Чем опасно для биосферы разрушение озонового слоя
Истощение озонового слоя: причины и последствия
Озоновый слой (его ещё называют «озоносферой») — часть атмосферы нашей планеты. Он пролегает между стратосферой и тропосферой на высоте 25-30 км в тропических широтах, 20-25 — в умеренных, и 15-25 — на полярном круге. Как ясно из названия, по большей части он состоит из озона — одной из модификаций хорошо знакомого нам кислорода, образующейся при воздействии на него ультрафиолетового излучения от солнца.
Без озонового слоя появление столь многочисленной и разнообразной фауны на нашей планеты было бы невозможным: как и кислород, озон поглощает часть ультрафиолетового излучения и солнечной радиации, защищая человека и животных от вредоносного воздействия. Кроме того, излишнее количество ультрафиолета затрудняло бы фотосинтез в растениях и снижало бы продуктивность сельского хозяйства. Важно понимать, что озон абсорбирует ультрафиолет и радиацию, однако почти не поглощает видимый свет и оставляет растениям достаточное количество солнечной энергии для фотосинтеза.
Кроме того, озоновый слой выполняет такие функции:
Что такое озоновые дыры и откуда они берутся
Озоновой дырой называют падение концентрации озона на конкретном участке атмосферы. Впервые это явление заметили британские учёные Джон Шанклин, Джо Фармен и Брайан Гардинер. В своей статье известному научному журналу Nature они описали свои наблюдения, суть которых заключалась в том, что каждый год (как правило, в августе) над Арктикой появляются многочисленные озоновые дыры общей площадью более двух миллионов квадратных километров. Продолжительность их существования в среднем — семь дней.
После продолжительных исследований учёные смогли установить причину этого явления. Во время наступления продолжительной «полярной ночи», солнце прячется за горизонт, из-за чего резко падает температура и сокращается поступление ультрафиолета в атмосферу. Как результат — в стратосфере появляются облака, состоящие из кристаллов льда. В таких кристаллах накапливается хлор, который, после череды сложных химических реакций превращает озон (который, как мы помним, лишь модификация кислорода) обратно в кислород. Одна молекула хлора способна уничтожить миллион молекул озона.
По окончании полярной ночи и наступлении полярного дня, эти дыры затягиваются, ультрафиолет снова начинает взаимодействовать с кислородом и превращать его в озон.
Причины разрушения озонового слоя
Вопреки распространённому мнению, человек — не единственный виновник возникновения озоновых дыр, к этому явлению приводят и некоторые природные факторы. Прежде всего — газы, заключённые в земной коре, в породах или в воде, в растворённом виде. Относительно недавно учёные установили, что, к примеру, во время извержения вулкана, из пород поднимается большой объём газа, содержащего фторуглеводороды, расщепляющие озон.
Современная наука, однако, считает главной причиной появления озоновых дыр всё-таки антропологический фактор, то есть человека. Озон — неустойчивый газ, и он легко разрушается, взаимодействуя со многими веществами, который человек выбрасывает в воздух в результате своей жизнедеятельности: бром, хлор, фреоны, водород.
Главными источниками подобных выбросов являются:
Тем не менее, основная причина разрушения озонового слоя — фреоны (хлорфторуглероды или ХФУ), на которых стоит остановиться подробнее. Это целая группа веществ-хладагентов, которые используются, в первую очередь, при изготовлении холодильников и морозильных камер, — раньше для этих задач использовали токсичные вещества вроде аммиака или сернистого газа. Кроме того, хлорфторуглероды используются при изготовлении аэрозолей, растворителей, вспенивателей, а также в парфюмерии и пищевой промышленности.
При всей своей полезности фреоны наносят вред озоновому слою: при воздействии солнечной радиации они разлагаются на вещества, которые расщепляют озон, превращая его в кислород. Когда учёные заметили эту реакцию и забили тревогу, ООН по окружающей среде вместе со Всемирной Метеорологической Организацией организовали подписание так называемого Монреальского протокола. Промышленники, дипломаты, политики и учёные со всего мира собрались в канадском городе Монреаль и подписали договорённость о том, что в их странах начнётся постепенный отказ от фреонов и поиск новых, безопасных ему альтернатив. Протокол был подписан в 1987-м году, начал действовать — два года спустя, в 1989-м.
Мифы об озоновых дырах
Несмотря на то, что истончение озонового слоя — вполне реальная проблема, чреватая реальными проблемами, нужно признать: для многих людей, не проявляющих особенного внимание к науке, она может казаться мифичной и абстрактной. Как результат — множество ненаучных теорий, созданных конспирологами и невнимательными журналистами, охотно их подхватывающих в попытке раздуть «сенсацию». Вот лишь некоторые из подобных теорий:
1. Фреоны не влияют на образование озоновых дым, потому что они слишком тяжёлые и не могут достичь стратосферы. Да, фреоны действительно тяжелее кислорода и азота, однако нужно понимать, что газы в атмосфере расположены не слоями, а перемешиваются вместе. Как результат — и фреоны, и тяжёлые инертные газы, и прочие загрязняющие вещества равномерно распределяются в атмосфере, достигая и стратосферы, — примерно, за пять лет, как показывают эксперименты и исследования.
Вот самый очевидный аргумент, с которым сторонники этой теории поспорить не могут: если бы в атмосфере нашей планеты газы не смешивались, входящие в её состав углекислый газ и аргон образовали бы слой толщиной в несколько десятков метров. Такие условия лишили бы Землю возможности стать обитаемой.
2. Урон озоновому слою от хлорфторуглеродов (ХФУ) — вымысел, пролоббированный промышленниками, которым выгодно продавать более дорогие хладагенты. Токсичные хлорфторуглероды — довольно дешёвое вещество, которое активно использовали (а некоторые продолжают использовать) при создании аэрозолей, изоляционных материалов, пенопласта, хладагентов для холодильников.
Приведённое выше утверждения легко опровергается простой исторической справкой и логикой. В семидесятых были опубликованы первые данные о вредоносном воздействии фреонов на стратосферу нашей планеты. Вскоре, в июле 1975-го года, глава крупной американской компании DuPont написал для журнала Chemical Week статью, в которой резко критиковал приведённые данные, называя теорию о разрушении озонового слоя «научной фантастикой» и «бессмысленным вздором». Нетрудно угадать, что бытовые хладагенты из хлорфторуглеродов изготавливала, в том числе, DuPont.
На самом деле, альтернативой ХФУ стали куда более дешёвые газы природного происхождения, которые не нужно было синтезировать в дорогостоящих лабораторных условиях: в аэрозолях стали использовать бутан и пропан, в качества хладагента для холодильников — углеводород, а для теплоизоляции — циклопентан.
3. Озоновая дыра должна находиться не над Антарктикой, а над населёнными территориями, — там, где активно используют фреоны. И снова нам стоит вернуться к физическим свойствам атмосферы и вспомнить, что газы в ней перемешиваются. Фреоны перемешиваются вместе с другими газами в стратосфере и тропосфере и из-за низкой реакционной способности могут находиться там годами, а то и десятилетиями, перемещаясь и распространяясь над всей территорией планеты.
Нужно понимать, что озоновая дыра — это не «дыра» в прямом смысле, у неё нет чётких территориальных границ. Это абстрактное явление, подразумевающее сниженную концентрацию озона. Обычно его замечают в Антарктике, но лишь потому, что только здесь бывает полярная ночь, когда долго нет солнца и тепла, из-за чего уровень озона падает до рекордно низких значений.
Последствия истончения озонового слоя
Как мы уже говорили выше, озон абсорбирует значительную часть ультрафиолетового излучения от солнца. Очевидно, что при снижении концентрации озона в атмосфере человек получает повышенную дозу ультрафиолета. Учёные установили, что это приводит к возникновению рака кожи и злокачественной меланомы, а также к серьёзными заболеваниям глаз — к катаракте и помутнению глазного хрусталика.
Сниженная концентрация озона в атмосфере — серьёзная проблема для морской фауны. Фитопланктон, важнейшее звено в пищевых цепочках морских обитателей, живёт в верхних слоях водной толщи. Учёными установлено, что чрезмерное солнечное излучение мешает ему ориентироваться в пространстве, и, собственно говоря, жить, — исследования подтвердили зависимость интенсивности ультрафиолетовых лучей и выживаемости фитопланктона.
Чрезмерное количество ультрафиолета оказывает негативное влияние и на растения, которые обычно куда проще свыкаются с внешними факторами, чем любые другие живые организмы. Ультрафиолет может влиять на форму и размер растений, продолжительность жизни, вторичный метаболизм, изменять способ распределения питательных веществ внутри растения.
Если бы человечество вовремя не осознало серьёзность такой проблемы как истощение озонового слоя, последствия были бы куда серьёзнее: уже к середине двадцать первого века исчезло бы более 60% озоносферы нашей планеты, в результате чего ультрафиолетовое излучение, достигающее поверхности Земли стало бы таким сильным, что было бы способным вызывать у человека солнечные ожоги за считанные минуты, а вероятность мутации под воздействием солнечной радиации увеличилось бы более, чем в шесть раз.
Пути решения проблемы разрушения озонового слоя
К счастью, однако, описанная выше ситуация — это антиутопия, вряд ли ждущая человечество в действительности. Начиная с семидесятых годов, силами активистов и некоммерческих компаний, во всём мире начали активно бороться за защиту озонового слоя. Значительно снижено потребление и производство веществ и соединений, негативно влияющей на озоносферу. Им были найдены безопасные природные альтернативы: пропан, изобутан, аммиак, углекислый газ. Удивительно, но практически все страны мира согласились с необходимостью подобных мер и вот уже несколько десятилетий неукоснительно им следуют. Один из немногих случаев серьёзного нарушения был зафиксирован в 2018-м году в Китае, где 18 фабрик признались в использовании фреонов.
В России охрана озонового слоя и контроль за его истончением закреплены на законодательном уровне. Регламентированы такие защитные мероприятия по охране озонового слоя:
На самом деле, сделать свой вклад в защиту озонового слоя может каждый из нас, достаточно лишь следовать нескольким простым (и известным) правилам: при возможности — переходить на экологически чистые виды топлива и правильно утилизировать токсичные отходы (батарейки, бытовая химия). Если каждый (или хотя бы большинство) из нас будет помнить, каковы причины и последствия разрушения озонового слоя, а крупные промышленники — следовать международным договоренностям, то уже к 60-м годам 21-го века экологическая проблема истощение озонового слоя может быть закрыта навсегда.
Озоновые дыры
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.
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:
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:
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:
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.
Последствия разрушения озонового слоя
Истощение озонового слоя увеличивает количество ультрафиолетовых лучей, достигающих поверхности Земли. Лабораторные исследования показывают, что средневолновой ультрафиолет (УФ-B) вызывает рак кожи, не связанный с меланомой, и играет важную роль в развитии злокачественной меланомы.
Кроме того, УФ-B связан с развитием катаракты — помутнения хрусталика глаза.
Поскольку весь солнечный свет содержит некоторое количество УФ-B, даже при нормальном уровне озона в стратосфере, всегда важно защищать кожу и глаза от солнца.
Разрушение озонового слоя и растения
Ультрафиолетовое излучение влияет на физиологические процессы и процессы развития растений. Несмотря на механизмы снижения или восстановления этих эффектов и способность адаптироваться к повышенным уровням УФ-B, ультрафиолет может непосредственно влиять на рост растений.
Косвенные изменения, вызванные УФ-B (такие как изменения формы растения, распределение питательных веществ в растении, сроки фаз развития и вторичного метаболизма) могут быть в равной степени, а иногда и более важными, чем разрушительные эффекты УФ-B. Эти изменения могут иметь неблагоприятные последствия для экосистем, агроценозов, вызывают нарушения биогеохимических циклов.
Не хотите чтобы продолжалось разрушение озонового слоя? Вот что можно сделать ваша организация:
Разрушение озонового слоя и водные экосистемы
Фитопланктон образует основу для водных кормовых сетей. Производительность фитопланктона ограничивается эвфотической зоной, верхним слоем водоемов, в котором имеется достаточное количество солнечного света для поддержания чистой производительности.
Было показано, что воздействие солнечного УФ-B-излучения влияет как на ориентацию, так и на подвижность фитопланктона, что приводит к снижению выживаемости этих организмов. Ученые продемонстрировали прямое снижение производства фитопланктона из-за связанного с разрушением озонового слоя увеличения содержания УФ-B.
Было обнаружено, что ультрафиолетовое излучение наносит ущерб ранним стадиям развития рыб, ракообразных, земноводных и других морских животных. Наиболее тяжелыми последствиями являются снижение репродуктивной способности и нарушение развития личинок. Небольшое увеличение УФ-облучения может привести к сокращению популяции мелких водных организмов, что повлияет на пищевую цепочку.
Последствия разрушения озонового слоя для биогеохимических циклов
Увеличение ультрафиолетового излучения может повлиять на биогеохимические циклы на суше и в воде, изменяя таким образом как источники, так и поглотители парниковых и химически важных следовых газов (например, двуокиси углерода, окиси углерода, карбонилсульфида, озона),
Все причины разрушения озонового слоя, последствия, пути решения и восстановления
Озоновый слой находится в стратосфере Земли и защищает все живое от ультрафиолетового и космического излучения. С конца 1970-х гг. ученые сообщают о постепенном разрушении защитной оболочки. Причины разрушения озонового слоя и последствия этого процесса до конца не изучены.
Что такое озоновый слой
Озон (О3) – это аллотропная модификация кислорода. Молекула этого вещества состоит из трех атомов кислорода. Наибольшие концентрации О3 образуют в стратосфере слой толщиной несколько десятков километров. Если бы все количество этого вещества, находящегося в стратосфере, сжать до нормального атмосферного давления, получилась бы тонкая прослойка толщиной 3 мм.
Озоновый экран был открыт в 1913 г. французскими учеными Ш. Фабри и А. Бюиссоном. Изучение активности Солнца показали, что излучение, которое достигает поверхности Земли, соответствует спектру абсолютно черного тела при температуре 5,5 – 6 тыс. градусов по Кельвину, за исключением отсутствующих волн в ультрафиолетовой части спектра с длиной волны менее 310 нм. Ученые сделали предположение, что в атмосфере есть вещество, поглощающее эти волны. Дальнейшие исследования показали, что недостающая часть спектра сопоставляется с озоном.
Свойства О3 были детально изучены метеорологом Дж. Добсоном. Этот ученый разработал спектрофотометр – прибор для определения количества стратосферного озона.
Как образуется озоновый слой
Образование озонового экрана началось примерно 1,85 млрд. лет назад и продолжается до сих пор. Озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций воздействия ультрафиолетового излучения на молекулу кислорода О2. Благодаря распаду атомарного кислорода и образовании впоследствии озона поглощается «ближний» – наиболее опасный для здоровья ультрафиолет.
Химически цикл образования озона можно показать так:
Где находится озоновый слой
Он находится в нижней части стратосферы на высоте 15 – 35 км. Концентрация озона на этих высотах – не более 10 частей на миллион частей молекул (для сравнения: концентрация газа во всей атмосфере – не более 0,3 частей на миллион).
Толщина озонового слоя
Толщина этой части стратосферы изменяется во всем мире. Она ниже над экватором и выше над полюсами. Причины таких вариаций связаны с атмосферной циркуляцией и интенсивностью солнечного излучения.
Значительная часть озона образуется над тропиками и переносится в полярную область.
В результате циркуляции Брюера-Добсона в северном полушарии слой озона самый массивный весной и тонкий осенью. В южном полушарии наиболее массивный слой стратосферного озона осенью, а самый низкий – летом.
Для того, чтобы охарактеризовать содержание озона в земной атмосфере, используют единицы Добсона. Слой озона в 3 мм соответствует 300 единицам. Толщина озонового слоя может колебаться от 100 до 600 единиц Добсона.
Озоновый слой и ультрафиолетовое излучение
Озон важен для сохранения жизни на планете, поскольку поглощает опасные ультрафиолетовые лучи, исходящие из Солнца. Все они делятся на три категории:
Ультрафиолет С вреден для всего живого на планете.
Часть УФ-В излучения, достигающего поверхности планеты, способна вызывать раковые заболевания кожи, катаракту. Однако некоторые лучи из этой части спектра важны для выработки кожей витамина D.
Озон пропускает практически всю часть УФ-А спектра. Оно менее вредно для ДНК, хотя потенциально способно вызвать преждевременное старение и рак кожи, генетические мутации.
Технический прогресс и озоновые дыры
Озоновая дыра (или аномалия) – это снижение концентрации озона в стратосфере над определенным районом планеты. Наиболее известна антарктическая озоновая дыра. Когда после полярной ночи здесь наступает весна, над значительной частью Антарктиды наблюдается снижение общего содержания озона до 220, иногда даже до 80 единиц Добсона. Одновременно с этим в нижних слоях стратосферы наблюдаются температуры ниже –80 градусов и стратосферные полярные облака. Ученые полагают, что на поверхности этих облаков происходят реакции, разрушающие озон. Катализаторами этого процесса выступают фтор- и хлорсодержащие вещества.
Вещества, разрушающие озон, попадают в воздух из выбросов теплоэлектростанций, заводов, фабрик. Молекулы О3 ввиду своей активности могут реагировать с ними. Таким образом, деятельность человека способствует истощению слоя этого газа.
В осенний и зимний период над Арктикой также образуются озоновые дыры. Однако они имеют меньшую площадь. Время их «жизни» – не более недели.
История обнаружения
Вред, наносимый озоновому экрану хлорфторуглеродами, гирохлорфторуглеродами был обнаружен случайно. В 1974 г. химики Марио Молина и Фрэнк Роланд, работающие в Калифорнийском университете, высказали предположение, что хлорфторуглероды способны разрушать озон. С подобной гипотезой выступил П. Крутцен, исследуя свойства закиси азота.
Но такая связь человеческой деятельности и разрушения озонового слоя была на то время неочевидной. Более того, производители фреонов жестко критиковали ученых. Доказательства о существовании озоновых дыр и связи с ними человеческой деятельности были получены в 1985 г.
В этом году впервые группой британских ученых была обнаружена озоновая дыра над Антарктидой диаметром более 1 тыс. км. Тогда же была опубликована статья об этом в журнале Nature. Дыра появлялась каждый август, а в декабре «затягивалась». Вскоре были установлены некоторые закономерности этого процесса.
Результаты исследований оказались пугающими. Американские ученые, проводившие спутниковые исследования, подтвердили наличие озоновой аномалии. В дальнейшем обнаружено ее увеличение. Стало очевидно, что на решение проблемы разрушения озонового слоя могут уйти десятилетия, и то при условии, что использование озоноразрушающих веществ полностью прекратится.
Механизм образования
Во время полярной ночи озон не образуется, потому что ультрафиолет не может воздействовать на молекулы кислорода. В свою очередь молекулы озона опускаются и разрушаются, потому что являются неустойчивыми в нормальных условиях. Препятствовать проникновению озона из приполярных широт могут полярные вихри и образование стратосферных облаков. Все это – естественные механизмы образования озоновых дыр.
Химические вещества – фреоны, закись азота и некоторые другие вещества разлагают озон, способствуют увеличению озоновой дыры.
Это – антропогенный фактор в разрушении озонового слоя.
Антарктическая озоновая дыра
Эта озоновая аномалия образуется в течение продолжительных полярных ночей. Однако в результате техногенных выбросов площадь озоновой дыры заметно увеличилась. Впервые ученые с тревогой заговорили о ней в середине 1980-х гг.
В последние годы размеры антарктической озоновой дыры значительно увеличился. В октябре 2020 года ее площадь составила примерно 24 млн. км2. Это тревожная тенденция: дальнейшее истощение озоновой защиты грозит жизни на Земле.
Распространенные мифы
Многие люди считают, что причины и последствия разрушения озонового экрана не являются проблемой.
В результате этого появились многочисленные ненаучные мифы, поддерживаемые конспирологами. Вот наиболее распространенные заблуждения относительно озоновых дыр.
Причины разрушения озонового слоя
Современная наука считает, что главная причина разрушения озонового слоя – это деятельность человека. Основной вредитель защиты всего живого от ультрафиолета – это фреоны. Эти вещества применяются для производства хладагентов, аэрозолей, растворителей и проч.
Естественные факторы
Без солнечного излучения озон не может образовываться. В период полярных ночей ультрафиолета нет, следовательно, не может образовываться О3. Между тем, процессы его разрушения сохраняются. Озоновый слой истончается из-за атмосферных вихрей, стратосферных облаков.
В результате извержений вулканов в атмосферу попадает пепел, в котором содержится большое количество веществ, разрушающих озоновый слой.
Антропогенные факторы
Озон истончается по причине выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов. Для человека эти вещества неопасны. Однако они способствуют разрушению молекулы О3.
Выбросы фреона в атмосферу
Фреоны используются в производстве холодильной техники, для получения аэрозолей. Они не ядовиты и устойчивы при высоких температурах. Вещества не встречаются в природе.
Молекулы фреонов содержат атомы хлора, способные разрушать нестабильный озон. В течение ста лет (именно столько времени существует атомарный хлор) один его атом способен уничтожить до ста тысяч молекул О3. Ранее ученые считали, что именно фреоны являются виновниками ослабления защиты от ультрафиолетового и космического излучения. Сегодня же очевидно, что возникновению аномалии способствуют другие факторы.
Запуск спутников и ракет
Двигатели ракет-носителей выделяют огромные количество газов, разрушающих озоновый экран. Подсчитано, что 330 запусков ракеты «Шаттл» хватило бы для того, чтобы полностью уничтожить его. Особую опасность представляют ракетные двигатели на твердом топливе: они выбрасывают соединения хлора.
Использование авиатранспорта на больших высотах
Гражданские самолеты летают на высотах до 13 км. Еще выше поднимается военная авиация. Во время работы двигатель самолета выделяет соединения азота. Поскольку самолеты летают в стратосфере, недалеко нижней границы образования озонового экрана, газы немедленно реагируют с нестабильным озоном, разрушая его.
Применение азотных удобрений
Масштабы использования азотных удобрений представляют угрозу для атмосферы, вернее, ее газового состава. Такие соединения, как аммофос, карбонат, сульфат или сульфид аммония, а также хлористый аммоний в результате разложения выделяют оксиды азота. Они являются опасными для молекул озона.
Вещества, разрушающие озоновый слой
Озоновый слой разрушается из-за воздействия таких веществ:
Другие причины
Исследование причин разрушения озонового слоя Земли продолжается. Вполне вероятно, ученые вскоре смогут обнаружить новые факторы, влияющие на толщину защитной оболочки атмосферы. В настоящее время окончательно неясно, насколько влияют на толщину озонового слоя современные вещества, применяемые в производстве холодильной техники.
Возможные последствия истончения озонового слоя
Озон задерживает значительную часть вредного и убийственного ультрафиолета, поступающего от Солнца. При этом страдает все живое на планете. Последствия разрушения озонового слоя катастрофичны. Резкое снижение количества озона или его полное отсутствие сделали бы жизнь на планете невозможной.
Воздействие на человека
Интенсивное ультрафиолетовое излучение поражает человеческий организм. Лучи УФ-А положительно воздействуют на него, способствуют загару и выработке витамина D. В то же время УФ-В и УФ-С губительны для здоровья. Чрезмерное облучение из-за истончения озонового слоя вызывает:
Воздействие на экологию
Нарушение озонового слоя неблагоприятно воздействует на экологию. Это серьезнейшая проблема для морских обитателей. Фитопланктон является важной пищевой цепью для рыб и других жителей морей и океанов. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение разрушает фитопланктон, разрывая пищевые цепочки.
Жесткий ультрафиолет отрицательно влияет на растительный мир.
Оно изменяет форму, размер растений, снижают продолжительность их жизни, неблагоприятно сказывается на распределении питательных веществ. Все это приводит к снижению количества растительной массы, неблагоприятно сказывается на процессах фотосинтеза.
Полное отсутствие
Полное исчезновение озона в земной атмосфере невозможно, так как в ней присутствует кислород, являющийся источником озона.
Иными словами, пока светит солнце и в атмосфере есть кислород, будет существовать О3.
Однако можно допустить значительное уменьшение количества озона в атмосфере. Это может случиться, если человек продолжит столь безответственно использовать природные богатства, отравлять окружающую среду, выбрасывать в атмосферу газы, разрушающие озон. В таком случае погибнет значительная часть растений, а также микроорганизмов. Фотосинтез на планете почти прекратится, что повлечет резкое увеличение концентрации углекислоты и повышение температуры планеты.
Животные, люди будут получать сильные солнечные ожоги даже после нескольких минут пребывания под солнцем. В результате этого люди будут массово болеть раком, а животные – умирать. В итоге планетарная экосистема будет разрушена. Неконтролированное повышение температуры превратит Землю в безжизненную пустыню.
По расчетам ученых, уже к середине 21 века исчезло бы более 60 % стратосферного озона, если бы человечество не одумалось и не принимало меры по недопущению разрушения защитного экрана. В таком случае человек получал бы сильные ожоги всего лишь за несколько минут. Этого точно не произойдет, потому что действует несколько международных договоров, призванных защищать озоновый экран.
Меры по восстановлению озонового слоя
Для недопущения развития климатической катастрофы и восстановления озонового слоя мир наработал ряд защитных мер. Они призваны ограничивать использование веществ, губительных для озона, использовать экологически чистое топливо, охранять леса. Все это делается для недопущения гибели всего живого на планете.
Монреальский протокол
Этот протокол был разработан в 1985 г. и полностью подготовлен в 1987 г. Документ вступил в силу в 1989 г. Протокол пересматривался всего 7 раз, последний раз в 1999 г. Подписан 197 странами. Предполагается, что если все страны, которые подписали документ, будут придерживаться его, то озоновый экран может восстановиться к 2050 г.
Протокол предполагает постепенное снятие с производства фторхлоруглеродов. В результате к 2010 году производители полностью отказались от наиболее опасных фреонов. Отказ от менее опасных веществ произойдет до 2030 г. Анализ содержания атмосферы показал, что концентрация озоноразрушающих веществ в воздухе действительно начала снижаться.
Производство озона
Устройства, производящие озон, называются озонаторами. Теоретически, если запустить большое количество таких «фабрик» по всему миру и создав «запас» О3, можно замедлить разрушение защитной оболочки. Существуют такие способы производства озона:
Однако эти способы малопроизводительны, дорогостоящи, потребляют большое количество энергии.
Использование экологически чистого топлива
Использование топлива на основе нефти повышают концентрацию в воздухе веществ, разрушающих озон. Внедрение электромоторов и двигателей, работающих на биодизеле, отходах жизнедеятельности способствуют уменьшению использования минералов, горючих полезных ископаемых.
Пока что применение экологически чистого топлива в ракетах маловероятно из-за неэкологичности и несовершенства современных технологий.
Высадка лесов
Высадка лесовых насаждений в городах и на месте разрушенных лесных массивов – перспективный метод борьбы с загрязнением атмосферы. Растения выделяют значительное количество кислорода, который в дальнейшем превращается в озон.
Прочие методы борьбы с проблемой
Для решения проблемы истощения озонового слоя отдельные ученые предлагают выводить на орбиту спутники, оснащенные лазерными излучателями. Каждый излучатель – это конвектор, работающий на солнечной энергии. Он накапливает ее и превращает в электрическую. Электричество тратится на работу лазеров, вырабатывающих озон. Пока что такой проект является фантастическим.
Защита озонового слоя в России
Россия соблюдает все условия Монреальского протокола. Также отдельную статью об охране озонового слоя содержит статья 54 Закона «Об охране окружающей среды». Законодательные акты запрещают выбрасывать в окружающий воздух вредных веществ больше, чем указано в перечне.
Международный день охраны озонового слоя
Этот день отмечается ежегодно 16 июля. Его провозгласила Генеральная Ассамблея ООН в 1994 году. Именно 16 июля был подписан Монреальский протокол. В этот же день 2009 года этот документ, а также Венская конвенция стали первыми документами в истории Организации Объединенных Наций со всеобщей ратификацией.
Озоновый слой важен для сохранения всего живого на планете. В результате естественных процессов над полюсами могут образовываться зоны аномального содержания этого вещества в воздухе. Как правило, они появляются в условиях недостатка солнечного излучения. На фоне деятельности человека количество атмосферного озона стремительно сокращается с конца 1970-х гг. Выполнение требований Монреальского протокола, забота каждого жителя планеты о своем доме помогут предотвратить катастрофу и восстановить озоновый экран.