферу озоноразрушающего газа — трихлорфторметана.

Было установлено, что эпицентр выбросов находится в Восточной Азии, а позже более 18 производственных фабрик в Китае сами признались в незарегистрированном использовании фреона.

Экологи считают, что повлиять на целостность озонового слоя могут сами люди на бытовом уровне. Озоновый экран планеты также подвергается атакам парниковых газов и токсичных выбросов воздушного и наземного транспорта. Использование экологически чистого топлива, сохранение ресурсов земли и правильная утилизация вредных отходов сыграет значительную роль в спасении Земли.

Стоит начать очищение окружающей среды с маленького островка — своей квартиры. Через открытые окна в наше жилище поступает большое количество пыли, вредных испарений, ядовитых выбросов и неприятных запахов. В этой ситуации поможет бризер: благодаря трехступенчатой системе фильтрации устройство препятствует проникновению в комнату вредных веществ, бактерий, аллергенов и вирусов с улицы. Бризер борется с духотой в квартире и создает все условия для комфортной жизни и спокойного сна.

Заключение

Стратосферные облака

Проблема разрушения озонового слоя планеты тесно связана с угрозой глобального потепления. Есть предположение, что восстановление озоновой оболочки замедлит таяние льдов

Правительство и многие крупные промышленные корпорации играют большую роль в том, как мы используем ресурсы Земли. Если сохранение окружающей среды станет первоочередной задачей каждого из государств, возможно, разрушительное влияние на нашу среду обитания достигнет минимума.

Автор: Полина Тарасова

Источник: tion.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.