Из чего состоит озоновый слой


Щит озонового слоя или озона относится к области стратосферы Земли, которая поглощает большую часть ультрафиолетовой радиации Солнца. Это содержит высокие концентрации озона (O) относительно других частей атмосферы, хотя это все еще очень маленькое относительно других газов в стратосфере. Озоновый слой содержит меньше чем десять частей за миллион озона, в то время как средняя концентрация озона в атмосфере Земли в целом — только приблизительно 0,3 части за миллион. Озоновый слой, главным образом, найден в более низкой части стратосферы, от приблизительно выше Земли, хотя толщина варьируется в сезон и географически.

Озоновый слой был обнаружен в 1913 французскими физиками Чарльзом Фэбри и Анри Бюиссоном. Его свойства исследовались подробно британским метеорологом Г. М. Б. Добсоном, который разработал простой спектрофотометр (Dobsonmeter), который мог использоваться, чтобы измерить стратосферический озон от земли. Между 1928 и 1958 Добсон установил международную сеть контрольных станций озона, которые продолжают работать по сей день. «Единицу Добсона», удобную меру суммы озона наверху, называют в его честь.


Озоновый слой поглощает 97-99% ультрафиолетового света средней частоты Солнца (приблизительно от 200 нм до длины волны на 315 нм), который иначе потенциально повредил бы выставленные формы жизни около поверхности.

Генеральная Ассамблея ООН определяла 16 сентября как Международный День для Сохранения Озонового слоя.

Источники

Фотохимические механизмы, которые дают начало озоновому слою, были обнаружены британским физиком Сидни Чепменом в 1930. Озон в стратосфере Земли создан ультрафиолетовым светом поразительные кислородные молекулы, содержащие два атома кислорода (O), разделив их в отдельные атомы кислорода (атомарный кислород); атомарный кислород тогда объединяется с несломанным O, чтобы создать озон, O. Молекула озона нестабильна (хотя, в стратосфере, долговечной) и когда ультрафиолетовый свет поражает озон, это разделяется на молекулу O и атом атомарного кислорода, продолжающийся процесс, названный циклом кислорода озона.

Химически, это может быть описано как:

: O + ℎν → 2O

: O + O ↔ O

Приблизительно 90% озона в нашей атмосфере содержатся в стратосфере. Концентрации озона являются самыми большими между приблизительно, где они располагаются приблизительно от 2 — 8 частей за миллион. Если бы весь озон был сжат к давлению воздуха на уровне моря, то это было бы только 3 миллиметра толщиной.

Ультрафиолетовый свет


Хотя концентрация озона в озоновом слое очень маленькая, это жизненно важно для жизни, потому что это поглощает биологически вредную ультрафиолетовую (ультрафиолетовую) радиацию, прибывающую из солнца. Чрезвычайно короткий или вакуумный UV (10-100 нм) отсортирован азотом. Ультрафиолетовая радиация, способная к проникающему азоту, разделена на три категории, основанные на его длине волны; они упоминаются как UV-A (400-315 нм), UV-B (315-280 нм) и UV-C (280-100 нм).

UV-C, который очень вреден для всех живых существ, полностью отсортирован комбинацией dioxygen (

Озон очевиден для большей части UV-A, таким образом, большая часть этой более длинной радиации UV длины волны достигает поверхности, и это составляет большую часть UV, достигающего Земли. Этот тип ультрафиолетовой радиации значительно менее вреден для ДНК, хотя это может все еще потенциально нанести физический ущерб, преждевременное старение кожи, косвенного генетического повреждения и рака кожи (см. ультрафиолетовый для больше о UV-A).

Распределение в стратосфере

Толщина озонового слоя — то есть, общая сумма озона в колонке наверху — варьируется большим фактором во всем мире, будучи в целом меньшей около экватора и больше к полюсам. Это также меняется в зависимости от сезона, будучи в целом более толстым в течение весны и разбавителя в течение осени. Причины этой широты и сезонной зависимости сложные, включая атмосферные образцы обращения, а также солнечную интенсивность.


Так как стратосферический озон произведен солнечной ультрафиолетовой радиацией, можно было бы ожидать находить самые высокие уровни озона по тропикам и самое низкое по полярным областям. Тот же самый аргумент принудил бы ожидать самые высокие уровни озона летом и самое низкое зимой. Наблюдаемое поведение очень отличается: большая часть озона найдена в середине к высоким широтам северных и южных полушарий, и высшие уровни найдены весной, не лето и самое низкое осенью, не зима в северном полушарии. В течение зимы озоновый слой фактически увеличивается подробно. Эта загадка объяснена преобладающими стратосферическими образцами ветра, известными как обращение Пивовара-Dobson. В то время как большая часть озона действительно создана по тропикам, стратосферическое обращение тогда транспортирует его по направлению к полюсу и вниз к более низкой стратосфере высоких широт. Однако вследствие явления озоновой дыры, самые низкие суммы озона колонки, найденного где угодно в мире, по Антарктике в южный весенний период сентября и октября и до меньшей степени по Арктике в северный весенний период марта, апреля и мая.

Озоновый слой выше в высоте в тропиках, и ниже в высоте вне тропиков, особенно в полярных регионах. Это высотное изменение озона следует из медленного обращения, которое поднимает бедный озоном воздух из тропосферы в стратосферу. Поскольку этот воздух медленно повышается в тропиках, озон произведен, поскольку солнце наверху подвергает фотолизу кислородные молекулы. Поскольку это медленное обращение выравнивается и течет к средним широтам, оно несет богатый озоном воздух от тропической средней стратосферы до середины и высоких широт более низкая стратосфера. Высокие концентрации озона в высоких широтах происходят из-за накопления озона в более низких высотах.


Обращение Пивовара-Dobson перемещается очень медленно. Время должно было подняться, воздушный пакет на 1 км в более низкой тропической стратосфере составляет приблизительно 2 месяца (18 м в день). Однако горизонтальный по направлению к полюсу транспортируют в более низкой стратосфере, намного быстрее и составляет приблизительно 100 км в день в северном полушарии, пока это — только вдвое меньше в южном полушарии (~51 км в день). Даже при том, что озон в более низкой тропической стратосфере произведен по очень медленному уровню, поднимающееся обращение столь медленное, что озон может построить до относительно высоких уровней к тому времени, когда это достигает.

Суммы озона по континентальным Соединенным Штатам (25°N к 49°N) являются самыми высокими северной весной (апрель и май). Эти суммы озона падение в течение лета к их самым низким суммам в октябре, и затем повышаются снова в течение зимы. Снова, транспорт ветра озона преимущественно ответственен за сезонные изменения этих более высоких образцов озона широты.

Полная сумма колонки озона обычно увеличивается, когда мы двигаемся от тропиков до более высоких широт в обоих полушариях. Однако полные суммы колонки больше в северном полушарии высокие широты, чем в южном полушарии высокие широты. Кроме того, в то время как самые высокие суммы озона колонки по Арктике происходят северной весной (март-апрель), противоположное верно по Антарктике, где самые низкие суммы озона колонки происходят южной весной (сентябрь-октябрь).

Истощение


Озоновый слой может быть исчерпан катализаторами свободного радикала, включая азотную окись (NO), закись азота (NO), гидроксил (О), атомный хлор (Статья) и атомный бром (бром). В то время как есть естественные источники для всех этих разновидностей, концентрации хлора и брома увеличились заметно в последние годы из-за выпуска больших количеств искусственных составов organohalogen, особенно хлорфторуглероды (CFCs) и bromofluorocarbons. Эти очень стабильные составы способны к выживанию повышения к стратосфере, где Статья и радикалы брома освобождены действием ультрафиолетового света. Каждый радикал тогда свободен начать и катализировать цепную реакцию, способную к разрушению более чем 100 000 молекул озона. Расстройство озона в стратосфере приводит к сокращению поглощения ультрафиолетового излучения. Следовательно, непоглощенное и опасное ультрафиолетовое излучение в состоянии достигнуть поверхности Земли. Уровни озона по северному полушарию понижались на 4% в десятилетие. Приблизительно по 5% поверхности Земли, вокруг северных и южных полюсов, намного большие сезонные снижения были замечены и описаны как озоновые дыры.


В 2009 закись азота (NO) была самым большим исчерпывающим озон веществом (ODS), выделенным посредством деятельности человека.

Озоновая дыра — ежегодное утончение озонового слоя по Антарктиде, вызванной стратосферическим хлором. Другие более умеренные выполотые растения также назвали «озоновыми дырами», такими как та по Северному полюсу во время определенных погодных условий. Об открытии ежегодного истощения озона над Антарктикой сначала объявили в статье Джо Фармэн, Брайан Гардинер и Джонатан Шэнклин, который появился в Природе 16 мая 1985.

Регулирование

Относительно успешных попыток регулирования случай озона был сообщен, чтобы положить людей «с легкими для понимания метафорами соединения, полученными из массовой культуры» и связанный с «непосредственными рисками с повседневной уместностью». Определенные метафоры использовали в обсуждении в качестве щита озона, озоновая дыра оказалась довольно полезной и, по сравнению с глобальным изменением климата, была намного более замечена как «злободневный вопрос» и выдающийся риск. Непрофессионалы были осторожны об истощении озонового слоя и рисках рака кожи.

В 1978 Соединенные Штаты, Канада и Норвегия предписали запреты, на CFC-содержа аэрозоли, которые повреждают озоновый слой. Европейское сообщество отклонило аналогичное предложение сделать то же самое. В США хлорфторуглероды продолжали использоваться в других заявлениях, таких как охлаждение и промышленная очистка, до окончания открытия Антарктической озоновой дыры в 1985.


сле переговоров международного соглашения (Монреальский Протокол), производство CFC было резко ограничено, начавшись в 1987 и постепенно сокращено полностью к 1996. С этого времени соглашение было исправлено, чтобы запретить производство CFC после 1995 в развитых странах, и позже в развивающихся странах. Сегодня, все 197 стран в мире подписали соглашение. Начинаясь 1 января 1996, только переработанные и запасенные CFCs были доступны для использования в развитых странах как США. Это производственное постепенное сокращение было возможно из-за усилий гарантировать, что будут химикаты замены и технологии для всего использования ПЕРЕДОЗИРОВОК.

2 августа 2003 ученые объявили, что глобальное истощение озонового слоя может замедляться из-за международного регулирования исчерпывающих озон веществ. В исследовании, организованном американским Геофизическим Союзом, три спутника и три наземных станции подтвердили, что темп истончения озонового слоя верхней атмосферы замедлился значительно в течение прошлого десятилетия. Некоторое расстройство, как могут ожидать, продолжится из-за ODSs, используемого странами, которые не запретили их, и из-за газов, которые уже находятся в стратосфере. У некоторых ODSs, включая CFCs, есть очень длинные атмосферные сроки службы, в пределах от 50 к более чем 100 годам. Считалось, что озоновый слой придет в себя к уровням 1980 года около середины 21-го века.


Составы, содержащие связи C–H (такие как гидрохлорфторуглероды или HCFCs), были разработаны, чтобы заменить CFCs в определенных заявлениях. Эти составы замены более реактивные и менее вероятные выжить достаточно долго в атмосфере, чтобы достигнуть стратосферы, где они могли затронуть озоновый слой. Будучи менее разрушительным, чем CFCs, HCFCs может оказать негативное влияние на озоновый слой, таким образом, они также постепенно сокращаются. Они в свою очередь заменяются гидрофторуглеродами (HFCs) и другими составами, которые не разрушают стратосферический озон вообще.

См. также

  • Программа OzonAction

Дополнительные материалы для чтения

Наука

  • Марио Молина и Ф. Шервуд Роулэнд. «Стратосферический слив для Chlorofluoromethanes: хлор атомное катализируемое разрушение озона». Природа 249 (28 июня 1974): 810–12.
  • Sei, Джон Х.; Pandis, Спирос Н. Атмосферная химия и физика: от загрязнения воздуха до глобального потепления. John Wiley and Sons, Inc. ISBN 0-471-17816-0, 1998.
  • Всемирная метеорологическая организация. Научная оценка стратосферического озона: 2010 Женева: WMO, 2011.
  • Всемирная метеорологическая организация. Научная оценка истончения озонового слоя: 2006. Женева: WMO, 2007.
  • Всемирная метеорологическая организация. Научная оценка стратосферического озона: 1991. Женева: WMO, 1991.

  • ЮНEП (Программа по охране окружающей среды ООН). Воздействие на окружающую среду Истончения озонового слоя и его Взаимодействий с глобальным потеплением: Оценка 2010 года. Найроби: ЮНEП, 2010.
  • Velders, Гус Дж.М., Стивен О. Андерсен, Джон С. Дэниел, Дэвид В. Фэхи и Мэк Макфарлэнд. 2007. “Важность Монреальского Протокола в Защите Климата”. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 104 (12):4814–4819.

Политика

  • Андерсен, S. O. и К. М. Сарма. Защита озонового слоя: история Организации Объединенных Наций, Earthscan Press. Лондон, 2002.
  • Андерсон, S., К. Мэдхэвеа Сарма и К. Таддонио. 2007. Передача технологии для озонового слоя: уроки для глобального потепления. Лондон: Earthscan, 2007.
  • (Посол Бенедик был Главным американским Посредником на встречах, которые привели к Монреальскому Протоколу.)
  • Chasek, Пэм, Дэвид Л. Доуни и Дж.В. Браун. Глобальная экологическая политика, 6-й выпуск, валун: Westview Press, 2013.
  • Дэвид Л. Доуни (2013) «стратосферическое истончение озонового слоя». Руководство Routledge глобальной экологической политики. Нью-Йорк: Routledge.
  • Дэвид Л. Доуни, “План действий или ложный след: оценка предшествования режима озона как модель и стратегия глобального изменения климата”. Международные экологические дела, 7 (4):321-345 (осень 1995 года).
  • Дэвид Л. Доуни, “ЮНEП и Монреальский Протокол: Новые Роли для Международных организаций в Создании Режима и Изменении”. В Роберте Бартлетте, Прии Куриэне и Мэдху Малике, редакторах, Международные организации и Экологической политике. Уэстпорт, Коннектикут: Greenwood Press, 1995.
  • Пастор, Эдвард (2003). Защита озонового слоя: наука и стратегия. Оксфорд: издательство Оксфордского университета.

Внешние ссылки

  • Стратосферический озон: электронный учебник
  • http://www

.unep.org/ozone/Public_Information/4Aii_PublicInfo_Facts_OzoneLayer.asp

  • НАСА. Изучение среды земли от пространства. Июнь 2000. (полученный доступ 3 ноября 2010) http://www

.ccpo.odu.edu/~lizsmith/SEES/index.html.

  • Стратосферическое обслуживание озона MACC поставляет карты, наборы данных и отчеты о проверке о прошлом и текущем государстве озонового слоя.

Источник: ru.knowledgr.com

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

В рубрике “Гипотезы, предположения, догадки” журнала (см. “Наука и жизнь” № 9, 2000 г.) была опубликована статья кандидата технических наук Н. Чугунова “Озоновый слой и миф об опасности из космоса”. В этой статье автор выдвигает свою точку зрения на механизм поглощения солнечного ультрафиоле та земной атмосферой. Суть его гипотезы заключается в том, что все живое на Земле защищает не озоновый слой, как считает большинство исследователей, а кислород верхних слоев атмосферы. Редакция получила несколько писем с просьбой рассказать, насколько она оправдана. По мнению доктора физико-математических наук, заведующего лабораторией института энергетичес ких проблем химической физики РАН профессора И. К. Ларина, гипотеза не выдерживает критики, а порой и прямо противоречит известным фактам.

Четыреста миллионов лет назад в атмосфере появился слой озона, достаточно плотный, чтобы жизнь из океана смогла шагнуть на сушу. Это дало начало уникальной, быть может единственной во Вселенной, эволюционной цепи, породившей громадное разнообразие живых форм, включая человека. А в наши дни (ирония судьбы!) человек чуть не погубил то, благодаря чему он появился на Земле. Однако у человечества хватило ума и здравого смысла, чтобы вовремя остановиться. Озоновый слой стал предметом всеобщего внимания. К его изучению привлекли сотни тысяч специалистов во всем мире, затратили громадные материальные средства. В результате стало значительно яснее, какие процессы происходят как в озоносфере, так и во всей атмосфере.

Озон поглощает солнечный ультрафиолет в диапазоне 200—300 нм, проникающий в длинноволновом участке этого диапазона вплоть до верхней тропосферы. С высоты около 20 км (нижняя граница озонового слоя) начинается рост температуры, который продолжается до высот около 50 км (верхняя граница озонового слоя). Если бы не было озонового слоя или если он не поглощал бы ультрафиолет, падение температуры, имеющее место в тропосфере, продолжалось бы вплоть до высоты порядка 80 км. Там уже появляется жесткое ультрафиолетовое излучение, способное ионизовать молекулы воздуха. Его энергия в конце концов превращаетс я в тепло, нагревающее воздух и вызывающее рост температуры выше 80 км. (Кстати, эту точку зрения на роль озона в термической стратификации атмосферы разделяет и Прокофьева И.А., автор книги “Атмосферный озон” (М.; Л., 1951), которую Н. Чугунов указал в списке литературы.)

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Поглощая солнечный ультрафиолет, молекулы озона разрушаются, образуя атомы кислорода. Но озоновый слой при этом не исчезает — устанавливается равновесие между количеством озона и атомами кислорода, причем более высокому уровню ультрафиолета соответствует более низкая концентрация озона. Это, в частности, объясняет , почему в тропиках, где интенсивность ультрафиолета велика, озона мало, а в высоких широтах, где солнечное излучение слабо, — много.

Теоретически и практически доказано, что в диапазоне длин волн 200—300 нм определяющую роль в распределении солнечного излучения по высоте земной атмосферы играет его поглощение молекулами озона, слой которого простирается от 10—15 км до высоты более 50 км с наибольшей концентрацией на высоте 20—25 км. Озон чрезвычайно сильно поглощает ультрафиолет длиной волны около 250 нм, и уже к высоте 40 км от этого излучения остается только 10%, а все остальное поглощается вышележащим слоем. А до высот 20—25 км излучение в диапазоне длин волн 255—266 нм, чрезвычайно опасное в биологическом отношении, практически не доходит. Поэтому о нем можно спокойно забыть: его интенсивность не изменится, даже если озона станет в десять раз меньше.

Разнообразные и многочисленные эксперименты показали, что излучение в диапазоне длин волн 280—320 нм также опасно. Именно это излучение при истощении озонового слоя будет усиливаться, приводя к разнообразным негативным последствиям.

Таким образом (повторим еще раз), интенсивность проходящего солнечного излучения в диапазоне длин волн 200—300 нм на разных высотах полностью определяется только распределением озона в атмосфере.

Распределение стабильных молекул в атмосфере до высот порядка 100 км определяется исключительно барометрическим законом, согласно которому давление падает с высотой по экспоненте. А поскольку молекулы озона рождаются в самой атмосфере, их высотное распределение стремится стать таким же, как у воздуха (попросту говоря, много внизу и мало наверху). И в зависимости от времени жизни частиц оно будет в той или иной мере приближаться к барометрическому.

Озон в атмосфере образуется по механизму, предложенному выдающимся английским геофизиком С. Чепменом семьдесят лет назад. Суть этого механизма состоит в том, что на высотах 20—45 км молекулярный кислород распадается на атомы под действием солнечного ультрафиолета. Образовавшиеся атомы быстро прилипают к молекулам кислорода, давая молекулы озона. Распадаются они в результате реакции с атомами кислорода (возникающими главным образом при фотораспаде озона), образуя две молекулы кислорода. Схема Чепмена просуществовала без изменений до середины 60-х годов, когда была создана теория цепных процессов разрушения озона с участием водородных, азотно-окисных и галоидных (хлор—бром—йод) соединений, попадающих в атмосферу в основном из промышленных выбросов. Однако основа этих новых механизмов осталась “чепменовской”.

Из механизма Чепмена следует, что отсутствие ультрафиолетового излучения способствует сохранению и накоплению озона — ночью его содержание в атмосфере практичес ки не меняется. Именно этим и объясняется накопление озона в стратосфере Антарктики и Арктики в течение полярной зимы.

Влияние солнечного света проявляется и в механизме образования “озонной дыры”, который заключается в следующем.

В течение холодной антарктической зимы, когда температура нижней стратосферы падает до 80 градусов ниже нуля, холодный воздух начинает опускаться вниз, в результате чего под действием сил Кориолиса на высотах 10—20 км образуется полярный вихрь, изолирующий воздух внутри своего объема от остального пространства. В этом воздухе образуются стратосферные полярные облака, содержащие молекулы воды и азотной кислоты (она в небольших количествах постоянно образуется из окислов азота природного происхождения). На поверхности частиц облаков протекают реакции, приводящие к образованию из слабоактивных, достаточно устойчивых соединений хлора малоустойчивых молекул Cl2 и HOCl. Процессы идут в течение всей зимы, в результате чего к ее концу в полярном вихре накапливается значительное количество этих слабосвязанных компонент. С восходом солнца в начале весны, то есть в начале сентября, они легко распадаются, и образуются активные хлорные частицы, начинающие разрушать озон цепным путем.

Поскольку вихрь еще существует и никакого обмена с соседними, богатыми озоном областями стратосферы нет, содержание озона быстро уменьшается, и внутри вихря, на высоте 10—15 км, озон полностью исчезает. Далее происходит разогрев воздуха, распад вихря и расползание остатков дыры по Южному полушарию.

Таковы в общих чертах механизмы образования и разрушения озона. Их справедли вость подтверждена многочисленными измерениями и теорией. Несмотря на это, Н. Чугунов считает их ошибочными. Рассуждал он следующим образом: если бы ультрафиолетовое излучение поглощалось озоном, то следствием этого было бы либо “…нагревание озонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холодной атмосферы”; либо “…разрушение озона”, но тогда он не мог бы выполнять свои защитные функции; либо неограниченное накопление энергии в озоновом слое вплоть до взрыва. Отсюда и следует, “что мнение о поглощении озоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано”.

Развивая эту мысль, Чугунов пишет: “На высоте 34 км излучений с длиной волн короче 280 нм не обнаружено. Наиболее же биологически опасным считается излучение с длинами волн от 255 до 266 нм. Из этого следует, что губительный ультрафиолет поглощается, не достигнув озонового слоя, то есть высот 20—25 км. А до поверхности Земли доходит излучение с минимальной длиной волны 293 нм, опасности не представляющее. Таким образом, озоновый слой не принимает участия в поглощении биологически опасного излучения”.

На самом же деле, как уже говорилось выше, излучение в диапазоне 200—300 нм поглощается озоном, образуются атомы кислорода, и происходит нагрев окружающего воздуха, а излучение в диапазоне 300—400 нм действительно почти без потерь доходит до земной поверхности.

Пытаясь объяснить образование озонового слоя с помощью своей гипотезы, согласно которой этот слой ничего не поглощает, Чугунов пишет: “При поглощении энергии коротковолнового ультрафиолетового излучения часть молекул ионизуется, теряя электрон и приобретая положительный заряд, а часть диссоциирует на два нейтральных атома. Свободный электрон, образовавшийся при ионизации, соединяется с одним из атомов, образуя отрицательный ион кислорода. Разноименно заряженные ионы соединяются, образуя нейтральную молекулу озона”. По описанному механизму озон образуется главным образом в мезосфере, хотя механизм “работает” и в стратосфе ре, и в тропосфере. Из мезосферы озон (будучи тяжелее воздуха в 1,62 раза) опускается вниз, где на высоте 20—25 км приходит в равновесное состояние, образуя наиболее плотный слой. А согласно его версии образования озоновых дыр, “…летом и осенью над Антарктидой и зимой и весной над Северным полюсом атмосфера Земли практически не подвергается воздействию ультрафиолета. Полюса Земли в эти периоды находятся в “тени”, над ними нет источника энергии, необходимой для образования озона…”. На самом же деле механизм, предложенный Чугуновым, в принципе не работает не только в тропосфере и стратосфере, но даже и в мезосфере по той простой причине, что ионизующее молекулярный кислород коротковолновое излучение Солнца не проникает в атмосферу глубже 90 км.

Что же касается механизма образования антарктической озонной дыры, то мы обсудили его выше. Здесь добавим только, что в противовес гипотезе Чугунова она возникает весной, при появлении в Антарктиде солнечного света.

Решающий аргумент в пользу антиозоновой гипотезы заключается в следующем. Если иметь в виду, что при нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составляла бы 3—4 мм, то “практически невозможно представить, до каких сверхвысо ких температур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы он действительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения”. Выше, однако, уже неоднократно говорилось, что озон распределен в атмосфере на десятки километров по высоте. На одну молекулу озона приходится около миллиона молекул воздуха. Поэтому никаких сверхвысоких температур в результате поглощения ультрафиолета озоновым слоем не возникает.

Падение температуры с высотой в тропосфере Чугунов объясняет тем, что при поглощении энергии молекулами воздуха происходит его охлаждение. Это неверно, поскольку поглощенная энергия неизбежно превращается в тепло. В действительности падение температуры происходит потому, что с высотой уменьшается “греющий” тропосферу поток инфракрасного излучения, который идет с поверхности Земли и поглощается по мере продвижения вверх парами воды и другими парниковыми газами.

Образование в стратосфере молекул озона в результате реакции возбужденной и невозбужденной молекул кислорода (как это утверждается в “Подробностях…” статьи Чугунова) невозможно по энергетическим причинам. Так же, как невозможна ионизация молекул кислорода на высоте 50 км, — на этих высотах нет излучения, способного вызвать такие процессы. Понижение температуры с высотой на высотах 60—80 км происходит не в результате поглощения “фотонов излучения”, а как раз наоборот: здесь никакое излучение не поглощается — ни идущий сверху (и неспособный ионизовать воздух) ультрафиолет из-за малой плотности поглощающих компонент, ни тем более идущее снизу инфракрасное излучение.

Более подробное изложение затронутых вопросов можно найти на сайте автора “Озоновый слой Земли” по адресу http://iklarin.narod.ru/index.htm

Источник: www.nkj.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.