Что способствует разрушению озонового слоя земли
Разрушение озонового слоя: причины и последствия
Последствия разрушения озонового слоя
Ультрафиолетовое излучение может разрушить органическое вещество. Из-за его чрезмерного уровня растения и планктон не могут развиваться, а они являются пищей для наземных и морских животных, популяции которых начнут сокращаться. Для людей чрезмерное воздействие УФ повышает риск онкологических заболеваний, особенно рака кожи. Подсчитано, что каждое уменьшение озонового слоя на 1 процент приводит к увеличению заболеваемости раком кожи на 2-5%.
Другие негативные последствия снижения защитного озонового слоя:
Разрушение озонового слоя ведет к увеличению заболеваний, с которыми человечество еще не научилось эффективно справляться. Именно эти патологии ежегодно становятся смертельными для десятков миллионов людей.
Причины разрушения озонового слоя
Достоверные научные исследования подтвердили, что причиной разрушения озонового слоя является деятельность человека, в частности, химические вещества, созданные человеком, которые содержат хлор или бром. Эти химические вещества широко известны, как озоноразрушающие вещества (ОРВ). Ученые наблюдали сокращение озонового слоя стратосферы с начала 1970-х годов. Оказалось, что он более заметен в полярных регионах.
Было доказано, что ОРВ являются экологически чистыми, очень стабильными и нетоксичными в атмосфере ниже. Вот почему они приобрели популярность за эти годы. Однако их стабильность имеет свою цену. Они могут парить и оставаться статичными высоко в стратосфере. Находясь там, ОРВ распадаются под воздействием сильного ультрафиолетового излучения. В результате выделяются такие химические вещества, как хлор и бром. Именно они с высокой скоростью и эффективностью разрушают озоновый слой, отрывая атом от молекулы озона. Одна молекула хлора способна разрушать тысячи молекул озона.
ОРВ остались и будут оставаться в атмосфере в течение многих лет. Это значит, что все те (или многие) озоноразрушающие вещества, которые человек выделял в атмосферу в течение предыдущих 90 лет, все еще находятся на пути к стратосфере. А попадая туда, они будут способствовать разрушению озонового слоя.
В средней широте, например, над Австралией озоновый слой истончается сильнее, особенно в весенний сезон. Из-за этого увеличилось УФ-излучение, которое достигает поверхности планеты. Подсчитано, что толщина озонового слоя уменьшилась примерно на 5-9%, увеличивая риск чрезмерного воздействия ультрафиолетового излучения на человека, который длительное время находится на улице.
Кроме техногенных, которые связаны с чрезмерным выделением хлора и брома, есть природные причины разрушения и уменьшения озонового слоя. К ним относятся, например, такие как солнечные пятна и стратосферные ветры. Но было установлено, что это приводит к истощению слоя не более чем на 1-2%, и последствия также считаются временными. Также считается, что крупные извержения вулканов (в основном Эль-Чичон в 1983 году и гора Пинатубо в 1991 году) также способствовали его разрушению.
Вещества, способствующие разрушению озонового слоя
Бромированные фторуглероды, также вносят большой вклад в истощение озонового слоя. Однако их применение сильно ограничено, поскольку они используются в определенных огнетушителях. Их недостаток – они настолько сильны, что способны разрушать озоновый слой в 10 раз быстрее, чем остальные ОРВ.
Пути решения по истощению озонового слоя
Пути решения по истощению озонового слоя заключаются в следующем:
Монреальский протокол 1989 года ограничил использование хлорфторуглеродов (ХФУ). Но документ не распространяется на окись азота. А это соединение продолжают применять в промышленности, несмотря на все описанные выше угрозы и последствия. Запрет на его использование должен приниматься на государственном уровне.
Разрушение озонового слоя
Озон – это разновидность кислорода, которая находится в стратосфере, примерно на уровне 12-50 километров от земли. Наибольшая концентрация этого вещества есть на расстоянии приблизительно 23 километров от поверхности. Озон был обнаружен в 1873 году немецким ученым Шенбейном. В последующем данную модификацию кислорода находили в приземных и в верхних слоях атмосферы. В целом озон состоит из трехатомных молекул оксигена. В нормальных условиях это газ голубого цвета, имеющий характерный аромат. При разных факторах озон превращается в жидкость цвета индиго. Когда он становится твердым, приобретает темно-синий оттенок.
Ценность озонового слоя заключается в том, что он выступает своеобразным фильтром, поглощает некоторое количество ультрафиолетовых лучей. Он защищает биосферу и людей от прямого солнечного излучения.
Причины истощения озонового слоя
Много веков люди не подозревали о существовании озона, но их деятельность пагубно повлияла на состояние атмосферы. В данный момент ученые говорят о такой проблеме, как озоновые дыры. Истощение модификации кислорода происходит по множеству причин:
Основные разрушители озонового слоя
Самыми большими врагами слоя модификации кислорода являются соединения водорода и хлор. Это происходит из-за разложения фреонов, которые используются в качестве распылителей. При определенной температуре они способны закипать и увеличиваться в объеме, что актуально для изготовления различных аэрозолей. Весьма часто фреоны применяются для морозильного оборудования, холодильников и охладительных агрегатов. Когда фреоны поднимаются в воздух, в атмосферных условиях происходит отщепление хлора, который в свою очередь превращают озон в кислород.
Проблема разрушения озонового слоя была обнаружена давно, но к 1980-м годам ученые забили тревогу. Если озон значительно сократится в атмосфере, земля утратит нормальный температурный режим и перестанет охлаждаться. В результате было подписано огромное количество документов и соглашений в различных странах, чтобы сократить изготовление фреонов. Кроме того, была изобретена замена фреонам – пропан-бутан. По своим техническим параметрам это вещество имеет высокие показатели, может использоваться там, где и применяются фреоны.
Сегодня проблема разрушения озонового слоя является весьма актуальной. Несмотря на это, продолжается использование технологий с применением фреонов. В данный момент люди думают, как сократить количество выбросов фреонов, ведут поиски заменителей, чтобы сохранить и восстановить озоновый слой.
Методы борьбы
Начиная с 1985 года, принимались меры по защите озонового слоя. Первым шагом стало введение ограничений на выброс фреонов. Далее правительство утвердило Венскую конвенцию, положения которой были направлены на охрану озонового слоя и состояли из следующих пунктов:
На протяжении последних десятилетий были подписаны протокола, согласно которым производство фторхлоруглеродов должно быть уменьшено, а в некоторых случаях и вовсе прекращено.
Наиболее проблематично было применять озонобезопасные средства в производстве холодильной техники. В этот период наступил настоящий «фреоновый кризис». Кроме того, разработки требовали значительных денежных вложений, что не могло не огорчать предпринимателей. К счастью, решение было найдено и производители вместо фреонов стали использовать другие вещества в аэрозолях (углеводородный пропелеллент типа бутана или пропана). Сегодня же распространено применение установок, способных использовать эндотермические химические реакции, поглощающие тепло.
Также очистить атмосферу от содержания фреонов (как утверждают физики) можно с помощью энергоблока АЭС, мощность которого должна быть не меньше 10 гВт. Данная конструкция послужит отличным источником энергии. Ведь известно, что Солнце способно произвести около 5-6 т озона всего за одну секунду. Увеличивая данный показатель с помощью энергоблоков, можно достичь баланса между разрушением и производством озона.
Многие ученые считают целесообразным создание «озоновой фабрики», которая позволит улучшить состояние озонового слоя.
Помимо этого проекта, существует множество других, среди которых получение озона искусственно стратосфере или производство озона в атмосфере. Главным недостатком всех идей и предложений является их высокая стоимость. Большие финансовые потери отодвигают проекты на дальний план и некоторые из них так и остаются не реализованными.
Пятиминутное видео о защите озонового слоя
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.