Меню

Атмосферный воздух озоновый слой земли

Озоновый слой

Из Википедии — свободной энциклопедии

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 20 до 40 км (в тропических широтах 25—30 км , в умеренных 20—25 , в полярных 15—20 ), с наибольшим содержанием озона (вещества, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода, O3), образующегося в результате воздействия УФ излучения Солнца на молекулярный кислород (O2). При этом с наибольшей интенсивностью, именно благодаря процессам распада кислорода, атомы которого затем образуют озон, происходит поглощение ближней (к видимому свету) части ультрафиолета солнечного спектра. Кроме того, диссоциация озона под воздействием ультрафиолетового излучения приводит к поглощению наиболее жёсткой его части.

Около 90 % атмосферного озона находится в стратосфере, главным образом на высоте от 20 до 40 км над поверхностью Земли. Его концентрация в стратосфере составляет от 2 до 8 частей на миллион. Общее количество озона в атмосфере таково, что если бы можно было весь его переместить на уровень моря и сконцентрировать до атмосферного давления при температуре 0 °C, он занял бы слой высотой всего 3 мм (это соответствует 300 единицам Добсона , или 300×2,69×10 16 молекул озона на квадратный сантиметр поверхности Земли). Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км . Озоновый слой поглощает от 97 до 99 % солнечного излучения в области длин волн от 200 до 315 нм.

Очень опасный ультрафиолет в диапазоне UV-c ( 100—280 нм ) практически полностью поглощается кислородом ( с образованием монокислорода и далее озона) и озоном ( 200—280 нм ) в самых верхних слоях атмосферы, выше 35 км. Диапазон UV-b ( 280—315 нм ), вызывающий загар и рак кожи, поглощается озоном почти полностью, до поверхности Земли доходит лишь несколько процентов, причём в длинноволновой части этого диапазона, тогда как на длине волны 290 нм коэффициент поглощения озонового слоя составляет 3,5×10 8 . Диапазон UV-a ( 315—400 нм ), ближайший к видимому свету ( 400—700 нм ) почти не поглощается (см. рис.) [1] .

Благодаря нагреванию воздуха вследствие поглощения озоном солнечных лучей возникает температурная инверсия, то есть повышение температуры с высотой. Таким образом, тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой и смешивание воздуха между этими слоями атмосферы затруднено.

Озоновый слой образовался в атмосфере Земли 1,85—0,85 млрд лет назад, когда в ней вследствие фотосинтеза накопилось достаточно кислорода [2] . Лишь после образования озонового слоя жизнь (включая растения) смогла выйти из океанов [3] ; без этого высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.

Источник

Загадка дыры: почему об озоновом слое стали меньше говорить?

Все, чье детство пришлось на 1990-е и 2000-е, помнят тревожные сообщения об истощении озонового слоя Земли, которое грозило катастрофой планетарного масштаба. Однако, последнее время новостей об озоновой дыре все меньше и они, как правило, оптимистичные — защитный слой восстанавливается. Так что же произошло? И насколько важен озоновый слой для нашей планеты на самом деле? Рассказываем.

Уже не первое десятилетие жителей Земли пугают развернувшейся над Антарктидой озоновой дырой. Сообщения СМИ на этот счет путаны и тревожны: озоновая дыра то затягивается, то расширяется до очередных рекордных размеров. А на фоне оптимистичных прогнозов время от времени появляются сообщения и о других дырах в атмосфере, в том числе над Россией.

Такой информационный фон неизбежно приводит к дезориентации и появлению разнообразнейших, порой весьма странных, мифов. Даже концентрация внимания на зияющей дыре в озоновом слое над Антарктидой — это упрощение, пусть и яркое и образное. Озоновая дыра, а вернее дыры, — это только места значительного снижения концентрации озона, до 30 % от нормы. Но важно понимать, что истощение защиты Земли произошло повсеместно.

Что такое озоновый слой?

Озоновый слой образовался 1,85-0,85 млрд. лет назад, после так называемой кислородной революции, когда морские растения в процессе фотосинтеза образовали огромное количество кислорода, изменив состав атмосферы. Собственно озон (O3) — легкий голубоватый газ с характерным запахом (его можно почувствовать после грозы). Он формируется из кислорода (O2) под воздействием сильных электрических разрядов (например молний), либо исходящего от Солнца ультрафиолетового излучения в стратосфере на высоте 15–30 км, где он образует озоновый слой. Во время этого процесса поглощается часть наиболее жесткого излучения, смертельно опасного для людей, животных и растений. Остальное излучение поглощается самим озоном, в результате чего он сам распадается.

Этот сложный процесс, происходящий на протяжении многих миллионов лет, обеспечивает саму возможность существования большинства организмов на нашей планете. Озоновый слой изначально нестабилен и неоднороден, так как озон легко вступает в реакции со многими химическими элементами. Он разрушается, например, при взаимодействии с газами, вырывающимися во время извержения вулканов. В отсутствии солнечного света — а значит, и ультрафиолетового излучения — озон прекращает формироваться, поэтому в районах Северного и Южного полюсов во время полярной ночи озоновый слой истощается, а полярные вихри препятствуют притоку озона из других регионов. Только ближе к лету концентрация озона начинает восстанавливаться.

Читайте также:  Используя закон всемирного тяготения определите массу земли

Исследования ученых показали, что 360 млн. лет назад озоновый слой уже истощился в результате резкого потепления. Несколько тысячелетий ультрафиолетовые лучи проникали сквозь истончившуюся защиту, приведя к массовому вымиранию множества видов растений и животных. Тот период не смогли пережить, например, доминировавшие тогда пластинокожие рыбы. Наши же предки, очевидно, выжили и стали более устойчивыми к вредоносному излучению, а когда озоновый слой восстановился, переселились на сушу и счастливо продолжили эволюционировать.

Новая угроза

Плохие новости пришли во второй половине XX века. В 1974 году, химики Франк Шервуд Роуленд и Марио Молина, изучавшие циркуляцию в атмосфере хлорфторуглеродов (ХФУ) выдвинули гипотезу о том, что эти соединения способны разрушать озоновый слой, опубликовав статью на две страницы в журнале Nature. Точнее, они предположили, что озон уничтожается хлором, выделяющимся при распаде ХФУ. В 1985 году британские ученые обнаружили значительное истощение озонового слоя над Антарктидой площадью 1 000 км 2 (сейчас размеры дыры могут превышать 20 000 000 км 2 ).

В том же году была принята Венская конвенция об охране озонового слоя, а через два года знаменитый Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, дополнявшийся впоследствии семь раз. К 2013 году его ратифицировали все страны ООН, острова Кука и Святой престол. Последним из подписавших Протокол стал Южный Судан, получивший независимость в 2011 году.

Позиция ученых сводится к тому, что выбрасываемые в результате промышленной деятельности человечества вещества, циркулируя в атмосфере и вступая в реакцию с озоном, разрушают его, лишая нас защиты от солнечного излучения в обмен на сиюминутный комфорт. Монреальский протокол обязывает все государства сокращать производство озоноразрущающих веществ, вплоть до полного отказа от них. На сегодняшний день под запретом находится более 100 веществ.

Первый удар был нанесен по уже знакомым нам хлорфторуглеродам, использовавшимся в аэрозолях и холодильных установках. Не смотря на громогласные протесты и крокодиловы слезы корпораций, не желавших вкладываться в исследования и модернизацию производства, запрет удалось не только принять законодательно, но и реализовать по всему миру.

Опасность миновала?

Концентрация ХФУ начала падать в 1990-х годах, однако тогда же начался рост содержания гидрохлорфторуглеродов, несколько менее опасных для озонового слоя — именно на них первоначально перешли производители. В 2016 году в столице Руанды Кигали было подписано соглашение и разработана программа поэтапного сокращения потребления и этих веществ.

Уже к 2000 году наметилось снижение уровня хлора в атмосфере, а в 2018 году Всемирная метеорологическая организация выпустила оптимистичный доклад, посвященный неиллюзорным достижениям Монреальского протокола.

Если к концу 1990-х годов разрушение озонового слоя составило порядка 10 %, то сейчас, по словам ученых, озоновый слой «восстанавливается со скоростью 1-3 процента в десять лет и при таких темпах должен полностью восстановиться над Северным полушарием к 2030-м годам, над Южным полушарием — к 2050-м, и над полюсами — к 2060 году.»

Эти достижения стали возможны благодаря нескольким важным факторам: грамотной научной экспертизе, политической воле в реализации принятых решений и качественному мониторингу исполнения этих решений. Хочется надеяться, что все это станет надежной основой для претворения в жизнь и Парижского соглашения.

Почему нельзя забывать об озоновом слое

Однако поводы для тревоги тоже есть. На озоновый слой негативно влияют разнообразные выбросы ТЭЦ и заводов, продукты сгорания в реактивных двигателях самолетов, минеральные удобрения в почве.

Кроме того, не все компании добросовестно выполняют решения Монреальского протокола — в 2018 году были обнаружены 20 фабрик на востоке Китая, производившие запрещенные вещества. После того как ученые с удивлением обнаружили стремительный рост трихлорфторметана в атмосфере, была составлена и «отмотана назад» климатическая модель, которая помогла локализовать источник выбросов — им оказалась Восточная Азия. Отправившиеся в регион активисты из Агентства экологических расследований обнаружили нарушающие закон фабрики и даже проникли на них под видом заинтересованных клиентов.

В 2019 году ООН заявила о продолжении роста концентрации целого ряда парниковых газов, в том числе опасных для озона метана (достигшего 259 % от доиндустриального уровня) и закиси азота (129 %). А падение уровня промышленного производства в связи с пандемией не оказало заметного влияния на состояние озонового слоя. Более того, в 2020 году тревогу ученых вызвало рекордное истощение озонового слоя над Арктикой, где озоновая дыра достигла порядка 6 000 000 км 2 , при снижении концентрации озона на 90 %. Последние исследования показывают озоноразрушающее влияние от антропогенных выбросов йода в атмосферу. Это объясняет медленное и неравномерное восстановление концентрации озона в стратосфере. Глобальное потепление даже не собирается останавливаться, что также влияет на состояние озонового слоя.

Читайте также:  Конспект по природным зонам земли 6 класс

Так что несмотря на достижения Монреальского протокола в борьбе за будущее планеты, впереди еще много усилий. Поддержание озонового слоя — необходимое условие сохранения жизни на Земле. А его истощение — не пустая угроза, как об этом говорят скептики, а реальная опасность, напрямую связанная с деятельностью человека.

Источник

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:

  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.

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.

Читайте также:  Фактор дохода рента это земля

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.

Источник

Adblock
detector