Озоновые дыры факты

Что такое «парниковый эффект» и «озоновая дыра» Причины этих явлений.

Природопользование

Что такое «парниковый эффект» и «озоновая дыра» Причины этих явлений.

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ- (оранжерейный эффект) в атмосферах планет, нагрев внутренних слоев атмосферы (Земли, Венеры и других планет с плотными атмосферами), обусловленный прозрачностью атмосферы для основной части излучения Солнца (в оптическом диапазоне) и поглощением атмосферой основной (инфракрасной) части теплового излучения поверхности планеты, нагретой Солнцем. В атмосфере Земли излучение поглощается молекулами Н2О, СО2, О3 и др. Парниковый эффект повышает среднюю температуру планеты, смягчает различия между дневными и ночными температурами. В результате антропогенных воздействий содержание СО2 (и других газов, поглощающих в инфракрасном диапазоне) в атмосфере Земли постепенно возрастает. Не исключено, что усиление парникового эффекта в результате этого процесса может привести к глобальным изменениям климата Земли.

ОЗОНОВАЯ ДЫРА- разрыв озоносферы (диаметром св. 1000 км), возникший над Антарктидой и перемещающийся в населенные районы Австралии. Озоновая дыра возникла предположительно в результате антропогенных воздействий, в т. ч. широкого использования в промышленности и быту хлорсодержащих хладонов (фреонов), разрушающих озоновый слой. Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения Солнца. В 1985 принята Венская конвенция об охране озонового слоя, в 1987 — Монреальский протокол. Озоновая дыра была обнаружена английским исследователем Дж. Фарманом в 1985. В 1992 озоновая дыра открыта также над Арктикой.

Причины возникновения и их последствия.

Как видно уже из определений оба эти явления связаны с загрязнением окружающей среды, в первую очередь атмосферы.

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности.

Бытовым примером парникового эффекта может послужить нагревание изнутри автомобиля, когда он стоит на солнце с закрытыми окнами. Причина здесь в том, что солнечный свет проникает через окна и поглощается сидениями и другими предметами в салоне. При этом световая энергия переходит в тепловую, предметы нагреваются и выделяют тепло в виде инфракрасного, или теплового, излучения. В отличие от света оно не проникает сквозь стёкла наружу, то есть улавливается внутри автомобиля. За счёт этого повышается температура. То же самое происходит и в парниках, откуда и пошло само название этого эффекта – парниковый эффект (или оранжерейный эффект). В глобальном масштабе роль стекла играет углекислый газ. Часть световой энергии солнца проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью земли, преобразуется в её тепловую энергию, и выделяется в виде инфракрасного излучения. Однако углекислый газ и некоторые другие газы, в отличие от других природных элементов атмосферы, его поглощают. При этом он нагревается и в свою очередь нагревает атмосферу в целом. Значит, чем больше в ней углекислого газа, тем больше инфракрасных лучей будет поглощено и тем теплее она станет.

Значительно усугубляют проблему некоторые другие (кроме CO2) газы, выбрасываемые человеком в атмосферу, особенно метан, хлорфторуглероды и оксиды азота, поглощающие инфракрасное излучение в 50-100 раз сильнее, чем углекислый газ. Следовательно, хотя их содержание в воздухе значительно ниже, они влияют на температурный режим планеты почти так же, как он.

К очевидным причинам возникновения «парникового эффекта» можно отнести и сведение лесов, т.к. именно они чуть ли не единственные являются поглотителями углекислого газа.

Температура и климат, к которому мы привыкли, обеспечиваются концентрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03%. Теперь мы увеличиваем эту концентрацию, и намечается тенденция к потеплению климата. На первый взгляд оно кажется умеренным, однако дальнейший рост окружающей температуры может оказаться катастрофическим. Обеспокоенные ученые еще несколько лет назад предупреждали человечество об усилении парникового эффекта и угрозе глобального потепления. Теперь это становиться явью, достаточно посмотреть сообщения СМИ.

Страшная жара в Европе в последние два года наносит вред не только природе, но и уносит жизни людей. Климат стал сильно меняться. Всвязи, кажется пока незначительным потеплением на земле, идет таяние ледников, в следствии чего поднимается уровень мирового океана. Ученые прогнозируют затопление многих прибрежных районов. От этого сильно пострадают люди, т.к. именно эти районы наиболее населены, более удобны для жизни. Некоторые островные государства через 50 лет вообще останутся только на картах. Но не стоит думать, что если вы живете в глубинке, то вас это не касается. Различная температура на полюсах и экваторе – основная движущая сила циркуляции атмосферы. Более сильное потепление на полюсах приведёт к её ослаблению. Это изменит картину циркуляции атмосферы, а значит, и распределение осадков. В некоторых случаях их количество, вероятно, увеличится, а в других уменьшится, и никто не может сказать, что дожди будут идти там, где они необходимы, а где их избыток- их станет меньше.

Ещё одним вредным последствием выброса парниковых газов в атмосферу является разрушение ими озонового слоя – своеобразного щита от «жёстких» солнечных лучей. Дело в том, что наряду с видимым светом Солнце излучает ультрафиолетовые волны. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина его волн несколько короче, чем у фиолетовых волн, самых коротковолновых из воспринимаемых глазом человека. Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы, они обладают большей энергией, чем видимые. Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, они разрушают молекулы белков и ДНК. Именно это происходит, когда вы загораете. Если бы всё ультрафиолетовое излучение, попадающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней сохранилась бы жизнь; все растения и животные просто «зажарились» бы. Даже небольшая, доступная нам часть этого количества (менее 1%) вызывает загар, ожоги кожи и как следствие рак!

Мы защищены от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения, так как большая его часть (свыше 99%) поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 километров от поверхности земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном. Необходимость его сохранения не требует доказательств. Однако некоторые антропогенные вещества, в частности парниковые газы, его разрушают.

Как формируется озоновый слой?

Интересно, что озон в стратосфере – это продукт воздействия самого ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы О, реагируя с молекулами озона, дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не статично; оно представляет собой результат равновесия между этими двумя реакциями. Однако в 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причём относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб озоновому экрану, и это влияние буде продолжаться неопределённо долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно.

Источники атомов хлора, поступающих в атмосферу.

Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ) очень летучи и нерасворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу.

Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты. Более того, будучи газами при комнатной температуре, они ожигаются при небольшом давлении в выделением тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и охлаждаются. Эти свойства позволили применять их в следующих целях.

\ Хлорфторуглероды используются практически во всех холодильниках, кондиционерах воздуха и тепловых насосах как хлорагенты. Поскольку эти приспособления рано или поздно ломаются и выбрасываются, содержащиеся в них ХФУ обычно попадают в атмосферу.

\ Вторая важнейшая область их применения – производство пористых пластмасс. ХФУ подмешивают в жидкие пластмассы при повышенном давлении (они растворимы в органических веществах). Когда давление понижают, они вспенивают пластмассу, как углекислый газ вспенивает содовую воду. И при этом улетучиваются в атмосферу.

\ Третья основная область их применения – электронная промышленность, а именно очистка компьютерных микросхем, которая должна быть весьма тщательной. И опять же, хлорфторуглероды попадают в атмосферу. Наконец, в большинстве стран, кроме США их, до сих пор используют как носители в аэрозольных баллончиках, которые распыляют их в воздухе.

Вскоре после появления гипотезы о связи ХФУ с озоном, в некоторых развитых странах запретили их использование в аэрозольных баллончиках, но подавляющее большинство стран их примеру не последовало. Не отказались и от использования ХФУ в других целях.

А ведь если бы «озоновая дыра» возникла не над полюсом, а в другом месте воздействие УФ привело бы к катастрофе. Теперь, когда озоновая дыра открыта и над Арктикой- это усугубляет проблему, т.к. там гораздо больше организмов, которые могут пострадать. Расширение у «углубление» «озоновых дыр» над полюсами чревато значительными потерями морского фитопланктона. А это сильно повлияет на животных, данной среды обитания, поскольку это основа всех пищевых цепей данных регионов и так же источник кислорода. К тому же это повлечет за собой разрежение озонового слоя над всей планетой, что совершенно недопустимо.


Заключение.

Для борьбы за сохранение озонового экрана созывались множество различных конференций и симпозиумов, в результате которых были достигнуты определённые соглашения в области сокращения вредных производств, которые уже дают результат:

25 октября 2005

Озоновая дыра над Антарктикой прекратила расти

Последние измерения озоновой над Антарктидой, достигшей угрожающей площади в 29 миллионов квадратных километров в начале двадцать первого века, дают оптимистичный прогноз. За два прошлых года площадь сократилась и на данный момент составляет 26,9 миллионов квадратных километров.

Эксперты WMO (Всемирной Метеорологической Организации) – в частности, норвежец Геир Браатен, — утверждают, что это лишь начало процесса репарации (восстановления) озонового слоя. После того, как были приняты международные соглашения, запрещающие производство и использование фреонов, содержание в верхних слоях атмосферы свободных радикалов хлора и брома, опасных для озонового слоя, стало постепенно сокращаться. Человечество вовремя осознало свою ошибку, и теперь остается лишь ждать, когда все озоновые дыры планеты начнут затягиваться. По оценкам экспертов, существующая в данный момент динамика позволяет прогнозировать полную репарацию к 2040-му году.

Полностью же остановить потепление невозможно – тем более, что оно совпало с природным циклом потепления, которое тоже происходит сейчас. Но предельно минимизировать процесс – вещь вполне реальная, и в мире много делается для этого.

Например, сокращения выбросов «парниковых» газов можно достигнуть за счет повышения эффективности использования энергоресурсов, сокращения утечек тепла и топлива, технического перевооружения энергетического комплекса, перехода на более безопасные виды топлива (например, с мазута на газ). За счет замедления расходования ископаемого топлива — ресурса, как известно, принципиально невозобновимого. За счет развития альтернативных, экологически чистых технологий получения энергии. Все это, в общем-то, все равно надо так или иначе делать, и даже если в итоге выяснится, что принятые меры не оказали никакого влияния на процесс глобального потепления, польза от них все равно превысит понесенные убытки. Как говорится, не догоним — так хоть согреемся.

В результате антропогенного воздействия на атмосферу кроме образования аэрозольных облаков, смога и кислотных дождей происходит усиление парникового эффекта и нарушение озонового экрана.

Парниковый эффект

Под парниковым эффектом атмосферы по аналогии с увеличением температуры и влажности в замкнутом пространстве парника (теплицы или оранжереи) понимают разогрев приземного слоя воздуха, вызывающий изменение погодных условий и сопровождающийся потеплением климата. Парниковый эффект атмосферы обусловлен тепловым балансом земной поверхности и атмосферы.

Как известно, тепловой режим приземных слоев атмосферы Земли определяется солнечным нагревом земной поверхности (инсоляцией), к которому добавляется поток внутренней теплоты, поступающей из земных недр. Величины этих двух потоков существенно различны. На долю инсоляции приходится около 99,5% от всей суммы теплоты, получаемой земной поверхностью, а остальное (0,5%) падает на долю внутренней теплоты.

Мы уже отмечали, что коротковолновое солнечное излучение в значительной степени поглощается озоновым слоем, а солнечная теплота — атмосферной влагой, углекислотой и аэрозолями частично рассеивается в тропосфере и отражается обратно в космическое пространство. На поверхность Земли попадает около 44% солнечных лучей, главным образом в видимой и инфракрасной областях спектра. Именно за счет этих лучей нагревается земная поверхность. Часть длинноволнового земного излучения поглощается атмосферой, задерживая его поступление в космическое пространство, и возвращается обратно. Данный процесс и называется парниковым эффектом атмосферы. Благодаря действующему в течение практически всей истории Земли этому процессу приземная атмосфера нагревается и сохраняет теплоту, которая расходуется на создание благоприятных условий для жизнедеятельности организмов.

Поглощение длинноволнового и инфракрасного излучений происходит за счет таких примесей в атмосферном воздухе, как углекислый газ, водяные пары, метан, оксиды азота и озона. Долгое время считалось, что главное воздействие оказывают только пары воды, но выяснилось, что действие оксидов азота, СO2, O3 и паров воды достаточно велико и каждый из них эффективен в различных областях спектра. Этот природный процесс, действующий со времени появления в атмосфере углекислоты, затем паров воды и озона, обусловил развитие органического мира и способствовал выходу животных и растений на земную поверхность.

Техногенез привел к резкому возрастанию концентраций всех энергопоглощающих соединений и в первую очередь углекислоты. В настоящее время содержание СO2 в атмосфере составляет примерно 336 частей/млн. (около 25 лет назад его количество составляло 310—315 частей/млн.). В результате антропогенного выброса углекислоты в атмосферу вследствие сжигания минерального топлива происходит существенное повышение ее концентрации. Расчеты академика М. И. Будыко (1977, 1980, 1986) показывают, что в начале XXI в. в атмосферу должно поступить 400—450 частей/млн., что приведет к глобальному повышению температур на 1—1,5°С. Глобальное потепление климата и изменение погодных условий происходят в жизни одного поколения и приводят к довольно значительным изменениям природной среды. В том случае, если концентрация СO2 в атмосфере превысит 600—700 частей/млн., это вызовет катастрофические изменения климата и увеличение уровня Мирового океана в результате таяния ледниковых покровов в Гренландии и Антарктиде. Для того чтобы снизить поступление техногенной углекислоты в атмосферу, в декабре 1998 г. в г. Киото (Япония) ведущими промышленными странами было заключено соглашение о постепенном снижении потребления минерального топлива и сокращении выбросов в атмосферу углекислого газа.

Техногенные выбросы оксидов азота, приводящие к усилению парникового эффекта атмосферы, также достаточно велики. Они приводят к обогащению тропосферного воздуха энергопоглощающим озоном.

Нарушение озонового слоя и возникновение озоновых дыр

Молекула озона (O3) состоит из трех атомов кислорода. В атмосфере озон образуется в результате фотохимической диссоциации молекулярного кислорода под воздействием солнечной радиации с длиной волны не менее 240 нм.

Максимальная концентрация озона сосредоточена в тропосфере на высотах 17-25 км, где существует так называемый озоновый слой. Его масса столь мала, что при нормальном приземном давлении весь атмосферный озон образовал бы слой толщиной всего 3 мм. Озоновый слой тоньше в экваториальных районах и толще в полярных. Он отличается значительной изменчивостью во времени и по территории вследствие колебаний солнечной радиации и циркуляции атмосферы.

Несмотря на малую мощность и небольшое содержание в атмосфере, озоновый слой защищает организмы Земли от вредного и очень губительного воздействия ультрафиолетовой радиации Солнца. Озон поглощает ее жесткую часть (ЦУС) с длинами волн 100—280 нм (или 10-9 м) и большую часть менее энергоемкой, но также опасной UVB радиации с длинами волн 280 —315 нм. Менее активная часть спектра ультрафиолетовой радиации (более длинноволновая часть UVB и вся UVA с длинами волн 315—400 нм) озоном не абсорбируется и проникает в тропосферу.

С воздействием жесткой ультрафиолетовой радиации связаны неизлечимые формы рака кожи, болезни глаз, нарушения иммунной системы людей, неблагоприятные и даже опасные для жизнедеятельности воздействия на планктонные организмы в Мировом океане, снижение урожайности зерновых культур и другие экологические последствия.

Жизнь на земной поверхности стала возможной только после того, как в атмосфере Земли возник озоновый слой, когда сформировалась надежная защита. Произошло это около 400 млн. лет тому назад, и только после этого на суше возник растительный покров и стали обитать наземные организмы. До этого времени жизнь развивалась в морской среде и слой воды толщиной в несколько метров предохранял живые существа от воздействия ультрафиолетового излучения.

Еще в начале 70-х годов XX в. состояние озонового слоя стало вызывать беспокойство ученых. В 1974 г. американские геохимики Ш. Роуланд и М. Молина пришли к выводу о том, что возрастающее производство и применение хлорфторуглеродов неизбежно приведут к прогрессирующей деградации озонового слоя.

Это предупреждение о грядущем разрушении озонового слоя с серьезными последствиями для человечества было замечено научной общественностью и политиками. Однако переговоры о подготовке Международной конвенции по защите озонового слоя происходили весьма вяло. Конвенция была заключена в Вене в 1985 г. уже после появления первых сообщений о возникновении озоновых дыр и стала декларацией о необходимости международного сотрудничества в этой области.

Озоновый слой, формирующийся в результате фотолиза молекулярного кислорода, под воздействием различных причин как природного, так и антропогенного характера действительно стал постепенно разрушаться. Впервые его частичная деградация была зафиксирована во время наблюдений с полярных станций в Антарктиде в 80-е годы. Первая озоновая дыра была обнаружена в атмосфере над Антарктидой английским исследователем Д. Фарманом в октябре — ноябре 1984 г. В ее пределах содержание озона оказалось на 40% ниже, чем в среднем над всем континентом. С тех пор число и размеры так называемых озоновых дыр увеличиваются. К тому же они были обнаружены не только в Южном, но и в северном полушарии.

Обнаруженная над Антарктидой озоновая дыра стала тревожным сигналом общепланетарного неблагополучия и потребовала серьезного внимания всех стран мира. Вскоре после этого в 1988 г. был подписан Монреальский протокол к Конвенции по защите озонового слоя, предусматривающий постепенное сокращение производства и потребления хлорфторуглеродов.

В разложении озона принимают участие кислородный, водородный, азотный и галоидный циклы химических преобразований (Г. А. Богдановский, 1994). В соответствии с кислородным циклом (цикл Чепмена) озон распадается на молекулярный и атомарный кислород:

O3 → O2 + О

На высотах 20—40 км в результате такого химического процесса теряется около 20% атмосферного озона.

Более существенные потери приходятся на долю водородного цикла — до 60% озона на высотах 17—25 км. Потеря озона обусловливается его взаимодействием с радикалом (ОН). Образование гидроксила происходит при взаимодействии водорода, метана и воды с атомарным кислородом по следующей схеме:

2Н2O → 2OН + Н2

СН4 + О → ОН + СН3

Н2 → 2Н

Сам водородный цикл может быть записан следующим образом:

ОН + O3 → HO2 + O2

НO2 + O3 → ОН + 2O2

2O3 → 3O2

Подобные реакции имеют большие скорости и поэтому протекают весьма энергично, особенно на высотах 17—25 км.

В начале 70-х годов XX в. для определения состояния озонового слоя в модельные расчеты исследователи ввели представления об азотном цикле, основанные на способности оксидов азота разрушать молекулу озона. Они раскрываются в следующих химических реакциях:

NO2 + О → NO + O2

NO + Oэ → NO2 + O2

NO2 + O3 → NO3 + O2

ИОз → NO + O2

Кроме того, установлено, что при сравнительно низких температурах озон способен реагировать с инертным азотом:

N2 + O3 N2O + O2

В 70-е годы XX в. был открыт галоидный цикл разложения озона:

Сl + O3 → СlO + O2

Сl + 2O → Сl + O2

Последнему циклу многие исследователи придают главенствующую роль в разрушении озонового экрана.

Как показывают исследования последних лет, на состояние озонового экрана, возможно, сильно влияет азотный цикл. Однако до настоящего времени не изучена степень совместного влияния всех перечисленных четырех циклов на состояние озонового слоя.

Вместе с тем установлено, что в последние десятилетия происходит глобальное сокращение содержания озона в стратосфере и тропосфере. Только с 60-х годов XX в. атмосфера Земли потеряла почти 15% озона.

Выше мы отмечали, что в верхних частях тропосферы и в стратосфере происходит периодическое образование озоновых дыр. Они имеют локальное распространение, но их размеры составляют несколько сотен миллионов квадратных километров. Все озоновые дыры через сравнительно короткие отрезки времени постепенно исчезают, а уровень содержания озона в них вновь восстанавливается.

Было выявлено уменьшение содержания озона над определенными территориями и в северном полушарии. Зимой 1991—1992 гг. падение уровня содержания озона было зафиксировано над Северной Европой. Наблюдательные пункты в районе Риги и Санкт-Петербурга установили падение уровня содержания озона на 40—45% ниже многолетней нормы. В 1993 г. появление озоновой дыры было выявлено и над территорией США и частично над Канадой.

В 1995 г. резко усилившийся процесс разрушения озона был зарегистрирован и над территорией СНГ. Наиболее сильная потеря озона была отмечена в сентябре 1995 г. над северо-востоком России. Возникли значительные аномалии над озерами Байкал и Балхаш, над Прикаспийской низменностью, Полярным Уралом и Памиром.

Надо подчеркнуть, что с тех пор значительные потери озона наблюдались над обширными территориями Арктики и над Британскими островами, Скандинавией, Северо-Западом и Северо-Востоком России.

Биологические последствия возникновения озоновых дыр. Периодически возникающие озоновые дыры весьма негативно влияют на биоту. Это вызвано отрицательной ролью ультрафиолетового излучения. В жизнедеятельности организмов немаловажная роль принадлежит коротковолновой части солнечной радиации.

Выявлены следующие особенности влияния ультрафиолетового излучения на живые организмы.

1. Облучение ДНК и клеточных мембран микроорганизмов приводит к потере способности ориентации, а это в конечном итоге способствует их гибели, что вызывает нарушение в пищевых цепях и представляет серьезную экологическую опасность для органического мира.

2. Под воздействием UVB-излучения нарушается рост растений суши, уменьшаются их число и размеры, подавляются реакции фотосинтеза. Поэтому даже небольшое снижение концентраций озона в атмосфере приводит к резкому сокращению урожайности.

3. Большая часть UVB-излучения поглощается водой, но данный процесс не беспределен. В фитопланктоне подавляется фотосинтез и снижается его продуктивность. В зоопланктоне особенно чувствительны к излучению молодые организмы, в которых появляются патологические изменения и происходит массовая гибель отдельных сообществ и целых популяций.

4. У крупных млекопитающих, в том числе и у человека, UVB-излучение в первую очередь поражает глаза, кожу и иммунную систему. У людей возникает конъюнктивит, развивается катаракта, усиливается морщинистость кожи (фотоэластоза), появляются ожоги кожи (эритема), рак кожи и меланомы. Исследования показывают, что при снижении уровня озона на 1—2% повышается уровень заболевания меланомой, а это, в свою очередь, приводит к росту смертности на 0,8—1,5%.

В связи с крайне негативными последствиями проблема происхождения озоновых дыр и разработка методов противостояния сокращению стратосферного озона в настоящее время имеют не только научное, но и важнейшее практическое значение.

Все гипотезы о происхождении озоновых дыр могут быть объединены в три группы: метеорологическую, техногенную и эндогенную.

Метеорологическая группа гипотез связывает образование озоновых дыр с естественными процессами формирования озона. Сторонники этих гипотез считают, что образование и общее содержание озона в конкретном объеме атмосферы зависят от характера метеорологических процессов и перепадов температур, которые определяют не только направления воздушных потоков, но и скоростные параметры реакции кислородного, азотного и водородного циклов.

Правильность этих гипотез подтверждают четко выраженные суточные и сезонные колебания общего содержания озона, связанные с вспышками или ослаблениями фотохимических реакций.

Установлены определенные корреляции между содержанием озона и атмосферными процессами. На фронтах циклонов, во время штормов и тайфунов резко снижается концентрация озона. Как правило, сезоны и районы активного образования циклонов совпадают со временем минимальных значений содержания озона в тропической и субтропической областях. Планетарная озоновая дыра над Северной Атлантикой совпадает с местами рождения циклонов. Маршруты циклонических вихрей в Каспии и на Дальнем Востоке совпадают с озоновыми аномалиями.

Образование озоновых дыр в полярных областях связывают с существованием крайне низких температур в стратосферном слое. Ведь низкие температуры увеличивают скорости реакций, разрушающих озон. Наблюдения показали, что снижение озона в стратосфере наступает по мере падения температуры, когда в пределах полярной воронки, охватывающей север Канады, Сибирь, Скандинавию и Европейскую Арктику, начинают образовываться переохлажденные ледяные облака. Именно в них разрушаются молекулы озона.

В январе 1996 г. над Европейской Арктикой установились и долгое время держались крайне низкие температуры. В это время полярные стратосферные облака возникали по краям воронки, что вызвало разрушение озонового слоя на большой площади. Утонение озонового слоя наблюдалось над Скандинавией, северной частью Восточной Европы и даже над Великобританией.

Техногенная группа гипотез основывается на роли в разрушении озонового слоя техногенных хлор- и фторсодержащих газов — фреонов, которые используют в холодильной промышленности и в качестве распыляющих веществ в аэрозольных упаковках. Фреоны представляют собой хлор составляющие соединения метана, этана и пропана с обязательным содержанием фтора (CFCl3, CF2Cl2, CF3Cl, СР4, С2Н4F2, С2Н2F4 и др.).

Американские ученые М. Молина и Ш. Роуленд, открывшие хлорный цикл разложения озона, в 1974 г. высказали мнение, что активный хлор в составе фреонов может поступать в стратосферу, где в условиях низких температур в полярных широтах происходит их фотолиз:

СFС13 → СFСl2 + Сl

СF2Сl2 → СF2Сl + Сl

Свободный хлор вызывает галоидный цикл разложения озона по следующим реакциям:

Сl + O3 → СlO + O2

СlO + O3 → СlO2 + O2

В 1987 г. это предположение было подтверждено прямыми замерами с борта американского самолета У-2, выполнявшего исследовательские рейсы в верхней тропосфере и в стратосфере от чилийского города Пунта-Аренас в глубь Антарктиды. Были выявлены значительные корреляции между содержанием озона и оксидами хлора в пределах озоновой дыры.

Это открытие стало достоянием мировой общественности и побудило осуществить ряд мер по ограничению поступления техногенного фреона в стратосферу. В 1986 г. ООН в рамках программы по охране окружающей среды провела конференцию в Монреале. В принятом протоколе страны-участницы высказали озабоченность и приняли решение о резком снижении к 1989 г. производства фреонов. В числе других стран этот протокол подписали Россия, Украина и Белоруссия, которые обязались перепрофилировать свои предприятия на производство иных типов хладоносителей. Однако в данном направлении было мало что сделано. За свое открытие авторы техногенно-фреоновой гипотезы в 1995 г. были удостоены Нобелевской премии.

Вместе с тем появляются сведения о том, что сокращение озона хотя и происходит по мере выбросов фреона в атмосферу, но фреоны не могут быть единственной причиной разрушения озонового слоя. Сомнения в правильности фреоновой гипотезы следующие.

1. Модельные расчеты, проводимые с 1985 г., показывают расхождение с фактическими данными о глобальном снижении озона.

2. Ряд исследований показывают возможность разложения фреонов при контакте с некоторыми видами почв, кварцевыми песками и кварцсодержащими породами. Этим самым подвергается сомнению базовое положение гипотезы о длительности пребывания в тропосфере фреонов и их инертности.

3. Озоновая дыра наиболее сильно выражена в Антарктиде, в то время как максимальное производство и потребление фреонов сосредоточены в умеренных широтах северного полушария. Сторонники фреоновой гипотезы считают, что вследствие своей подвижности фреоны переносятся в атмосфере в течение года и благодаря воздушным потокам интенсивно перемешиваются.

4. Сторонники фреоновой гипотезы не учитывают возможность поступления в атмосферу иных источников, кроме техногенных. Однако при исследовании пузырьков воздуха в антарктическом льде, имеющем возраст 1100—2600 лет, обнаружены фреоны, имеющие вулканическое происхождение.

Исследования последних лет свидетельствуют о наличии повышенных концентраций фреонов над действующими вулканами Курильской гряды.

Кроме вулканов источниками природного хлора являются лесные пожары. Образованный хлорный метил (СН3Сl) с восходящими потоками нагретого воздуха во время масштабных пожаров способен достигать верхней части тропосферы и входить в реакции с озоном.

5. Масштабные выбросы в атмосферу природного метана, особенно резко выросшие в процессе добычи и транспортировки нефти и природного газа, к которым добавляются потоки биогенного метана из болот, в тысячу раз превосходят потоки фреонов любой природы. В присутствии же метана реакция взаимодействия хлора с озоном прекращается. Следовательно, о галоидном цикле сокращения стратосферного озона как процессе планетарного масштаба говорить не приходится.

Эндогенная гипотеза сокращения озонового слоя носит название гипотезы водородно-метановой продувки. В основе этой концепции лежит представление о взаимодействии эндогенных флюидов — водорода, метана и азота со стратосферным озоном. Гипотеза была высказана в 90-х годах XX в. В. Л. Сывороткиным. С точки зрения химии процесса разрушения озонового слоя гипотеза не оригинальна. В ее основе лежат представления о водородном и азотном циклах разрушения озона. Принципиально новым в гипотезе является представление об источнике поступления флюидов в атмосферу.

Потоки эндогенных газов, выбрасываемые в атмосферу, вызваны процессами, протекающими в недрах Земли, — процессами дегазации внешнего ядра, насыщенного флюидами в обстановке высокого водородно-гелиевого давления на ранних этапах существования планеты. Однако данное положение основано на предположении о гидрадном составе земного ядра, которое противоречит принятой в настоящее время концепции о железном ядре.

Существование газовых потоков водорода и азота с примесью гелия и углеводородов подтверждается данными, полученными при исследованиях газового состава глубоких скважин, составов газово-жидких включений в минералах интрузивных пород, в базальтовых лавах, фумаролах и гидротермах. Так, например, в Калифорнийском заливе и над Восточно-Тихоокеанским поднятием между 20 и 35° ю. ш. обнаружены мощные водородные струи. Гидротермы с газами водородного состава обнаружены в Центральном грабене Исландии, над рифтами Срединно-Атлантического хребта, в Красноморском рифте, в желобе Тонга и других местах Атлантического, Индийского и Тихого океанов. Эндогенные флюидные потоки зафиксированы в кимберлитовых трубках Удачная, Юбилейная, Мир. В некоторых из них дебит газовой струи достигает 1200 л/с. В ней на долю водорода приходится 50-60%, а метана — 40-50%.

Главными каналами, через которые газы выходят на дневную поверхность, являются рифтовые области, максимально сближающиеся над Антарктидой. Предполагается, что атмосфера над Антарктидой подвергается максимальной продувке озоноразрушающими газами.

По В. Л. Сывороткину, часть озоновых дыр возникает над базальтовыми щитовыми вулканами, для которых характерно образование лавовых озер, флюидная продувка которых приводит к появлению так называемых «волос Пеле». Этот редкий феномен был обнаружен на вулкане Килауэа на Гавайях и на вулкане Эре-бус в Антарктиде. Кроме того, подобные явления были обнаружены в Восточной Африке (вулкан Ньирагонго), возле Красного моря (вулкан Эрта-Але), на Азорских островах (вулкан Капельиниш). Важно, что над всеми перечисленными районами периодически появляются озоновые дыры.

Согласно расчетным данным, общий объем эндогенных газов многократно превышает объем техногенных газов, способных разрушить стратосферный озон. Кроме того, эндогенные газы намного легче фреонов, которые тяжелее воздуха. Для того чтобы доставить фреоны в атмосферу, необходимы мощные потоки горячего воздуха. Вулканические извержения, как известно, способны выбрасывать свои продукты, в том числе газы, на десятки километров в атмосферу.

Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что процесс разрушения озонового слоя трудно объяснить действием только одного какого-то природного или техногенного процесса. Формирование и разрушение озонового слоя представляют собой многофакторный процесс, и, следовательно, попытка абсолютизации какого-то одного фактора в рамках изложенных гипотез явно обречена на неудачу.

Большую озоновую дыру впервые обнаружили над Арктикой

Размер озоновой дыры над Арктикой ученые оценили в «три Гренландии» — то есть около шести миллионов квадратных километров.

Обычно в Арктике не появляются озоновые дыры — температура там не такая низкая, как в Антарктиде. Но сейчас на полюсе скопилась масса холодного воздуха, которая оказалась заперта в «полярном вихре». Из-за этого концентрация холодного воздуха над Арктикой стала рекордной с 1979 года.

Эти условия позволили перламутровым облакам, которые располагаются в нижней стратосфере и состоят из переохлажденных капель воды, дойти до озонового слоя. На поверхность облаков из атмосферы попали фреоны, а также соединения хлора и брома, которые выделяются при работе холодильных установок. Именно они и разрушают озоновый слой и приводят к появлению дыр.

До этого над Арктикой находили только озоновые дыры площадью не больше двух миллионов квадратных километров. Но время их жизни не превышало нескольких дней.

Каждую зиму озоновые дыры появляются над Южным полюсом в Антарктиде. Температуры на континенте значительно ниже и более стабильны, поэтому там больше условий для того, чтобы перламутровые облака поднимались к озоновому слою. Но осенью 2019 года ученые зафиксировали минимальный размер озоновой дыры над Антарктидой за всю историю наблюдений с 1982 года.

Озоновый слой находится на высоте от 15 до 40 километров над поверхностью Земли, его толщина меняется в зависимости от времени года и прочих факторов, включая воздействие фреонов. Слой защищает планету от ультрафиолетового излучения Солнца — из-за этого до планеты доходит только несколько его процентов.

Любопытные факты об озоновом слое Земли и его разрушении

Озоновый слой — это своего рода покрывало, надёжно защищающее нашу планету от ультрафиолетового излучения. 16 сентября 1987 года в Монреале был подписан Протокол об озоноразрушающих веществах. Его суть сводилась к остановке производства химических веществ, которые разрушают озоновый слой планеты. В честь этой даты был установлен Международный день охраны озонового слоя, который отмечается ежегодно 16 сентября начиная с 1995 года. АиФ.ru рассказал некоторые интересные факты об озоновом слое планеты.

Что такое озоновый слой

Озоновый слой — это часть стратосферы Земли на высоте от 12 до 30 км (в зависимости от широты). Он возник под воздействием солнечного ультрафиолета, который разбил молекулярный кислород О2 на атомы. Эти атомы затем соединились с другими молекулами О2 и превратились в озон — О3. По сути, чем выше концентрация озона, тем лучше он защищает биологические организмы от солнечной радиации.

Словосочетание «озоновая дыра» появилось не потому, что в озоне на самом деле нашли дыры. Термин этот возник благодаря спутниковым снимкам общего содержания озона в атмосфере над Антарктикой, на которых было видно, как меняется толщина озонового слоя, в зависимости от сезона.

Разрушение озонового слоя и воздействие фреонов

Впервые о том, что озоновый слой истончается, заговорили в 1957 году. Некоторые исследователи в процессе колебания толщины озонового слоя проблемы не видят. В конце полярной зимы и в начале полярной весны слой озона сокращается, а после наступления полярного лета он увеличивается.

Считается, что фреоны, используемые в производстве бытовых аэрозолей, вспенивателя теплоизоляции и холодильников, оказывают негативное влияние на озоновый слой. Как только появились соответствующие исследования, производители этих вещество пытались дискредитировать гипотезу.

Однако тот факт, что фреон влияет на истощение озонового слоя, доказали исследователи Пауль Крутцен, Марио Молина и Шервуд Роуланд в 1995 году. За это им была вручена Нобелевская премия.

Основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии, а наиболее интенсивное истощение озонового слоя наблюдается над Антарктикой. Почему? Оказывается, фреоны хорошо перемещаются в слоях тропосферы и стратосферы, а срок их «жизни» исчисляется годами.Ветер разносит фреоны по всей атмосфере, в том числе и в Антарктику. При очень низких температурах происходит необычная химическая реакция — на ледяных кристалликах стратосферных облаков из фреонов выделяется хлор и замерзает. С приходом весны льдинки тают, и высвобождается хлор, который разрушает озон.

Разрушается ли озоновый слой только над Антарктикой? Нет. Озоновый слой истончается над обоими полушариями, что доказано долговременными измерениями концентрации озона в разных точках планеты.

Глобальное потепление

Не все учёные сходятся во мнении относительно глобального потепления. Хотя в 1995 году на Мадридской конференции ООН потепление было признано научным фактом, некоторые до сих пор считают это мифом и приводят свои доказательства.

Согласно наиболее распространённой точке зрения в научной сфере, глобальное потепление — это реальность, и происходит оно из-за деятельности человека. Не последнюю роль в этом играет истончение озонового слоя.

Как следует из последних наблюдений, северные реки остаются замёрзшими в среднем на 2 недели меньше, чем раньше. Кроме того, продолжается таяние ледников.

Озоновые дыры: причины и последствия

  • Что такое озоновые дыры?
  • Где находятся озоновые дыры?
  • Как образуются озоновые дыры?
  • Причины озоновых дыр
  • Последствия озоновых дыр
  • Как бороться с озоновыми дырами
  • Озоновые дыры, видео
  • Не секрет, что наша планета Земля уникальна в Солнечной системе, поскольку это единственная планета, на которой существует жизнь. И в том числе зарождение жизни на Земле было возможно благодаря специальному защитному шару из озона, который покрывает нашу планету на высоте в 20-50 км. Что такое озон и зачем он нужен? Само слово «озон» с греческого переводится как «пахнущий», ведь именно его запах, мы можем ощущать после дождя. Озон это голубой газ, состоящий из трехатомных молекул кислорода, по сути такой еще более концентрированный кислород. Значение озона огромно, поскольку именно он защищает Землю от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, идущих от Солнца. К сожалению, мы, люди, не ценим того, что было создано природой (или Богом) на протяжении миллиардов лет, и одним из результатов разрушительной деятельности человека, стало появление озоновых дыр, о которым мы и поговорим в сегодняшней статье.

    Для начала определимся с самим понятием «озоновая дыра», что она из себя представляет. Дело в том, что многие люди ошибочно представляют озоновую дыру как некую брешь в атмосфере нашей планете, месте, в котором озоновый шар полностью отсутствует. На самом деле это не совсем так, он не то, чтобы совсем отсутствует, просто концентрация озона в месте озоновой дыры в разы ниже, чем следовало бы быть. Как результат, ультрафиолетовым лучам легче попадать на поверхность планеты, и оказывать свое разрушительное действие именно в местах озоновых дыр.

    Где находятся озоновые дыры?

    Что же, в таком случает, закономерным будет вопрос о расположении озоновых дыр. Первая озоновая дыра в истории была обнаружена в 1985 году над Антарктидой, по подсчетам ученых, диаметр этой озоновой дыры составлял 1000 км. Причем озоновая эта дыра имеет весьма странное поведение: она появляется каждый раз в августе и исчезает к началу зимы, чтобы вновь появится в августе.

    Чуть позже другая озоновая дыра, правда, меньших размеров, была обнаружена уже над Арктикой. В наше же время множество мелких озоновых дыр обнаружено в разных местах, но озоновая дыра над Антарктидой занимает пальму первенства по своим размерам.

    Фото озоновой дыры над Антарктидой.

    Как образуются озоновые дыры?

    Дело в том, что на полюсах вследствие низкой тамошней температуры образуются стратосферные облака, содержащие в себе ледяные кристаллики. Когда эти облака соприкасаются с молекулярным хлором, попадающим в атмосферу, происходит целая серия химических реакций, результатом которых является разрушение молекул озона, происходит сокращение его количества в атмосфере. И как результат образуется озоновая дыра.

    Причины озоновых дыр

    Каковы причины возникновения озоновых дыр? Причин этого явления есть несколько, и самая главная из них – загрязнение окружающей среды. Множество фабрик, заводов, дымовых газовых ТЕЦ выбрасывают в атмосферу, в том числе, и злополучный хлор, и тот уже вступая в химические реакции, делает бум в атмосфере.

    Также появлению озоновых дыр в немалой степени способствовали ядерные испытания, проводившиеся в прошлом веке. При ядерных взрывах в атмосферу попадают окиси азота, которые вступая в химические реакции с озоном, также разрушают его.

    Реактивные самолеты, летающие в облаках, также способствуют появлению озоновых дыр, поскольку каждый их полет сопровождается выбросом в атмосферу той же окиси азота, губительной для нашего защитного озонового шара.

    Последствия расширения озоновых дыр, разумеется, не самые радужные – вследствие усиленного ультрафиолетового излучение может увеличится количество людей с заболеванием раком кожи. Помимо этого падает общий иммунитет человека, что приводим и ко многим другим болезням. Впрочем, от усиленного ультрафиолетового излучения, проходящего сквозь озоновую дыру, могут страдать и не только люди, но и, например, жители верхних слоев океана: креветки, крабы, водоросли. Чем опасны озоновые дыры для них? Все теми же проблемами с иммунитетом.

    Как бороться с озоновыми дырами

    Решение проблемы озоновых дыр учеными было предложено следующее:

    • Начать регулирование выброса разрушительных для озона химических элементов в атмосферу.
    • Начать восстанавливать штучным путем количество озона на месте озоновых дыр. Делать это таким образом, при помощи летательных аппаратов на высоте 12-30 км распылять штучный озон в атмосфере. Недостатком этого метода является необходимость существенных экономических издержек, да и значительное количество озона за раз распылить в атмосфере при современных технологиях, увы, невозможно.

    Озоновые дыры, видео

    И в завершение интересный документальный фильм про озоновые дыры.

    Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.

    Эта статья доступна на английском языке – Ozone Holes: Causes and Consequences.