Какова основная функция озонового слоя атмосферы


Значение озонового слоя – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.

Несмотря на ничтожно малое содержание озона в атмосфере, значение его поистине огромно. Жизнь на Земле, какой мы ее наблюдаем в настоящее время, была бы совсем другой, если бы ее не защищал тонкий трехмиллиметровый озоновый слой. А исчезни сегодня озоновый «экран», жизнь, возможно, сохранилась бы только глубоко под водой в Мировом океане или под землей.

Дело в том, что озоновый слой (озоносфера) поглощает особенно губительные коротковолновые ультрафиолетовые лучи, препятствуя тем самым повреждению живых систем.

Снижение концентрации озона в атмосфере в целом хотя бы на 10 % уже сказывается на живых организмах — снижается урожай растений, у животных и человека наблюдаются различного рода патологии, например нарушение легочной функции, увеличение хронических заболеваний легких, нервной и иммунной систем, рак кожи и сетчатки глаз. Заметные сдвиги под влиянием возросшего ультрафиолетового облучения могут наблюдаться и в состоянии целых экосистем, особенно наземной растительности и фитопланктона, а также осуществлении биогеохимических циклов.


Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.

Для наглядного представления значения озонового слоя для всего живого на планете рассмотрим спектры поглощения озона и важнейших составляющих живых организмов – нуклеиновых кислот и белков.

Любое вещество имеет свои полосы поглощения. И озон, и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), и белки интенсивнее всего поглощают в области спектра с длиной волны 200-300 нм. А губительные для живых организмов УФ-лучи как раз и занимают эту часть спектра солнечного излучения.

Рис 1. Спектральная кривая поражения генетического аппарата микроорганизмов ультрафиолетовыми лучами.

Какова основная функция озонового слоя атмосферы


ачение озонового слоя" src="https://wonderful-planet.ru/images/atmosfera/Ozonoviy-sloy/%D0%A1%D0%BF%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F%20%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D0%BF%D0%BE%D1%80%D0%B0%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%B0%20%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D0%B2.%20%D0%97%D0%BD%D0%B0%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5%20%D0%BE%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B3%D0%BE%20%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%8F.jpg" alt="Спектральная кривая поражения генетического аппарата микроорганизмов. Значение озонового слоя" border="0" />

Чтобы не быть голословными и убедить самых недоверчивых в огромном значении озонового слоя, углубимся немного в теорию и докажем, что озоновый слой поглощает смертельные для всего живого ультрафиолетовые лучи. Для этого рассмотрим спектры поглощения озона (озонового слоя) и нуклеиновых кислот и белков.

Для начала определимся с понятиями.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА — уменьшение интенсивности оптического излучения при прохождении через какую-либо среду за счёт взаимодействия с ней, в результате которого световая энергия переходит в другие виды энергии или в оптическое излучение другого спектрального состава.

СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ — это совокупность частот, поглощаемых данным веществом.


Спектр поглощения озона.

Озон (O3) имеет очень сложный спектр поглощения, где выделены полосы максимально интенсивного поглощения. Как и многие другие полосы поглощения в молекулярной спектроскопии, эти полосы носят имя исследователя, открывшего их.

Полосы поглощения озона:

  • Полоса Хартли (200 — 300 нм; lmax=255 нм);
  • Полоса Хюггинса (320-340 нм);
  • Полоса Шалона–Лефевра (330-350 нм);
  • Полоса Шаппюи (500 — 650 нм; lmax=600 нм).

Рис 2. Полосы поглощения озона.

Полосы поглощения озона.

Главная полоса поглощения – полоса Хартли. Максимальное поглощение у нее достигается на длине волны в 255 нм. Обратите внимание, на рисунке 1 максимум поражения генетического аппарата у живых организмов также приходится именно на эту длину волны. Следовательно, максимальное значение озонового слоя Земли для живых организмов проявляется именно в этой полосе.


При длинах волн более 300 нм к полосам Хартли примыкают более слабые полосы Хаггинса и Шалона–Лефевра (рис. 2). Коэффициент поглощения в этих полосах на несколько порядков меньше, чем у полос Хартли. Отдельные близко расположенные в этих системах полосы имеют хорошо различимые резкие максимумы и минимумы. Наконец, в видимом участке спектра расположена широкая полоса Шаппюи, с которой связана синяя окраска озона.

Очень сильное поглощение озона наблюдается также в области вакуумного ультрафиолета (100 – 200 нм). Вместе с поглощением в полосах Хартли это поглощение приводит к обрыву солнечного спектра на поверхности Земли при длинах волн меньше 290 нм, что очень важно для защиты жизни на нашей планете от коротковолновых излучений.

Спектры поглощения нуклеиновых кислот и белков.

Нуклеиновые кислоты поглощают только в УФ области (180-220 и 240-280 нм). Их хромофорами являются, в основном, пуриновые и пиримидиновые основания.

Рис 3. Спектр поглощения белков и нуклеиновых кислот.


Спектр поглощения белков и нуклеиновых кислот. Значение озонового слоя.

Хромофоры — ненасыщенные группы атомов, обуславливающие цвет химического соединения и поглощающие электромагнитное излучение.

Белки имеют три типа хромофорных групп: собственно пептидные группы, боковые группы аминокислотных остатков и простетические группы. Первые две поглощают в УФ области и не поглощают в видимой области. Пептидные группы -CO-NH- поглощают в районе 190 нм. Боковые группы трех ароматических кислот — триптофана, тирозина и фенилаланина — также поглощают на этих длинах волн, причем значительно сильнее, чем пептидные группы. Кроме того они имеют полосу поглощения в диапазоне 260-280 нм.

Простетические группы (гем в гемоглобине и др. хромофоры) поглощают в УФ и в видимой области. Именно они придают белку цвет (например, красный цвет гемоглобину).


 

 

Озоновый слой имеет значение не только как экран биосферы от повреждения жестким ультрафиолетовым излучением, но и определяет термический режим атмосферы Земли. В инфракрасной области спектра у озона есть еще важная полоса поглощения с максимумом 960 нм. Благодаря этому, О3 поглощает выделяемую Землей энергию инфракрасного диапазона (тепловую), не дает ей рассеяться в Космосе, и тем самым задерживает тепло в атмосфере нашей планеты.

Озон задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.

А чем же так опасны ультрафиолетовые лучи? Почему мы придаем такое большое значение озоновому слою, поглощающему их. Познакомимся с ультрафиолетовой частью спектра солнечного излучения поближе.

Как влияет на растения ультрафиолетовая часть солнечного спектра? Вернемся снова к теории. Ультрафиолетовый диапазон длин волн подразделяют на «дальний», при 100-200 нм (нам до него дела нет, этот «свет» поглощается молекулами кислорода в верхних слоях атмосферы и поверхности Земли не достигает) и «ближний», при 200-380 нм, который, в свою очередь, условно делят на 3 части.

УФА – «полезный», с длиной волны от 320 нм до привычного «фиолетового» (он начинается с 380 нм). Ультрафиолетовое излучение с этой длиной волны глубже всего проникает в ткани животных и растений. У человека, например, она участвует в выработке витамина D, некоторые виды ящериц его вообще видят глазами, не говоря уже о том, что УФА стимулирует некоторые виды рептилий во время брачного периода.


УФВ – 280-320 нм – диапазон среднего ультрафиолета. Он вызывает не только преждевременное старение кожи человека и замедление вегетативного роста большинства растений, но и несмолкающие споры о своем влиянии на биосферу. Благодаря УФВ европейцы получают золотисто-коричневый цвет кожи во время летних отпусков. Чем ближе к границе с УФС (280 нм), тем смертоноснее лучи.

И, наконец, УФС – «жесткий» ультрафиолет с длиной волны от 200 до 280 нм. Есть мнение, что на некоторых стадиях развития жизни на Земле УФС весьма активно участвовал в создании ДНК, потому что спектр поглощения нуклеиновых кислот имеет пик в области 254 нм. Продемонстрировано это на рис. 1. Как видно из рисунка, с УФС связано не только начало жизни на Земле, но и, при некоторых условиях, её конец. В диапазоне УФС, на длине волны 254 нм, излучают стерилизаторы – ртутные ультрафиолетовые лампы низкого давления, применяемые только в медицине.

Итак, ультрафиолетовая солнечная радиация по степени воздействия на живые организмы делится на три вида:


  1. УФ-А (длина волны — 0,4–0,315 мкм) – наименее опасный для живого вещества вид ультрафиолетового излучения. До поверхности земли этих лучей доходит наибольшее количество.
  2. УФ-В (длина волны — 0,315–0,280 мкм) – доходит до земли лишь в небольших дозах.
  3. УФ-С (длина волны — 0,28–0,01 мкм) – наиболее опасный для живого вещества вид ультрафиолетовых лучей: даже в небольших дозах оказывает губительное воздействие на живые организмы. К счастью, УФ-С почти полностью поглощается озоновым слоем и до земли практически не доходит.

В целом воздействие УФ на человека можно свести к следующему:

  • распад белка;
  • канцерогенное действие;
  • ослабление иммунной системы;
  • ожог или даже рак кожи;
  • глазные (катаракта) и инфекционные заболевания;
  • аллергические заболевания;
  • мутагенное действие.

Это была статья: Значение озонового слоя Земли – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы. Читайте далее: Разрушение и истощение озонового слоя Земли.


Статьи на тему «Озоновый слой Земли»:

  • История открытия озона и озонового слоя Земли.
  • Концентрация озона в атмосфере. Границы озонового слоя Земли.
  • Значение озонового слоя Земли – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.
  • Разрушение и истощение озонового слоя Земли.

 

 

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!

Уважаемые посетители!
Если Вы не нашли необходимой информации или считаете ее неполной, напишите ниже в комментариях, и статья будет дополнена соответственно
Вашему желанию.

 

  • < Назад

Источник: wonderful-planet.ru

Озон в атмосфере (модификация молекулы кислорода 03) образуется под воздействием коротковолновой части спектра УФ (ультрафиолетового) излучения Солнца. Вы можете убедиться в этом на опыте, если включить УФ лампу — появляется запах озона, идёт процесс озонирования. Но молекула озона она обладает сравнительно небольшой устойчивостью и со временем разлагается, модифицируясь в более стабильную молекулу обычного кислорода (02) — происходит процесс рекомбинации кислорода в "нейтральное" состояние. Поэтому когда наблюдается освещение воздуха солнечными лучами, то появляется озон, а когда длительное время освещения нет, то озон постепенно исчезает.


ак такового "слоя озона" в атмосфере не существует, он присутствует в очень малых количествах во всём слое воздуха, но с высотой его количество от Земли растёт, и, достигнув максимума (в десятые доли процента) на больших высотах (десятки километров) , затем убывает, причём этот максимум непостоянен по высоте (20-40 км) , вот и называют слой максимума содержания озона "озоносферой". В условиях отсутствия освещения атмосферы Солнцем полярных районов планеты во время полярной ночи, когда эти районы находятся в тени Земли (поочерёдно, над северным и южным полюсами) , соответственно атмосфера длительно не освещена солнечным лучами и количество озона резко убывает, что и называют "озоновыми дырами". Озон, хотя его содержание в атмосфере ничтожно (десятые, и сотые доли процента) , играет очень большую роль в атмосфере для сохранения био-жизни на Земле, поскольку он обладает важным свойством — задерживать жёсткое космическое излучение (космические лучи) , идущие как от Солнца, так и из Галактики, неблагоприятное для всего живого на Земле. Поэтому озоновый слой и является как бы природным "щитом", предохраняющим природу от гибели (для космонавтов таким щитом являются скафандры и корпус космического корабля) . Поэтому те места, где количество озона становится слишком малым, называются "озоновыми дырами" и в этих местах у Земли появляется завышенное количество жёсткого космического излучения, что неблагоприятно для всего живого! Поэтому во время полярных ночей появление озоновых дыр — вполне естественное явление природы, и соответственно, эти условия считаются весьма неблагоприятными. Но затем, когда полярная ночь проходит, начинается освещение атмосферы Солнечными лучами, то количество озона восстанавливается и озоновые дыры исчезают. Метеорологи и геофизики определяют содержание озона в атмосфере с помощью специальных радиозондов, а также ракет, поднимаемых в атмосферу. Но к сожалению, кроме природного процесса временного уменьшения содержания озона, вызванного сезонными изменениями освещённости, антропогенная деятельность вмешалась в этот процесс и доказано, что в целом содержание озона в атмосфере уменьшается из-за появления газов типа фреонов (применяемых в спреях, лаке для волос, холодильниках и т. д.) ; эти газы при их выходе в атмосферу поднимаются вверх (они легче воздуха) и воздействуют на ускорение процесса рекомбинации — количество озона начинает убывать, а появляющиеся "озоновые дыры" становятся и больше, и медленнее "зарубцовываются". Поэтому есть международная программа по борьбе за сохранения озонового слоя от антропогенного воздействия и недопущению попадания фреонов в атмосферу и отказа от фреона в соответствующих устройствах и бытовых приборах. Всего Вам доброго, и пусть сохраняется над нами слой озона и не будет "озоновых дыр".

Источник: touch.otvet.mail.ru

Как образуется озон?

Образование озона происходит в большей степени в верхних атмосферных слоях под воздействием ультрафиолета. Молекулы кислорода, подвергаясь излучению, расщепляются на атомы, соединяются с другими молекулами. Также он образуется в ходе реакции разложения перекисей, окислении фосфора, электрических разрядов в атмосфере.

В лаборатории вещество получают из воздуха, кислорода с помощью специального устройства – озонатора.

В чистом виде озон – газ голубого цвета с характерным запахом, в твердом состоянии – кристаллы черного цвета. Сжиженное вещество имеет темно-фиолетовый цвет.

Образование озонового слоя

Где расположен?

Преимущественно ОС расположен в стратосфере – верхнем слое, который находится на высоте 25 км от земли. Там концентрируется примерно 90% озона на планете. Из стратосферы посредством обмена воздушными массами вещество поступает в нижний слой – тропосферу. Количество озона в тропосферном слое составляет примерно 10%.

Строение атмосферы

Процесс формирования озонового слоя (ОС)

Как говорилось ранее, природный озон образуется при воздействии ультрафиолетовых лучей на кислород. При концентрации вещества в стратосфере происходит формирование тонкого озонового слоя, поглощающего избыточное излучение.

Существуют данные, что озон образуется еще в мезосфере, на высоте 50-80 км от поверхности земли. Мезосферный слой подвергается сильному коротковолновому излучению. По этой причине молекулы большей части газов распадаются, в том числе и озона. Однако разлагается он не полностью. Часть вещества опускается в стратосферу, где плотность позволяет находиться в равновесии, и формируется слой повышенной концентрации.

Толщина слоя

Толщина слоя составляет от 2 до 4 мм. Это зависит от области Земли. Минимум регистрируется на экваторе, максимум – у полюсов. Среднее значение толщины озонового слоя составляет 3 мм. Несмотря на тонкость, он выполняет хорошую защитную функцию.

Озоновый слой

Опасность и полезность слоя

Невидимые ультрафиолетовые лучи обладают большой энергией. Такое излучение разрушающе действует на белки, ДНК живых организмов. Количество ультрафиолета, достигающего поверхности планеты, составляет менее 1%. Поглощая большую часть лучей, ОС в атмосфере способствует защите от их агрессивного воздействия.

Важно отметить, что озон обладает выраженными окислительными свойствами. По этой причине в больших количествах он также представляет опасность для живых организмов. Вещество оказывает общетоксическое, раздражающее действие, может вызывать головные боли, тошноту, рвоту, кашель, бронхит, отек легких, снижение иммунитета.

Роль ОС Земли

Роль озонового слоя заключается не только в поглощении 99% процентов жестких ультрафиолетовых лучей, защищающих людей, животный и растительные миры, но и в регулировании галактического космического излучения. Ученые утверждают, что продолжительное воздействие космической радиации негативно отражается на здоровье. Нарушение слоя озона даже частично приводит к увеличению жесткости излучения.

Влияние на климат

Озон также выполняет функции экрана для инфракрасного излучения Земли, поглощая некоторую его часть. Это предохраняет планету от избыточной потери тепла, повышается отепляющее свойство атмосферы. В результате внешних воздействий происходит разрушение озонового слоя. По этой причине снижается температура воздуха, меняются направления ветров. Эти факторы способствуют изменению климата Земли в худшую сторону.

Изменение климата

Встреча с озоном в повседневной жизни. Пахнет озоном

В повседневной жизни запах озона можно чувствовать после грозы, так как вещество образуется из кислорода под воздействием электрических разрядов. Происходит это явление в большинстве случаев после сильной грозы с мощными и частыми ударами молнии. Озон обладает способностью дезинфицировать окружающее пространство, разлагая токсические примеси в атмосфере. По этой причине после грозы воздух становится более свежим. В малых дозах вещество не представляет угрозы для здоровья.

После грозы

Неприятное открытие ученых: озоновая дыра над Антарктидой

В 1980-х гг. над Антарктидой ученые обнаружили разрушение озонового щита. Возникновение дыры объясняется тем, что вместе с воздушными массами в регион попадают хлорфторуглероды, выпускаемые охладительными установками, аэрозольными баллончиками. По причине продолжительных периодов низкой температуры образуются высокие стратосферные облака, происходят различные химические реакции. Атомы хлора, содержащиеся в хлорфторуглеродах, отсоединяются.

Исследование озонового слоя

В весенний период, когда усиливается солнечная активность, хлор под воздействием ультрафиолета становится катализатором реакций превращения озона в кислород. По этой причине озоновый экран начинает истончаться, и образуется дыра. Однако с наступлением лета происходит восполнение вещества в атмосфере, так как атомы хлора вновь присоединяются к другим веществам.

Во многом уменьшение толщины слоя связано с деятельностью человека. Запуск ракет, самолеты, промышленные выбросы токсичных веществ приводят к истончению озонового щита.

Возникновение дыр периодически регистрируется над всей поверхностью планеты. Последствия разрушения ОС могут быть губительны для планеты. Уменьшение количества озона в стратосфере даже на 1% провоцирует множество дополнительных случаев развития катаракты, рака кожи, ослабление иммунитета. Большие дозы ультрафиолета вредны для креветок, мальков, крабов, обитающих на поверхности океана.

Недруги озона

Использование человечеством многочисленных веществ с целью создания комфорта в жизни губительно отражается на экологии, провоцирует истощение слоя озона. Основными недругами озонового экрана считаются:

  1. Хлорфторуглероды. У поверхности вещества являются инертными, но, попадая в верхний атмосферный слой, становятся активными. Применяются в холодильниках, кондиционерах, тепловых насосах. Когда приборы выходят из строя, и их выбрасывают, то в большинстве случаев вредные вещества попадают в атмосферу. Хлорфторуглероды используются при производстве пористых пластмасс. Вещества имеют свойство вспенивать пластмассу. При этом они рассеиваются в атмосфере. Еще одной сферой применения хлорфторуглеродов является очистка компьютерных микросхем.
  2. Оксид азота. Попадает в атмосферу при горении углеводородного топлива. Основными источниками вредного вещества являются двигатели самолетов, ракет, автомобилей. В сельском хозяйстве применяются азотные удобрения. При разложении они выделяют окислы азота, которые попадают в стратосферу и вызывают процесс разделения озона.
  3. Метан. Поступает в атмосферу в ходе вентиляции шахт, добычи нефти, газа, заболачивания низменных ландшафтов.

Запуск ракеты

Существенный выброс веществ, разрушающих ОС, происходит при запуске ракет и многоразовых космических кораблей.

Меры для защиты и восстановления ОС

Попадание даже небольшого количества вредных веществ в верхние атмосферные слои оказывает негативное влияние на защитный озоновый экран. Проблема сохранения слоя стала одной из глобальных. После обнаружения дыры над Антарктидой стали приниматься меры. В 1985 г. была принята Венская конвенция, включающая такие пункты:

  1. Проведение систематических исследований озонового слоя, наблюдение за его состоянием.
  2. Сокращение и ликвидация эмиссии вредных веществ.
  3. Проведение разработок специальных технологий, способствующих минимизации ущерба.
  4. Осуществление мониторинга деятельности, приводящей к возникновению дыр.
  5. Создание Озонового секретариата с целью координирования принимаемых мер по защите озонового щита.

В 1987 г. был разработан Монреальский протокол, который стал дополнением к конвенции. Он предусматривает постепенное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. Промышленности предоставили время на поиск, создание приемлемых альтернатив. В результате поправок к документу список регулируемых веществ расширился, были введены меры по ограничению их экспорта и импорта. Протокол подписали 197 государств.

Озоновый секретариат функционирует на основе программы ООН по защите окружающей среды. Его основные обязанности включают:

  • организация собраний государств-участников Венской конвенции, Монреальского протокола, рабочих групп, комитетов;
  • организация реализации решений, принятых на собрании;
  • обработка данных, полученных от участников Монреальского протокола об использовании озоноразрушающих веществ;
  • мониторинг выполнения положений конвенции и протокола, подготовка отчетов к собраниям;
  • предоставление информации международным организациям по вопросам охраны озонового экрана.

Деятельность секретариата регулируется соответствующими статьями конвенции и протокола.

Найти альтернативу хлорфторуглеродам для производства холодильной техники оказалось проблематичным. Это требовало больших финансовых затрат. Однако постепенно решение было найдено. Современные холодильники оснащаются 2 типами хладагентов:

  1. R134a – гидрофторуглеродное соединение с термодинамическими свойствами, имеющее нулевой озоноразрущающий потенциал.
  2. R600a – изобутан, представляющий собой химическое соединение с нулевым разрушающим потенциалом. Применяется в основном для производства бытовых холодильников, обеспечивает пониженное энергопотребление.

Важно отметить, что в 2010 г. был полностью прекращен выпуск вредного хладагента R12. Однако вещество способно попадать в стратосферу, наносить вред еще в течение продолжительного времени.

Для наполнения аэрозольных баллонов стали использовать пропан-бутановую смесь, которая не уступает по свойствам хлорфторуглеродам.

Существует множество проектов по защите и восстановлению ОС. Одним из них является, например, искусственное получение озона в стратосфере.

Подобные проекты требуют существенных финансовых вложений, что откладывает их реализацию.

Измерение озонового слоя

В российском законодательстве существует закон, регулирующий производство и использование веществ, разрушающих озоновый щит Земли. Для предотвращения опасных изменений принимаются такие меры:

  • контроль изменений состояния ОС, климата под влиянием различных процессов;
  • соблюдение нормативов допустимых выбросов, негативно влияющих на климат и озоновый экран;
  • регулирование производства, применения веществ, разрушающих слой;
  • применение штрафных санкций за нарушение закона.

Учет обращения озоноразрущающих веществ в России ведется на основе данных таможенной статистики внешней торговли, отчетов, предоставленных юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями.

После принятия большинством государств мер, направленных на охрану озонового щита, ситуацию удалось улучшить.

Источник: medru.su


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.