Озоновые дыры чем опасны – «Чем опасны озоновые дыры?» – Яндекс.Знатоки

Рубрика «Тайны Земли». Чем опасны озоновые дыры?

Жизнь на Земле защищена от коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца озоновым экраном. Без него она была бы невозможна. В последние десятилетия много говорилось о нарушении целостности озонового слоя. Что будет, если он разрушится?

Первые тревожные звоночки

Что же такое озон? Это особая форма молекулярного кислорода (O3). В основном он сосредоточен в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница — 45-50 км). Интересно, что молекулы озона, находящиеся в тропосфере, представляют собой серьёзную опасноаь, потому что способны разрушать живую ткань, в том числе и лёгкие человека. Дышать озоном крайне опасно! Однако в этом слое атмосферы озона совсем мало, он образуется только во время грозовых разрядов. Образование озона в стратосфере обусловлено реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (длина волны 242 нм) ультрафиолетовым излучением Солнца. В результате свободные атомы кислорода образуют молекулу озона.

Несмотря на то что процентное содержание озона в атмосфере крайне незначительно, менее 0,0001%, этот газ является важнейшим компонентом, имеющим огромное эколого-биологическое значение. Дело в том, что озон обладает уникальной способностью активно поглощать ультрафиолетовое (УФ) излучение. В атмосфере озон сосредотачивается в верхних слоях стратосферы, образуя особый слой, который называют озоновым экраном. Каковы же размеры озонового слоя? Если сжать весь озон до такой степени, чтобы он по плотности стал напоминать воду, то на поверхности Земли он образовал бы плёнку толщиной от 2 до 4 мм. Минимальная толщина плёнки наблюдалась бы в районе экватора, а максимум был бы где-то у полюсов. Неоднородность распределения озона наблюдается и по высоте. Максимум концентрации приходится на отметку 25 км. Кроме того, плотность слоя вторично увеличивается на высоте 70 км. Большая часть озона находится в стратосфере, но в Арктике нижняя граница слоя расположена очень низко, а в тропической зоне — высоко. Что касается тропосферы, то здесь содержание озона меньше; кроме того, его количество подвержено как сезонным, так и другим изменениям, в частности вызванным загрязнениями.

Губительный ультрафиолет

Впервые сведения об уменьшении содержания озона в атмосфере были получены ещё в 1985 году. Специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической службы установили, что содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось на 40% в период с 1977 по 1984 гг. Позже это подтвердили другие исследователи, показавшие, что область пониженной концентрации озона простирается за пределы Антарктиды и охватывает слой от 12 до 24 км, что составляет значительную часть нижней части стратосферы. Это явление получило название «озоновая дыра». Также, в начале 1980-х гг., метеоспутник «Нимбус-7» обнаружил похожую дыру в Арктике; правда, значительно меньшую по площади. Уменьшение содержания озона в ней было не очень большим, всего лишь 9%. Однако в последующий период с 1979 по 1990 гг. Содержание озона над Арктикой снизилось ещё на 5%.

Такая значительная потеря озона представляет собой серьёзную опасность для человечества. Снижение концентрации озона на 1% может привести к увеличению интенсивности жёсткого ультрафиолетового излучения на поверхности Земли в среднем на 2%. На живые организмы ультрафиолет действует как ионизирующее излучение. Но в отличие от последнего он не способен проникать глубоко в ткани и поражает только поверхностные органы. Однако энергии ультрафиолета достаточно для разрушения ДНК и других органических молекул. Ультрафиолетовые лучи способны привести к возникновению раковых заболеваний кожи, например быстротекущей злокачественной ме-ланомы. Они способны вызвать катаракту и иммунную недостаточность, не говоря об ожогах кожи и роговицы глаз. Ультрафиолет представляет опасность как для животных, так и для растений. Особенно страдают от него морские экосистемы, потому что это излучение плохо поглощается водой.

Опасный фреон

Предположения об угрозе разрушения озонового слоя высказывались ещё в конце 1960-х годов. Экологи были встревожены той опасностью, которую представляли водяной пар и оксиды азота (NOx), остающиеся в результате выбросов реактивными двигателями сверхзвуковых самолётов и ракет на высоте 20-25 км. Ведь именно на этой высоте и располагается защитный слой озона, препятствующий проникновению жёсткого ультрафиолетового излучения на поверхность Земли.

В 1974 году исследователи пришли к выводу, что вызывать разрушение озонового слоя могут и специальные вещества — хлорфторуглероды (ХФУ). К этим соединениями относятся фреоны — которые на поверхности Земли химически инертны. Фреоны уже более 60 лет используются в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, они применяются как пропелленты для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), а также в качестве пенообразующих агентов в огнетушителях. Применяются они и как очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков. Фреон, который выбрасывается в атмосферу, поднимается в верхние слои и разрушается там под влиянием ультрафиолетовых лучей. Вещество распадается на отдельные компоненты, которые обладают высокой реакционной способностью. Особенно опасен’ атомарный хлор. В результате фотохимического разложения фреона в стратосфере ион хлора способствует разрушению озона. Таким образом, с помощью ХФУ хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы переносится в стратосферу. Попав в верхние слои атмосферы менее инертные соединения хлора разрушаются в слое, где находится основное количество озона. Остатки молекул фреона оказывают губительное действие на слой атмосферного озона. На сегодня ХФУ уже разрушили от 3 до 5% озонового слоя атмосферы. Особенную опасность представляет тот факт, что попавший в озоновый слой хлор выступает в роли катализатора процесса разрушения озона, при этом количество самого хлора не уменьшается. По расчётам, один атом хлора может разрушить до 100000 молекул озона, до того как он дезактивируется или вернётся в тропосферу. Сейчас в атмосферу выбрасываются миллионы тонн ХФУ, однако даже в случае полного прекращения производства и использования этих веществ не стоит ожидать немедленного прекращения разрушения озонового слоя. Деструктивный процесс будет продолжаться ещё несколько десятилетий.

Смертельные последствия

Уменьшение плотности озонового щита планеты влечёт за собой снижение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства. Произойдёт резкое снижение улова рыбы. Медики отметят рост заболеваемости людей раком кожи.

Что же произойдёт, если концентрация озонового слоя упадёт на 50%? Количество УФ-радиации, обрушивающееся на поверхность Земли, в этом случае увеличится в 10 раз, что окажет губительное влияние на все живые организмы. Полное же разрушение озонового слоя приведёт к вспышкам раковых заболеваний кожи, уничтожению планктона, а также к мутации растений и животных. Для того чтобы предотвратить дальнейшее разрушение озонового экрана, Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на снижение интенсивности этого губительного процесса. В 1977 году в Программе ООН по окружающей среде был принят план действий, необходимых для прекращения разрушения озонового слоя. В 1985 году в Вене прошла конференция, которая утвердила Конвенцию по охране озонового слоя. В результате был составлен список веществ, которые отрицательно влияют на него. Было принято решение о взаимном информировании всех государств о том, где эти вещества производятся и используются.

Решающее событие произошло в 1987 году, когда был подписан Монреальский протокол, установивший необходимость контроля над производством и использованием фреонов. Большинство стран, в том числе и Россия, подписали данный документ. В соответствии с ним, уже к 2010 должно было быть прекращено производство фреонов, однако основные положения протокола не выполняются и по настоящее время. Размеры же озоновой дыры над Арктикой достигли уже 2 млн. кв. км. Однако остаётся открытым вопрос — растёт ли она только за счёт антропогенных факторов или играют роль ещё какие-то причины? В любом случае, на сегодня вероятность разрушения защитного экрана Земли по прежнему остаётся одной из главных опасностей, угрожающих человечеству в ближайшем будущем.

Евгений ПОПОВ

www.vseprokosmos.ru

Озоновые дыры

Озон (О₃) образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излуче­ния Солнца в стратосфере. Озоновый слой (озоновый экран, озоносфера) распола­гается в атмосфере на высоте 10-50 км с максимумом концентрации озона на вы­соте 20-25 км (над полюсами он тоньше, как и вся атмосфера, а над экватором – толще). Если всё количество озона собрать при нормальных условиях (давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20

о С), то толщина этого слоя составит всего 2,5 – 3 мм.

Значение озонового слоя

Озоновый экран задержи­вает проникновение к земной поверхно­сти наиболее жесткого УФ-излучения Солнца смертоносного «диапазона Б», поражающего всё живое. Сокращение озонового слоя ведет к резкому увеличению онкологических заболеваний (уменьшение слоя на 1 % означает усиление ультрафиолетового излучения на 2 % и ведет к росту заболеваний раком кожи на 5 – 6 %), поражению роговицы глаз и слепоте, развитию мутации, уменьшению продуктивности некоторых видов растений, а при сильном сокращении – к уничтожению всего живого.

Избыток УФ-излучения нарушает иммунную защиту организма, способствуя появлению таких заболева­ний у человека, как волчанка (туберкулез кожи), рожа, оспа, лейшманиоз, вирусный герпес и др.

Установлено, что снижение со­держания озона в атмосфере может спо­собствовать усилению парникового эф­фекта более существенно, чем увеличение концентрации диоксида углерода.

Чрезмерный поток УФ-излучения губителен для фито- и зоопланктона, личинок многих рыб.

Немного истории

Озоновые дыры чаще всего появляются над полюсами, где мощность атмосферы меньше, и наибольших величин они достигают над Антарктидой (где холоднее). Это явление начали отмечать ещё в 70-х годах ХХ века, но максимума они достигли в середине 80-х.

Так, в октябре 1985 г, появились сообщения о том, что концен­трация озона в стратосфере над английской станцией Халли-Бей (Антарктида) уменьшилась на 40% от ее минимальных значений, а над японской — почти в 2 раза.. Это явление и получило название «озоновой дыры». Значительных размеров озоновые дыры над Антарктидой возникали, как правило, весной 1987,1992,1997 гг., когда фиксировалось снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО) на 40-60%. Весной 1998 г. озоновая дыра над Антарктидой достигла рекордной площади — 26 млн. кв. км (в 3 раза больше территории Австралии). А на высоте 14-25 км в атмосфере произошло почти полное разрушение озона.

Аналогичные явления отмечались и в Арктике (особенно с весны 1986г.), но размеры озоновой дыры здесь были почти в 2 раза меньше, чем над Антарктикой. В марте 1995 г. озоновый слой Арктики был истощен примерно на 50%, при чем сформировались «мини-дыры» над северными районами Канады и Скандинавским полуостровом, Шотландскими островами (Великобритания).

Озоновые дыры отмечаются не только над полюсами. Известны случаи, когда распространившиеся до Южной Америки дыры вели к ослеплению домашнего скота, главным образом КРС. В КР озоновая дыра отмечалась в мае 1995 года над высокогорными районами. Размеры и продолжительность (около 4-5 суток) её существования были незначительны, и к каким-то последствиям она не привела.

Причины образования озоновых дыр

Многочисленные международные экс­педиции по изучению озоновых дыр в Антарктиде к Арктике установили, что, помимо различных природных факторов, все же основным является наличие в ат­мосфере значительного количества ХФУ (фреонов).

Фреоны (хлорфторуглероды) — высо­колетучие, химически инертные у земной поверхности вещества (синтезированы в 1930-х гг.), с 1960-х гг. стали широко при­меняться в качестве хладагентов (холо­дильники, кондиционеры, рефрижерато­ры), пенообразователей аэрозолей и др. Фреоны, поднимаясь в верхние слоя ат­мосферы, подвергаются фотохимическо­му разложению, образуя окись хлора, ин­тенсивно разрушающую озон (каждый атом хлора способен уничтожить 100 000 молекул озона). Продолжи­тельность пребывания фреонов в атмо­сфере составляет в среднем 50-200 лет.

Мероприятия по охране озонового слоя

В 1985 г. была принята Венская конвенция о защите озонового слоя.

В 1987 г. в Монреале представители 36 стран подписали Протокол, по которо­му они взяли на себя обязательства умень­шить использование, а затем прекратить применение в промышленности и в быту озоноразрушающих веществ (ОРВ). Через 10 лет число стран, подписавших данный Протокол, увеличилось до 163.

В ряде стран с целью охраны озоново­го слоя были получены альтернативные озонобезопасные заменители фреонов, в частности фирмы Германии, Италии, Швейцарии, Великобритании стали ис­пользовать хладагент — изобутан, имею­щий нулевой озоноразрушающий потен­циал. Во многих странах при производ­стве аэрозолей стали использовать эколо­гически чистый фреон — углеводород­ный пропеллент (80% всех производи­мых аэрозолей в мире).

В США и России уже начаты исследования по активным методам, осно­ванным на сложных физико-химических процессах, способствующих либо умень­шению скорости разрушения озона в стратосфере, либо ускорению его образо­вания. Так, для затягивания озоновых дыр над Антарктидой возможно применение метода инжекции (внесения) в стратосфе­ру этана (С₂Н_б) или пропана (С₃Н₈), кото­рые будут связывать атомарный хлор, раз­рушающий озон, в пассивный к нему хло­ристый водород. Существуют также физи­ко-химические методы, ускоряющие об­разование озона в стратосфере, в частно­сти методы электромагнитного излучения, с помощью электрических разрядов (принцип озонатора) и лазерного излуче­ния.

Кроме того, чтобы предотвратить поступление ХФУ из множества имеющихся охлаждающих устройств, разработаны способы их утилизации.

studfiles.net

Озоновые дыры — проблема современности

Озон содержится в газообразных отходах, которые выбрасываются предприятиями, и является опасным химикатом. Он представляет собой очень активный элемент и может вызывать коррозию элементов конструкций всевозможных сооружений. Тем не менее, в атмосфере озон преобразуется в неоценимого помощника, без которого жизнь на Земле могла бы просто не существовать.

Стратосферой называется слой атмосферы, который следует за тем, в котором живем мы. Верхнюю ее часть покрывает озон, его содержание в этом слое – 3 молекулы на 10 млн. иных молекул воздуха. Несмотря на то, что концентрация очень низкая, озон выполняет важнейшую функцию – он способен преграждать путь ультрафиолетовых лучей, поступающих из космоса одновременно с солнечным светом. Лучи ультрафиолета негативно влияют на структуру живых клеток и могут вызвать развитие таких заболеваний, как катаракта глаз, рак и другие серьезные недуги.

В основе защиты озонового слоя лежит следующий принцип. В тот момент, когда на пути ультрафиолетовых лучей встречаются молекулы кислорода, возникает реакция их расщепления на 2 атома кислорода. Образовавшиеся атомы объединяются с нерасщепленными молекулами, создавая молекулы озона, состоящие из 3-х атомов кислорода. При встрече ультрафиолетовых лучей с молекулами озона, последние разрушают их на три атома кислорода. Момент расщепления молекул сопровождается выделением тепла, а поверхности Земли они уже не достигают.

Озоновые дыры

Процесс преобразования кислорода в озон и наоборот называют кислородно-озоновым циклом. Его механизм сбалансирован, однако динамичность меняется в зависимости от интенсивности солнечного излучения, сезона и природных катаклизмов, в частности, извержения вулкана. Ученые сделали вывод, что человеческая жизнедеятельность отрицательно влияет на его толщину. Истощение озонового слоя было зарегистрировано за последние десятилетия во многих местах. В отдельных случаях он исчез полностью. Как же снизить негативное влияние человека на указанный цикл?

Озоновые дыры возникают по причине того, что процесс разрушения защитного слоя протекает намного интенсивнее, чем его генерация. Это объясняется тем, что в процессе человеческой жизнедеятельности атмосфера загрязняется различными озоноразрушающими соединениями. Это, прежде всего, хлор, бром, фтор, углерод и водород. Ученые считают, что хлорфторуглеродные соединения представляют основную угрозу озоновому слою. Они широко применяются в холодильных установках, промышленных растворителях, кондиционерах и аэрозольных баллончиках.

Хлор, достигая озонового слоя, вступает с молекулами озона во взаимодействие. Химическая реакция порождает оксид хлора и молекулу кислорода. При встрече оксида хлора со свободным атомом кислорода возникает еще одно взаимодействие, в результате которого хлор освобождается, и появляется молекула кислорода. В дальнейшем цепочка повторяется, потому что хлор не способен выйти за границы атмосферы или опуститься на землю. Озоновые дыры – это следствие того, что снижается концентрация данного элемента из-за его ускоренного расщепления при появлении в его слое посторонних чужеродных составляющих.

Места локализации

Самые крупные озоновые дыры обнаружены над Антарктикой. Размер их практически соответствуют площади самого континента. Этот район практически не населен, но ученые высказывают опасение, что брешь может распространиться на другие области планеты, интенсивно заселенные. Это чревато экологической катастрофой и гибелью Земли.

Для предотвращения уменьшения озонового слоя необходимо в первую очередь снизить количество разрушающих веществ, выбрасываемых в атмосферу. В 1987 году был подписан Монреальский договор в 180 странах, который предусматривает снижение выброса веществ, содержащих хлор, в поэтапном режиме. Сейчас уже озоновые дыры уменьшаются, и ученые высказывают надежду, что ситуация полностью исправится к 2050 году.

fb.ru