Загадки озоновых дыр реферат
Обновлено: 24.12.2024
“Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания”.
С тех пор как сформировалось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, оно стало многообразнее и грозит стать глобальной опасностью для человечества. Над миром нависла реальная угроза глобального экологического кризиса, понимаемая всем населением планеты. Реальная надежда на его предотвращение состоит в непрерывном экологическом образовании и просвещении людей.
Можно выделить главные причины, ведущие к экологической катастрофе:
· отравление среды обитания;
· обеднение атмосферы кислородом;
· формирование озоновых «дыр».
Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в среде, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому озон в больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м 3 .
Озона, которым так замечательно пахнет во время грозы, в атмосфере совсем немного - 3-4 ppm (промилле) - (3-4)*10 -4 %. Однако для флоры и фауны планеты его присутствие необычайно важно. Ведь зародившаяся в океанских пучинах жизнь и смогла-то "выползти" на сушу только после того, как 600–800 млн. лет назад сформировался озоновый щит. Поглощая биологически активное солнечное ультрафиолетовое излучение, он обеспечил его безопасный уровень на поверхности планеты. Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям – вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой "дыры" над Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.
Озон образуется в верхней стратосфере (40-50 км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. Атмосферный озон сосредоточен в двух областях – стратосфере (до 90 %) и тропосфере. Что касается распределенного на высоте от 0 до 10 км слоя тропосферного озона, то его-то как раз благодаря неконтролируемым промышленным выбросам становится все больше. В нижней стратосфере (10-25 км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс.
Толщина озонового слоя над Европой сокращается стремительными темпами, что не может не волновать умы ученых. За прошлый год толщина озонового «покрытия» сократилась на 30%, а скорость ухудшения естественной защитной оболочки достигла самой высокой отметки за последние 50 лет. Установлено, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых иных частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами. Какую опасность это представляет для человека?
Тонкий озоновый слой (2-3 мм при распределении вокруг Земного шара) не в силах препятствовать проникновению коротковолновых ультрафиолетовых лучей, которые вызывают рак кожи и опасны для растений. Поэтому сегодня из-за высокой активности солнца загорать стало менее полезно. Вообще-то центры экологии должны давать рекомендации населению, как действовать в зависимости от активности солнца, но в нашей стране такого центра нет.
С уменьшением озонового слоя связаны климатические изменения. Понятно, что изменения будут происходить не только на той территории, над которой «растянулась» озоновая дыра. Цепная реакция повлечет за собой изменения во многих глубинных процессах нашей планеты. Это не значит, что везде начнется стремительное глобальное потепление, как нас пугают в фильмах ужасов. Все-таки это слишком сложный и длительный процесс. Но могут возникнуть другие катаклизмы, к примеру, увеличится число тайфунов, смерчей, ураганов.
Установлено, что «дыры» в озоновом слое возникают над Арктикой и Антарктидой. Это объясняется тем, что на полюсах образуются кислотные облака разрушающие озоновый слой. Получается, что озоновые дыры возникают не от активности солнца, как принято считать, а от повседневно деятельности всех жителей планеты, в том числе и нас с вами. Потом «кислотные бреши» смещаются, причем чаще всего в Сибирь.
С использованием новой математической модели удалось связать воедино данные наземных, спутниковых и авиационных наблюдений с уровнями вероятных будущих выбросов в атмосферу озонразрушающих соединений, временем их переноса в Антарктику и погодой в южных широтах. При помощи модели был получен прогноз, согласно которому озоновый слой над Антарктикой восстановится в 2068 году, а не в 2050 году, как считалось.
Известно, что в настоящее время уровень озона в стратосфере над территориями, удаленными от полюсов, ниже нормы примерно на 6%. В тоже время, в весенний период содержание озона над Антарктикой может снижаться на 70% относительно среднегодовой величины. Новая модель позволяет более точно прогнозировать уровни содержания озонразрушающих газов над Антарктикой и их временную динамику, определяющую величину озоновой «дыры».
Использование веществ, разрушающих озон, ограничено Монреальским протоколом. Считалось, что это приведет к быстрому «затягиванию» озоновой дыры. Однако новые исследования показали, что в действительности темпы ее уменьшения станут заметными только с 2018 года.
Первые наблюдения за озоном относятся к 1840 г., но бурное развитие проблема озона получила в 20-е годы прошлого столетия, когда в Англии и Швейцарии появились специальные наземные станции.
Дополнительный путь для изучения связей переноса озона и стратификации атмосферы открыли самолетные зондирования озона атмосферы и выпуски озонных зондов. Новая эпоха отмечена появлением искусственных спутников Земли, наблюдающих атмосферный озон и дающих обширный объем информации.
В 1986 году был подписан Монреальский протокол по ограничению производства и потребления озоноразрушающих веществ, разрушающих озоновый слой. На сегодняшний день к Монреальскому протоколу присоединились 189 стран. Установлены сроки прекращения производства и других озоноразрушающих веществ. По модельным прогнозам при соблюдении Протокола уровень хлора в атмосфере снизится к 2050 г. до уровня 1980 г., что может привести к исчезновению антарктической «озоновой дыры».
Летом и весной концентрация озона повышается. Над полярными областями она всегда выше, чем над экваториальными. Кроме того, она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности. Все это было уже хорошо известно, когда в 1980-х гг. наблюдения показали, что над Антарктикой год от года происходит медленное, но устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило название «озоновая дыра» (хотя никакой дырки в собственном значении этого слова, конечно, не было).
Позднее, в 90-е гг прошлого века такое же уменьшение стало происходить и над Арктикой. Феномен Антарктической “озоновой дыры” пока не понятен: то ли “дыра” возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.
Среди версий образования озоновых дыр можно назвать:
· влияние частиц, выбрасываемых при атомных взрывах;
· полеты ракет и высотных самолетов;
· реакции с озоном некоторых веществ, производимых химическими заводами. Это в первую очередь хлорированные углеводороды и особенно фреоны – хлорфторуглероды, или углеводороды, в которых все или большая часть атомов водорода, заменены атомами фтора и хлора.
Хлорфторуглероды широко применяются в современных бытовых и промышленных холодильниках (поэтому их называют «хладонами»), в аэрозольных баллончиках, как средства химической чистки, для тушения пожаров на транспорте, как пенообразователи, для синтеза полимеров. Мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн. т/год.
Будучи легколетучими и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, хлорфторуглероды после использования попадают в атмосферу и могут находиться в ней до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя атомарный хлор, который и служит главным «нарушителем порядка» в озоновом слое.
Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в атмосферу больших масс различных химических соединений. Большинство антропогенных источников сконцентрировано в городах, занимающих лишь небольшую часть территории нашей планеты. В результате движения воздушных масс с подветренной стороны больших городов образуется многокилометровый шлейф загрязнений.
Источником загрязненности воздушного бассейна являются:
1) Автомобильный транспорт. Можно предполагать, что вклад транспорта в загрязнение воздуха будет увеличиваться с ростом численности автомобилей.
2) Промышленное производство. Базовыми продуктами основного органического синтеза являются этилен (на его основе вырабатывают почти половину всех органических веществ), пропилен, бутадиен, бензол, толуол, ксилолы и метанол. В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности присутствует широкий ассортимент загрязнителей: компоненты исходного сырья, промежуточные, побочные и целевые продукты синтеза.
3) Аэрозоли. В качестве летучих компонентов (пропелентов) в аэрозольных упаковках широко применяются фторхлоруглеводороды (фреоны). Для этих целей использовалось около 85% фреонов и только 15% - в холодильных установках и установках искусственного климата. Специфика использования фреонов такова, что 95% их количества попадает в атмосферу через 1-2 года после производства. Считают, что почти всё произведённое количество фреонов рано или поздно должно поступить в стратосферу и включиться в каталитический цикл разрушения озона.
Земная кора содержит различные газы в свободном состоянии, сорбированные разными породами и растворённые в воде. Часть этих газов по глубинным разломам и трещинам достигают поверхности Земли и диффундирует в атмосферу. О существовании углеводородного дыхания земной коры говорит повышенное по сравнению с глобальным фоновым содержанием метана в приземном слое воздуха над нефтегазоносными бассейнами.
Проведенные исследования показали, что в газах вулканов Никарагуа содержится заметные количества HF. Анализ проб воздуха, отобранных из кратера вулкана Масайя, также показали наличие в них фреонов наряду с другими органическими соединениями. Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Эти данные потребовали доказательств того, что обнаруженные фторуглеводороды не имеют антропогенного происхождения. И такие доказательства были получены. Фреоны были обнаружены в пузырьках воздуха антарктического льда возрастом 2000 лет. Специалистами НАСА было предпринято уникальное исследование воздуха из герметично запаянного свинцового гроба, обнаруженного в штате Мериленд и достоверно датированного 17 веком. В нем также были обнаружены фреоны. Ещё одно подтверждение существования природного источника фреонов было “поднято ” c морского дна. CFCl3 обнаружен в воде, извлеченной в 1982 году с глубины более 4000 метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине 4500 метров у берегов Антарктиды.
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.
1) 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. То есть вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. 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. Механизм разрушения озона в полярных областях 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).
2) 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 не расслаиваются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно в динамической атмосфере это невозможно. 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. 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. К счастью это не так.
3) Основными источниками галогенов являются 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.
4) 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. 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.
5) 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 (Швейцария).
Чтобы начать глобальное восстановление, нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся. Люди должны это понимать и помочь природе включить процесс восстановления озонового слоя, в частности нужны новые посадки лесов.
Для восстановления озонового слоя его нужно подпитывать. Сначала с этой целью предполагалось создать несколько наземных озоновых фабрик и на грузовых самолетах «забрасывать» озон в верхние слои атмосферы. Однако этот проект (вероятно, он был первым проектом «лечения» планеты) не осуществлен. Иной путь предлагает российский консорциум «Интерозон»: производить озон непосредственно в атмосфере. Уже в ближайшее время совместно с немецкой фирмой «Даза» планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами, с помощью которых получать озон из двухатомного кислорода. Если этот эксперимент окажется удачным, в дальнейшем предполагается использовать опыт российской орбитальной станции «Мир» и создать на высоте 400 км несколько космических платформ с источниками энергии и лазерами. Лучи лазеров будут направлены в центральную часть озонового слоя и станут постоянно подпитывать его. Источником энергии могут быть солнечные батареи. Космонавты на этих платформах потребуются лишь для периодических осмотров и ремонта.
Осуществится ли грандиозный мирный проект, покажет время.
Принимая во внимание чрезвычайность ситуации, представляется необходимым:
- расширить комплекс теоретических и экспериментальных исследований по проблеме сохранения озонового слоя;
- создать Международный фонд сохранения озонового слоя активными способами;
- организовать Международный комитет для выработки стратегии выживания человечества в экстремальных условиях.
3. И.К.Ларин. Озоновый слой и климат Земли. Ошибки ума и их исправление..
4. National Academy of SciencesГалогенуглеводороды: воздействие на стратосферный озон = Halocarbons: Effects on Stratospheric Ozone. — 1976.
5. Бабакин Б. С. Хладагенты: история появления, классификация, применение.
6. Журнал "Экология и жизнь". Статья Е.А. Жадина, кандидат физико-математических наук.
Следующая загадка
Земля – это единственная планета в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Существование живых организмов возможно потому, что планету защищает от смертоносного солнечного излучения озоновый слой, расположенный в стратосфере (10 – 50 км от планетарной поверхности). Озон – газ голубоватого цвета, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Его название в переводе с греческого языка означает «пахнущий». Действительно, после грозы, глубоко вдохнув воздух, можно почувствовать, как пахнет газ.
Без озонового слоя планета буквально сгорит под ультрафиолетовым воздействием Солнца. Однако человечество так и не научилось быть благодарным за возможность жить на Земле. Озоновые дыры существовали на планете всегда. Они то появляются, то исчезают по естественным причинам. Однако в результате антропогенной деятельности отмечается опасное расширение незащищенных озоном участков атмосферы, из-за чего Земля становится все более подверженной воздействию ультрафиолета.
Что такое озоновые дыры?
Не стоит думать, что озоновая дыра – пространство в атмосфере, полностью лишенное защитного газа. В действительности озон на этом участке присутствует, но в меньшей концентрации. Сквозь такой участок атмосферы ультрафиолетовому излучению легче пробиться к земной поверхности. В пределах озоновой дыры концентрация голубого газа может составлять всего 30% от нормы.
Озоновая дыра над Антарктидой
Первую и самую большую озоновую дыру, в диаметре достигающую 1000 км, выявили в 1985 году над Антарктидой. Концентрация газа в этом пространстве была ниже нормы на 50%, причем наибольшее истощение озонового слоя отмечалось на расстоянии 15 – 20 км от планетарной поверхности.
Для дыры над южной приполярной областью характерна сезонность появления и исчезновения. Существенное снижение концентрации газа отмечается в конце зимы и ранней весной (в южном полушарии это август и сентябрь). Обусловлено такое явление особенностями приполярного климата.
В период антарктической зимы вследствие понижения температуры воздуха формируется вихрь. Воздушная масса в составе вихря циркулирует вокруг южного полюса. Смешивание с воздушными массами других широт слабое, либо вообще отсутствует. В период полярной зимы планетарная поверхность лишена солнечного света, формирование озона остановлено. А накопившийся летом газ постепенно разрушается, так как молекулы вещества не отличаются стабильностью. Когда заканчивается полярная ночь, возвращается антарктическое лето, концентрация озона начинает медленно расти и к концу лета достигает максимального значения.
Аналогичная сезонная дыра, но не такая крупная, находится над Северным Ледовитым океаном. Образования меньшего размера выявляются исследователями по всему земному шару.
Причины разрушения озонового слоя
Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов:
естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха);
антропогенные (обусловленные влиянием человека).
Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.
Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.
Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет вулканическая активность. При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.
Однако в последние десятилетия нарушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.
Основные источники загрязнения атмосферного пространства:
заводы и фабрики, не снабженные или недостаточно снабженные очистными установками;
вносимые в обрабатываемые земли минеральные удобрения;
При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.
Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.
Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.
Последствия озоновых дыр
Уменьшение озонового слоя приводит к усилению воздействия солнечного излучения на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана несет смертельную опасность для живых организмов.
Главным последствием разрушения озонового слоя Земли станет вымирание всех представителей животного и растительного мира. Уже сегодня ученые отмечают массовую гибель морских планктонных видов и глубоководных обитателей вследствие усилившегося негативного воздействия ультрафиолета.
Что касается влияния на человека, то повышение солнечной радиации отрицательно сказывается на состоянии кожного покрова, становится причиной возрастания случаев меланомы – рака кожи. Если количество поступающего на Землю ультрафиолета будет расти, то возрастет заболеваемость и другими онкологическими патологиями. Так, если уровень голубого газа в стратосфере понизится еще на 1%, то количество раковых больных будет повышаться на 7 тысяч в год.
Способы решения проблемы
Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.
Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:
усовершенствование очистительных конструкций на заводских трубах;
сокращение применения минеральных удобрений;
создание транспортных средств, работающих не на горючем топливе, а на электричестве и иных источниках энергии.
Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.
В 1985 году принята Венская конвекция о защите озонового слоя. В 1987 году создан Монреальский протокол, в котором перечислены самые вредные летучие вещества, появляющиеся в воздушном пространстве в результате человеческой деятельности. Страны-участницы обязались сократить выбросы этих веществ, а к началу 21 века исключить.
Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.
Земля – единственная известная человечеству планета, пригодная для существования живых существ. Жизнь на ней возможна во многом благодаря озоновому слою, который обеспечивает всему живому защиту от солнечных ультрафиолетовых лучей. Однако, непоправимый урон этому благополучию способны нанести озоновые дыры. Давайте разберемся подробнее, что же это такое.
Озоновый слой является частью стратосферы и находится на высоте от 20 до 30 километров. Озон – это форма кислорода, которая образуется благодаря воздействию солнечного света. Во время столкновения молекул кислорода О2, которые состоят из двух атомов кислорода, с фотонами ультрафиолетового света, от молекулы кислорода отщепляется один атом, который присоединяется к другой молекуле О2. В результате этого образуется молекула озона О3.
Благодаря существованию озонового слоя в давние времена микроорганизмы, которые населяли тогда воды Мирового океана, смогли выбраться на сушу и образовать высокоразвитые формы жизни. Однако с начала XX столетия ученые стали замечать, что озоновый слой начал разрушаться, в результате чего стали появляться озоновые дыры.
Озон представляет из себя голубой газ с особым запахом. Каждый из нас не раз чувствовал его, особенно после дождя, ведь не зря в переводе с греческого озон означает «пахнущий».
Что такое озоновые дыры?
Озоновая дыра представляет из себя зону в стратосфере, в которой уровень озона значительно снижен. В озоновых дырах наблюдается снижение этого вещества на уровне около 30%. В такой зоне лучам ультрафиолета значительно проще проникать к поверхности планеты и оказывать негативное влияние на все живое.
Где расположены озоновые дыры?
Первую озоновую дыру обнаружили в 1985 году над станцией Халли-Бей в Антарктиде. Дыра была огромной — ее диаметр был около 1000 километров. Высота слоя озоновой дыры достигла 24 километров. Ученые отметили тот факт, что она появлялась ежегодно в августе, после чего к началу зимы она исчезала. Тогда ученые установили, что над Антарктидой содержание озона в атмосфере ниже от нормы на 50%. Исследования этой озоновой дыры, проведенные в 2008 году показали, что ее размер увеличился и составлял более 26 миллионов квадратных километров. Эти исследования показали, что атмосфера Земли и все живые существа в большей опасности, чем ученые предполагали изначально.
Затем еще одну крупную озоновую дыру обнаружили над Арктикой. В настоящее время ученые знают о существовании сотни озоновых дыр, однако та, что возникает над Антарктидой, по-прежнему является самой большой.
Установлено, что начиная с 1971 года, уровень озона в атмосфере снизился на 7%.
Процесс образования озоновых дыр
Ученые отмечают, что начиная с 70-х годов в атмосфере Земли наблюдается снижение уровня озона. Происходит это в результате попадания в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ, которые образуются в результате вырубки лесов, запуска ракет, из-за выброса промышленных предприятий. Как правило, это вещества бром и хлор. Вещества, которые попадают в атмосферу из-за хозяйственной деятельности человека, достигают стратосферы и под действием солнца распадаются. Выделившийся хлор сжигает молекулы озона. Научно доказано, что одна молекула хлора может находиться в атмосфере от 75 до 111 лет и может сжечь 100 тысяч молекул озона.
К примеру, на полюсах нашей планеты наблюдаются полярные ночи, во время которых озон не образуется. Температура здесь резко снижается, в результате чего происходи образование стратосферных облаков, в которых содержатся ледяные кристаллики. Таким образом, в воздухе происходит накапливание молекулярного хлора. С приходом весны и возобновлением солнечного излучения, связи молекулярного хлора разрываются. В результате возникают озоновые дыры. Когда солнечное излучение набирает полную силу, к полюсам Земли начинают поступать массы воздуха, в которых содержится озон. Благодаря такому притоку озона, озоновая дыра затягивается.
Причины возникновения озоновых дыр
Озоновые дыры возникают по многим причинам. Однако, главная причина – это загрязнение человеком окружающей среды. Молекулы озона разрушаются под воздействием хлора, водорода, кислорода, брома, а также других продуктов горения, которые попадают в атмосферу в результате выброса вредных веществ промышленными предприятиями.
Огромный вред озоновому слою наносят и ядерные испытания, в результате которых происходит выделение огромного количества энергии. Из-за этого происходит образование оксидов азота, которые начинают реагировать с озоном и разрушают его молекулы. Доказано, что в период с 1952 по 1971 годы в результате ядерных испытаний в атмосферу Земли попало около 3 миллионов тонн оксидов азота.
Образованию озоновых дыр способствуют и полеты реактивных самолетов. В их двигателях образуются оксиды азота, и чем мощнее двигатель у самолета, тем больше азотных оксидов попадает в атмосферу. Исходя из полученных научных данных, ежегодно в воздух выбрасывается около 1 миллиона тонн азота.
Еще одной причиной появления озоновых дыр являются минеральные удобрения. Когда они попадают в почву, начинается реакция с бактериями почвы. В результате этого в атмосферу попадает закись азота, из которой образуются оксиды.
Последствия от возникновения озоновых дыр
Многие врачи сходятся во мнение, что разрушение озонового слоя и возникновение озоновых дыр приводит к значительному ухудшению здоровья человека. К примеру, уменьшение озона способствует увеличению числа заболевших онкозаболеваниями и развитию катаракты, которая ведет к потере зрения. Также у людей снижается иммунитет, а это, в свою очередь, способствует развитию многих других заболеваний.
От разрушения озонового слоя также страдают представители животного и растительного мира. В первую очередь, это обитатели верхних слоев океана, такие, как крабы, креветки, планктон, водоросли т.д.
На сегодняшний день уже заключено международное соглашение ООН о сокращении использования озоноразрушающих веществ. Однако, процесс восстановления озонового слоя очень длительный. Даже в том случае, если человечество перестанет использовать озоноразрушающие вещества, понадобится около 100 лет для того, чтобы исчезли все дыры.
Восстановление озоновых дыр
Для сохранения и восстановления озонового слоя, было принято международное решение о регуляции количества выброса озоноразрушающих веществ, которые содержат хлор и бром. Однако, это не поможет решить данную проблему.
Для восстановления озонового слоя ученые предложили использовать летательные аппараты. С их помощью, на высоте 12-30 километров при помощи специального распылителя необходимо выпускать искусственно созданные кислород или озон. Это поможет понемногу восстановить озоновый слой. Однако, такой метод требует существенных финансовых затрат. Кроме того, за одни раз получается выпустить в атмосферу лишь небольшое количество озона, а процесс транспортировки озона считается сложным и опасным.
Сегодня ученые пристально изучают озоновые дыры. Они заметили, что в некоторых странах, особенно в промышленных районах, озоновые дыры то появляются, то исчезают. Однако, нельзя не отметить и положительную динамику: наблюдается сокращение некоторых больших озоновых дыр.
Научное сообщество утверждает, что уровень озона в стратосфере увеличивается. Отчасти, это происходит благодаря тому, что в 1987 году был подписан Монреальский протокол, согласно которому все подписавшие его страны стараются сократить количество транспорта и объемы выброса вредных веществ в атмосферу. Существенную роль в повышении уровня озона в атмосфере играет тот факт, что человечество постепенно начинает использовать альтернативные источники энергии.
Влияние озоновых дыр на климат планеты
Озоновые дыры могут привести к катастрофическим изменениям в климате Земли. Озоновый слой способствует удержанию тепла на поверхности планеты. Чем тоньше слой озона, тем меньше тепла он удерживает. Соответственно происходит изменение направления господствующих ветров и погоды. В результате этого могут случаться засухи, которые влекут за собой неурожаи, нехватку продовольствия и голод.
Следующая загадка
Защитный слой является неотъемлемой частью стратосферы, его высота находится в пределах от 20 до 30 км. Озон представлен кислородной формой, появляющейся под действием солнечного света. Когда сталкиваются молекулы О2, содержащие два атома кислорода, и фотоны УФ-излучения, от кислородной формулы отсоединяется один из атомов и сливается со второй молекулой О2. В результате создается соединение, определяемое как О3.
Существующий озоновый слой много веков назад способствовал тому, что микроорганизмы, приспособившиеся существовать в Мировом океане, переселились на сушу. Впоследствии из них развились высокие жизненные формы. Но уже в ХХ веке учеными определилось начало разрушения озонового слоя, которое привело к появлению опасных дыр в стратосфере. Описываемое вещество представлено газом голубого цвета, имеющим особенный запах. Каждый человек ощущал его после только что прошедшего дождя. Неудивительно, что такой газ звучит в переводе с греческого как «пахнущий».
Последствия природного явления
Возникновение прорех в защитном слое негативно сказывается на здоровье людей, о чем говорят многие представители современной медицины. Так, при существенном снижении озона в воздухе в регионах массово повышаются онкологические болезни, развивается катаракта, ведущая к полной слепоте, существенно снижается работа иммунной системы, что влечет осложнения многих патологий.
Нарушенный защитный слой негативно сказывается на флоре и фауне. Больше всего страдают обитатели верхних океанических пластов:
- водоросли;
- планктон;
- креветки;
- крабы и пр.
В настоящее время существует и функционирует международный договор, которым предусмотрено снижение применения веществ, разрушающих озоновый шар (прежде всего это хлор и бром). Но все же он способен восстанавливаться, хоть и очень долго.
В случае прекращения применения опасных компонентов человечеством уже имеющиеся дыры могут полностью исчезнуть через 100 и более лет.
Возможности по восстановлению
Технический прогресс не стоит на месте. С целью сохранения и расширения защитного слоя в атмосфере разработчики выступили с предложением по использованию специальных летательных аппаратов. Они поднимаются на высоту от 12 до 30 км и распыляют искусственный озон и кислород. Так предпринимаются попытки по сохранению природной защиты над землей. Однако для проведения подобных мер требуются большие финансовые расходы. При этом за один полет выпускается ничтожно малое количество озона, транспортировка которого крайне сложна и опасна.
Описываемое явление тщательно изучается учеными, представляя серьезную угрозу и вызывая неподдельный страх. Отмечена тенденция, что в некоторых промышленных регионах периодически появляются истончения озоновых пластов. Некоторые из них подвергаются положительной динамике по уменьшению в диаметре.
Из официальных документов следует отметить и Монреальский протокол, в соответствии с которым подписавшие его страны должны сокращать использование транспортных средств, совершенствовать производство с целью минимизации вредных выбросов. Большую роль в восстановлении поврежденной атмосферы играет разработка и последующее применение альтернативных энергетических источников.
Если не беречь планету, могут произойти необратимые изменения глобальных масштабов. Благодаря достаточному количеству голубого газа на поверхности Земли задерживается необходимое тепло. При существенных нарушениях изменится погода, и результатом станут продолжительные засухи с нехваткой природных продуктов питания и последующим голодом.
Понятие и расположение пустот в стратосфере
Дырами принято называть особые образования, в которых наблюдается сниженный уровень озона. На таких участках под действием разных факторов происходит снижение вещества до 30%. В местах дыр ультрафиолетовые лучи в большом количестве проникают на земную поверхность, оказывая негативное влияние на все живые организмы.
Впервые озоновая «прореха» была определена учеными в 1985 году в Антарктиде, над станцией Халли-Бей. В диаметре она достигала порядка 1000 км, а ее высота составляла 24 км. Ученым удалось доказать тот факт, что дыра в стратосфере появлялась каждый год в конце лета, но уже с наступлением зимы она пропадала. В тот период исследователям удалось доказать, что атмосферный озон над Антарктидой сократился на 50% от установленной нормы.
Уже в 2008 году в ходе кратких исследований обозначенной пустоты удалось определить, что она увеличилась до 26 км². Вывод оказался неутешительным: ученые определили, что земная атмосфера вместе со всеми ее живыми организмами пребывает в опасности, гораздо большей, чем предполагалось изначально.
Позже озоновая «прореха» появилась над Арктикой. Сегодня их насчитывается несколько сотен, но самой огромной по-прежнему остается та, что образовалась над Антарктидой. Достоверно установлено, что в период с 1971 года и по настоящее время количество голубого защитного газа снизилось до 7%.
Процесс появления
Из причин возникновения озоновых дыр ученые называют поступление в верхние стратосферные слои веществ типа хлора и брома, характеризующихся разрушающим действием. К этому ведут:
- колоссальные выбросы на промышленных заводах;
- массовая вырубка лесных массивов.
Из-за необдуманной и повсеместной деятельности человека опасные компоненты достигают озонового слоя, где при контакте с солнечным светом подлежат разложению. Получающийся хлор быстро сжигает молекулы голубого защитного газа. На практике доказано, что всего одна молекула опасного хлора существует в атмосфере до 111 лет, повреждая за этот период сотни тысяч аналогичных структур озона.
Известно, что на полюсах Земли в определенные временные периоды наступают полярные ночи, в ходе которых озон не появляется. Резко снижаются температурные показатели, влекущие появление стратосферных облаков с огромным количеством ледяных кристаллов. В результате воздух насыщается молекулярным хлором.
Когда в весеннее время восстанавливается солнечное излучение, связь между микроскопическими частями опасного вещества разрушается. Так и появляются озоновые опасные зоны.
При повышенной выработке солнечных лучей к полюсам планеты направляются воздушные массы с содержанием голубого газа. Он способствует восстановлению образовавшейся дыры.
Основные причины
Дыры в озоновом пласте появляются на фоне ряда факторов. Однако основной причиной считается загрязнение окружающей среды. Помимо хлора, к разрушающим веществам относится бром, кислород, водород, всевозможные продукты горения (появляются в процессе воспламенения разных объектов). Многие опасные компоненты вырабатываются промышленными объектами, которые недобросовестно выполняют свои обязанности и не очищают выбросы.
Непоправимый ущерб защитному природному слою приносят ядерные испытания, результатом которых является выработка энергии в большом количестве. Подобные действия приводят к появлению оксидов азота. Они вступают во взаимосвязь с озоном, приводя к его полному разрушению на молекулярном уровне. Страшный факт: с 1952 до 1971 год из-за ядерных испытаний в атмосферу было выброшено порядка 3 млн тонн оксидов азота.
Причины и последствия озоновых дыр представлены многочисленными полетами реактивных самолетов. Все те же опасные для природы оксиды азота вырабатываются двигателями обозначенных агрегатов, с увеличением мощности которых повышается масса опасных выбрасываемых веществ. Научные данные показывают, что каждый год в атмосферу поступает более 1 млн тонн азота.
Еще одна немаловажная причина представлена нерациональным использованием минеральных удобрений. Поступая в грунт, такие вещества вступают в реакцию с бактериями и другими микроорганизмами. Вырабатываемая в ходе взаимодействия закись азота также поднимается в стратосферу, ухудшая уровень озона.
Читайте также: