Толщина озонового слоя – интересные факты - Oxford44.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Толщина озонового слоя – интересные факты

Озоновая «дыра»: мифы и реальность

Об этом в беседе с корреспондентом «НВ» размышляет Анатолий ЗВЯГИНЦЕВ, заведующий лабораторией системного анализа Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета.

Газетные заголовки, время от времени, нагнетают страсти, пугая обывателя: «Озоновая «дыра» разрастается не только над Антарктидой, но и над Арктикой», «Её хвост уже над Москвой», «Глобальная экологическая катастрофа»… Неужели приближается конец света?

Получить ответ на этот вопрос спецкор «НВ» Юрий Махрин решил, что называется, из первых рук — у Анатолия Звягинцева, заведующего лабораторией системного анализа, старшего научного сотрудника ЦАО, кандидата наук. Это его обзоры о состоянии озонового сло я над Московским регионом и всей территорией России систематически публикуются в журнале «Метеорология и гидрология».

— Анатолий Михайлович, я прочел несколько ваших последних статей в научных журналах и тезисы доклада на недавнем совещании по проблемам приземного (тропосферного) озона. Войдя, как говорится, в тему, я понял, что у Вас для читателей нашей газеты есть и радостные вести, и тревожные. Давайте начнем с хороших.

— Вот одна из таких. Согласно данным NASA и NOAA (США), а также Европейского космического агентства, озоновая «дыра» над Антарктидой в сентябре-октябре 2012-го была едва ли не самой малой за последние 20 лет: ее площадь составила 18 млн. кв. км — меньше было лишь в 2002-м. То есть, сузилась на 9 тысяч квадратных километров в сравнении с 1998 и 2006 годами. И минимальное общее содержание озона (ОСО) в этом слое возросло с 92 единиц Добсона (названа так в честь знаменитого британского метеоролога лорда Добсона. — Ред.) в 1994-м до 139. Но чтобы окончательно заштопать злополучную «дыру», бывшую страшилкой людей четверть века, матушке-природе, полагаю, понадобится еще несколько десятилетий.

— Антарктида от нас далеко. Арктика — рядом. А над ней, говорят, озоновый слой быстро истончается, и вот читаю сенсационный заголовок в газете: «Россия попала в «дыру». «Проникая через нее, ультрафиолет наносит вред всему живому на Земле, обрекает людей на страшные болезни и страдания, смерть». Грозит ли нашей стране уничтожение озонового слоя? Может ли озон в нашей родной «дыре» разрушиться полностью?

— По общепринятой классификации, «дыра» — это когда ОСО составляет в слое менее 220 единиц Добсона (средний показатель по земному шару — 300). Так вот в последние годы над полярными и умеренными широтами Северного полушария появлялись лишь мини-«дыры» с аномально низким ОСО — менее 220 единиц. И жизнь их коротка — менее недели. Тогда как в Антарктиде они живут 3-4 месяца.

Хочу успокоить жителей Московского региона и всей России: над умеренными и высокими широтами Северного полушария идет восстановление озонового слоя. Лишь в зимне-весенний период 2011-го была отмечена крупная озоновая аномалия. Но не «дыра»!

— Термин озоновая «дыра» употребляют не только журналисты, но и ученые. Правда, при этом заключают слово в кавычки. Значит, это скорее яркий публицистический образ, никакой реальной дыры в атмосфере нет?

— Да, это образ. А придумали его журналисты — для колоритного обозначения весенней Антарктической озоновой аномалии. Это название прижилось и у ученых. Наблюдается озоновая «дыра» с конца 70-х годов прошлого века в высоких широтах Южного полушария с августа по декабрь на площади более 15 миллионов квадратных километров в течение нескольких месяцев. Характеризуется обычно величиной ОСО менее 220 единиц Добсона, но снижается порой до 80. При этом на высотах 15–20 км относительная концентрация озона падает почти до нуля, что свидетельствует о наличии здесь мощного источника разрушения озона, связанного с полярными стратосферными облаками. Но ниже 12 километров и выше 25 концентрация озона изменяется несильно.

— Какова природа озоновой аномалии?

— По мнению одних ученых, ее возникновение связано с происходящими на поверхности полярных стратосферных облаков озоноразрушающими фотохимическими реакциями с участием продуктов разложения различных хлорфторуглеродов, концентрации которых росли до середины 1990-х годов, а сейчас медленно понижаются. Другие, в том числе сотрудники ЦАО, считают, что появление «дыр» обусловлено климатическими изменениями, приведшими к понижению температуры в стратосфере, что вызвало усиленное образование полярных стратосферных облаков, а изменения концентраций фрионов — это лишь сопутствующий процесс.

— Тот озон, что находится наверху атмосферы Земли, экологи называют хорошим, а тот, что в приземном слое, плохим. Почему?

— Озон стратосферы, когда он в норме, задерживает опасное УФ-излучение. Тот ультрафиолет, который поглощается озоновым слоем, в больших дозах губителен для всего живого на нашей планете. Но в дозах, поступающих на большую часть территории России, его как раз не хватает, а, как известно, под воздействием УФ-радиации в организме человека образуется витамин Д. Именно поэтому медики рекомендуют восполнять его дефицит рыбьим жиром, а многие россияне предпочитают получать ультрафиолет у теплых морей.

Приземный озон — и тут пришел черед сообщить читателям газеты вторую, плохую, новость — это сильный окислитель, яд, относимый к наивысшему классу опасности. По ядовитости не уступает хлору. Вреден для человека в любой концентрации, поскольку разрушает клетки любого живого организма.

— А как же восторги по поводу озона после грозы?

— Это еще один миф. Во-первых, после грозы озона в воздухе становится меньше. Во-вторых, его аромат можно ощутить лишь в концентрации, в десятки раз большей, чем после грозы. И такого, слава богу, нигде и никогда не отмечалось. В нижнюю атмосферу озон поступает из стратосферы, а также генерируется в результате фотохимических реакций с участием оксидов азота и легколетучих органических соединений. Из-за глобального потепления и увеличения выбросов загрязняющих веществ концентрация приземного озона в ряде промышленно развитых стран постоянно растет — со скоростью около 0,3 процента в год, что многими экологами рассматривается как угроза для человечества. Особенно сильное увеличение концентрации приземного озона ожидается в ближайшее время в Индии, Китае и государствах Юго-Восточной Азии.

Среднесуточная концентрация озона в приземном слое атмосферы в незагрязненных районах средней полосы России составляет около 30 мкг/м 3 зимой и 70 — летом, что несколько меньше соответствующих характеристик в западноевропейских странах. Весной и летом концентрация озона значительно изменяется в течение суток. Наибольшая наблюдается через два-три часа после полудня. Почти ежегодно весной и летом, например, в окрестностях Москвы, бывает несколько дней, когда в течение нескольких часов — обычно от полудня до 20.00 — концентрация озона превышает предельно допустимую — ПДК.

Превышения ПДК происходят летом, в дневное время, при температуре воздуха выше 28 градусов и при скорости ветра не более 3 метров в секунду. Самые высокие значения зафиксированы во время лесных и торфяных пожаров 2002 и 2010 годов. В Московской области в июле-августе 2010 года ПДК был превышен в три с лишним раза. Рекорды того страшного лета: на станции Зеленоград — 508 мкг/м 3 , на станции Звенигород — 403, в Долгопрудном — 344. С 19 июля по 18 августа, когда разовые концентрации озона значительно превышали безопасный уровень, он стал причиной сотен смертей жителей столицы и Подмосковья.

Озоновая «дыра»: мифы и реальность

Об этом в беседе с корреспондентом «НВ» размышляет Анатолий ЗВЯГИНЦЕВ, заведующий лабораторией системного анализа Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета.

Газетные заголовки, время от времени, нагнетают страсти, пугая обывателя: «Озоновая «дыра» разрастается не только над Антарктидой, но и над Арктикой», «Её хвост уже над Москвой», «Глобальная экологическая катастрофа»… Неужели приближается конец света?

Получить ответ на этот вопрос спецкор «НВ» Юрий Махрин решил, что называется, из первых рук — у Анатолия Звягинцева, заведующего лабораторией системного анализа, старшего научного сотрудника ЦАО, кандидата наук. Это его обзоры о состоянии озонового сло я над Московским регионом и всей территорией России систематически публикуются в журнале «Метеорология и гидрология».

— Анатолий Михайлович, я прочел несколько ваших последних статей в научных журналах и тезисы доклада на недавнем совещании по проблемам приземного (тропосферного) озона. Войдя, как говорится, в тему, я понял, что у Вас для читателей нашей газеты есть и радостные вести, и тревожные. Давайте начнем с хороших.

— Вот одна из таких. Согласно данным NASA и NOAA (США), а также Европейского космического агентства, озоновая «дыра» над Антарктидой в сентябре-октябре 2012-го была едва ли не самой малой за последние 20 лет: ее площадь составила 18 млн. кв. км — меньше было лишь в 2002-м. То есть, сузилась на 9 тысяч квадратных километров в сравнении с 1998 и 2006 годами. И минимальное общее содержание озона (ОСО) в этом слое возросло с 92 единиц Добсона (названа так в честь знаменитого британского метеоролога лорда Добсона. — Ред.) в 1994-м до 139. Но чтобы окончательно заштопать злополучную «дыру», бывшую страшилкой людей четверть века, матушке-природе, полагаю, понадобится еще несколько десятилетий.

— Антарктида от нас далеко. Арктика — рядом. А над ней, говорят, озоновый слой быстро истончается, и вот читаю сенсационный заголовок в газете: «Россия попала в «дыру». «Проникая через нее, ультрафиолет наносит вред всему живому на Земле, обрекает людей на страшные болезни и страдания, смерть». Грозит ли нашей стране уничтожение озонового слоя? Может ли озон в нашей родной «дыре» разрушиться полностью?

— По общепринятой классификации, «дыра» — это когда ОСО составляет в слое менее 220 единиц Добсона (средний показатель по земному шару — 300). Так вот в последние годы над полярными и умеренными широтами Северного полушария появлялись лишь мини-«дыры» с аномально низким ОСО — менее 220 единиц. И жизнь их коротка — менее недели. Тогда как в Антарктиде они живут 3-4 месяца.

Хочу успокоить жителей Московского региона и всей России: над умеренными и высокими широтами Северного полушария идет восстановление озонового слоя. Лишь в зимне-весенний период 2011-го была отмечена крупная озоновая аномалия. Но не «дыра»!

— Термин озоновая «дыра» употребляют не только журналисты, но и ученые. Правда, при этом заключают слово в кавычки. Значит, это скорее яркий публицистический образ, никакой реальной дыры в атмосфере нет?

— Да, это образ. А придумали его журналисты — для колоритного обозначения весенней Антарктической озоновой аномалии. Это название прижилось и у ученых. Наблюдается озоновая «дыра» с конца 70-х годов прошлого века в высоких широтах Южного полушария с августа по декабрь на площади более 15 миллионов квадратных километров в течение нескольких месяцев. Характеризуется обычно величиной ОСО менее 220 единиц Добсона, но снижается порой до 80. При этом на высотах 15–20 км относительная концентрация озона падает почти до нуля, что свидетельствует о наличии здесь мощного источника разрушения озона, связанного с полярными стратосферными облаками. Но ниже 12 километров и выше 25 концентрация озона изменяется несильно.

— Какова природа озоновой аномалии?

— По мнению одних ученых, ее возникновение связано с происходящими на поверхности полярных стратосферных облаков озоноразрушающими фотохимическими реакциями с участием продуктов разложения различных хлорфторуглеродов, концентрации которых росли до середины 1990-х годов, а сейчас медленно понижаются. Другие, в том числе сотрудники ЦАО, считают, что появление «дыр» обусловлено климатическими изменениями, приведшими к понижению температуры в стратосфере, что вызвало усиленное образование полярных стратосферных облаков, а изменения концентраций фрионов — это лишь сопутствующий процесс.

Читайте также:  Предложения с i wish: хотелось бы…, но увы

— Тот озон, что находится наверху атмосферы Земли, экологи называют хорошим, а тот, что в приземном слое, плохим. Почему?

— Озон стратосферы, когда он в норме, задерживает опасное УФ-излучение. Тот ультрафиолет, который поглощается озоновым слоем, в больших дозах губителен для всего живого на нашей планете. Но в дозах, поступающих на большую часть территории России, его как раз не хватает, а, как известно, под воздействием УФ-радиации в организме человека образуется витамин Д. Именно поэтому медики рекомендуют восполнять его дефицит рыбьим жиром, а многие россияне предпочитают получать ультрафиолет у теплых морей.

Приземный озон — и тут пришел черед сообщить читателям газеты вторую, плохую, новость — это сильный окислитель, яд, относимый к наивысшему классу опасности. По ядовитости не уступает хлору. Вреден для человека в любой концентрации, поскольку разрушает клетки любого живого организма.

— А как же восторги по поводу озона после грозы?

— Это еще один миф. Во-первых, после грозы озона в воздухе становится меньше. Во-вторых, его аромат можно ощутить лишь в концентрации, в десятки раз большей, чем после грозы. И такого, слава богу, нигде и никогда не отмечалось. В нижнюю атмосферу озон поступает из стратосферы, а также генерируется в результате фотохимических реакций с участием оксидов азота и легколетучих органических соединений. Из-за глобального потепления и увеличения выбросов загрязняющих веществ концентрация приземного озона в ряде промышленно развитых стран постоянно растет — со скоростью около 0,3 процента в год, что многими экологами рассматривается как угроза для человечества. Особенно сильное увеличение концентрации приземного озона ожидается в ближайшее время в Индии, Китае и государствах Юго-Восточной Азии.

Среднесуточная концентрация озона в приземном слое атмосферы в незагрязненных районах средней полосы России составляет около 30 мкг/м 3 зимой и 70 — летом, что несколько меньше соответствующих характеристик в западноевропейских странах. Весной и летом концентрация озона значительно изменяется в течение суток. Наибольшая наблюдается через два-три часа после полудня. Почти ежегодно весной и летом, например, в окрестностях Москвы, бывает несколько дней, когда в течение нескольких часов — обычно от полудня до 20.00 — концентрация озона превышает предельно допустимую — ПДК.

Превышения ПДК происходят летом, в дневное время, при температуре воздуха выше 28 градусов и при скорости ветра не более 3 метров в секунду. Самые высокие значения зафиксированы во время лесных и торфяных пожаров 2002 и 2010 годов. В Московской области в июле-августе 2010 года ПДК был превышен в три с лишним раза. Рекорды того страшного лета: на станции Зеленоград — 508 мкг/м 3 , на станции Звенигород — 403, в Долгопрудном — 344. С 19 июля по 18 августа, когда разовые концентрации озона значительно превышали безопасный уровень, он стал причиной сотен смертей жителей столицы и Подмосковья.

27 интересных фактов об атмосфере Земли

Блестящий синий мрамор (Земля) очаровал нас с тех пор, как мы впервые начали ходить по его поверхности. На сегодняшний день это единственная известная нам планета, на которой существует жизнь. За последние несколько веков мы многое узнали о Земле, но сколько на самом деле знает средний человек о нашей планете?

Как много вы знаете об атмосфере, окружающей вас? Посмотрите, что мы собрали — 27 интересных фактов об атмосфере Земли, которые вы можете знать или не знать.

1. Смесь

Атмосфера Земли имеет толщину 480 км и состоит из смеси около 16 газов:

  • Азот (78,08%)
  • Кислород (20,94%)
  • Аргон (0,934%)
  • Углекислый газ (0,035%)
  • Неон (0,0018%)
  • Гелий (0,00052%)
  • Метан (0,00017%)
  • Криптон (0,000114%)
  • Водород (0,000053%)
  • Закись азота (0,000031%)
  • Ксенон (0,0000087%)

Другими газами являются окись углерода, двуокись серы, двуокись азота и аммиак, которые занимают 0,00003% атмосферы Земли.

2. Пять слоев

Атмосфера делится на 5 слоев:

Тропосфера — это слой, ближайший к поверхности Земли. Он имеет толщину от 7 до 20 км и содержит половину атмосферы Земли.
Стратосфера начинается над тропосферой и заканчивается около 50 км над землей. В этом слое летают самолеты, чтобы избежать турбулентности и преодолеть большее расстояние, используя меньше топлива.
Мезосфера начинается в 50 км и простирается до 85 км в высоту. Это самая прохладная часть атмосферы с усреднением температуры минус 90 градусов по Цельсию.
Термосфера простирается от 90 км до 500-1000 км. Температура может доходить до 1500 градусов по Цельсию. Здесь летал космический челнок.
Экзосфера является высшим слоем и широко содержит частицы водорода и гелия.

3. Большая высота, тонкая атмосфера

По мере увеличения высоты атмосфера становится все тоньше и тоньше. Давление воздуха в экзосфере (самый высокий слой) чрезвычайно низкое из-за его большой высоты и расстояния между молекулами, которые у него есть.

4. Линия Кармана

Согласно Международной авиационной федерации, высота в 100 км над уровнем моря Земли представляет собой границу между атмосферой и космосом. Эта граница называется линией Кармана.

5. Тропосфера плотнее

Самая низкая часть тропосферы — это самый теплый участок слоя, и он плотнее, чем все его наложенные слои, поскольку больший атмосферный вес находится сверху тропосферы и вызывает ее сильное сжатие.

6. Температура Земли растет

Глобальный климат нагревался и охлаждался на протяжении всей истории. В настоящее время мы наблюдаем необычное быстрое потепление. Это происходит из-за парниковых газов, которые увеличиваются из-за человеческой деятельности, и они задерживают тепло в атмосфере.

7. Озоновый слой

Одной из самых важных вещей в атмосфере является озоновый слой. Это 19-32 км над поверхностью Земли. Это острый запах голубого газа, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца.

В 1985 году над Антарктикой была обнаружена дыра в озоновом слое. Ситуация улучшилась после запрета хлорфторуглерода.

8. Хлор влияет на озон

Один атом хлора может уничтожить более ста тысяч молекул озона. Это ухудшение позволяет огромному количеству ультрафиолетовых лучей B достигать Земли, что может вызвать рак кожи и катаракту у людей, а также нанести вред животным.

9. Северное сияние

Аврора (ы) (также называемая полярным светом) видна в областях высоких широт. Это мерцающие завесы света, видимые ночью. Они образуются из-за заряженных частиц от Солнца, ударяющих верхнюю атмосферу над полюсами.

10. Почему Земля кажется синей?

Солнечный свет рассеивается во всех направлениях всеми газами, присутствующими в атмосфере Земли. Поскольку синий свет имеет короткие длины волн, он рассеивается больше, чем другие цвета. Это дает Земле синий ореол при наблюдении из космоса на борту МКС на высоте от 402 до 424 км.

11. Температура на каждом слое

Температура в разных слоях земной атмосферы зависит от влажности, солнечной радиации и высоты. Самые холодные температуры могут быть найдены около мезопаузы (85 км — 100 км над поверхностью Земли). В то время как самые теплые температуры лежат в термосфере, которая получает сильное ионизирующее излучение.

12. Метеоры сгорают в атмосфере

Метеоры сгорают в холодной атмосфере Земли – слой мезосферы. Когда метеорит начинает входить в этот слой, он быстро натыкается на частицы мезосферы и царапает их. А поскольку скорость метеорита очень высока, он быстро генерирует большое количество тепла (из-за высокого трения между частицами мезосферы и метеором). Он начинает светиться.

13. Кислотный дождь

Кислотные дожди образуются в результате химической реакции, которая начинается, когда диоксид серы и оксиды азота соединяются в атмосфере с парами воды. Это приводит к кислотным дождям, способным уничтожить животных и растения, а также целые леса. Фактически, это может убить организмы, живущие в океанах.

14. Ионосферный слой

Ионосфера — это область верхних слоев атмосферы с высотой от 60 до 1000 км, которая охватывает термосферу, а также части мезосферы и экзосферы. Заряжается излучением от Солнца. Ионосфера играет решающую роль в распространении радиосигнала вокруг Земли.
Геомагнитные солнечные бури, вызванные солнечными ветрами и солнечными вспышками, могут нарушить активность в ионосфере, что может вызвать трудности с передачей радиосигнала и сигналов глобальной системы позиционирования.

15. Магнитосфера Земли — самая сильная

Магнитное поле Земли достигает 58 000 км в космос, и эта область называется магнитосферой. Она предотвращает попадание на Землю большинства частиц Солнца, переносимых солнечным ветром. У Солнца и других планет есть магнитосферы, но у Земли самая сильная из всех. Кроме того, южный и магнитный полюсы Земли изменяются с нерегулярными интервалами в сотни тысяч лет.

16. Природа экзосферы

Частицы, присутствующие в экзосфере, на самом деле не ведут себя как газы. Это связано с тем, что частицы находятся так далеко друг от друга, что могут перемещаться на тысячи километров, не сталкиваясь. Свободно движущиеся частицы непрерывно уходят в космос, следуя баллистическим траекториям.

17. Инверсионные следы

Возможно, вы видели струи, оставляющие белые следы конденсации. Они обычно образуются, когда холодный атмосферный воздух смешивается с горячим, влажным выхлопом. Через доли секунды выходящий из выхлопа пар замерзает и становится видимым. Это очень похоже на ваше теплое дыхание в холодную погоду.

Эти следы становятся тонкими на больших высотах и ​​при низкой влажности. Чем влажнее атмосфера, тем толще следы.

18. Загрязненный воздух

Приблизительно 20 процентов населения мира дышит сильно загрязненным воздухом, особенно с помощью диоксида серы и оксида углерода, возникающих в результате промышленных операций. Это повышает количество респираторных заболеваний, особенно среди пожилых людей и детей.

19. Общее количество воды в атмосфере

Наша атмосфера несет почти 37,5 миллионов миллиардов галлонов воды в любой конкретный момент. Всей этой воды — присутствующей в форме пара (невидимой невооруженным глазом) — достаточно, чтобы покрыть всю поверхность Земли 2,5 см дождя.

Каждый год это огромное количество воды перерабатывается 40 раз. Каждая молекула водяного пара проводит в атмосфере всего 9 дней.

20. Энергия, необходимая для испарения воды

Для испарения одного грамма воды требуется около 600 калорий. И когда природа превращает эту воду в жидкость, такая же энергия выделяется в атмосферу.

21. Пассаты

Пассивные ветра дуют в самых теплых частях Земли, между 23,5 ° С и 23,5 ° С. Именно поэтому большинство гроз и муссонов происходят в этих нестабильных регионах. Чем слабее становятся пассаты, тем больше осадков можно ожидать в соседних массивах.

22. Атмосфера Земли протекает

Земля постоянно теряет свою атмосферу — каждый день около 90 тонн материала выходит из верхних слоев атмосферы и уходит в космос. Тем не менее, 90 тонн в день — это маленькая утечка. Атмосфера Земли весит 5 квадриллионов тонн, поэтому в ближайшее время нам не грозит угасание атмосферы.

Читайте также:  Николай рубцов – биография, личная жизнь, фото

23. Почему закат выглядит красным?

На закате большая часть световых лучей отражается и рассеивается в атмосфере, а Солнце кажется тусклым. Кажется, что цвет самого Солнца меняется сначала на оранжевый, а затем на красный. Это происходит потому, что более короткие волны (зеленый и синий) рассеивают больше, оставляя только более длинные волны (красный и оранжевый). Вот почему закат выглядит красным.

24. Живые Микробы

В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показано, что в атмосфере на высоте от 8 до 15 км над поверхностью Земли существует множество различных видов микроорганизмов. Многие из микробов, обнаруженных высоко в небе, похожи на те, что обитают в океанах и пресноводных средах. Около 25 процентов микробов были похожи на те, которые были найдены в фекалиях.

25. Тепло от молнии

Один удар молнии может нагреть окружающий воздух до 27 000 градусов по Цельсию. Поскольку молния движется с чрезвычайно высокой скоростью (299 792 458 м / с), нагретый воздух не успевает расширяться. Этот быстрый нагрев вызывает взрывное расширение воздуха поблизости, который формирует ударную волну сжатых частиц во всех направлениях. Подобно взрыву, быстро расширяющиеся волны производят очень громкий взрыв звука.

26. Показатель преломления воздуха

Показатель преломления воздуха немного больше 1. Изменения показателя преломления могут привести к смешиванию световых лучей по длинным оптическим путям. Показатель преломления воздуха зависит от температуры. Эффекты преломления возрастают с увеличением градиента температуры. Мираж — прекрасный пример.

27. Преодоление звукового барьера

В 2012 году австрийский парашютист Феликс Баумгартнер прыгнул с гелиевого шара на высоте 37 км (верхняя стратосфера). Первоначально он свободно падал на атмосферном уровне низкого давления со скоростью, превышающей скорость звука, достигая максимальной скорости 1358 км в час. Сделав это, он стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер без помощи автотранспорта. Когда он упал, воздух сгустился, что помогло ему замедлиться.

Озоновый слой

  • Экономика природопользования
  • Закономерности и принципы природопользования
  • Экономический механизм природопользования
  • Рациональное и нерациональное природопользование
  • Экологический риск
  • История развития экологии как науки
  • Предмет, объект и задачи экологии
  • Основы экологии

Озоновый экран и причины его нарушения

Живые организмы на Земле защищены от коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, которое губительно для всего живого, озоновым экраном (озоновым слоем).

Озоновый экран — это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере), состоящий из особой формы кислорода — озона (рис. 1).

Толщина озонового слоя в масштабе атмосферы — не больше листа бумаги в объеме домашней библиотеки.

Озон имеет существенное эколого-биологическое значение и является важнейшим компонентом атмосферы, несмотря на то что процентное содержание его невелико — менее 0,0001 %. Связано это с тем, что именно озон активно поглощает УФ-излучение.

Озон — форма молекулярного кислорода (03). Основное его количество сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница — 45-50 км). Парадокс, но те же самые молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы) представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека. Однако здесь озона весьма мало, и образуется он лишь во время грозовых разрядов.

Начало образования озона в стратосфере связано с реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (X О + О

Рис. 1. Озоновый экран: а — озон (03) в стратосфере поглощает УФ-лучи Солнца; б — озон формируется в стратосфере, когда под действием УФ-лучей молекулы 02 распадаются на свободные атомы, способные присоединяться к другим его молекулам

Далее происходит взаимодействие атомов кислорода (в присутствии третьего тела — М) с его же молекулами. В результате образуется молекула озона:

О + О2 + м -> О3 + М

Специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической службы в 1985 г. сообщили о неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось с 1977 по 1984 г. на 40 %! Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, также показавшие, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означает, что в полярной атмосфере имеется озоновая «дыра». В начале 80-х гг. XX в. спутник «Нимбус-7» обнаружил аналогичную дыру в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико — около 9 %. В среднем с 1979 по 1990 г. содержание озона снизилось на 5 %.

Так что же представляет собой слой озона в атмосфере? Теоретически, если весь озон «сжать» до плотности воды и разместить на поверхности Земли, то он образовал бы пленку всего 2-4 мм толщиной, причем минимум пришелся бы на экватор, а максимум оказался бы у полюсов. Высотное же распределение озона таково, что максимум концентрации отмечается на высоте 25 км. Но она повышается также и на высоте 70 км. Большая часть озона находится в стратосфере, и этот слой в Арктике обычно расположен низко, тогда как в тропической зоне — высоко. Что касается тропосферы, то здесь озона меньше, к тому же он в большей мере подвержен как сезонным, так и другим изменениям, в частности вызванным загрязнениями.

Утончение слоя озона может привести к серьезным последствиям для человечества. Уменьшение концентрации озона на 1 % вызывает увеличение интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности Земли в среднем на 2 %. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако из-за большей, чем у у-излучения, длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул.

Жесткие ультрафиолетовые лучи способны вызвать у человека рак кожи, в частности быстротекущую злокачественную мела- ному, а также катаракту и иммунную недостаточность, не говоря уже об обычных ожогах кожи и роговицы. Они наносят вред животным и растениям, в частности морским экосистемам, поскольку плохо поглощаются водой.

Впервые мысль об опасности разрушения озонового слоя была высказана в конце 1960-х гг. Большую тревогу со стороны экологов вызвало негативное влияние водяного пара и оксидов азота (NOx), которые выбрасываются реактивными двигателями сверхзвуковых самолетов и ракет на высоте 20-25 км. Именно на этой высоте находится защитный слой озона, задерживающий жесткое ультрафиолетовое излучение космоса. Такие опасения основаны на свойстве оксида азота разрушать озон:

В 1974 г. ученые установили, что вызывать разрушение озонового экрана могут хлорфторуглероды (ХФУ) (рис. 2). Начиная с этого времени так называемая «хлорфторуглеродная проблема» стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. К хлорфторуглеродам относятся, в частности, фреоны — химически инертные на поверхности Земли вещества. Они уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), иенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.

Почти весь производимый в мире фреон (или фторорганические соединения) в конечном счете поднимается в верхние слои атмосферы и разлагается там под влиянием ультрафиолетовых лучей, которые разрушают устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ. Последние распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. В ходе фотохимического разложения фреона в стратосфере ион хлора выступает как агент разрушения озона. Таким образом, ХФУ переносят хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Осколки фреоновых молекул разрушительно действуют на слой атмосферного озона. ХФУ уже разрушили от 3 до 5 % озонового слоя атмосферы.

Рис. 2. Схема разрушения озонового экрана

Очень важно, что при разрушении озона хлор действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона, прежде чем он будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выбросы ХФУ в атмосферу исчисляются миллионами тонн, но следует заметить, что даже в случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться еше несколько десятилетий.

Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ — пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками — вторыми по величине потребителями фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей, но полностью эта проблема еще не решена.

Уменьшение плотности озонового щита планеты влечет за собой снижение урожаев сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, резкое уменьшение биологической продуктивности приповерхностного слоя Мирового океана, а следовательно, уловов рыбы, существенный рост заболеваемости людей раком кожи. Ясно, что без знания общих экологических законов дальнейший прогресс человечества и поступательное развитие экономики невозможны.

Разрушение озонового слоя

Озоновый слой находится в атмосфере между 15 и 40 км над поверхностью Земли. Этот слой выполняет роль экрана смертоносной ультрафиолетовой радиации, ослабляя ее примерно в 6500 раз. В атмосфере озон образуется из кислорода под действием электрических разрядов и космической радиации (рис. 3).

Разрушение озонового слоя на 50% увеличило бы УФ-радиацию в 10 раз, что повлияло бы на зрение человека и животных и могло бы оказать другие губительные воздействия на живые организмы.

Исчезновение же озонового слоя привело бы к непредсказуемым последствиям — вспышкам рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира.

Впервые появление озоновой «дыры» над Антарктидой было зафиксировано еще в 1970-е годы. Как показали измерения со спутников, озона в этой «дыре» было на 30-50% меньше нормы. Подобное явление в Антарктиде наблюдается осенью, тогда как в другие времена года содержание озона колеблется около нормы. Позднее выяснилось, что толщина озонового слоя изменяется также в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Японией и Восточной Сибирью. Причинами разрушения озонового слоя могли быть: сверхзвуковые самолеты, запуск космических кораблей, большие масштабы производства фреонов.

Рис. 3. Механизмы образования озонового слоя (внизу) и его роль в атмосфере (вверху)

На основании научных исследований было выяснено, что основной причиной являются фреоны, широко используемые в холодильной технике и в аэрозольных баллончиках.

Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на предотвращение разрушения озонового слоя. В 1977 г. в Программе ООН по окружающей среде был принят план действий по озоновому слою, а в 1985 г. в Вене состоялась конференция, принявшая Конвекцию по охране озонового слоя. Был установлен список веществ, отрицательно влияющих на озоновый слой, и принято решение о взаимном информировании государств о производстве и использованию этих веществ и о принимаемых мерах.

Таким образом, было официально заявлено о пагубном воздействии изменений озонового слоя на здоровье людей и окружающую среду, и что меры по охране озонового слоя требуют международного сотрудничества.

Решающим стало подписание Монреальского протокола в 1987 г., в соответствии с которым устанавливался контроль за производством и использованием фреонов. Протокол подписало большинство стран мира, в том числе и Россия. По этим соглашениям производство фреонов должно было быть прекращено к 2010 г. Однако соглашение и к 2011 г. полностью не выполнено. Озоновая же дыра над Арктикой в 2011 г., по последним данным, составляет 2 млн км 2 . Но до конца не ясно; только ли за счет антропогенных факторов она появляется!

Разрушение озонового слоя: причины и последствия

Озоновый слой — это часть стратосферы Земли, защищающая планету от воздействия космической радиации. Причины и возможные последствия разрушения озонового слоя недостаточно изучены, но изменения в стратосфере определённо вызваны деятельностью человека.

Образование и функции озонового слоя

Формирование защитного слоя началось 1,85 млрд лет назад и медленно продолжается до сих пор. Фотоны (частицы электромагнитного излучения Солнца) сталкиваются с молекулами кислорода в атмосфере. В результате молекула теряет атом кислорода, который затем присоединяется к другой молекуле О2. Озон (O3) в нормальном состоянии представляет собой голубоватый газ. Он ослабляет воздействие солнечной радиации на поверхность планеты в 6500 раз.

Расположение и расстояние до планеты

Озоновый слой находится в диапазоне от 20 (полярные широты) до 30 км (тропики) от уровня моря.

Озоновые дыры

Под действием природных и антропогенных факторов антирадиационная защита планеты слабеет в некоторых районах. Молекулы озоны в них не исчезают, но происходит истощение озонового слоя. На поверхность Земли проникает больше солнечной радиации.

История обнаружения

В 1840 году немец X. Ф. Шёнбейн описал новое вещество — озон. Существование слоя из этого вещества доказали в 1912 году, проведя спектроскопические измерения атмосферы. Истончения озонового слоя обнаружили только в 1970-х годах. С тех пор проблема разрушения естественной антирадиационной защиты стала обсуждаться в научных кругах.

Механизм образования

Из-за выбросов ТЭЦ, заводов и фабрик в воздух попадают разрушающие озоновый слой вещества:

Полёт самолётов на высоте 12-16 километров (нижняя граница слоя) также влияет на состав атмосферы. Крайне негативно на естественный защитный экран планеты повлияли ядерные испытания в середине XX века, так как взрывы подняли в атмосферу огромное количество пыли.

Антарктическая озоновая дыра

Эта аномалия диаметром до 1000 км стала первой и самой крупной обнаруженной озоновой дырой. Истончение наблюдается не постоянно: в период полярной ночи поступления ультрафиолета нет, поэтому измерения не проводятся. По состоянию на 2019 год аномалия достигла минимальных за 37 лет наблюдений размеров, уменьшившись на 2,5 млн км 2.

Наличие дыры над Южным полюсом, а не над Северным, где содержание фреона в атмосфере выше, вызвано более сильным полярным вихрем. Вихрь сильнее из-за наличия в Антарктике континента, в то время как в районе Северного полюса преобладают ровные ледовые поля. В составе полярного вихря есть фреоны, на разрушение влияет и содержащаяся в полярных облаках азотная кислота.

Распространенные мифы об озоновых дырах

В жёлтой прессе озоновые дыры порой называют одной из главных угроз существования жизни. Иногда высказывается прямо противоположное мнение. Истончение антирадиационного экрана называют сугубо природным явлением, а шумиху вокруг него и фреона считают хитрым маркетинговым ходом производителей дорогих хладагентов.

Такое противоречивое отношение появляется из-за непонимания механизма формирования дыр и недостаточной изученности вопроса. Есть 4 главных мифа об озоне:

  1. «Главный виновник — используемый в холодильниках фреон». На самом деле он лишь одно из веществ, влияющих на разрушения слоя. Если убрать фреон, угроза останется из-за окислов азота, соединений хлора и прочих опасных субстанций, попадающих в атмосферу из выхлопных труб автомобилей, реактивных двигателей самолётов и труб ТЭЦ.
  2. «Природные факторы преобладают над антропогенными». Естественное истончение озонового слоя возможно (например, полярными ночами), но затем он восстанавливается до нормальных значений. Главная угроза — это промышленные выбросы опасных веществ (фреонов, окислов азота и т.д.) в атмосферу.
  3. «Фреоны слишком тяжёлые, поэтому не могут влиять на атмосферу». В атмосфере все вещества перемешиваются, и тяжесть молекул фреона не играет большой роли. Углекислый газ тоже тяжелее воздуха, но он поднимается в атмосферу, доказательством чего служит парниковый эффект.
  4. «Единственный проблемный регион — Антарктида». Концентрация газа падает во всей атмосфере, в Антарктиде это просто заметнее всего.

Причины разрушения озонового слоя

Несмотря на непродолжительный период наблюдений и недостаток информации, учёные выделили две группы факторов, влияющих на истончение антирадиационной защиты Земли. Ведутся споры о том, какая группа оказывает большее негативное влияние.

Естественные факторы

Для образования озона необходимо солнечное излучение. Следовательно, во время полярных ночей процесс прекращается, но естественные факторы, влияющие на разрушение, сохраняются. Из-за полярных вихрей и азотнокислых полярных стратосферных облаков слой истончается. В умеренных, тропических и экваториальных широтах процесс менее заметен.

Во время извержений вулканов в атмосферу попадают тысячи тонн пепла, в составе которого есть соединения, способствующие распаду молекул озона.

Антропогенные факторы

Основной причиной истончения антирадиационного слоя считают хлорфторуглероды (ХФУ). Эти вещества стабильны и не представляют опасности для человека, но при взаимодействии с воздухом способствуют распаду молекул озона.

Антропогенные причины разрушения озонового слоя

Выбросы фреона в атмосферу

Ярчайший пример хлорфторуглеродов — фреоны, которые могут быть в агрегатном состоянии жидкости или газа. Их используют как дешёвый хладагент в холодильниках, они содержатся в аэрозольных баллончиках. Ранее фреоны считали главным виновником разрушения озонового слоя. Сейчас учёные склоняются к мнению, что их влияние переоценено.

Запуск спутников и ракет

При прохождении ракеты-носителя через стратосферу её двигатели выбрасывают колоссальное количество газов (оксидов азота, двуокиси углерода). По оценкам некоторых исследователей, 300 запусков шаттла хватило бы для полного истощения озонового слоя. Твердотопливные ракетные двигатели опаснее жидкостных ракетных двигателей, так как выбрасывают соединения хлора.

Использование авиатранспорта на больших высотах

Гражданская авиация летает на высотах до 13 км. Военные самолёты могут подниматься выше, в стратосферу. При работе реактивный или ракетный двигатель выделяет окиси азота. Так как полёт проходит на высоте формирования озонового слоя, окись азота немедленно вступает в реакцию с молекулами озона и разрушает их.

Применение азотных удобрений

Азотные удобрения используются с конца XIX века, но сейчас масштабы их применения представляют угрозу для атмосферы. Обычно используют следующие вещества:

  • аммофос и диаммофос;
  • хлористый аммоний;
  • карбонат аммония;
  • сульфид аммония;
  • сульфат аммония.

При их разложении выделяются окислы азота, которые в атмосфере вступают в реакцию с молекулами озона и разрушают их.

Другие причины

Исследования в данной области продолжаются, и не исключено выявление новых факторов, сопутствующих истончению озонового слоя Земли. Истинное положение дел остаётся предметом споров. Не до конца ясно, насколько существенно влияние на природный антирадиационный экран современных хладагентов и аэрозолей.

Возможные последствия истончения озонового слоя

Учёные сходятся во мнении относительно негативных последствий изменений, происходящих в стратосфере. Сейчас они не выражены ярко, но по самым пессимистичным прогнозам ситуация станет критической в конце XXI века.

Воздействие на человека

Истончение озонового слоя на 1% увеличивает риск развития рака кожи на 3% (это примерно 7 000 новых заболеваний раком ежегодно). На открытом воздухе становится проще получить солнечные ожоги.

Воздействие на экологию

Так как планета — сбалансированная система, повреждение одного элемента влечёт перемены во всех других. Дальнейшее истончение антирадиационной защиты и повышение интенсивности УФ-излучения приведёт к потеплению и вымиранию некоторых видов.

Жёсткое ультрафиолетовое излучение убивает вовлечённый в процесс фотосинтеза фитопланктон. Он является кормовой базой для китов и других морских обитателей. Удаление этого звена из пищевой цепочки вызовет изменения всей водной биосистемы.

Если озоновый слой разрушится полностью

Полное разрушение защитного экрана невозможно, так как он постоянно восстанавливается. Если бы концентрация молекул озона приблизилась к нулю, на Земле из-за высокого уровня радиации исчезли бы большинство форм жизни. Возросла бы средняя температура.

Меры по восстановлению озонового слоя

Когда данные о дыре над Антарктидой подтвердились, в 1985 году провели Венскую конвенцию по охране озонового слоя. Спустя два года был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.

Монреальский протокол

Договор соблюдается 197 странами. Государства-участники обязались сократить объёмы производства хлорфторуглеродов. Изначально предполагалась заморозка производства ХФУ на уровне 1986 года. К 1993 году планировали сократить их производство на 20%, а к 1998 году — на 30%. Вводились ограничения на импорт и экспорт разрушающих озоновый слой веществ.

Для развивающихся стран были предусмотрены субсидии и послабления для облегчения перехода промышленности на экологически безопасные технологии.

По итогам первых лет действия договора выяснилось, что он не точен. Были внесены поправки расчётных коэффициентов вывода опасных веществ из производства.

Варианты с производством озона

Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему земному шару. Озон вырабатывают различными способами:

  • воздействием искусственного ультрафиолета;
  • направленными электрическими разрядами;
  • электролизом, где электролитом служит раствор хлорной кислоты;
  • химической реакцией, например, окислением пинена.

Недостатки этих способов — малая производительность, дороговизна, высокое энергопотребление. По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе понадобится минимум 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.

Использование экологически чистого топлива

Работающие на переработанной нефти ДВС способствуют увеличению концентрации в воздухе веществ, разрушающих озоновый слой. Повсеместное внедрение электротяги (особенно создание пассажирских электролётов) уменьшит негативное влияние на атмосферу.

Использование экологически безопасного топлива в ракетах-носителях пока остаётся фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить на орбиту аппараты, не прибегая к сжиганию десятков тонн токсичного горючего.

Высадка лесов

Создание зелёных насаждений в городах и на месте вырубок — перспективный способ борьбы не только с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением атмосферы.

Прочие методы борьбы с проблемой

Существует проект по выводу на орбиту 20-30 оснащённых лазерными излучателями спутников. Каждый аппарат представляет собой солнечный конвектор массой в 80-100 тонн. Он должен накапливать солнечную энергию и превращать её в электрическую. Электричество пойдёт на питание лазеров. Свет лазеров послужит катализатором реакции образования озона.

Читайте также:  Великая отечественная война в цифрах и людях
Ссылка на основную публикацию