Земля устроена таким образом, чтобы сохранялась её уникальная экосистема. Данным целям служат слои атмосферы, которые закрывают планету от проникновения ультрафиолетовых лучей, радиации, космического мусора. В природе всё совершенно, а вмешательство в её устройство приводит к различным катаклизмам и нарушению заведённого порядка. В конце 20 века обозначилась явная проблема, которая затрагивает всё человечество. Озоновая дыра образовалась в районе Антарктиды и привлекла внимание учёных со всего мира. Критическое положение экологии усугубилось ещё одной серьёзной проблемой.
Было выяснено, что в озоновом слое, окружающем земную поверхность, образовалась брешь, размером более тысячи километров. Через неё попадает радиация, пагубно влияющая на людей, животных и растительность. Озоновые дыры и истончение газовой оболочки были позднее обнаружены ещё в нескольких местах, что вызвало ажиотаж в общественных кругах.
Суть проблемы
Озон образуется из кислорода, на который воздействуют ультрафиолетовые лучи. Благодаря этой реакции, планета оказывается окутанной в слое газа, через который не может попасть радиация. Данная прослойка находится на высоте 25-50 километров над поверхностью. Толщина озона не очень большая, но её вполне достаточно, чтобы всё живое могло существовать на планете.
Что такое озоновая дыра, узнали в 80-х годах минувшего века. Это сенсационное открытие было сделано английскими учёными. В местах разрушения озона газ не полностью отсутствует, его концентрация снижается до критического уровня в 30%. Образовавшаяся в слое стратосферы брешь пропускает к земле ультрафиолетовые лучи, способные сжечь живые организмы.
Первая такая дыра была обнаружена в 1985 году. Место её расположения – Антарктида. Пиковым временем, когда расширялась озоновая дыра, становился август, а к зиме газ уплотнялся и практически закрывал отверстие в стратосферном слое. Критические точки по высоте располагаются на расстоянии 19 километров от земли.
Вторая озоновая дыра появилась над Арктикой. Её размеры были значительно меньше, но в остальном наблюдалось поразительное сходство. Критические отметки высоты и время исчезновения совпадали. В настоящее время озоновые дыры появляются в разных местах.
Как происходит истончение озонового слоя?
Возникновение проблемы с истончением озонового слоя учёные приписывают природным явлениям, происходящим на полюсах земного шара. Согласно их теории, в долгие полярные ночи солнечные лучи не достигают земли, и из кислорода не может образовываться озон. В связи с этим образуются облака с большим содержанием хлора. Именно он разрушает такой необходимый для защиты планеты газ.
Земля проходила период вулканической активности. Это также пагубно сказалось на толщине озонового слоя. Выбросы в атмосферу продуктов сгорания разрушали и без того тонкую прослойку стратосферы. Выделение в воздух фреонов – ещё одна причина истончения защитного слоя земли.
Озоновая дыра исчезает, как только солнце начинает светить и взаимодействовать с кислородом. За счёт воздушных потоков газ поднимается и заполняет возникшую пустоту. Данная теория доказывает, что циркуляция озона является постоянной и неизбежной.
Прочие причины появления озоновых дыр
Несмотря на то, что в образовании озоновых дыр главенствующую роль играют химические процессы, воздействие на природу со стороны человека создаёт основные предпосылки. Естественным образом появляющиеся атомы хлора не единственные вещества, наносящие вред озону. Газ также разрушается от воздействия водорода, брома и кислорода. Причины появления этих соединений в воздухе кроются в деятельности человека на планете. Предпосылками становятся:
- функционирование заводов и фабрик;
- отсутствие очистительных сооружений;
- выбросы в атмосферу от ТЭЦ;
Пагубное влияние на целостность атмосферы оказали ядерные взрывы. Их последствия до сих пор сказываются на экологии планеты. В момент взрыва образуется огромное количество окислов азота, которые, поднимаясь, разрушают защищающий землю от радиации газ. За 20 лет испытаний в атмосферу попало более трёх миллионов тонн данного вещества.
Разрушительное воздействие на озоновый слой оказывают реактивные самолёты. При сгорании горючего в турбинах наружу выбрасываются окислы азота, они напрямую попадают в атмосферу и разрушают молекулы газа. В настоящее время из миллиона тон выбросов данного вещества треть приходится на самолёты.
Казалось бы, минеральные удобрения безобидны и полезны, но на самом деле они также пагубно влияют на атмосферу. При взаимодействии с бактериями они перерабатываются в закись азота, а затем под воздействием химических реакций изменяют свою форму и переходят в разряд окислов.
Таким образом, озоновая дыра является продуктом не только природных явлений, но и . Необдуманные решения могут привести к непредвиденным результатам.
Чем опасно исчезновение озонового слоя вокруг планеты?
Солнце является источником тепла и света для всего сущего на планете. Животные, растения и человек процветают, благодаря его живительным лучам. Это отметили ещё люди древнего мира, которые главным идолом считали Бога-солнце. Но светило может стать и причиной гибели жизни на планете.
Через озоновые дыры, образующиеся под воздействием тандема человек и природа, солнечная радиация может попасть на землю и испепелить всё, что некогда было взращено. Пагубные последствия для человека очевидны. Учёные выяснили, что если защитный газ или его прослойка станет тоньше на один процент, то на земле появится на семь тысяч больше больных раком. В первую очередь, будут страдать кожные покровы людей, а затем остальные органы.
Последствия образования озоновых дыр оказывают воздействие не только на человечество. Страдает растительность, а также животный мир и обитатели морских глубин. Их массовое вымирание является прямым следствием процессов, происходящих на солнце и в атмосфере.
Способы решения проблемы
Причины появления озоновых дыр в атмосфере отличаются разнообразием, но сводятся к одному существенному факту: необдуманной деятельности человека и новым технологическим решениям. Фреоны, попадающие в атмосферу и уничтожающие её защитный слой, являются продуктом сгорания разнообразных химических веществ.
Чтобы приостановить эти процессы, необходимы кардинально новые научные разработки, которые позволят производить, топить, вырабатывать и летать без применения азота, фтора и брома, а также их производных.
Появление проблемы связано с нерачительной производственной и сельскохозяйственной деятельностью. Пришло время задуматься:
- об установке очистительных сооружений на дымящие трубы;
- о замене химических удобрений органическими;
- о переходе транспорта на электричество.
За последние шестнадцать лет, с 2000 года, сделано достаточно много. Учёным удалось достигнуть поразительных результатов: размер озоновой дыры над Антарктидой уменьшился на площадь, равную территории Индии.
Последствия халатного и невнимательного отношения к окружающей среде уже сейчас дают о себе знать. Чтобы не усугубить положение в ещё большей степени, необходимо заниматься решением проблемы на мировом уровне.
Эти и другие недавно полученные научные данные укрепили вывод предыдущих оценок в том, что совокупность научных доказательств свидетельствует о том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями
Оригинальный текст (англ.)
These and other recent scientific findings strengthen the conclusion of the previous assessment that the weight of scientific evidence suggests that the observed middle- and high-latitude ozone losses are largely due to anthropogenic chlorine and bromine compounds
Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации .
Для определения границ озоновой дыры выбран минимальный уровень содержания озона в атмосфере в 220 единиц Добсона .
Площадь озоновой дыры над Антарктикой составляла в 2018 году в среднем 22,8 млн квадратных километров (в 2010-2017 годах среднегодовые величины колебались от 17,4 до 25,6 млн квадратных километров, в 2000-2009 годах - от 12,0 до 26,6 млн квадратных километров, в 1990-1999 годах - от 18,8 до 25,9 млн квадратных километров).
История [ | ]
Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году на Южном полушарии , над Антарктидой , группой британских учёных: (англ. ) , (англ. ) , (англ. ) , опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature . Каждый август она появлялась, а в декабре - январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике осенью и зимой существуют многочисленные озоновые мини-дыры. Площадь такой дыры не превышает 2 млн км², время её жизни - до 7 суток .
Механизм образования [ | ]
В результате отсутствия солнечного излучения, во время полярных ночей озон не образуется. Нет ультрафиолета - нет озона. Имея большую массу, молекулы озона опускаются к поверхности Земли и разрушаются, так как неустойчивы при нормальном давлении.
Роуланд и Молина предположили, что атомы хлора могут вызвать разрушение больших количеств озона в стратосфере. Их выводы были основаны на аналогичной работе Пауля Джозефа Крутцена и Харольда Джонстоуна, которые показали, что оксид азота (II) (NO) может ускорять разрушение озона.
К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь , который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее ввиду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород , атомы кислорода , хлора , брома), неорганические (хлороводород , монооксид азота) и органические соединения (метан , фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора , которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой , образуя стабильный фтороводород . Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон , так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона, приведены в статье про озоновый слой .
Последствия [ | ]
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 [ | ]
Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны, процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивания озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года. По данным профессора Сьюзан Соломон, с 2000 по 2015 озоновая дыра над Антарктидой уменьшилась примерно на площадь Индии. По данным НАСА , в 2000 году среднегодовая площадь озоновой дыры над Антарктидой составила 24,8 млн квадратных километров, в 2015 году - 25,6 млн квадратных километров .
Заблуждения об озоновой дыре [ | ]
Существует несколько широко распространённых мифов касательно образования озоновых дыр. Несмотря на свою ненаучность, они часто появляются в СМИ [ ] - иногда по неосведомлённости, иногда поддерживаемые сторонниками теорий заговоров . Ниже перечислены некоторые из них.
Озоновая дыра над Антарктидой существует уже давно [ | ]
Систематические научные наблюдения за озоновым слоем Антарктиды ведутся с 20-х годов XX века, но только во второй половине 70-х было обнаружено образование «устойчивой» Антарктической озоновой дыры, причем быстрые темпы её развития (увеличение размеров и снижение средней концентрации озона в границах дыры) в 80-е и 90-е годы вызвали панические опасения того, что точка невозврата в степени разрушающего антропогенного воздействия на озоновый слой уже пройдена.
Основными разрушителями озона являются фреоны [ | ]
Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25 % потерь озона в стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80 % хлора имеет антропогенное происхождение (подробнее про вклад различных циклов см. ст. озоновый слой). То есть вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. И при имевшейся тенденции к увеличению производства фреонов до вступления в действие Монреальского протокола (10 % в год) от 30 до 50 % общих потерь озона в 2050 году обуславливалось бы воздействием фреонов. До вмешательства человека процессы образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны, выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в сторону уменьшения концентрации озона. Что же касается полярных озоновых дыр, то здесь ситуация совершенно иная. Механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких широт, ключевой стадией является превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды, которая протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. И в результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами, за 40-50 % ответственен хлор и порядка 20-40 % - бром.
Позиция компании DuPont [ | ]
Компания DuPont после обнародования данных об участии фреонов в разрушении стратосферного озона восприняла эту теорию в штыки и потратила миллионы долларов на кампанию в прессе по защите фреонов. Председатель DuPont писал в статье в журнале Chemical Week от 16 июля 1975 года, что теория разрушения озона - это научная фантастика, вздор, не имеющий смысла . Кроме DuPont целый ряд компаний во всём мире производил и производит различные типы фреонов без отчисления лицензионных платежей .
Фреоны слишком тяжелы, чтобы достигать стратосферы [ | ]
Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а не стратифицируются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно, в динамической атмосфере это невозможно. Процессы вертикального массопереноса, конвекции и турбулентности полностью перемешивают атмосферу ниже турбопаузы намного быстрее. Поэтому даже такие тяжёлые газы, как инертные или фреоны , равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе и стратосферы . Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это, см. например справа график распределения фреона CFC-11 по высоте. Также измерения показывают, что требуется порядка пяти лет для того чтобы газы, выделившиеся на поверхности Земли, достигли стратосферы, см. второй график справа. Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые газы из её состава, как аргон и углекислый газ , образовывали бы на поверхности Земли слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы поверхность Земли необитаемой. Но это не так. И криптон с атомарной массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют одну и ту же относительную концентрацию, что около поверхности, что до 100 км высоты. Конечно, всё вышесказанное справедливо только для газов, которые относительно стабильны, как фреоны или инертные газы. Вещества, которые вступают в реакции, а также подвергаются различным физическим воздействиям, скажем, растворяются в воде, имеют зависимость концентрации от высоты.
Основные источники галогенов природные, а не антропогенные [ | ]
Источники хлора в стратосфере
Есть мнение, что природные источники галогенов , например вулканы или океаны , более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлорид-ионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю. Также природные соединения менее устойчивы, чем фреоны, например метилхлорид имеет атмосферное время жизни всего порядка года, по сравнению с десятками и сотнями лет для фреонов. Поэтому их вклад в разрушении стратосферного озона довольно мал. Даже редкое по своей силе извержение вулкана Пинатубо в июне 1991 года вызвало падение уровня озона не за счёт высвобождаемых галогенов, а за счёт образования большой массы сернокислых аэрозолей, поверхность которых катализировала реакции разрушения озона. К счастью, уже через три года практически вся масса вулканических аэрозолей была удалена из атмосферы. Таким образом, извержения вулканов являются сравнительно краткосрочными факторами воздействия на озоновый слой, в отличие от фреонов, которые имеют времена жизни в десятки и сотни лет.
Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов [ | ]
Динамика изменения размера озоновой дыры и концентрации озона в Антарктике по годам
Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере . Ввиду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. Будучи очень летучими молекулярными соединениями, они сравнительно легко достигают верхних слоёв атмосферы.
Сама Антарктическая «озоновая дыра» существует не круглогодично. Она появляется в конце зимы - начале весны (август-сентябрь) и проявляется в заметном снижении средней концентрации озона внутри обширной географической области. Причины, по которой озоновая дыра образуется в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Низкие температуры антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса и слабо перемешивается с воздухом других широт. В это время полярная область не освещается Солнцем, и в отсутствие ультрафиолетового облучения озон не образуется, а, накопленный до этого, разрушается (как в результате взаимодействий с другими веществами и частицами, так и самопроизвольно, поскольку молекулы озона нестабильны). С приходом полярного дня количество озона постепенно увеличивается и снова выходит к нормальному уровню. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой - сезонные.
Но если проследить усреднённую в течение каждого года динамику изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних десятилетий, то имеется выраженная тенденция к падению средней концентрации озона в пределах огромной географической области.
Источники и примечания [ | ]
- Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2006 (англ.) . Проверено 13 декабря 2007. Архивировано 16 февраля 2012 года.
- «Знание-сила» Новости науки: 27.12.99 (рус.) . Проверено 3 июля 2007. Архивировано 16 февраля 2012 года.
Парниковый эффект
Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.
История исследований парникового эффекта
Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.
Причины возникновения
Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет. Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, дороги заполнены автомобилями. Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным. Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям. Неужели ничто не может урегулировать количество парниковых газов в атмосфере? Конечно, может. С этим заданием отлично справляется кислород. Но вот беда – количество населения планеты неумолимо растет, а значит, поглощается все больше кислорода. Единственное наше спасение – растительность, особенно леса. Они поглощают избыточный углекислый газ, выделяют гораздо большее количество кислорода, чем потребляют люди.
Парниковый эффект и климат Земли
Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь - это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго. Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном. Вот пример двух причинно-следственных связей. Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать». При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана. Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.
Влияние на жизнь людей
Не стоит забывать, что повышение средней температуры Земли отразится и на нашей жизни. Последствия могут быть очень серьёзными. Многие территории нашей планеты, и так склонные к засухе, станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы. Это неизбежно приведет к социально-экономическим проблемам, к началу третьей и четвертой мировых войн. Недостаток продовольствия, уничтожение урожаев – вот что ждет нас в ближайшее столетие. Но обязательно ли ждет? Или все-таки можно что-то изменить? Может ли человечество снизить вред от парникового эффекта? Болотистые земли способны предотвращать парниковый эффект, самое большое болото в мире, Васюганское.
Действия, способные спасти Землю
На сегодняшний день известны все вредные факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов, и мы знаем, что нужно делать, чтобы это остановить. Не стоит думать, что один человек ничего не изменит. Конечно, эффекта может добиться только все человечество, но кто знает – может, еще сотня людей в этот момент читает подобную статью? Сохранение лесов Остановка вырубки лесов. Растения – наше спасение! Кроме того, нужно не только сохранять существующие леса, но и активно высаживать новые. Понять эту проблему должен каждый человек. Фотосинтез настолько силен, что способен обеспечить нас огромным количеством кислорода. Его хватит для нормальной жизни людей и устранения вредных газов из атмосферы. Использование электромобилей Отказ от использования автомобилей на топливе. Каждый автомобиль выделяет огромное количество парниковых газов в год, так почему бы не сделать выбор в пользу здоровья окружающей среды? Ученые уже предлагают нам электромобили – экологически чистые машины, которые не используют топливо. Минус «топливный» автомобиль – еще один шаг к устранению парниковых газов. Во всем мире пытаются ускорить этот переход, но пока современные разработки таких машин далеки от совершенства. Даже в Японии, где наибольшее использование таких автомобилей, не готовы полностью переходить на их использование. Альтернатива углеводородному топливу Изобретение альтернативной энергии. Человечество не стоит на месте, так почему же мы «застряли» на использовании угля, нефти и газа? Сжигание этих природных компонентов приводит к накоплению парниковых газов в атмосфере, поэтому пора перейти на экологически чистый вид энергии. Мы не можем полностью отказаться от всего того, что выделяет вредные газы. Зато мы можем способствовать увеличению кислорода в атмосфере. Не только настоящий мужчина должен посадить дерево – это обязан сделать каждый человек! Что главное в решении любой проблемы? Не закрывать на нее глаза. Возможно, мы не замечаем вреда от парникового эффекта, но это точно заметят последующие поколения. Мы можем прекратить сжигать уголь и нефть, сохранить природную растительность планеты, отказаться от обычного автомобиля в пользу экологически чистого – и все для чего? Для того чтобы наша Земля существовала и после нас
Озоновые дыры
Озо́новая дыра́ - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли
Всем известно, что нашу планету окутывает довольно плотный озоновый слой, располагающийся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Эта воздушная прослойка является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения.
Именно благодаря озоновому слою когда-то микроорганизмы сумели выбраться из океанов на сушу и способствовали появлению высокоразвитых форм жизни. Однако с начала XX столетия озоновая прослойка начала разрушаться, в результате чего в некоторых местах стратосферы стали появляться озоновые дыры.
Что такое озоновые дыры?
Вопреки распространенному мнению обывателей, что озоновая дыра является брешью в небесном пространстве, на самом деле она представляет собой участок значительного снижения уровня озона в стратосфере. В таких местах ультрафиолетовым лучам легче проникать к поверхности планеты и оказывать свое разрушительное воздействие на все живущее на ней.
В отличие от мест с нормальной концентрацией озона в дырах содержание «голубого» вещества составляет всего около 30 %.
Где находятся озоновые дыры?
Первая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 году. Ее диаметр составлял около 1000 км, причем она появлялась каждый год в августе, а к началу зимы исчезала. Тогда исследователи определили, что концентрация озона над материком снижена на 50 %, а наибольшее его уменьшение было зафиксировано на высотах от 14 до 19 км.
Впоследствии еще одна крупная дыра (меньших размеров) была обнаружена над Арктикой, сейчас же ученым известны сотни подобных явлений, хотя самой огромной по-прежнему остается та, что возникает над Антарктидой.
Введение
Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в1985 году вЮжном полушарииАнтарктидой группой британских учёных. Каждый август она появлялась, к декабрю или январю прекращая своё существование. НадСеверным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра меньших размеров.
Озоновая дыра́ - локальное падение концентрацииозонаозоновом слоеЗемли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащихфреонов привело к значительному утончению озонового слоя, см. например доклад Всемирной метеорологической организации:
Эти и другие недавно полученные научные данные укрепили вывод предыдущих оценок в том, что перевес в пользу научных доказательств свидетельствует о том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями
Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации.
Механизм образования
К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее в виду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушению молекул озона, являютсяпростые веществаводород, атомыкислородахлораброма), неорганические (хлороводородмоноксид азота) иорганические соединенияметан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора иброма). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомовфтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют сводой образуя стабильныйфтороводород. Таким образом,фтор не участвует в реакциях распада озона.Йод также не разрушает стратосферныйозон, так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона приведены в статье проозоновый слой.
Последствия
Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.
Восстановление озонового слоя
Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны , процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года
Заблуждения об озоновой дыре
Существует несколько широко распространённых мифов касательно образования озоновых дыр. Несмотря на свою ненаучность, они часто появляются в СМИ - иногда по неосведомлённости, иногда поддерживаемые сторонниками теорий заговоров . Ниже перечислены некоторые из них.
Основными разрушителями озона являются фреоны
Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25 % потерь озона в стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80 % хлора имеет антропогенное происхождение (подробнее про вклад различных циклов см. ст. озоновый слой ). То есть вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. И при имевшейся тенденции к увеличению производства фреонов до вступления в действие Монреальского протокола (10 % в год) от 30 до 50 % общих потерь озона в 2050 году обуславливалось бы воздействием фреонов. До вмешательства человека процессы образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны, выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в сторону уменьшения концентрации озона. Что же касается полярных озоновых дыр, то здесь ситуация совершенно иная. Механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких широт, ключевой стадией является превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды, которая протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. И в результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами, за 40-50 % ответственен хлор и порядка 20-40 % - бром.
DuPont инициировал запрет старых и переход на новые типы фреонов потому что у них истекал срок действия патента
DuPont после обнародования данных об участии фреонов в разрушении стратосферного озона восприняла эту теорию в штыки и потратила миллионы долларов на кампанию в прессе по защите фреонов. Председатель DuPont писал в статье в журнале Chemical Week от 16 июля 1975 года, что теория разрушения озона - это научная фантастика, вздор, не имеющий смысла. Кроме DuPont целый ряд компаний во всём мире производил и производит различные типы фреонов без отчисления лицензионных платежей
Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать стратосферы
Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а нерасслаиваются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно в динамической атмосфере это невозможно. Процессы вертикальногомассопереносаконвекциитурбулентности полностью перемешивают атмосферу нижетурбопаузы намного быстрее. Поэтому даже такие тяжёлые газы, какинертныефреоны, равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе истратосферы. Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это, см. например справа график распределения фреонаCFC-11 по высоте. Также измерения показывают, что требуется порядка пяти лет для того чтобы газы выделившиеся на поверхности Земли достигли стратосферы, см. второй график справа. Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые газы из её состава, какаргонуглекислый газ, образовывали бы на поверхности Земли слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы поверхность Земли необитаемой. К счастью, это не так. Икриптон с атомарной массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют одну и ту же относительную концентрацию, что около поверхности, что до 100 км высоты. Конечно, всё вышесказанное справедливо только для газов, которые относительно стабильны, как фреоны или инертные газы. Вещества, которые вступают в реакции, а также подвергаются различным физическим воздействиям, скажем, растворяются в воде, имеют зависимость концентрации от высоты.
Основными источниками галогенов являются природные, а не антропогенные
Есть мнение, что природные источникигалогенов, напримервулканыокеаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлорид-ионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю. Также природные соединения менее устойчивы, чем фреоны, например метилхлорид имеет атмосферное время жизни всего порядка года, по сравнению с десятками и сотнями лет для фреонов. Поэтому их вклад в разрушении стратосферного озона довольно мал. Даже редкое по своей силе извержение вулканаПинатубо в июне1991 годавызвало падение уровня озона не за счёт высвобождаемых галогенов, а за счёт образования большой массы сернокислых аэрозолей, поверхность которых катализировала реакции разрушения озона. К счастью, уже через три года практически вся масса вулканических аэрозолей была удалена из атмосферы. Таким образом, извержения вулканов являются сравнительно краткосрочными факторами воздействия на озоновый слой, в отличие от фреонов, которые имеют времена жизни в десятки и сотни лет.
Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов
Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны втропосферестратосфере. В виду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. Поэтому они легко достигают верхних слоёв атмосферы. Антарктическая «озоновая дыра» существует не постоянно. Она появляется в конце зимы - начале весны. Причины, по которой озоновая дыра образуются в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Низкие температуры антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса. В это время полярная область не освещается Солнцем, и там озон не возникает. С приходом лета количество озона увеличивается и снова выходит на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой - сезонные. Однако, если проследить усреднённую в течение года динамику изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних десятилетий, то имеется строго определённая тенденция к падению концентрации озона.
Озон разрушается только над Антарктикой
Динамика изменения озонового слоя над Аросой, Швейцария
Это неверно, уровень озона также падает во всей атмосфере. Это показывают результаты долговременных измерений концентрации озона в разных точках планеты. Вы можете посмотреть на график изменения концентрации озона над Аросой в Швейцарии справа.
Атмосфера Земли содержит несколько слоев, располагающихся на разных высотах. Одним из самых важных является озоновый слой, находящийся в стратосфере. Для того чтобы выяснить, что такое озоновая дыра, нужно понимать функцию этого слоя и важность его существования для жизни на планете.
Описание
Высота расположения озонового слоя разнится в зависимости от температурного режима той или иной местности, например, в тропиках он находится в диапазоне между 25 и 30 км, а на полюсах - от 15 до 20 км. Газ озон возникает при воздействии солнечного излучения на молекулы кислорода. Процесс диссоциации озона приводит к поглощению большей части опасного ультрафиолета, излучаемого Солнцем.
Толщину слоя принято измерять в единицах Добсона, каждая из которых равна прослойке озона в 10 микрометров, при условии нормального давления и температуры. Минимальной толщиной, ниже которой слой перестает существовать, считается 220 ед. Добсона. Наличие озонового слоя было установлено французскими физиками Шарлем Фабри и Анри Буиссоном в начале ХХ века при помощи спектроскопического анализа.
Озоновые дыры
Есть множество версий насчет того, что именно провоцирует истончение озонового слоя планеты. Некоторые ученые обвиняют в этом антропогенные факторы, другие же считают это естественным процессом. Озоновые дыры - это уменьшение или полное исчезновение данного газа из стратосферы. Впервые это явление было зафиксировано в 1985-м году, оно располагалось на площади около 1 тыс. кв км в антарктическом регионе.
Появление этой дыры было цикличным, она возникала в августе и исчезала в декабре. В то же время в арктическом регионе появилась еще одна дыра, немного меньшего размера. С развитием технологий стало возможно фиксировать образование разрывов озонового слоя в режиме реального времени, и теперь ученые могу с уверенностью утверждать, что их на планете несколько сотен. Самые крупные расположены на полюсах.
Причины и последствия озоновых дыр
Существует теория, согласно которой озоновые дыры возникают по естественным причинам. Согласно ей, поскольку превращение кислорода в озон происходит в результате воздействия солнечным излучением, то при его отсутствии во время полярной зимы этот газ не вырабатывается. Во время продолжительной ночи уже образовавшийся озон вследствие своей большой массы опускается в нижние слои атмосферы, где разрушается от давления. Эта версия прекрасно объясняет появление дыр над полюсами, но никак не проясняет образование их масштабных аналогов над территориями Казахстана и России, где полярные ночи не наблюдаются.
В последнее время научное сообщество сошлось во мнении, что существуют как естественные, так и спровоцированные человеческой деятельностью причины разрывов озонового слоя. К антропогенному фактору относится повышение концентрации определенных химических веществ в атмосфере Земли. Озон разрушают реакции с хлором, водородом, бромом, хлороводородом, монооксидом азота, метаном, а также фреоном и его производными. Причины и последствия озоновых дыр пока еще не установлены окончательно, но практически каждый год приносит новые открытия в этой сфере.
Чем опасны озоновые дыры?
Озон поглощает чрезвычайно опасное солнечное излучение, не позволяя ему достигать поверхности планеты. Когда слой этого газа истончается, все находящееся на Земле подвергается обычному радиоактивному облучению. Это провоцирует рост раковых заболеваний, преимущественно локализированных на коже. Для растений исчезновение озона также губительно, в них происходят разнообразные генетические мутации и общее снижение жизненного тонуса. В последнее время человечество все лучше понимает, чем опасны озоновые дыры для жизни на Земле.
Заключение
Осознав опасность уничтожения озона международное сообщество приняло ряд мер, направленных на уменьшение негативного воздействия на атмосферу. В 1987 году в Монреале был подписан протокол, который обязывает свести к минимуму использование фреона в промышленности, так как именно этот газ провоцирует возникновение дыр вне полярных областей. Тем не менее, на разложение уже выпущенного в атмосферу фреона уйдет около сотни лет, так что в ближайшее время количество озоновых дыр в атмосфере Земли вряд ли уменьшится.