Проблема разрушения озонового слоя Земли
Дата публикации: 25.02.2020 2020-02-25
Статья просмотрена: 2196 раз
Библиографическое описание:
Королева, А. Н. Проблема разрушения озонового слоя Земли / А. Н. Королева. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 8 (298). — С. 56-58. — URL: https://moluch.ru/archive/298/67643/ (дата обращения: 18.08.2021).
В данной статье рассмотрены проблемы разрушения озонового слоя, а также пути решения данной проблемы. Раскрыты основные термины и понятия.
Ключевые слова: озоновый слой, атмосфера, оболочка Земли.
This article discusses the problems of ozone layer destruction, as well as ways to solve this problem. The main terms and concepts are disclosed.
Key words: the ozone layer, the atmosphere, the earth’s shell.
Озоновый слой Земли — это часть стратосферы, находящаяся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Озон является разновидностью кислорода, состоит из трехатомного оксигена. Он был обнаружен еще в 1873 году немецким ученым Шенбейном. Наибольшая концентрация озона находится на расстоянии 23 километров. При нормальных условиях этот газ голубого цвета и имеет характерный запах. Его можно ощутить после грозы. Основная функция озонового слоя заключается в защите Земли от ультрафиолетового излучения. Он выступает неким фильтром, защищая людей и всю биосферу от прямых солнечных лучей. Именно поэтому разрушение озонового слоя приведет к страшным и необратимым последствиям.
Много десятилетий люди даже не подозревали о существовании озонового слоя. Тем самым пагубно на него влияли. Со временем этот слой истощился и появились озоновые дыры. Это происходит по ряду причин:
− самолеты на высоте 12–15 км;
− выбросы различных фреонов в воздух.
Самыми главными разрушителями являются хлор и водород. Из-за повышения температуры в аэрозолях фреоны начинают разлагаться. Как известно, фреоны широко применяются в охладительном оборудовании: холодильных камерах, кондиционерах. В тот момент, когда фреоны поднимаются в слои атмосферы, происходит отщепление хлора, из-за чего происходит реакция превращения из озона в кислород.
Ученые еще в XX веке забили тревогу о разрушении озонового слоя. Как уже было сказано, что озон является фильтром солнечных лучей, именно поэтому его разрушение приведет к изменению температурного режима Земли. Температура повысится на все ее поверхности. Все это привело к массовому подписанию различных договоров и соглашений на сокращение производства фреонов. Фреон стали частично заменять на пропан-бутан. Это вещество является достойным аналогом и может применяться там, где это необходимо.
На сегодняшний день проблема разрушения озонового слоя является актуальной. Фреоны не ушли с рынка, они также применяются и по сей день. Ведутся активные работы и разработки по уменьшению использования фреона.
С 1985 года начались активные шаги к спасению планеты. Правительство утвердило Венскую конвенцию. Она была направлена на охрану озонового слоя. В ней освещались следующие положения:
− сотрудничество разных стран, направленное на исследование процессов и веществ, влияющих на озоновый слой;
− постоянные наблюдения за состоянием озонового слоя;
− создание технологий, минимизирующих негативное влияние;
− передача полученных знаний в данной сфере.
Все эти нововведения ударили по кошельку предпринимателей, занимающихся производством фреона. Тем не менее его стали заменять другими веществами, которые смогли учувствовать в эндотермической реакции с поглощением тепла. Ученые также предлагали и другие методы борьбы. Один из них был весьма радикальным. Он заключался в очистки атмосферы с помощью энергоблока АЭС, мощность которого должна быть не ниже 10 гВт. Эта конструкция является мощным источником энергии. Так как Солнце способно всего лишь за 1 секунду произвести от 5 до 6 т озона, то увеличивая этот показатель с помощью энергоблока можно достичь баланса между разрушением и производством озона. Разные ученые предлагают и массу других способов по улучшению состояния озонового слоя Земли. Но все упирается в деньги. Большие финансовые вложения отодвигают эксперименты на дальний план.
Но давайте разберемся, так ли страшно планете остаться без озонового слоя? На самом деле — да! Без него все живое просто-напросто бы сгорело заживо. Озон является щитом на пути ультрафиолетовых лучей. Важно понимать, что озоносфера находится в разных уголках планеты на разной высоте. В тропических широтах он находится выше, чем в северных. Именно из-за этого во многом зависит климат данной местности.
По сравнению с другими сферами Земли озоносфера является самой тонкой оболочкой и составляет около 3мм. Она пропускает около 3 % уф-лучей. Они необходимы организму человека, так как способствуют выработке витамина D. Но когда этих лучей становится слишком много, они могут нанести непоправимый вред всему живому. Самое малое-это ожоги на теле человека. Масштабнее — засуха и изменение климата.
Первую озоновую дыру обнаружили в районе Антарктиды. По сей день она является самой масштабной. Причиной стал антропогенный фактор. То есть влияние промышленности. Эти вещества, как уже было сказано, превращают озон в кислород. К счастью, как таковой дыры нет, ученые под этим понятием понимают истончение слоя озоносферы. Иначе если бы там она вовсе отсутствовала, то в этом районе растаяли все льды и не было бы жизни. Возникает вопрос: почему брешь образовалась именно над Антарктидой? Все просто. Туда воздушным потоком переносятся хлорфторуглероды, также низкие температуры способствуют формированию стратосферных облаков. В них и происходят химические реакции. Но стоит отметить, что дыра над Антарктидой — она не единственная. Их количество растет с каждым годом. В связи с этим возникают вспышки раковых заболеваний в тех районах, где сформировались озоновые дыры.
Многие ученые озадачились вопросом, что же станет с планетой если озоновый слой разрушится вовсе. Мнения большинства сходятся на том, что это будет смертельно для планеты Земля. Раковые заболевания будут неуклонно расти, вместе с ними и мутации ДНК. Усиление УФ — излучения приведет к гибели планктона в океане, а как следствия начнут вымирать рыбы. Большой вред будет нанесен сельскому хозяйству.
Представив весь это ужас, ученые задумались о том, как этого не допустить. Как отмечают ученые-экологи, медленно идет восстановление озонового слоя. Примерно на 1–3 % в десятилетие. По благоприятным прогнозам, если люди поменяют свое отношение к этой проблеме, уже к 2060 году дыры вовсе исчезнут. Этому позитивному фактору мы обязаны Монреальскому протоколу. В нем содержатся положения для сохранения озонового слоя Земли. Этот протокол международный был приурочен к Венской конвенции. Если же страны, подписавшие его будут придерживаться правил, то постепенно озоносфера придет в то начальное состояние, которое позволит не навредить всему живому на планете.
В 2018 году произошел беспрецедентный случай. США заметил огромные выбросы озоноразрушающего газа — трихлорфторметана. Позже выяснилось, что это отходы из фабрик, расположенных в Восточной Азии.
Важно понимать, что состояние озонового слоя зависит не только от крупных фабрик и промышленных предприятий, но и от нас самих. Ведь парниковые газы также влияют на озоносферу. Наземный и воздушный транспорт также наносит вред озоновому экрану Земли. С этой проблемой поможет справится замена топлива на более экологичное.
Проблема разрушения озонового слоя тесно связана с глобальным потеплением на планете Земля. Восстановив озоносферу, можно остановить таяние льдов. Если владельцы крупных корпораций что-то поменяют в своих производствах в лучшую сторону, то это даст толчок для дальнейшего развития. Когда спасение Земли станет первоочередной задачей каждого, пагубное влияние УФ-излучения для нашей планеты достигнет минимума.
Источник
Истощение озонового слоя: причины и последствия
Озоновый слой (его ещё называют «озоносферой») — часть атмосферы нашей планеты. Он пролегает между стратосферой и тропосферой на высоте 25-30 км в тропических широтах, 20-25 — в умеренных, и 15-25 — на полярном круге. Как ясно из названия, по большей части он состоит из озона — одной из модификаций хорошо знакомого нам кислорода, образующейся при воздействии на него ультрафиолетового излучения от солнца.
Без озонового слоя появление столь многочисленной и разнообразной фауны на нашей планеты было бы невозможным: как и кислород, озон поглощает часть ультрафиолетового излучения и солнечной радиации, защищая человека и животных от вредоносного воздействия. Кроме того, излишнее количество ультрафиолета затрудняло бы фотосинтез в растениях и снижало бы продуктивность сельского хозяйства. Важно понимать, что озон абсорбирует ультрафиолет и радиацию, однако почти не поглощает видимый свет и оставляет растениям достаточное количество солнечной энергии для фотосинтеза.
Кроме того, озоновый слой выполняет такие функции:
- Нейтрализует углекислый газ;
- Отражает космическое излучение;
- Регулирует температуру на поверхности Земли;
- Удерживает кислород.
Что такое озоновые дыры и откуда они берутся
Озоновой дырой называют падение концентрации озона на конкретном участке атмосферы. Впервые это явление заметили британские учёные Джон Шанклин, Джо Фармен и Брайан Гардинер. В своей статье известному научному журналу Nature они описали свои наблюдения, суть которых заключалась в том, что каждый год (как правило, в августе) над Арктикой появляются многочисленные озоновые дыры общей площадью более двух миллионов квадратных километров. Продолжительность их существования в среднем — семь дней.
После продолжительных исследований учёные смогли установить причину этого явления. Во время наступления продолжительной «полярной ночи», солнце прячется за горизонт, из-за чего резко падает температура и сокращается поступление ультрафиолета в атмосферу. Как результат — в стратосфере появляются облака, состоящие из кристаллов льда. В таких кристаллах накапливается хлор, который, после череды сложных химических реакций превращает озон (который, как мы помним, лишь модификация кислорода) обратно в кислород. Одна молекула хлора способна уничтожить миллион молекул озона.
По окончании полярной ночи и наступлении полярного дня, эти дыры затягиваются, ультрафиолет снова начинает взаимодействовать с кислородом и превращать его в озон.
Причины разрушения озонового слоя
Вопреки распространённому мнению, человек — не единственный виновник возникновения озоновых дыр, к этому явлению приводят и некоторые природные факторы. Прежде всего — газы, заключённые в земной коре, в породах или в воде, в растворённом виде. Относительно недавно учёные установили, что, к примеру, во время извержения вулкана, из пород поднимается большой объём газа, содержащего фторуглеводороды, расщепляющие озон.
Современная наука, однако, считает главной причиной появления озоновых дыр всё-таки антропологический фактор, то есть человека. Озон — неустойчивый газ, и он легко разрушается, взаимодействуя со многими веществами, который человек выбрасывает в воздух в результате своей жизнедеятельности: бром, хлор, фреоны, водород.
Главными источниками подобных выбросов являются:
- Промышленные предприятия — фабрики и заводы без очистных сооружений;
- Минеральные удобрения;
- Теплоэлектростанции;
- Ядерные взрывы;
- Запуск ракет в космос;
- Реактивные самолёты.
Тем не менее, основная причина разрушения озонового слоя — фреоны (хлорфторуглероды или ХФУ), на которых стоит остановиться подробнее. Это целая группа веществ-хладагентов, которые используются, в первую очередь, при изготовлении холодильников и морозильных камер, — раньше для этих задач использовали токсичные вещества вроде аммиака или сернистого газа. Кроме того, хлорфторуглероды используются при изготовлении аэрозолей, растворителей, вспенивателей, а также в парфюмерии и пищевой промышленности.
При всей своей полезности фреоны наносят вред озоновому слою: при воздействии солнечной радиации они разлагаются на вещества, которые расщепляют озон, превращая его в кислород. Когда учёные заметили эту реакцию и забили тревогу, ООН по окружающей среде вместе со Всемирной Метеорологической Организацией организовали подписание так называемого Монреальского протокола. Промышленники, дипломаты, политики и учёные со всего мира собрались в канадском городе Монреаль и подписали договорённость о том, что в их странах начнётся постепенный отказ от фреонов и поиск новых, безопасных ему альтернатив. Протокол был подписан в 1987-м году, начал действовать — два года спустя, в 1989-м.
Мифы об озоновых дырах
Несмотря на то, что истончение озонового слоя — вполне реальная проблема, чреватая реальными проблемами, нужно признать: для многих людей, не проявляющих особенного внимание к науке, она может казаться мифичной и абстрактной. Как результат — множество ненаучных теорий, созданных конспирологами и невнимательными журналистами, охотно их подхватывающих в попытке раздуть «сенсацию». Вот лишь некоторые из подобных теорий:
1. Фреоны не влияют на образование озоновых дым, потому что они слишком тяжёлые и не могут достичь стратосферы. Да, фреоны действительно тяжелее кислорода и азота, однако нужно понимать, что газы в атмосфере расположены не слоями, а перемешиваются вместе. Как результат — и фреоны, и тяжёлые инертные газы, и прочие загрязняющие вещества равномерно распределяются в атмосфере, достигая и стратосферы, — примерно, за пять лет, как показывают эксперименты и исследования.
Вот самый очевидный аргумент, с которым сторонники этой теории поспорить не могут: если бы в атмосфере нашей планеты газы не смешивались, входящие в её состав углекислый газ и аргон образовали бы слой толщиной в несколько десятков метров. Такие условия лишили бы Землю возможности стать обитаемой.
2. Урон озоновому слою от хлорфторуглеродов (ХФУ) — вымысел, пролоббированный промышленниками, которым выгодно продавать более дорогие хладагенты. Токсичные хлорфторуглероды — довольно дешёвое вещество, которое активно использовали (а некоторые продолжают использовать) при создании аэрозолей, изоляционных материалов, пенопласта, хладагентов для холодильников.
Приведённое выше утверждения легко опровергается простой исторической справкой и логикой. В семидесятых были опубликованы первые данные о вредоносном воздействии фреонов на стратосферу нашей планеты. Вскоре, в июле 1975-го года, глава крупной американской компании DuPont написал для журнала Chemical Week статью, в которой резко критиковал приведённые данные, называя теорию о разрушении озонового слоя «научной фантастикой» и «бессмысленным вздором». Нетрудно угадать, что бытовые хладагенты из хлорфторуглеродов изготавливала, в том числе, DuPont.
На самом деле, альтернативой ХФУ стали куда более дешёвые газы природного происхождения, которые не нужно было синтезировать в дорогостоящих лабораторных условиях: в аэрозолях стали использовать бутан и пропан, в качества хладагента для холодильников — углеводород, а для теплоизоляции — циклопентан.
3. Озоновая дыра должна находиться не над Антарктикой, а над населёнными территориями, — там, где активно используют фреоны. И снова нам стоит вернуться к физическим свойствам атмосферы и вспомнить, что газы в ней перемешиваются. Фреоны перемешиваются вместе с другими газами в стратосфере и тропосфере и из-за низкой реакционной способности могут находиться там годами, а то и десятилетиями, перемещаясь и распространяясь над всей территорией планеты.
Нужно понимать, что озоновая дыра — это не «дыра» в прямом смысле, у неё нет чётких территориальных границ. Это абстрактное явление, подразумевающее сниженную концентрацию озона. Обычно его замечают в Антарктике, но лишь потому, что только здесь бывает полярная ночь, когда долго нет солнца и тепла, из-за чего уровень озона падает до рекордно низких значений.
Последствия истончения озонового слоя
Как мы уже говорили выше, озон абсорбирует значительную часть ультрафиолетового излучения от солнца. Очевидно, что при снижении концентрации озона в атмосфере человек получает повышенную дозу ультрафиолета. Учёные установили, что это приводит к возникновению рака кожи и злокачественной меланомы, а также к серьёзными заболеваниям глаз — к катаракте и помутнению глазного хрусталика.
Сниженная концентрация озона в атмосфере — серьёзная проблема для морской фауны. Фитопланктон, важнейшее звено в пищевых цепочках морских обитателей, живёт в верхних слоях водной толщи. Учёными установлено, что чрезмерное солнечное излучение мешает ему ориентироваться в пространстве, и, собственно говоря, жить, — исследования подтвердили зависимость интенсивности ультрафиолетовых лучей и выживаемости фитопланктона.
Чрезмерное количество ультрафиолета оказывает негативное влияние и на растения, которые обычно куда проще свыкаются с внешними факторами, чем любые другие живые организмы. Ультрафиолет может влиять на форму и размер растений, продолжительность жизни, вторичный метаболизм, изменять способ распределения питательных веществ внутри растения.
Если бы человечество вовремя не осознало серьёзность такой проблемы как истощение озонового слоя, последствия были бы куда серьёзнее: уже к середине двадцать первого века исчезло бы более 60% озоносферы нашей планеты, в результате чего ультрафиолетовое излучение, достигающее поверхности Земли стало бы таким сильным, что было бы способным вызывать у человека солнечные ожоги за считанные минуты, а вероятность мутации под воздействием солнечной радиации увеличилось бы более, чем в шесть раз.
Пути решения проблемы разрушения озонового слоя
К счастью, однако, описанная выше ситуация — это антиутопия, вряд ли ждущая человечество в действительности. Начиная с семидесятых годов, силами активистов и некоммерческих компаний, во всём мире начали активно бороться за защиту озонового слоя. Значительно снижено потребление и производство веществ и соединений, негативно влияющей на озоносферу. Им были найдены безопасные природные альтернативы: пропан, изобутан, аммиак, углекислый газ. Удивительно, но практически все страны мира согласились с необходимостью подобных мер и вот уже несколько десятилетий неукоснительно им следуют. Один из немногих случаев серьёзного нарушения был зафиксирован в 2018-м году в Китае, где 18 фабрик признались в использовании фреонов.
В России охрана озонового слоя и контроль за его истончением закреплены на законодательном уровне. Регламентированы такие защитные мероприятия по охране озонового слоя:
- Организация постоянного наблюдения за состоянием озонового слоя;
- Постоянный контроль за изменениями климата;
- Контроль за соблюдением промышленными предприятиями нормативов по выбросам вредных веществ в атмосферу;
- Контроль и регуляция производства химических веществ и соединений, оказывающих вредоносное влияние на озоновый слой;
- Применение санкций (штрафов и проч.) в случае несоблюдения описанных выше требований.
На самом деле, сделать свой вклад в защиту озонового слоя может каждый из нас, достаточно лишь следовать нескольким простым (и известным) правилам: при возможности — переходить на экологически чистые виды топлива и правильно утилизировать токсичные отходы (батарейки, бытовая химия). Если каждый (или хотя бы большинство) из нас будет помнить, каковы причины и последствия разрушения озонового слоя, а крупные промышленники — следовать международным договоренностям, то уже к 60-м годам 21-го века экологическая проблема истощение озонового слоя может быть закрыта навсегда.
Источник