Меню

Озоновый слой расстояние от земли

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.

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.

Читайте также:  Сталкер оп 2 переход лабиринт неразведанная земля

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.

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

Озоновый слой — роль в атмосфере, как образуется и разрушается

Защита от космического излучения

Озоновый слой находится в атмосфере Земли и содержит относительно высокие концентрации О3. Он поглощает 93−99% солнечного ультрафиолетового излучения, которое потенциально угрожает жизни на планете, и расположен в нижней части стратосферы. Его толщина варьируется в зависимости от сезона и географического положения.

История открытия

Это явление было открыто в 1913 г. французскими физиками Шарлем Фарби и Анри Буассоном. Более детально его свойства исследованы британским метеорологом Дж. М. Б. Добсоном, который разработал простой спректрофотометр, использующийся для измерения содержания стратосферного газа с земли.

Между 1928 и 1958 гг. этот учёный создал всемирную сеть мониторинга. Она продолжает функционировать и по сей день, а «единица Добсона» названа в его честь и признана удобной мерой для оценки общего количества озона в верхней части колонны воздуха. С тех пор исследователи проделали большую работу для выяснения природы явления, а политики постарались на законодательном уровне затормозить разрушительные процессы в верхних слоях атмосферы.

Роль в развитии жизни на планете

Без стратосферного озона жизнь на планете не смогла бы достигнуть высокого уровня. Первая стадия развития одноклеточного организма требует бескислородной среды, и подходящие условия существовали на Земле более 3 миллиардов лет назад. По мере развития примитивные формы начали выделять в процессе жизнедеятельности незначительное количество кислорода в результате реакции фотосинтеза.

Накопление О2 в атмосфере привело к образованию озонового слоя в верхней части воздушного пространства. Этот защитный экран отфильтровывает повреждающее клетки входящее излучение ультрафиолетового спектра (УФ). Таким образом, благодаря именно этому явлению произошло формирование более совершенных организмов.

Химический процесс

Озоновый слой на самом деле таковым не является: молекулы О3 рассредоточены в атмосфере на расстоянии от 19 до 30 км от поверхности Земли. Их концентрация обычно составляет менее 10 частей на миллион. Озон образуется в стратосфере, когда ультрафиолетовое излучение Солнца попадает на молекулы кислорода О2 и вызывает расщепление двух атомов кислорода. При столкновении одного свободного атома с О2 образуется озон (О3). Этот процесс известен как фотолиз. Вещество также естественным образом разрушается в стратосфере солнечным светом и химической реакцией с различными соединениями, содержащими:

В незначительных количествах образуется в приземном слое в качестве реакции химических соединений с солнечным светом, является компонентом смога и может быть вредным для здоровья человека.

Хотя оба вида озона содержат одни и те же молекулы, их присутствие в отдельных частях атмосферы имеет очень разные последствия:

  • Стратосферный слой блокирует вредную для живых существ солнечную радиацию.
  • Приземный слой является просто фактором загрязнения. Он поглощает некоторую часть излучения, но не может компенсировать разрушение озонового слоя в стратосфере.
Читайте также:  Как вычислить массу земли через закон всемирного тяготения

N, H и Cl в природе встречаются в очень небольших количествах. В незагрязнённой атмосфере существует баланс между численностью образующего и разрушающегося озона. В результате общая концентрация остаётся постоянной. При разных температурах и давлениях скорость образования и разрушения отличается.

Озон имеет следующие особенности:

  • бесцветный газ с резким запахом;
  • встречается гораздо реже, чем О2;
  • из миллиона молекул воздуха озоном являются не больше десяти.

Значительная часть находится над экватором, где уровень УФ является наибольшим. Ветрами он переносится в направлении более высоких широт. Следовательно, количество газа над разными регионами Земли изменяется естественным образом в зависимости от широты, климата и времени года ежедневно. В нормальных условиях самые высокие значения наблюдаются над канадской Арктикой и Сибирью, а низкие — в районе экватора.

Стратосферная аномалия

В средствах массовой информации и многих книгах термин «озоновая дыра» часто используется слишком свободно для описания любого эпизода разрушения О3, независимо от того, насколько этот процесс значителен. К сожалению, это неаккуратное обращение с фактами упрощает проблему и стирает важное различие между огромными потерями озона в полярных областях и менее значительными в других регионах мира.

Технически этот термин должен применяться в тех случаях, когда истощение стратосферного О3 настолько велико, что его уровень падает ниже 200 единиц Добсона (д.е.). Нормальная концентрация составляет от 300 до 350 д. е. Такая потеря каждую весну происходит над Антарктидой и в меньшей степени над Арктикой, где особые метеорологические условия и очень низкие температуры воздуха усиливают разрушение озона искусственными химическими веществами.

Обнаруженное в 1980-х гг. истощение над Южным полюсом оказалось настолько значительным, что измеривший его британский геофизик Джо Фарман заподозрил неисправность спектрофотометра и отправил устройство в ремонт. Как только появились повторные данные, существование аномалии было подтверждено.

Благодаря предоставленным НАСА спутниковым снимкам, учёные неоднократно наблюдали большое количество химических веществ в атмосфере над Антарктидой.

Причины разрушения

Исчезновение озона происходит тогда, когда естественный баланс между выработкой и разрушением склоняется в пользу последнего. Хотя природные явления могут вызывать временную потерю О3, хлор и бром, выделяющиеся из искусственных соединений, сейчас считаются основной причиной истощения.

Впервые на это обратили внимание общественности М. Молина и С. Роуланд в 1974 г. Они обнаружили, что группа химических соединений, известная как хлорфторуглероды (ХФУ), является основным источником разрушения защитного слоя. Однако это сообщение не было принято всерьёз до открытия озоновой дыры над Антарктидой в 1985 г. Проблема в том, что ХФУ не «вымываются» обратно на землю дождями и не разрушаются в результате реакций с другими веществами, а остаются в атмосфере от 20 до 120 лет и даже дольше.

Читайте также:  Земля увеличивается в размере или уменьшается

Постепенно они попадают в стратосферу, где в итоге разрушаются ультрафиолетом, высвобождая свободный хлор. Последний активно вовлекается в процесс разложения О3. Конечным результатом становится то, что две молекулы озона заменяются тремя молекулами кислорода, и хлор высвобождается для повторения реакции:

  • CL + O3 = CLO + O2;
  • CL + O = CL + O2.

Озон превращается в кислород, оставляя атом хлора свободно повторять процесс до 100 тысяч раз, что приводит к снижению уровня О3. На выбросы ХФУ приходится 80% общего уменьшения количества атмосферного озона. Природный хлор способствует тем же процессам, но имеет более короткий цикл.

Современные исследования, проведённые в США, выявили новую опасность: будущее разрушение озона от нерегулируемых запусков ракет в итоге превысит показатели потерь из-за всех остальных факторов. Университет аэронавтики им. Эмбри-Риддла представил анализ рынка для оценки будущего истощения на основе ожидаемого роста космической отрасли и различных последствий запусков. Высокореактивные молекулы микроэлементов, известные как радикалы, доминируют в разрушении защищающие функции стратосферного О3. Один радикал здесь может погубить до 10 тыс. молекул озона до его деактивации и удаления из атмосферы.

Воздействие на человека и природу

Повышенное проникновение солнечного ультрафиолетового излучения оказывает глубокое воздействие на здоровье человека. Оно потенциально может способствовать таким заболеваниям:

  • повреждение роговицы и хрусталика глаза;
  • инфекции, вызванные ослаблением иммунитета;
  • немеланомный рак кожи.

Известно, что УФ лучи влияют на физиологические процессы у растений, приводя к мутациям и изменению видового состава. Это нарушает биологическое разнообразие в экосистемах, а также косвенно влияет на растительное сообщество, приводя к изменениям формы и вторичному метаболизму. Всё это может иметь важные последствия для конкурентного природного баланса.

Увеличение солнечного ультрафиолетового излучения оказывает влияние на биогеохимические циклы на суше и в воде, что приводит к изменению как источников, так и поглотителей парниковых газов (диоксид углерода CO2, монооксид углерода СО, карбонилсульфид COS и т. д. ) Эти трансформации способствуют обратной связи между биосферой и атмосферой. Другие эффекты включают:

  • нарушения в росте и разложении растений;
  • уменьшение роста планктона в верхних слоях океана;
  • повышенная деградация растворённых в воде органических веществ;
  • изменение выбросов важных атмосферных газов.

Меры по восстановлению

Значение озонового экрана для жизни на планете огромно, поэтому человечество уделяет много внимания его сохранению. Ожидается, что истощение О3, вызванное промышленными соединениями хлора и брома, постепенно исчезнет примерно к середине XXI века, поскольку в результате естественных процессов эти компоненты медленно удаляются из стратосферы. Такое экологическое достижение обусловлено международным соглашением о контроле за производством и использованием озоноразрушающих веществ, принятым в Монреале в 1987 г.

Без этого протокола продолжающееся применение ХФУ и других вредных соединений увеличило бы стратосферное содержание хлора и брома в 10 раз к середине 2050-х гг. по сравнению с их количеством в 1980 г. Напротив, в соответствии с действующими соглашениями, которые сокращают антропогенные выбросы, их чистые концентрации в тропосфере начали снижаться в 1995 г. При прочих постоянных условиях ожидается, что озоновый слой вернётся к нормальным значениям уже к середине следующего столетия.

Медленное восстановление связано, прежде всего, с необходимым для естественных процессов удалением из атмосферы чрезмерного содержания ХФУ. Это займёт от 50 до нескольких сотен лет. Развитые страны на своей территории строго следят за нарушением принятых норм и находят пути к взаимодействию.

Новейшие исследования

Сейчас появляется всё больше данных, подтверждающих теорию, согласно которой в разрушении озонового щита основную роль играет не солнечный свет, а космическое излучение (возникающие в космосе частицы энергии). Материалы, собранные за три последних десятилетия и охватывающие два полных 11-летних солнечных цикла, однозначно показывают временные корреляции между интенсивностью лучей и глобальным истощением озона.

Это открытие не только даёт новое направление исследованиям, но и противоречит общепринятой фотохимической теории, которая не может объяснить все наблюдения. Например, озоновые дыры сосредоточены над полюсами из-за магнитного поля планеты, где наибольшее количество электронов.

Озоновый слой предохраняет Землю от жёсткого солнечного излучения и способствует продолжению жизни на планете. Его состояние затрагивает всё человечество и давно стало темой как научных исследований, так и школьных презентаций. Дальнейшая работа в этом направлении нужна для общемирового понимания необходимости решения проблемы.

Источник

Adblock
detector