Чем важен озоновый слой

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.

Источник

Для встречи с Александром Николаевичем Груздевым мы отправились в Звенигород. Здесь работают сотрудники Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН, проводят важные измерения, анализируют данные о состоянии атмосферы, в том числе озонового слоя. Эта тонкая прослойка озона защищает планету и все живое от солнечного излучения. Еще в 80-е годы прошлого века ученые заметили, что возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и фторсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя. Чтобы разрешить ситуацию, был принят знаменитый Монреальский протокол. Удалось ли реализовать принятые меры? Почему озоновые дыры всё равно появляются? Насколько серьезными могут быть последствия ослабления озонового слоя? Эти и другие вопросы мы задали одному из главных специалистов по озоновому слою в России — Александру Николаевичу Груздеву.

Александр Николаевич Груздев — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН.

— Каковы задачи Звенигородской научной станции Института физики атмосферы?

— С самого начала у станции был широкий круг задач в разных областях науки об атмосфере. Здесь занимались изучением динамических процессов в атмосфере, в частности связанных с турбулентностью, которую в свое время Александр Михайлович Обухов активно изучал. Именно он сформулировал закон турбулентности, известный как закон двух третей Колмогорова-Обухова. Возникли задачи, связанные с климатом: изучение влияния аэрозолей, малых газовых составляющих, исследование облачности как части климатической системы, радиации и прочее. Эти исследования представляют как фундаментальный, так и прикладной интерес. Важнейшие задачи, появившиеся в первые годы работы станции, связаны с дистанционным зондированием, с вопросами свечения ночного неба на высотах от 100 километров и выше.

Сотрудники станции продолжают проводить важные измерения, хотя круг задач, конечно, сузился. В частности, здесь ведутся измерения содержания двуокиси азота, а также концентрации приземного аэрозоля. Основная работа на станции сегодня связана именно с измерительной деятельностью и, конечно, с интерпретацией и анализом результатов этих измерений.

— Поговорим об озоновом слое. Что это за часть атмосферы и какие функции он выполняет?

— Озоновый слой выполняет очень важную функцию: он защищает от опасного для живых существ ультрафиолетового излучения Солнца. Биологически активная радиация может воздействовать на биоту и, по-видимому, может приводить к нарушениям ДНК живых организмов. Такая радиация опасна и для человека. В больших количествах она негативно воздействует на кожу, вызывая опасные заболевания, в том числе, рак кожи.

Роль озона состоит также в том, что он, поглощая солнечную радиацию, преобразует избыточное количество энергии в тепло. Напомню, что озон — радиационно-активный газ, который участвует в нагревании стратосферы — слоя атмосферы на высотах примерно от десяти до пятидесяти километров. Нагревание влияет на циркуляцию атмосферы, которая в значительной степени определяется контрастом температуры. Поэтому неравномерное распределение озона создает тот самый контраст, который приводит к изменению ветровой обстановки, или циркуляции стратосферы.

Радиационные свойства озона проявляются и в тропосфере. Здесь озон в определенных условиях на некоторых высотах способствует небольшому парниковому эффекту.

Надо сказать, что озон — химически активный газ и в больших концентрациях является ядом. Для человека в больших концентрациях он опасен, как и для растений, чью деятельность озон может подавлять. Неспроста в населенных пунктах, особенно в больших городах, внимательно следят за состоянием приземного озона. В столице, например, этим занимается Мосэкомониторинг.

Между тем, основной объем озона находится в стратосфере. Но нужно понимать, что доля его в атмосфере очень небольшая: миллионные доли от числа молекул воздуха. Но этот слой задерживает радиацию, которая может нанести вред живым существам на Земле.

При этом распределение озона в атмосфере очень неоднородно. Скажем, в средних и высоких широтах, как правило, содержание озона выше примерно в два раза, чем в тропиках.

В 80-х годах прошлого века ученые обнаружили значительное уменьшение стратосферного содержания озона весной в Антарктиде — феномен, который впоследствии получил название озоновой дыры. Наблюдения показали, что в определенные периоды содержание озона существенно уменьшалось. С тех пор эта проблема у многих на слуху и, в общем-то, не потеряла своей актуальности. В частности, потому что в последние десятилетия похожие озоновые аномалии стали наблюдать и над Арктикой, в Северном полушарии, где живет больше людей и где это явление может привести к негативным последствиям.

— Что известно о причинах возникновения таких аномалий?

— Причина здесь двусторонняя. Прежде всего, отмечу, что озон возникает в результате реакции атомарного кислорода (О) с молекулярным кислородом (О2). Такая реакция наиболее активно протекает над экватором, в тропических широтах. За счет глобальной циркуляции озон переносится в средние и высокие широты, где он накапливается.

Изображение антарктической озоновой дыры, сентябрь 2000 года

— Почему происходит накопление?

— Дело в том, что помимо реакции, приводящей к возникновению озона, существуют и другие химические реакции, которые его разрушают. При этом скорость разрушения сильно зависит от высоты, времени суток, времени года, широты и содержания других примесей. Поэтому характерное время разрушения озона распределено крайне неравномерно. Скорость разрушения в полярных областях значительно меньше, а время, за которое он мог бы разрушиться, больше, чем над экватором. Проще говоря, озон, который образуется над экватором, постепенно переносится к полюсам. Там его время жизни больше. Именно поэтому в этих областях озон накапливается. То есть над тропиками мы имеем некоторый дефицит озона в стратосфере, а в средних и полярных широтах — его избыток.

— Тогда какие условия приводят к возникновению озоновых дыр?

Над Антарктидой такие явления происходят весной регулярно. Как я уже упомянул, озоновая дыра в отдельные годы стала проявляться и над Арктикой. Здесь она наблюдается реже, но, тем не менее, за последние два десятилетия произошли 3 эпизода довольно существенного уменьшения содержания стратосферного озона. Так, весной 2020 года над Арктикой наблюдалось рекордное уменьшение содержания озона, которое, однако, меньше и по площади, и по степени разрушения по сравнению с регулярными явлениями в Антарктиде.

— Когда говорят о климатических изменениях, упоминают две точки зрения: имеет место естественный процесс или антропогенное влияние. На возникновение озоновых дыр влияет антропогенный фактор?

— Согласно современным представлениям, антропогенное воздействие есть. Во всяком случае, оно ответственно за химическую часть механизма образования озоновых дыр. Как мы уже поняли, разрушение основано на химической схеме с участием хлора. Хлор в значительной степени попадает в атмосферу за счет расщепления соединений, которые производит человек. Это известные фреоны, хлорфторуглероды и другие. Что касается изменений атмосферной циркуляции, то имеет ли человек к этому отношение или нет — большой вопрос. Физика по своей сути наука экспериментальная. Теории возникают после накопления экспериментальных данных. В нашей области, связанной с озоновым слоем, эксперименты в природе в чистом виде невозможны. Экспериментальным материалом служат наблюдения. Чтобы говорить о климатических изменениях, нужны длительные измерения. К сожалению, пока их недостаточно. Что касается озоновых аномалий, то из отрывочных данных измерений вертикальных профилей озона в той же Антарктиде следует, что значительное уменьшение содержания озона в стратосфере наблюдалось и раньше. Но, вероятно, такие явления имели иную, нехимическую природу.

— Например, какую?

— Возможно, динамическую. Но сказать наверняка невозможно. Основное отличие состояло в том, что уменьшение содержания озона было отмечено не весной, как сейчас, а зимой.

— А сами климатические изменения, наблюдаемые сегодня, влияют на формирование или частоту подобных явлений?

— Конечно. Образование озоновых дыр над полярными областями связано с охлаждением стратосферы. В целом, в стратосфере выявлен отрицательный тренд температуры, то есть температура стратосферы на протяжении нескольких десятков лет, в целом, понижается. Но дело здесь не только в температуре, но и в интенсивности процессов переноса. Потому что та же атмосферная циркуляция переносит в сторону полюсов не только примеси, озон, но и тепло. Если интенсивность циркуляции падает, то перенос тепла уменьшается, что приводит к понижению температуры.

Наглядное представление об особенностях циркуляции связано со стратосферными полярными облаками и понятием стратосферного полярного вихря. Зимой в стратосфере ветер дует с запада на восток и как бы окружает полярную область. При этом ближе к полюсу скорость ветра падает. Сверху это выглядит как некий вихрь вокруг полюса. Своего максимума ветер достигает как раз в стратосфере. Если вихрь овальной формы, то это признак того, что полярная область внутри него изолирована от средних и тропических широт. Будучи предоставлена сама себе, она охлаждается, и температура внутри нее падает. Если же вихрь имеет волнообразную, возмущенную структуру, это указывает на то, что в эту область поступает и тепло, и тот же озон.

То есть возникновение озоновой дыры в весеннее время связано с динамикой полярного вихря. Если вихрь невозмущен, значит, следует ожидать охлаждения стратосферы и, вероятно, возникновения условий для химического разрушения озона.

— То есть, по сути, их можно даже предсказывать?

— На уровне моделей, да. Современные модели, конечно, позволяют предсказывать некоторые события, но заблаговременность пока небольшая: до нескольких недель.

— Почему озоновые дыры периодически уменьшаются либо увеличиваются в размере?

— Территория, занимаемая этой аномалией, характеризуется как область, где суммарное содержание озона ниже некоторого порогового значения, например, ниже 220 единиц Добсона. Это некая условная граница. Во время озоновой дыры в Арктике в 2020 году площадь территории, над которой общее содержание озона было меньше 220 единиц Добсона, была около 1 миллиона квадратных километров. А над Антарктидой эта площадь существенно больше, на порядок величин — раз в двадцать больше. И это при пороговом значении не 220, а 150 единиц Добсона.

Другой значимый параметр — продолжительность аномалии. В 2020 году озоновая дыра над Арктикой сохранялась в течение месяца. А над Антарктидой она существует на протяжении нескольких месяцев.

Когда площадь озоновой аномалии уменьшается, нельзя сказать, что аномалия как бы затягивается. Просто в эту область приходит воздух, богатый озоном. Поэтому у озоновой дыры нет контуров в привычном понимании.

— Как аномалия может повлиять на земную жизнь?

— Основной фактор, которого может опасаться человек, связан с ослаблением поглощения ультрафиолетового излучения. И такого рода последствия, судя по научным публикациям, действительно наблюдались. При этом эффект проявлялся даже в Австралии и на юге Чили. В результате циркуляции воздух с низким содержанием озона может переноситься к северу от Антарктиды, уже в населенные районы.

Но сильно переживать по этому поводу не стоит. Необходимо продолжать исследования и предпринимать меры, как когда-то были приняты меры по сокращению производства и выбросов фреонов.

К тому же в мире есть куда более серьезные проблемы, в частности, социальные, с которыми проблема атмосферного озона не сравнится.

— Если говорить о том самом Монреальском протоколе, который вы упомянули, то насколько он был реализован?

— В нашем научном сообществе распространены разные точки зрения. Но я бы смотрел на его реализацию с разных сторон. Скажем, меры, предложенные в протоколе, поддержала и Россия. Но реализация этих ограничений в нашей стране пришлась на период деградации нашей промышленности по совершенно другим причинам.

Как бы то ни было, глобальное производство озоноразрушающих веществ, в том числе фреонов, было сокращено. И измерения зафиксировали существенное замедление роста содержания этих соединений в атмосфере.

Однако о решении проблемы говорить рано. Дело в том, что, когда эти международные меры принимались, речь шла о сокращении производства конкретных веществ. Соответственно, нужно было их на что-то заменить. Компании стали использовать в качестве хладагентов другие вещества, с меньшим потенциалом разрушения озона. Однако у них есть другие отрицательные свойства, в том числе, сильный парниковый эффект.

— То есть пока решения нет?

— В сфере глобальных проблем решения принимаются уже не научным сообществом, а политиками. Именно поэтому, кстати, была создана Межправительственная группа экспертов по изменению климата, чьей задачей было информирование общественности и представителей власти о возможных последствиях.

Сертификат о присуждении Нобелевской премии мира за участие в работе Межправительственной группы экспертов по изменению климата

Фото: Научная Россия / Николай Малахин

— Высказываются ли какие-то идеи о способах вмешательства в этот процесс?

— Сразу возникает вопрос: а нужно ли это делать? Мы пока не можем оценить последствия подобного вмешательства. Не ясна и техническая сторона вопроса.

Пока мы можем только прекратить производство веществ, негативно влияющих на озоновый слой, и ждать изменений следующие несколько десятков лет.

— Как вы заинтересовались этой тематикой и почему стали изучать озоновые дыры?

— Это некий естественный научный путь. Я учился на кафедре физики атмосферы физического факультета МГУ, которую тогда возглавлял основатель нашего института Александр Михайлович Обухов. После него этой кафедрой заведовал Александр Христофорович Хргиан, учеником которого я себя считаю. Он был одним из главных специалистов по атмосферному озону в стране. И, в общем-то, эта тематика была на высоком уровне в те годы. Кстати, отечественная сеть озонометрических наблюдений была и остается одной из самых больших в мире.

После окончания МГУ меня пригласили в Институт физики атмосферы для продолжения работы по тематике озона. А когда появились публикации об озоновой аномалии над Антарктидой, я подготовил предложения по экспедиционным измерениям по этой проблеме и представил свою программу в Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт — ведущую организацию по полярным исследованиям.

В рамках Советской антарктической экспедиции 1987-1988 годов мы провели свои первые антарктические измерения, которые вызвали большой интерес международного научного сообщества.

В экспедиции

Фото: из личного архива

В Антарктиде я был один раз, но побывал на трех станциях: «Молодежная», «Мирный» и «Восток». Последняя считается самой суровой. Причем на «Восток» я летел на самолете, с которого проводил измерения концентрации озона. Это была целая эпопея. Необходимо было получить разрешение, договориться со всеми. Но в итоге вопрос решился командиром экипажа. Он спросил, что мне нужно. Я ответил: электропитание в 220 вольт и дырка в фюзеляже. Он сказал: «О, дырок тут у нас много — сплошные щели». Это был самолет «Ил-14». Отличный самолет. Вот таким образом, с помощью дырки в фюзеляже, выполнены первые самолетные измерения концентрации озона по трассе «Мирный»–«Восток»–«Мирный».

Источник

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:

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.

В России снимают фильм о гуманном отношении к животным «Беня». Нужна поддержка

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.

Источник