какое значение имеет озоновый слой
Что такое Озоновый слой
Значение озонового слоя
Озоновый слой — это слой, который наполнен химическим элементом озоном и окружает нашу планету.
Этот слой расположен в стратосфере на расстоянии от 10 до 25–30 км от Земли. Он защищает всё живое от ультрафиолетового излучения Солнца, которое в больших количествах губительно.
Без озонового слоя не было бы жизни на Земле. Он предотвращает проникновение в атмосферу нашей планеты большого количества солнечной радиации.
Однако озон играет положительную роль, только когда находится в стратосфере. Потому что рядом с поверхностью Земли, там, где проживают люди, собирается «плохой» озон. Он вызывает загрязнение воздуха и кислотные дожди.
Ультрафиолетовые лучи сталкиваются с молекулами кислорода (О2). Атом кислорода от, получается озон. Те, в свою очередь, соединяются с молекулами кислорода и вновь образуют озон.
Этот постоянный цикл распада и воссоединения озона гарантирует обновление «защитного слоя» Земли.
Химическая формула озона состоит из трёх молекул кислорода — О3.
Узнайте подробнее про Атмосферу.
Озоновые дыры
С начала Промышленной революции (18–19 вв.) и поныне деятельность людей наносит большой ущерб озоновому слою.
Выброс разных веществ от деятельности людей, таких как углекислый газ (СО2), оксид азота и хлорфторуглероды (ХФУ), препятствуют обновлению озонового слоя. А это приводит к тому, что большее количество солнечных лучей достигает поверхности Земли.
В 1977 году впервые заговорили о том, что над Антарктидой находится огромная дыра озоновая дыра. И с того времени учёные стали сообщать о снижении количества озона во многих местах нашей планеты.
Согласно данным программы ООН по окружающей среде разрушение озонового слоя на 1% приводит к 50 000 новым случаям рака кожи и 100 000 случаям слепоты из-за катаракты хрусталика.
Озоновый слой и парниковый эффект
Разрушение озонового слоя и парниковый эффект — две самые серьёзные экологические проблемы, которые стоят перед человечеством.
Парниковый эффект — это природное явление нагревания нашей планеты. Оно необходимо, так как благодаря этому эффекту на планете установилась комфортная температура, которая позволила появится жизни.
Однако из-за выбросов слишком большого количества химикатов в атмосферу парниковый эффект работает во вред. Он провоцирует глобальное потепление.
В результате происходит подъём уровня моря и повышение температуры. Ледники тают, а это оказывает катастрофическое влияние на климат нашей планеты.
Функции и значение озонового слоя
Большая часть атмосферного озона сконцентрирована в слое стратосферы, расположенном на высоте около 15-30 км над поверхностью Земли.
Озон — это молекула, содержащая три атома кислорода. В любой момент времени молекулы озона постоянно образуются и разрушаются в стратосфере. Общее количество озона оставалось относительно стабильным на протяжении многих десятилетий, но в конце 20-го века процесс разрушения атмосферного озона превышал его восстановление.
Озоновый слой Земли защищает всю жизнь на планете от вредного излучения Солнца, но человеческая деятельность повредила этот щит. Меньшая защита озоновым слоем от ультрафиолетового (УФ) излучения со временем нанесет вред здоровью человека и приведет к повышению заболеваемости раком кожи и катарактой.
Структура атмосферы Земли
Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев. Самый нижний слой, тропосфера. Тропосфера простирается от поверхности Земли на высоту около 10 км, хотя эта высота варьируется в зависимости от широты. Почти все погодные явления происходят в тропосфере. Высота Эвереста, самой высокой горы на Земле, составляет всего 8,8 км.
С уменьшением высоты в тропосфере температура уменьшается. По мере того, как тёплый воздух поднимается, он охлаждается, опускаясь обратно на Землю. Этот процесс, известный как конвекция, означает, что существуют огромные перемещения воздуха, которые очень эффективно перемешивают тропосферу. Практически вся человеческая деятельность происходит в тропосфере.
Следующий слой — стратосфера, слой атмосферы над тропосферой. Стратосфера простирается на высоте от 10 км до 50 км. Коммерческие авиакомпании летают в нижних слоях стратосферы. На больших высотах стратосфера становится теплее. Фактически, это потепление вызвано озоном, поглощающим ультрафиолетовое излучение.
Теплый воздух остается в верхних слоях стратосферы, а холодный — ниже, поэтому вертикальные смещения воздушных масс в этом слое гораздо более редки, чем в тропосфере.
Каково значение озонового слоя?
Озоновый слой в стратосфере поглощает часть излучения Солнца, не позволяя ему достичь поверхности планеты. Самое главное, он поглощает часть ультрафиолетового излучения, называемого средневолновой ультрафиолет B (УФ-B).
УФ-B — диапазон ультрафиолетового излучения с длиной волны от 280 до 320 нанометров, производимого Солнцем. УФ-B — это вид ультрафиолетового света от Солнца), который имеет несколько вредных эффектов. УФ-B особенно эффективен при повреждении ДНК. Он является причиной меланомы и других видов рака кожи. Он также связан с разрушением некоторых материалов и уничтожением микроорганизмов.
Озоновый слой защищает Землю от большинства ультрафиолетовых лучей, исходящих от Солнца. Всегда важно защищать себя от УФ-B, даже при отсутствии истощения озонового слоя, надевая шляпы, солнечные очки и солнцезащитный крем. Однако, эти меры предосторожности будут становиться все более важными по мере того, как истощение озонового слоя будет усугубляться. УФ-B связан со многими вредными последствиями, включая рак кожи, катаракту и вред, наносимый некоторым растительным культурам и флоре и фауне.
Не хотите чтобы продолжалось разрушение озонового слоя? Вот что можно сделать ваша организация:
Что происходит с озоновым слоем?
Ученые провели исследования, в ходе которых получили данные за несколько десятилетий, в которых подробно описываются нормальные уровни озона во время природных циклов. Концентрация озона в атмосфере естественным образом меняется в зависимости от солнечных пятен, времени года и широты. Эти процессы хорошо изучены и предсказуемы.
За каждым естественным снижением уровня озона следует восстановление. Однако начиная с 1970-х годов научные данные свидетельствуют о том, что озоновый слой разрушается с темпами, превышающими пределы естественных процессов.
Озоновый слой и его влияние на мир
Озоновый слой и его влияние на мир
Автор: Andrey Yakovenko
Спасибо тебе за то, что ты перешел на эту статью, для меня это важно, ведь я вложил сюда свой труд. Это достаточно важная тема на сегодняшний день, потому что это один из аспектов экологии, который может повлиять на нашу жизнь. Пожалуйста обращай внимание на ссылки, с помощью них ты лучше вникнешь в эту тему, конечно же если она тебе интересна. Приятного чтения!
Что же такое озоновый слой?
Это воздушный слой земли состоящий из особых форм кислорода, поглащяющий ультрафиолетовые лучи, расположен он очень неравномерно. Из-за сильного действия ультрафиолетового излучения солнца, молекулы кислорода из которых состоит воздушная оболочка земли, присоединила к себе третий атом кислорода, так получается озон, большое количество озона в атмосфере это огромный плюс для нас.
Существует два «вида» озона. «Полезный» озон часто бывает после дождя и грозовых ливней, когда частицы озона проникают в нижние слои атмосферы. Он придаёт атмосфере свежесть. «Вредный» озон крайне опасен для живых организмов на земле. Вредный озон появился под воздействием человека. Выхлопные газы и промышленные выбросы попадают под действие лучей солнечного света вступают в фото-химическую реакцию, в результате образуется приземный озон, такой озон встречается в крупных городах. Этот газ неблагоприятно сказывается на здоровье человека и растений. Если бы озонового слоя не было, все живое на Земле попросту сгорело.
В 1985 году в первые была обнаружена озоновая дыра, диаметром свыше 1000 км над Антарктидой группу и британских учёных каждый август, тогда ученные поняли, что хлор разрушает озон. Фреоны, содержащие хлор бром, массово применяются в холодильниках, кондиционерах и в многочисленных аэрозольных баллончиках губительно влияет на озоновый слой, выборсы хлора осуществляющие миллионами людей каждый день, разрушают озоновый слой.
Последствия озоновых дыр
Ослабление озонового слоя усиливает поток ультрафиолетовой солнечной радиации, проникающей в океанские воды, что ведет к увеличению смертности среди морских животных и растений.
Восстановление озонового слоя
Несмотря на то, что населением были установлены мены согласно ограничению выбросов хлор- также бромсодержащих фреонов, путём перехода в другие вещества, к примеру фторсодержащие фреоны, процедура возобновления озонового покрова заберет несколько десятков лет. В целом, это обуславливается большим размером ранее существующих в атмосфере фреонов, которые обладают периодом существования от 10 до 100 лет. Согласно сведениям ученого Сьюзан Соломон, с 2000 до 2015 года озоновая дыра над Антарктидой уменьшилась приблизительно в территорию Индии. Согласно сведениям NASA, в 2000 г. среднегодовая область озоновой дыры над Антарктидой составляла 24,8 млн кв. километров, в 2015 году — 25,6 млн кв. километров, в 2019 — 9,3 миллионов кв. километров.
Разрушение озонового слоя: причины и последствия катастрофы
Разрушение озонового слоя: причины и последствия катастрофы
Ученые предполагают, что возникновение озонового экрана Земли произошло четыреста миллионов лет назад. Именно этот процесс, по их мнению, позволил микроорганизмам подняться со дна океана и выйти на сушу. Так на Земле появилась жизнь.
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
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
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
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:
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.
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
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
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.
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
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
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
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.
Значение озонового слоя Земли: основная роль барьера
История открытия
Только в XIII веке ученые смогли предположить, а затем в начале XX века доказать наличие озона в слоях земной атмосферы. Все началось в 1785 году, когда нидерландский физик Мартин Ван Марум обнаружил озон во время одного из своих опытов. Он построил машину, через которую пропускал электрические искры. Характерный запах вместе с доказанным наличием окислительных свойств, образующихся при пропуске электрического заряда, позволили в дальнейшем открыть трехатомную модификацию кислорода – озон.
Открытие вещества с описанием его свойств совершил Кристиан Фридрих Шенбейн в 1839 году. Немецкий химик получил его лабораторным путем, а также написал книгу, выпущенную в 1844 году, – «Получение озона химическими способами». Название озону дано по греческому слову, обозначающему «пахну» – это связано с резким запахом.
Существование озонового слоя в атмосфере Земли было открыто в 1912 году французскими физиками Шарлем Фабри и Анри Буиссоном. Ученые производили измерения солнечного излучения, заметив, что до земной поверхности не доходят ультрафиолетовые лучи конца светового спектра длиной менее 315 нанометров.
Существенный вклад в точные измерения озонового слоя, располагающегося на разной высоте относительно земной поверхности, внес британский метеоролог Гордон Миллер Борн Добсон. Ученый изобрел озоновый спектрометр (Добсонометр), необходимый для измерения количество озона прямо с поверхности земли. Для этого в течение 1928-1958 годов по всему миру была создана сеть станций, функционирующая по сей день. А содержание озона в атмосфере выражается с помощью Единицы Добсона, учитывающая содержание озоновых молекул на квадратный сантиметр.
Мнения ученых относительно срока формирования озонового слоя расходятся: от 400 миллионов до почти 2 миллиардов лет назад. Именно в этот период произошло насыщение поверхности Земли кислородом, позволившее развиваться растениям, а также подняться животным из воды на сушу.
Характеристики озонового слоя
Высота расположения c в разных частях Земли отличается и составляет по наиболее распространенной оценке 15-35 километров от поверхности.
Существуют более широкие оценки: от 10 до 50 километров. В зависимости от климата выделяются три основных значения высоты озонового слоя:
| Тропический | 25-30 |
| Умеренный | 20-25 |
| Полярный | 15-20 |
Слой целиком располагается в зоне стратосферы, им ограничен верхний жизненный предел в биосфере. Точное значение толщина рассчитать невозможно из-за изменяющихся условий: температуры и давления. При нормальных значениях (0 градусов, давление 100 кПа) толщина озоносферы составила бы от 1,7 до 4 миллиметров.
Озоновый экран полностью состоит из трехатомного кислорода O3. Он формируется под действием солнечного излучения на двухатомный кислород O2, содержащегося в стратосфере. Взаимодействие приводит сначала к распаду двух атомов, а затем – к соединению трех. За счет этого происходит формирование озонового слоя, который поглощает наиболее опасные ультрафиолетовые лучи.
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.
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%.
Толщина озонового слоя
Озоновый слой атмосферы очень тонок. Если всем имеющимся в наличии озоном атмосферы равномерно покрыть участок площадью в 45 квадратных километров, то получится слой толщиной в 0,3 сантиметра. Немного озона проникает с потоками воздуха в нижние слои атмосферы. Когда лучи света реагируют с веществами, содержащимися в выхлопных газах и промышленных дымах, тоже образуется озон.
Почему происходит истощение озонового слоя?
Впервые истощение озонового слоя обнаружили в конце 50-х годов. Возникшая экологическая проблема стала объектом дискуссий между ученными.
Главный фактор, провоцирующий истощение озонового слоя Земли – техногенное воздействие. Из-за человеческой деятельности оказывается воздействие на озоновую прослойку. В наибольшей мере влияют газы, попадающие в атмосферу. Они меняют температуру в верхних частях атмосферы, вследствие чего озон распадается на молекулы.
Одни из основных веществ, способствующих истощению озона – фреоны. Это газообразные вещества, применяющиеся в аэрозолях и на промышленных предприятиях.
Истощению и образованию озоновых дыр способствует парниковый эффект. Он возникает из-за попадания в атмосферу газов, продуктов горения и разложения органических и неорганических отходов.
Еще одна причина истощения – запуск ракет и других высотных летальных аппаратов, двигатели которых влияют на состав 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.
Что разрушает озоновый слой?
Об озоновом слое атмосферы ученые узнали в 70 годы. Было сделано открытие, что производные хлор фтор углерода (фреоны) — соединения, применяющиеся в холодильниках, кондиционерах и аэрозольных баллонах — уничтожают озон. Фреоны выделяются в атмосферу при каждом использовании баллончика с дезодорантом или лаком для волос.
Поднимаясь в верхние слои атмосферы, молекулы фреонов взаимодействуют с молекулами озона. Под действием солнечной радиации фреоны выделяют хлор, который расщепляет озон с образованием обычного кислорода. В месте такого взаимодействия озоновый слой разрушается – исчезает.
В 1978 году, основываясь на данных о действии фреонов на озоновый слой атмосферы, правительство Соединенных Штатов Америки (США) запретило производство и продажу аэрозолей, содержащих фреоны. Правда, производители аэрозолей, а вместе с ними и многие ученые, считают неубедительной теорию разрушения озонового слоя. В 1985 году английские ученые сделали поразительное открытие.
Они обнаружили над Антарктидой огромную «дыру» в озоновом слое. Это отверстие площадью с США появляется ежегодно весной. Когда меняется направление господствующих ветров, озоновая дыра заполняется молекулами озона из рядом расположенных участков атмосферы, при этом количество озона в соседних участках снижается. Например, зимой 1992 года слой озона над Европой и Канадой стал на 20 процентов тоньше.
Как выяснили ученые, в небе над Антарктидой очень высока концентрация ангидрида хлорной кислоты — соединения, образующегося в момент разрушения молекулы озона хлором. Открытие англичан подтверждает, что распространенное использование фреонов действительно создает проблему озоновых дыр. Ученые подсчитали, что уменьшение содержания озона в верхних слоях атмосферы на 1 процент вызывает увеличение заболеваемости раком кожи на 3- 6 процентов, так как на 2 процента увеличивается проницаемость атмосферы для ультрафиолетовых лучей.
Ультрафиолетовые лучи, кроме того, оказывают повреждающее действие на иммунную систему организма, делая нас более восприимчивыми к инфекционным заболеваниям, например малярии. Ультрафиолетовые лучи разрушают и клетки растений — от деревьев до злаков.
Интересный факт: каждой весной над Антарктидой в озоновом слое появляется «дыра» площадью с Соединенные Штаты Америки.
Естественные факторы
Для образования озона необходимо солнечное излучение. Следовательно, во время полярных ночей процесс прекращается, но естественные факторы, влияющие на разрушение, сохраняются. Из-за полярных вихрей и азотнокислых полярных стратосферных облаков слой истончается. В умеренных, тропических и экваториальных широтах процесс менее заметен.
Во время извержений вулканов в атмосферу попадают тысячи тонн пепла, в составе которого есть соединения, способствующие распаду молекул озона.
Антропогенные факторы
Основной причиной истончения антирадиационного слоя считают хлорфторуглероды (ХФУ). Эти вещества стабильны и не представляют опасности для человека, но при взаимодействии с воздухом способствуют распаду молекул озона.
Выбросы фреона в атмосферу
Ярчайший пример хлорфторуглеродов — фреоны, которые могут быть в агрегатном состоянии жидкости или газа. Их используют как дешёвый хладагент в холодильниках, они содержатся в аэрозольных баллончиках. Ранее фреоны считали главным виновником разрушения озонового слоя. Сейчас учёные склоняются к мнению, что их влияние переоценено.
Запуск спутников и ракет
При прохождении ракеты-носителя через стратосферу её двигатели выбрасывают колоссальное количество газов (оксидов азота, двуокиси углерода). По оценкам некоторых исследователей, 300 запусков шаттла хватило бы для полного истощения озонового слоя.
Твердотопливные ракетные двигатели опаснее жидкостных ракетных двигателей, так как выбрасывают соединения хлора.
Использование авиатранспорта на больших высотах
Гражданская авиация летает на высотах до 13 км. Военные самолёты могут подниматься выше, в стратосферу. При работе реактивный или ракетный двигатель выделяет окиси азота. Так как полёт проходит на высоте формирования озонового слоя, окись азота немедленно вступает в реакцию с молекулами озона и разрушает их.
Применение азотных удобрений
Азотные удобрения используются с конца XIX века, но сейчас масштабы их применения представляют угрозу для атмосферы. Обычно используют следующие вещества:
При их разложении выделяются окислы азота, которые в атмосфере вступают в реакцию с молекулами озона и разрушают их.
Другие причины
Исследования в данной области продолжаются, и не исключено выявление новых факторов, сопутствующих истончению озонового слоя Земли. Истинное положение дел остаётся предметом споров. Не до конца ясно, насколько существенно влияние на природный антирадиационный экран современных хладагентов и аэрозолей.
Можно ли восстановить озоновый слой?
Истощение наносит серьезный ущерб экологии и приводит к негативным для окружающей среды последствиям. Поэтому приобретает актуальность вопрос восстановления озонового слоя.
Есть несколько методов, повышения концентрация атмосферного озона для снижения риска образования дыр. Состав атмосферы стабилизируется и восстанавливается самостоятельно. Но для активизации этого процесса нужно устранить факторы, способствующие истощению. Разработаны методы восстановления нормального состояния озоновой прослойки с применением химических элементов.
Один из распространенных путей решения проблемы предусматривает подъем на 20-30 км состава, содержащего синтезированный в искусственных условиях озон. На высоте он распыляется, способствуя восстановлению. Вместо синтезированного озона в стратосферу могут доставлять смесь кислорода и водорода. Под действием ультрафиолета соединение распадается, влага испаряется, а оставшиеся молекулы кислорода соединяются в трехатомный элемент.
Функции озонового слоя
На высоте 20-30 километров от поверхности Земли «живой» газ создаёт уникальную защиту. Озон необходим для жизни на Земле, поскольку поддерживает температурный режим на планете и выполняет роль фильтра в атмосфере.
Планета регулярно подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей солнца, космического излучения. Если внешнее влияние полностью будет достигать поверхности Земли, это негативно скажется на живых организмах. «Защитное поле» становится частичной преградой для вредных факторов, влияющих на планету извне.
Озоновый слой справляется с внешней и внутренней угрозой. Регулярно предприятиями и транспортом выбрасывается множество газов в атмосферу (в том числе углекислый). Трёхатомный кислород нейтрализует опасные вещества, очищая воздух. Помимо нейтрализации, вредных примесей, озоновый слой удерживает кислород внутри атмосферы, не позволяя ему в больших количествах «вылетать» в открытый космос.
Нейтрализация углекислого газа
Причиной парникового эффекта становятся газы. На Земле ответственным за это явление считается углекислый газ, источниками которого являются природные (жизнедеятельность биосферы, извержения вулканов, пожары вследствие засухи, гниение биомассы) и антропогенные (сжигание биомассы, горение пород или топлива, промышленное производство, изготовление цемента) факторы.
Если исключить неестественное образование газа, то растения поглощают большую часть двуокиси углерода. При чрезмерном образовании вещества из-за техногенного влияния, остаток попадает в атмосферу. Молекулы озона разрушают органические соединения, в том числе углерод и его производные, нейтрализуя излишки опасного газа.
Роль озонового слоя при взаимодействии с углекислым газом — восстановление баланса веществ, наполняющих атмосферу. Состав воздуха меняется в зависимости от климатических, погодных и антропогенных условий. Реакции проходят постоянно в разных участках «щита».
Удержание кислорода
Значение озонового слоя для биосферы выражено также удерживанием нужного уровня кислорода. Озон образуется под воздействием ультрафиолетовых лучей, но содержимое защитного барьера динамично, поскольку:
Для озонового слоя, имеющего небольшой объём О3, нормально постоянно менять количество содержащегося внутри газа. Озон, «покидающий» защитный барьер, замещается кислородом. После поглощения и химических реакций О2 становится О3. Озоновый слой предохраняет атмосферу от критического снижения уровня кислорода.
Отражение космического и частично ультрафиолетового излучения
Озоновый слой атмосферы предохраняет всё живое на Земле от действия космической радиации, излишка опасных солнечных лучей. В малой концентрации длинные волны ультрафиолета полезны для людей, животных и растений. Естественный фильтр планеты защищает человека и другие организмы от электромагнитного излучения солнца разной длины (больше 90%). Но губительны для всего живого именно короткие волны. Они вызывают:
Озоновый слой выполняет роль преграды для ближнего ультрафиолета, обеспечивая безопасность для живых организмов. Это обусловлено тем, что защитный барьер планеты Земля обладает экранирующими свойствами, отражает УФ-излучение.
Ещё один опасный для жизни на планете внешний фактор — космическое излучение, которое также «фильтруется» озоновым слоем.
Значение озонового слоя, как терморегулятора атмосферы
Роль газового барьера на планете не только в экранировании и поглощении опасного излучения (космического, ультрафиолетового), но и поддержании температурного режима Земли.
Озоновый слой частично пропускает тепло в открытый космос, не давая «утекать» массово. Озон задерживает двадцать процентов тепловой энергии Земли. Это требуется, чтобы внутри биосферы сохранялась требуемая для живых организмов температура.
Если барьер будет абсолютно непроницаем, то возникнет парниковый эффект. При потери большего количества тепла, атмосфера недостаточно прогреется, что приведёт к гибели растений и животных. Частично могут сохраниться организмы, живущие на дне Мирового океана или внутри глубокого грунта.
Возможная опасность озона
Опасность проникновения коротковолновых лучей к нижним слоям атмосферы грозит нарушением процессов фотосинтеза, за счет которых обеспечивается жизнь на земной поверхности. Также воздействие излишнего излучения на человека приводит к развитию кожных, глазных, кровеносных заболеваний. Повышенная концентрация озона обладает токсичностью, приводящую к негативным для организма последствиям:
Чрезмерное попадание озона в организм может привести к нарушению структуры ДНК и последующей мутации. Контакт озона с огнем приводит к взрыву независимо от его состояния: жидкого или газообразного.
Океанический парк Гонконга на грани банкротства: надежда на завершение эксплуатации и разведения животных
Влияние на климат
Еще более тревожит то, что истощение озонового слоя может непредсказуемо изменить климат Земли. Озоновый слой задерживает тепло, рассеивающееся с поверхности Земли. По мере уменьшения количества озона в атмосфере температура воздуха снижается, изменяется направление господствующих ветров и меняется погода. Результатом могут стать засухи, неурожаи, нехватка продовольствия и голод. Некоторые ученые подсчитали, что даже если будут приняты меры и прекратится всякая деятельность, разрушающая озоновый слой, то на восстановление его в полном объеме уйдет 100 лет.
Значение озонового слоя для человека и других организмов
Газ озон необходимая и опасная составляющая атмосферы. В нижних слоях атмосферы чрезмерное количество этого вещества опасно для живых организмов, поскольку озон токсичен. У людей О3 вызывает патологии:
Но на высоте 20 км 3 миллиметровый барьер О3 становится жизненно необходимым, поскольку роль озонового слоя в атмосфере велика:
Главное значение озонового слоя для Земли состоит в том, что он не только экранирует внешнее воздействие, но и удерживает баланс газов и температур внутри атмосферы. Снижение концентрации О3 на десятую часть приводит к:
Озоновые дыры
В течение XX века на планете формировалась сеть метеорологических станций, одна из задач которой заключается в проведении спектрологических измерений.
В результате наблюдений к середине 80-х годов было обнаружено существенное снижение содержания озона над территорией Антарктиды, составлявшее 40%. Диаметр обнаруженной дыры составил 1000 километров. По последним измерениям площадь крупнейшей дыры составляет 20 миллионов квадратных километров.
Подобное снижение содержания озона было обнаружено и на другом конце планеты – в Арктике. Там снижение составило 5-9%, площадь дыры регулярно меняется, причем в настоящее время она снижается. Регулярные наблюдения осуществляются только над состоянием Антарктической дыры. Третья обнаруженная крупнейшая дыра – Тибетская. По некоторым оценкам ее площадь может составлять до 2,5 миллионов квадратных километров.
Основные причины их появления
Возникновение озоновых дыр в атмосфере связано с действиями факторов двух групп:
Обнаружение озоносферы произошло в тот же период, что и развитие массового промышленного производства. Из-за этого невозможно точно оценить воздействие антропогенных факторов относительно прежних временных промежутков. Ученые связывают возникновение разрывов в озоновой оболочке с выбросами фреонов, содержащих бром и хлор. Подобные вещества содержатся в следующих предметах:
По оценкам ученых на подобные источники приходится до 80% разрушенного озонового экрана. Разрушение происходит за счет поднятия фреона в верхние слои, во время чего выделяется хлор. В верхних слоях хлор взаимодействует с озоном, расщепляя его. Разрушение озоносферы происходит за счет воздушного транспорта: самолетов и космических ракет. При выбросах газа в атмосферу попадают элементы, способствующие уничтожению озона в стратосфере. К таким соединениям относятся: хлор, оксиды азота, двуокиси углерода. Кроме того, оксиды азота выделяются при применении сельскохозяйственных удобрений.
Крупнейшие озоновые дыры Земли расположены вокруг полюсов: Северного и Южного. Такая особенность связана с наличием полярных ночей, когда прекращается поступление ультрафиолетовых лучей, а значит – формирование озона. В это же время происходит истощение уже сформированного слоя за счет вихрей и движения облаков.
Возможные последствия
Постепенное разрушение озоновой защиты приводит к глобальным изменениям климата на Земле. За счет защитной оболочки на планете поддерживаются следующие условия:
Истощение озонового слоя повлечет смену направлений ветра, понижение температуры, засуху, остановит развитие живых организмов на поверхности, ограничив ареол обитания только водными просторами.
Снижение толщины озоновой оболочки приведет к проникновению опасных коротковолновых ультрафиолетовых лучей и их влиянию на человека. Хватит нескольких минут, чтобы эти лучи привели к ожогам, нарушению работы дыхательных и кровеносных сосудов.
Пути решения проблемы в мире и России
После обнаружения гигантской озоновой дыры над Антарктидой ООН собрала мировую общественность для решения проблемы. По итогам встречи был принят Монреальский протокол, регулирующий промышленные выбросы фреона и других химических элементов, способных разрушать озон. Согласно протоколу, запрещено применение хлорфторуглерода в аэрозолях. Меры по защите включают замену фреона на другие вещества:
Россия, как приграничная с Арктикой страна, оказывает существенное влияние на защиту озонового слоя. Для этого в федеральном законе № ФЗ-7 «Об охране окружающей среды» предусмотрена отдельная статья 54.
Мифы об озоновых дырах
Одно из главных заблуждений было связано с антропогенными причинами разрушения озонового слоя. Самые крупные дыры расположены в ненаселенных частях планеты, на которых полностью отсутствует какое-либо производство. Конкретно в этих зонах возникновение дыр связано с нарушением процесса образования озона из-за полярных ночей.
В остальных случаях преобладают антропогенные факторы, а не естественные. На разрушение влияют не только соединения фреона, но и другие вещества, попадающие в атмосферу и способные расщеплять озон.
Меры по восстановлению озонового слоя
Когда данные о дыре над Антарктидой подтвердились, в 1985 году провели Венскую конвенцию по охране озонового слоя. Спустя два года был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.
Монреальский протокол
Договор соблюдается 197 странами. Государства-участники обязались сократить объёмы производства хлорфторуглеродов. Изначально предполагалась заморозка производства ХФУ на уровне 1986 года. К 1993 году планировали сократить их производство на 20%, а к 1998 году — на 30%. Вводились ограничения на импорт и экспорт разрушающих озоновый слой веществ.
Для развивающихся стран были предусмотрены субсидии и послабления для облегчения перехода промышленности на экологически безопасные технологии.
По итогам первых лет действия договора выяснилось, что он не точен. Были внесены поправки расчётных коэффициентов вывода опасных веществ из производства.
Варианты с производством озона
Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему земному шару. Озон вырабатывают различными способами:
Недостатки этих способов — малая производительность, дороговизна, высокое энергопотребление. По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе понадобится минимум 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.
Использование экологически чистого топлива
Работающие на переработанной нефти ДВС способствуют увеличению концентрации в воздухе веществ, разрушающих озоновый слой. Повсеместное внедрение электротяги (особенно создание пассажирских электролётов) уменьшит негативное влияние на атмосферу.
Перспективные разработки вроде биодизелей и двигателей, работающих на отходах жизнедеятельности — потенциальный ключ к решению проблемы. Их выбросы менее токсичны, чем продукты, образующиеся после сгорания бензина или солярки. Чтобы решить проблему, подобные разработки следует внедрить и на предприятиях.
Использование экологически безопасного топлива в ракетах-носителях пока остаётся фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить на орбиту аппараты, не прибегая к сжиганию десятков тонн токсичного горючего.
Высадка лесов
Создание зелёных насаждений в городах и на месте вырубок — перспективный способ борьбы не только
с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением атмосферы.
Деревья выделяют кислород, который затем под воздействием УФ-излучения Солнца превращается в озон.