Содержание

почему разрушается и чем опасны дыры — 31.03.2023 — Статьи на РЕН ТВ

Геомагнитные бури отрицательно сказываются не только на здоровье метеочувствительных людей. Возмущение магнитного поля Земли влияет и на состояние ее озонового слоя: за сутки воздействия геомагнитных бурь разрушается до четверти его объема.

Для оценки разрушения озонового слоя ученые из Санкт-Петербургского университета применили специальную математическую модель, которая учитывает разные процессы, происходящие в атмосфере. Полученные результаты могут быть использованы для более точного прогнозирования будущего озонового слоя и климата нашей планеты.

О том, что такое озоновый слой Земли, почему он так важен и чем опасны озоновые дыры — в материале РЕН ТВ.

Зачем нужен озоновый слой

Озон — одна из наиболее важных малых составляющих нашей атмосферы. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство — это способность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца.

С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный при непосредственном контакте отравить ту самую флору и фауну, которую он защищает в качестве стратосферного озонового слоя.

Фото: © Global Look Press/CHROMORANGE / Bilderbox

Помимо этого, озон — эффективный парниковый газ, который заметно влияет на изменение климата Земли. Эти свойства и делают озон таким важным для нас. Сохранение его обеспечивает те экологические и биологические условия, в которых земная фауна и флора существуют уже многие миллионы лет.

Что такое озоновый слой Земли

Озон — бесцветный газ, распространенный во всех слоях атмосферы. Это аллотропная модификация кислорода, в которой соединяются три атома этого химического элемента. 

Озон — очень мощный окислитель: он намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород, и вступает в химическое взаимодействие практически со всеми металлам и неметаллами, многими неорганическими и органическими веществами.

Большая часть озона земной атмосферы (около 90%) находится в стратосфере. Это часть газовой оболочки Земли, которая начинается на высоте около 10-16 километров (в зависимости от широты) над поверхностью планеты и простирается до высоты около 50 километров.

Фото: © Global Look Press/METEOTEK IES LA BISBAL SCHOOL /

Озоновый слой и УФ-излучение

Озон в стратосфере защищает жизнь на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Этот слой особенно важен, потому что он выполняет функцию солнцезащитного крема: не дает ультрафиолетовому излучению от Солнца доходить до тропосферы в полном объеме.

УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.

В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, гепатита C, экземы и рахита. При этом также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование этого излучения происходит под четким медицинским наблюдением.

Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний и иммунной системы. УФ-излучение способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.

Фото: © Global Look Press/Sheldon Cooper/Keystone Press Agency

Мощность ультрафиолетового излучения

Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:

  • УФ-А (от 320 до 400 нанометров): не поглощаемая озоном длина, так как находится на безопасном расстоянии.
  • УФ-В (от 280 до 320 нанометров): большая часть поглощается озоном, но эта длина излучения может быть вредна для чувствительной кожи.
  • УФ-С (менее 280 нанометров): полностью поглощается озоном. Это наиболее опасная длина, потому что она самая короткая и может уничтожить значительную часть нашей экосистемы.

Что такое озоновая дыра

Озоновая дыра — это локальное утончение озонового слоя. Как видно по спутниковым снимкам, озоновые дыры — это не буквальные дыры. Ученые используют этот термин как метафору для мест, где концентрация озона крайне низкая.

Толщину озонового слоя измеряют «единицами Добсона» (1 единица Добсона равна слою озона в 10 микрометров). Озоновые дыры — это места, где содержание озона — 220 единиц Добсона или ниже.

Фото: © NASA Earth Observatory

Как правило, когда говорят об озоновых дырах, имеют в виду истончение озонового слоя над Антарктидой. Это связано с тем, что особые метеорологические и химические условия, формирующиеся над южным полюсом, усиливают антропогенное воздействие на стратосферу. 

Как возникает озоновая дыра

Низкие температуры полярной ночи и разница между полюсами холода и более теплыми умеренными зонами приводит к формированию стратосферного полярного вихря. Он состоит из сильных воздушных потоков, циркулирующих высоко в атмосфере над Антарктидой, изолирующих холодный воздух и позволяющих накапливать химические вещества, разрушающие озоновый слой. В результате каждую весну в южном полушарии над регионом формируется озоновая дыра.

Тем не менее, это не единственный известный подобный объект. Аналогичные (хотя из-за близости к горным массивам материка и менее регулярные и менее устойчивые) процессы можно наблюдать и у северного полюса.

Новая опасная озоновая дыра

В 2022 году ученый Цин Бин Лу, профессор Университета Ватерлоо в Канаде, обнаружил большую озоновую дыру в тропическом регионе планеты.

Оказалось, что озоновая дыра над тропиками в семь раз больше, чем над Антарктидой, о которой экологи беспокоились все эти годы. Еще хуже то, что дыра существует с 1980-х годов. В отличие от Антарктической дыры, которая появляется весной, дыра над тропиками видна круглый год.

Фото: © Global Look Press/National Aeronautics & Space Adm/ASTD200036

Содержание озона в тропической озоновой дыре на 25% меньше по сравнению с его содержанием в нетронутой атмосфере. Расчеты показывают, что истощение озонового слоя над экваториальными районами способно негативно отразиться на экосистемах планеты и нанести вред 50% населения мира.

Почему ученые критикуют канадское открытие

Международное сообщество ученых спорит, насколько достоверным является исследование канадских коллег.

«Никакой тропической озоновой дыры не существует», — считает Пол Янг, специалист по атмосферным явлениям из Ланкастерского университета в Англии и один из авторов доклада «Научная оценка разрушения озонового слоя 2022», который совместно подготовили Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и ООН.

Недоверие к ученым связано с новым определением озоновой дыры, которое вводят в докладе канадские метеорологи.

Фото: © Global Look Press/Roscosmos/via Globallookpress.com

«Автор исследования нашел тропическую озоновую дыру, потому что он смотрит на то, как изменилось количество озона в процентах, а не на абсолютные изменения. А последние как раз более важны для подсчетов вредного ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли», — убежден Янг.

Таким образом получается, что по старому подходу тропической озоновой дыры не существует, в то время как по процентным потерям, исходя из измерений, утончение озонового слоя все-таки есть.

Почему истощается озоновый слой Земли

Причиной повреждения и истончения озоносферы Земли были признаны синтетические и искусственные вещества, образованные в результате промышленной деятельности.

Причина разрушения озона — хлорфторуглерод, группа органических соединений, включающих атомы фтора, хлора и углерода. Эти соединения не токсичны, стабильны и, взаимодействуя с воздухом, не образуют взрывоопасных веществ.

Фреон (хладагент) — яркий представитель этих соединений и включает в себя более 40 различных веществ. Область применения фреона захватывает практически все сферы жизнедеятельности человека.

Фото: © Global Look Press

Впервые хлорфторуглероды стали использовать в работе холодильных устройств (холодильники, кондиционеры), заменив ими токсичные и взрывоопасные аммиак и сернистый газ. Позже хлорфторуглероды стали широко эксплуатировать в аэрозольных баллонах, вспенивателях, растворителях, а также в пищевой и парфюмерной отраслях.

Однако сейчас известно, что под воздействием солнечной радиации хлорфторуглероды разлагаются в атмосфере и образуют вещества, которые эффективно разрушают молекулы озона. И если на Земле фреон не представляет опасности для жизни, в стратосфере он активно разрушает защитную систему нашей планеты.

Что такое Монреальский протокол

В 1987 году ВМО и Программа ООН по окружающей среде собрали ученых, дипломатов, защитников окружающей среды, членов правительств, представителей промышленности и коммерческих организаций для заключения соглашения о поэтапном отказе от химических веществ. В январе 1989 года вступил в силу Монреальский протокол — первое в мире международное соглашение о регулировании химических загрязнителей.

В рамках протокола было решено постепенно сокращать производство и использование озоноразрушающих химических веществ. В первую очередь был введен запрет на использование ХФУ (хлорфторуглерода) в распылительных аэрозольных баллончиках.

Фото: © NASA/Goddard Space Flight Center

Как восстанавливается озоновый слой Земли

Озоновый слой Земли восстановится в течение четырех десятилетий. К такому выводу пришла группа экспертов, работу которой поддерживает ООН. Свое заключение ученые представили в конце 2022 года.

В докладе, который выходит раз в четыре года, говорится о том, что поэтапный вывод из обращения почти 99 процентов запрещенных озоноразрушающих веществ позволил обеспечить сохранность озонового слоя и, как следствие, уменьшить воздействие на человека вредных ультрафиолетовых лучей. 

При сохранении нынешней политики ожидается, что озоновый слой восстановится до значений 1980 года (приблизительная дата появления озоновой дыры) примерно к 2066 году над Антарктикой, к 2045 году — над Арктикой и к 2040 году — над остальными регионами мира.

Колебания размера Антарктической озоновой дыры, особенно в период с 2019 по 2021 год, были обусловлены в основном метеорологическими явлениями. Тем не менее с 2000 года состояние Антарктической озоновой дыры с точки зрения ее площади и глубины медленно улучшается. 

Фото: © NASA

«То, что озоновый слой, согласно последнему четырехлетнему докладу, находится на пути к восстановлению, —поистине фантастическая новость. Влияние Монреальского протокола на смягчение последствий изменения климата трудно переоценить. За последние 35 лет протокол стал подлинным защитником окружающей среды», — считает исполнительный секретарь Секретариата по озону Программы ООН по окружающей среде Мег Секи.

Экологи отмечают: очень важно понимать, что прогресс в этом случае не является необратимым. Если вредные химикаты снова начнут применяться, то дыры в озоновом слое начнут расти вновь.

Озоновые дыры затянутся через 40 лет? Что не так с прогнозами ООН о целостности атмосферы, объясняет эксперт

Сравнение размеров и формы антарктической озоновой дыры 17 сентября 1979 года (слева) и 4 октября 2015 года (справа)

Фото
Science History Images / Alamy

Озоновый слой восстановится в течение четырех десятилетий, с таким заявлением недавно выступили специалисты ООН. Казалось бы, это должно успокоить людей, но не все так однозначно. Действительно ли озоновый слой может полностью восстановиться за 40 лет и насколько можно доверять таким прогнозам, порталу «Вокруг света» рассказал Михаил Аким, профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ.

профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ

Личный сайт

— На озон влияют изменения метеорологических условий и изменения состава атмосферы, которые могут возникнуть в результате изменения климата, — объясняет Михаил Аким.

Концентрация углекислого газа в атмосфере увеличивается, в первую очередь, в результате человеческой деятельности, а именно:

  • работы транспорта;

  • сжигания угля, нефти и природного газа для получения энергии;

  • вырубки лесов;

  • сельского хозяйства;

  • производства цемента, металлов, химикатов и многого другого. 

Масштабы проблемы

Монреальский протокол, принятый 16 сентября 1987 года, является знаковым многосторонним соглашением, которое регулирует производство и потребление почти 100 веществ, разрушающих озоновый слой.

— На сегодняшний день это один из редких природоохранных договоров, добившихся всеобщей поддержки, и единственный, получивший ратификацию всеми странами мира, — отметил Михаил Аким.

Важность проблемы в том, что именно озоновый слой, находящийся в стратосфере защищает людей и окружающую среду от вредных уровней ультрафиолетового излучения Солнца.

Например, если в настоящее время влияние озоноразрушающих веществ, таких, как хлорфторуглероды, составляет около 2% от глобальных выбросов парниковых газов, то, согласно ряду исследований, возможно увеличение до 19% к 2050 году, если международное сообщество не предпримет оперативных действий. В частности, это может быть связано с расширением использования кондиционеров, вызванном как глобальным потеплением, так и социодемографическими изменениями.

Основная проблема, согласно ряду оценок, заключается в том, что стратосфера, скорее всего, будет охлаждаться в ответ на изменение климата, поэтому в течение более длительного периода времени будут сохраняться условия, способствующие истощению озона в нижних слоях стратосферы, особенно в полярных регионах. В настоящее время еще предстоит оценить комплексное воздействие, в частности, степень такого похолодания и, следовательно, задержку восстановления озонового слоя.

— Ожидается, что глобальное потепление более чем на 2 °C будет иметь крайне пагубные последствия для общества и экосистем во всем мире, — говорит Михаил Аким. — Потребуются дорогостоящие меры по адаптации, особенно если это приведет к системным переходам, например, таянию вечной мерзлоты и ледников.

Усилия пока недостаточны

В контексте Парижского соглашения запланированные меры по смягчению последствий до 2030 года отнесены к национальному уровню. И анализ текущих национальных инициатив показывает: хотя выбросы в некоторых регионах мира, вероятно, значительно сократятся в ближайшее десятилетие, общие глобальные антропогенные выбросы, видимо, останутся слишком высокими, и потребуются гораздо более амбициозные и быстрые усилия по их сокращению.

— Текущие усилия пока недостаточны ни для достижения температурных целей Парижского соглашения, ни для смягчения последствий, — считает Михаил Аким.  — В свете этого активизируются исследования и дебаты о возможностях дополнительного использования предлагаемых технологий геоинженерии.

Признание надвигающейся проблемы придало импульс часто противоречивым дискуссиям о двух дополнительных возможных подходах к ограничению изменения климата:

  • удаление парниковых газов из окружающей атмосферы, особенно CO2, как наиболее важного фактора, влияющего на климат;

  • преднамеренное изменение баланса радиационной энергии атмосферы Земли для частичного противодействия непреднамеренному антропогенному изменению климата (что, в частности, связано с проблемой озонового слоя Земли).

Фото
Legion Media

Основываясь на современных знаниях, нельзя полагаться на методы геоинженерии, чтобы оценить возможности ее использования ни для достижение климатических целей, ни для нивелирования влияния на озоновый слой. Хотя ряд исследований демонстрирует, что несколько методов масштабных вмешательств могут в конечном итоге иметь потенциал для ограничения изменения климата, все они находятся на ранних стадиях разработки, сопряжены со значительными неопределенностями и рисками и ставят этические дилеммы.

При том, что ни один из предложенных методов еще не существует в масштабах, достаточных для воздействия на глобальный климат, они уже заняли видное место в сценариях изменения климата и политических дискуссиях.

— Исследования в области геоинженерии должны распространяться на комплексный анализ экологического воздействия на экосистемы, включая вопросы озонового слоя, — подчеркнул Михаил Аким.

«Двуликий» газ

Истощение озонового слоя не является основной причиной изменения климата, напоминает Михаил Аким. Озоновый слой находится в стратосфере, то есть в слое атмосферы непосредственно над тропосферой. С другой стороны, повышение содержания озона, которое, согласно ряду исследований, произошло в тропосфере из-за газов, загрязняющих поверхность, оказывает согревающее воздействие на поверхность Земли, способствуя тем самым «парниковому» эффекту.

Молекулы кислорода и озона

Фото
Peter Hermes Furian / Alamy

Атмосферный озон оказывает двоякое влияние на температурный баланс Земли. Он поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение, которое нагревает стратосферу. Он также поглощает инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью, эффективно улавливая тепло в тропосфере.

— Таким образом, воздействие изменений концентрации озона на климат зависит от высоты, на которой происходят эти изменения содержания озона. Большие потери озона в нижних слоях стратосферы происходят из-за производимых человеком хлор- и бромсодержащих газов и оказывают охлаждающее воздействие на поверхность Земли, — отмечает Михаил Аким.

Изменение климата связано с тем, что углекислый газ, метан и другие парниковые газы меняют глобальную климатическую систему. Истощение озонового слоя связано с тем, что определенные промышленно производимые химические вещества, содержащие хлор или бром, повреждают защитный стратосферный озоновый слой Земли.

И то, и другое связано с деятельностью человека. По мере того как мировое сообщество начинает лучше понимать эти проблемы и сложные физические и химические процессы, которые их вызывают, приходит понимание, как взаимосвязаны действия по решению каждой из них, рассуждает ученый.

— Очевидно, что действия по смягчению последствий глобального потепления могут оказать положительное влияние на истощение озонового слоя и наоборот, — считает Михаил Аким. — Однако следует быть крайне осторожным в оценках, так как возможно, что решение одной проблемы может усугубить другую.

С точки зрения обывателя

— Интересно, что две сравнительно близкие проблемы: разрушение озонового слоя и изменение климата, достигли значительно разных уровней понимания общественностью и политической поддержки, — считает Михаил Аким.

Люди имеют ограниченные научные знания о глобальном потеплении и склонны путать его с разрушением озонового слоя или рассматривать его как часть озоновой дыры. При чем не только на уровне общественного мнения, но и на политическом, законодательном и научном уровне.

— Регулирование, связанное с проблемой озона, шло намного лучше, чем в случае с изменением климата. Видимо, метафоры, использованные в обсуждении, такие, как «озоновая дыра», лучше находили отклик у общественности, — рассуждает профессор.

Озоновая дыра гораздо больше рассматривалась как опасная проблема и неизбежный риск по сравнению с глобальным изменением климата, поскольку люди опасались, что истощение озонового слоя («щита») может привести к серьезным, понятным для неспециалиста последствиям, таким как катаракта, рак кожи, повреждение растений и нарушение экосистемы океана.

— Видимо, в случае с глобальным потеплением таких простых, понятных и доступных образов не было, чем вероятно можно объяснить меньший уровень поддержки и понимания необходимости усилий для решения этой проблемы. Например, американцы добровольно отказались от аэрозольных баллончиков, разрушающих озоновый слой, до того, как закон вступил в силу, в то время как изменение климата не вызвало сопоставимой общественной обеспокоенности и даже не смогло добиться адекватного научного понимания, — приводит пример Михаил Аким.

Теги

  • экология

Три необычных сезона антарктических озоновых дыр подряд: что нам известно

Дата: 13 декабря 2022 г.

После окончания сезона антарктических озоновых дыр 2022 года в середине декабря и на фоне знаменательного отчета Организации Объединенных Наций, подтверждающего восстановление озонового слоя во всем мире, анализ CAMS показывает, что эта озоновая дыра 2022 года следовала своеобразной схеме, аналогичной двух предыдущих лет, но совершенно отчетливо отличается от предыдущих 40 лет.

Начало сезона было довольно средним, озоновая дыра открылась в конце сентября, в начале южной весны. Максимальная площадь озоновой дыры достигается в конце сентября, немного позже, чем среднее значение, основанное на данных об озоне между 1979 и 2019.  

Но хотя средняя площадь озоновой дыры обычно быстро уменьшается в октябре и еще быстрее в ноябре, в последние три года мы наблюдаем, как озоновая дыра сохраняется до ноября и закрывается далеко за декабрь. В 2022 году озоновая дыра закрылась примерно в середине декабря, а самая продолжительная за всю историю наблюдений в 2020 году закрылась 28 декабря.

Чтобы представить размер трех последних озоновых дыр в перспективе, мы рассмотрели среднюю площадь озоновой дыры в период с 7 сентября по 13 октября с 1979. Озоновая дыра 2022 года занимает 12-е место по величине. 2021 год занимает 8-е место по величине, а 2020 год — 10-е место. «Топ-15» еще больше показывает, что последние три года представляют собой относительно редкую тенденцию после тенденции к снижению с 2000-х годов, подверженную высокой изменчивости. Иными словами, пять из 15 крупнейших по площади годов приходится на 2010-е годы, четыре — на 2000-е, но все три 2020-х входят в список годов с самой большой площадью озоновой дыры.

В 2022 году после медленного уменьшения размера озоновой дыры в октябре и большей части ноября мы наблюдали быстрое уменьшение в конце ноября, как следствие быстрого изменения условий.

Как и каждый год, приход австралийского лета с относительно более высокими стратосферными температурами приводит к разрушению полярного вихря, смешиванию более высоких значений содержания озона от средних широт к южному полярному региону, заполнению обедненной озоном области и закрытию дыры.

На следующей тепловой карте показано, как развивался сезон антарктических озоновых дыр с 1979 года. В 2022 году максимальная площадь озоновой дыры, составляющая почти 25 миллионов км2, достигается немного позже, чем в среднем, и сохраняется на большой площади до декабря.

Тепловая карта, показывающая размеры каждой антарктической озоновой дыры ниже 60-й параллели южной широты с 1979 года. Последние сезоны были необычно длинными. Предоставлено: CAMS  

Тепловая карта дефицита массы озона дает другую точку зрения на одно и то же поведение. Чтобы получить дефицит массы озона, мы рассчитываем количество озона, которое необходимо добавить в атмосферу, чтобы довести общий столб озона по площади озоновой дыры до 220 единиц Добсона (уровень, необходимый для «заполнения» озонового слоя). дыра).

Тепловая карта, показывающая дефицит массы озона ниже 60-й параллели южной широты с 1979 года. Последние три года показывают необычно глубокую озоновую дыру позже, чем в среднем в сезон. Предоставлено: CAMS

Стоит отметить, что всего за год до этого в 2019 году была отмечена самая маленькая озоновая дыра за всю историю наблюдений из-за сильного внезапного потепления в стратосфере. Дефицит массы озона постоянно был ниже 5 мегатонн в течение всего сезона, поэтому на графике выше он не показывает никакого сигнала. Это, наряду с другими подобными эпизодами в каждом десятилетии, показывает, что озоновая дыра подвержена относительно высокой изменчивости термических и динамических условий стратосферы из года в год.

Действительно, концентрации озоноразрушающих веществ (ОРВ) в стратосфере изменяются медленно и имеют тенденцию к снижению с конца 1990-х годов благодаря Монреальскому протоколу.

Тем не менее тот факт, что этот продолжительный «сезон озоновых дыр» повторяется в третий раз подряд, предполагает, что в стратосфере Южного полюса могут быть изменяющиеся факторы. Причины этого не совсем понятны, но мы можем изучить некоторые возможные версии, основанные на динамике стратосферы.

 

Уровни озоноразрушающих веществ снижаются, что может быть причиной недавних больших озоновых дыр?

Чтобы попытаться найти некоторые причины этого «нового» поведения южного озонового слоя, мы сравнили среднюю площадь озоновой дыры и силу полярного вихря с 1979 года. . Затем с 1990-х годов изменчивость значительно возрастает.

Исторические ряды максимальной площади озоновой дыры (в миллионах квадратных метров) и силы полярного вихря. Индекс силы полярного вихря определяется как среднегодовое значение нормализованной аномалии геопотенциала в 30 гПа к югу от -60°.

Аномалия рассчитана по климатологии ERA5 1979-2022 гг. Предоставлено: CAMS 

В течение десятилетия 2000-х годов диаграмма показывает, что при пиковых концентрациях ОРВ в стратосфере большинство озоновых дыр были одними из самых больших в широком диапазоне условий полярных вихрей, включая самый большой из когда-либо наблюдаемых слоев озоновых дыр. , в 2000 г. и за исключением раннего раскола вихря в сентябре 2002 г.  

В 2021 году наблюдалась большая озоновая дыра с самым сильным полярным вихрем в наших записях, но в 2020 году, самой продолжительной озоновой дыре, сила полярного вихря была слабее. В этом 2022 году сила полярного вихря была ниже, но все же максимальная озоновая дыра была такой же площади, как и в 2021 году, и находилась в диапазоне типичных озоновых дыр конца 1990-х и 2000-х годов, когда ОРВ достигали своего пикового значения.

Чтобы завершить картину, мы можем упомянуть, что область с истощением озонового слоя сама создает петлю обратной связи посредством радиационного эффекта, замедляя весеннее потепление стратосферы и, таким образом, продлевая срок жизни озоновой дыры.

На приведенной ниже диаграмме показано, как средний дефицит массы озона соответствует тренду повышения температуры на уровне 50 гПа (высота около 20 км). Эти три последних своеобразных года установили рекордно медленную тенденцию к потеплению и очень высокий дефицит массы озона.

Средний дефицит массы озона как функция тренда повышения температуры в октябре за период с 1979 по 2022 год. 2020, 2021 и 2022 годы отмечены тремя самыми медленными трендами потепления и одними из самых больших дефицитов средней массы озона. Кредит: CAMS

Хорошо задокументировано, что современное глобальное потепление имеет охлаждающий эффект в средней и верхней стратосфере, так как парниковый эффект снижает обмен между различными слоями земной атмосферы (более теплые воздушные массы остаются «запертыми» в нижних слоях стратосферы). слои). Следовательно, тенденция к охлаждению стратосферы может иметь влияние на довольно большие и продолжительные озоновые дыры последних лет.

Наконец, для озоновой дыры 2022 года, в частности, могло сыграть роль мощное извержение вулкана Хунга Тонга-Хунга Хаапай 15 января. Установлено, что оно вызвало крупнейшее глобальное возмущение стратосферных аэрозолей со времен извержения Пинатубо, но точная роль в озоновой дыре этого года до сих пор остается исследовательским вопросом.

Максимальная годовая протяженность озоновой дыры с 1979 года. Фото: CAMS 

Анимация, показывающая сезоны озоновой дыры с 1979 года, хорошо иллюстрирует, что лишь несколько лет до 2020 года озоновая дыра длилась позже 13 декабря.

14 декабря 2022 г. Скачать (59,74 МБ)

2

Мультипанельная анимация сезонов озоновых дыр с 1979 г.

Недавние большие и продолжительные озоновые дыры, однако, никоим образом не мешают тому факту, что озоновый слой Антарктики восстанавливается, как указано в четырехгодичной научной оценке состояния озона ВМО/ЮНЕП. отчет об истощении 2022. «Восстановление антарктического стратосферного озона продолжается. Новые результаты, полученные после Оценки 2018 года, подтверждают сделанные в то время выводы о том, что с 2000 года размер и глубина антарктической озоновой дыры в целом уменьшились». В резюме также упоминается «существенная изменчивость», наблюдаемая с 2019 года. по размеру, прочности и долговечности. «Это поведение в значительной степени обусловлено динамикой, согласуется с нашим пониманием и не оспаривает доказательства появления выздоровления». В отчете говорится, что озоновая дыра в Антарктике может быть полностью восстановлена ​​к 2066 году благодаря коллективным усилиям Монреальского протокола.  

Монреальский протокол, запрещающий использование озоноразрушающих сотрудничество. Без запрета этих почти 100 химикатов, разрушающих озоновый слой, состояние озонового слоя резко ухудшилось бы.

Приведенные выше данные показывают, что восстановление озонового слоя является медленным процессом, а химические вещества, выброшенные в атмосферу, имеют долгосрочные последствия. Согласно оценкам, химические вещества, находящиеся в настоящее время в стратосфере, разлагаются в течение пяти десятилетий. Процесс истощения озонового слоя, вызывающий образование озоновой дыры, зависит от четырех основных факторов: наличия озоноразрушающих веществ, условий полярных вихрей с экстремально холодными условиями и предотвращением смешивания с воздухом из средних широт, полярных стратосферных облаков (ПСО) и солнечной радиации.

Изолированные и очень холодные условия внутри полярного вихря играют важную роль в глубине и размере озоновой дыры.

Озоновый слой фильтрует вредное солнечное ультрафиолетовое ультрафиолетовое излучение, играющее важную роль в жизнеспособности жизни на Земле. Выбросы человеком ОРВ в конце 20-го века повлияли на количество молекул озона в стратосфере, что привело к образованию ежегодной озоновой дыры над Антарктикой. Воздействие УФ-излучения увеличивает риск рака кожи, солнечных ожогов, повреждения глаз и преждевременного старения.

CAMS отслеживает озоновый слой на специальной странице с доступными картами, диаграммами, графиками и анимациями, доступными бесплатно  

CAMS озоновый слой и тематическая область вывода ультрафиолетового излучения.

Наверх

Солнцезащитный крем Земли, озоновый слой

Эксперты-рецензенты

Профессор Невилл Флетчер AM FAA FTSE

Почетный профессор Университета Новой Англии

Приглашенный научный сотрудник Австралийского национального университета и адъюнкт-профессор Университета Нового Южного Уэльса

Основы

  • Озон — это форма кислорода в верхних слоях атмосферы, которая защищает планету
  • Почти все живые существа пострадали бы от радиационных ожогов, если бы у нас не было озонового слоя, защищающего нас
  • Деятельность человека привела к истощению озонового слоя
  • Озоноразрушающие вещества, как правило, очень долгоживущие, поскольку им требуются годы, чтобы подняться вверх и взаимодействовать с верхними слоями атмосферы
  • Считается, что из-за международного запрета и контроля над этими веществами самые большие озоновые дыры восстановятся примерно к 2040 году

В стратосфере небольшое количество озона постоянно образуется под действием солнечного света на кислород. В то же время озон разрушается естественными процессами. Общее количество озона обычно остается постоянным, поскольку его образование и разрушение происходят примерно с одинаковой скоростью.

Человеческая деятельность недавно изменила этот естественный баланс. Некоторые промышленные вещества (такие как хлорфторуглероды и гидрохлорфторуглероды) могут разрушать стратосферный озон намного быстрее, чем он образуется.

Озон — натуральный солнцезащитный крем

Выйдите на улицу в погожий день и почувствуйте, как солнце согревает ваше лицо. Что происходит, когда облако проходит? Вы заметите, что облако забирает часть тепла и света, исходящего от солнца. Точно так же, как облако блокирует жару в жаркий день, озоновый слой в стратосфере блокирует смертоносные ультрафиолетовые лучи солнца. Он действует как естественный солнцезащитный крем нашей планеты.

Солнце излучает не только тепло и свет. Он излучает всевозможные другие виды электромагнитного излучения, включая ультрафиолетовое излучение. Поскольку ультрафиолетовое излучение может повредить ДНК, оно потенциально опасно для большинства живых существ, включая растения.

  • Семейство ультрафиолетовых лучей и обожженные солнцем растения
    Познакомьтесь с семейством ультрафиолетовых лучей

    Электромагнитное излучение делится на различные типы в зависимости от его длины волны. Видимый свет — это лишь малая часть всего спектра. Ультрафиолетовое (УФ) излучение, как вы можете понять из его названия, находится за фиолетовой границей видимого света и имеет более короткие длины волн.

    Ультрафиолет обычно используется для описания излучения с длиной волны от 100 до 400 нанометров. (Нанометр — это одна миллионная миллиметра.) Как и в случае любого электромагнитного излучения, чем короче длина волны, тем больше переносимой энергии.

    Семейство ультрафиолетовых лучей можно разделить на три части:

    • УФ-А (315–400 нанометров) имеет самую большую длину волны в семействе и наносит наименьший вред. Тем не менее, он вызывает солнечные ожоги и вызывает преждевременное старение кожи и некоторые виды рака. Это форма ультрафиолета, производимая в большинстве соляриев.
    • UV-B (280–315 нанометров) может вызывать рак кожи и повреждение глаз. Это также вызывает солнечные ожоги. Излучение с длиной волны близкой к 280 нм сильно поглощается белками, изменяя и часто повреждая их функцию. Таким образом, УФ-В может снизить иммунный ответ, а также препятствует фотосинтезу у некоторых сельскохозяйственных культур. Для выработки витамина D в коже человека требуется очень небольшое количество УФ-В.
    • UV-C (100–280 нанометров) — самый опасный член семейства. Длины волн около 260 нанометров поглощаются ДНК, поэтому почти все формы жизни наносят непоправимый ущерб этому излучению.

    Хорошая новость заключается в том, что стратосферный озоновый слой поглощает все УФ-С, самую смертоносную форму, и даже тонкий озоновый слой вряд ли пропустит многое.

    Однако неповрежденный озоновый слой пропускает некоторое количество УФ-А, особенно когда солнце находится высоко в небе, и очень небольшое количество УФ-В. Доля обоих из них, достигающих уровня земли, будет увеличиваться с потерей озона.

    Многие виды имеют некоторую естественную защиту от УФ-А. Например, мы можем производить меланин, темный пигмент, во внешнем слое нашей кожи. Однако люди с бледной кожей не могут вырабатывать достаточное количество меланина для защиты от ультрафиолетового излучения, которое наблюдается по всей Австралии большую часть года (даже в пасмурные дни). Даже темнокожие люди, у которых от природы высокая концентрация меланина в коже, могут страдать от солнечных ожогов после длительного пребывания на солнце.

    Могут ли растения получить солнечные ожоги?

    Растения всегда подвергаются воздействию УФ-А и имеют механизмы для борьбы с повреждениями, вызванными УФ-излучением. Но было показано, что высокие уровни УФ-В — намного выше, чем где-либо в настоящее время — наносят большой ущерб. Основное воздействие оказывается на фотосинтетический аппарат — пигменты и ферменты, которые поглощают свет и используют его энергию для переработки углекислого газа в сахар.

    Испытания показали, что растения различаются по своей чувствительности к УФ-В. Большинство испытанных до сих пор видов были сельскохозяйственными культурами. В экспериментах, в которых растения риса подвергались воздействию УФ-излучения на 33%, растения были заметно повреждены, а урожайность рисового зерна упала на 20%. 33-процентное увеличение УФ-В в средних широтах маловероятно. Однако возможно увеличение на 20 процентов.

    Некоторые сорта риса более устойчивы к ультрафиолетовому излучению, чем другие. Как и следовало ожидать, они выращивались в высокогорных районах на протяжении поколений, где более разреженная атмосфера естественным образом обеспечивает более высокий уровень ультрафиолетового излучения. Вполне возможно, что неодомашненные дикие родственники продовольственных культур могут содержать ценные гены, кодирующие устойчивость к УФ-излучению или механизмы восстановления повреждений, вызванных УФ-излучением. Кроме того, многие растения могут производить соединения, поглощающие УФ-излучение; а повышенное воздействие УФ-излучения стимулирует увеличение производства до определенного момента. Как разные расы людей могут производить разное количество защитного меланина, так и растения различаются.

    В море фитопланктон также подвергается риску. Фитопланктон важен, потому что он удаляет углекислый газ из воздуха. Они также лежат в основе многих морских пищевых цепочек.

К сожалению, наш организм не может напрямую обнаруживать ультрафиолетовое излучение. Мы можем не знать о том вреде, который он наносит, пока не станет слишком поздно, например, в конце дня на солнце без надлежащей защиты.

Когда в стратосфере меньше озона, на нас попадает больше ультрафиолетового излучения.

Даже уменьшение количества озона в верхних слоях атмосферы на 1 процент вызывает заметное увеличение ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли. Если бы озона вообще не было, количество доходящей до нас ультрафиолетовой радиации было бы катастрофически велико. Все живые существа получили бы радиационные ожоги, если бы они не находились под землей, в защитных костюмах или в море.

Солнце излучает не только видимый свет. Ультрафиолет невидим для наших глаз, но повреждает нашу ДНК и вызывает солнечные ожоги. Источник изображения: NASA Goddard/Flickr.

Что такое озон?

Озон представляет собой форму кислорода. Каждая молекула озона состоит из трех атомов кислорода, поэтому его химическая формула O 3 . Но в отличие от кислорода озон — ядовитый газ, и увеличение его концентрации на уровне земли — это не то, чего мы хотим. Но в стратосфере, где озон существует естественным образом, он блокирует солнечные ультрафиолетовые лучи и спасает жизни.

Озоноразрушающие вещества обычно содержат хлор или бром.

Синтетические химические вещества, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), в настоящее время хорошо известны как экологические «злодеи», несмотря на то, что они являются полезными и совершенно нетоксичными веществами. Они получили свою дурную славу, потому что они пожиратели озона (правильно называемые озоноразрушающими веществами). ХФУ являются не единственными озоноразрушающими веществами, но наиболее распространенными. Некоторые озоноразрушающие вещества являются природными соединениями.

Озоноразрушающие вещества обычно очень долгоживущие, и им требуется несколько лет, чтобы подняться в стратосферу. Когда они прибывают, они разрушаются под воздействием ультрафиолетового излучения, что приводит к высвобождению атомов хлора. Это настоящие убийцы озона. Атомы хлора реагируют с озоном с образованием кислорода и монооксида хлора.

ХФУ — это озоноразрушающие вещества, которые когда-то широко использовались в ряде товаров повседневного спроса, включая аэрозольные баллончики. ХФУ в основном выведены из употребления, но их замена также может нанести вред. Источник изображения: omye/Flickr.

Истощение озонового слоя

Реакции разрушения озонового слоя наиболее быстро протекают только при определенных условиях в стратосфере. Эти условия — экстремальный холод, темнота и изоляция с последующим выходом на свет — возникают в полярных регионах после окончания долгой полярной зимы и появления первого весеннего солнца.

Антарктида является наиболее пострадавшим районом, вероятно, потому, что воздух над ней наиболее изолирован от остальной атмосферы. Ученые часто называют ту часть атмосферы, где содержание озона наиболее истощено, «озоновой дырой», но на самом деле это не дыра, а просто обширная область верхних слоев атмосферы, где озона меньше, чем где-либо еще. В самом крайнем случае «озоновая дыра» содержит на 60 процентов меньше озона, чем обычно.

  • Как происходит потеря озона

    Потеря озона наиболее велика в самых холодных регионах мира из-за облаков в стратосфере, известных как полярные стратосферные облака. Они обеспечивают поверхность, на которой могут происходить химические реакции, приводящие к разрушению озона.

    Последнее звено в разрушении озона требует света. Зимой в полярных регионах солнце никогда не восходит. В холодных условиях формируются полярные стратосферные облака, и происходят химические реакции, необходимые для разрушения озона. Но последнее звено в цепи не запускается, пока весной не вернется солнце. Затем озон быстро разрушается. К счастью, полярные стратосферные облака также исчезают по мере повышения температуры стратосферы. Тогда чистые потери озона прекратятся, и слой будет постепенно восполняться, но не до прежнего уровня. Затем следующей весной произойдет дальнейшее истощение.

    Убыль арктического озона действительно имеет место и ухудшается, но не так сильно, как над Антарктидой. Причина в том, что зимой вокруг Антарктиды развиваются сильные ветры, изолирующие тамошнюю атмосферу от остального мира. В результате изоляции от более теплого воздуха из других мест температура в стратосфере падает настолько низко, что образование полярных стратосферных облаков больше, чем над Арктикой. (И нет никакого «свежего» воздуха, поступающего для разбавления накопленных реагентов в цепи разрушения. ) В сентябре потеря озона происходит с максимальной скоростью над Антарктидой, когда восходит солнце. В ноябре начинает прорываться теплый воздух со всего мира, а обедненный озоном воздух удаляется, что снижает среднюю концентрацию озона в южном полушарии.

    В последнее время ученые обеспокоены потерей озона в других регионах мира. Хотя эти потери далеко не так велики, как те, что были зарегистрированы над Антарктидой, они вызывают беспокойство из-за их возможного воздействия на людей и наши сельскохозяйственные культуры. Например, над Северной Америкой уровни озона снижались примерно на 0,5 процента в год с 1978 по 1990 год. Детали механизмов, вызывающих эти потери в средних широтах, остаются неясными. Полярные стратосферные облака, кажется, не участвуют. Единственный регион, где уровень стратосферного озона не уменьшился, — это тропики, и это даже хорошо, потому что уровни ультрафиолетового излучения там самые высокие.

    Среднее количество стратосферного озона над Австралией также уменьшилось, причем потери были наибольшими в более южных широтах. В результате ультрафиолетовое излучение на уровне земли увеличилось. В Хобарте, например, с 1980 г. зафиксировано увеличение уровня УФ-В примерно на 4–6 %. Кроме того, прямая потеря озона в других местах медленно увеличивается, хотя и не с такой скоростью, как над полюсами.

    Ученые всего мира регулярно проводят мониторинг озоноразрушающих веществ и количества озона в стратосфере. В Австралии Австралийское бюро метеорологии и Отдел атмосферных исследований CSIRO совместно управляют базовой станцией загрязнения воздуха на мысе Грим. Станция Cape Grim расположена в отдаленной северо-западной части Тасмании, на пути сильных западных ветров, переносящих воздух на тысячи километров через Южный океан. Пробы воздуха на мысе Грим регулярно берутся для контроля состава атмосферы. (Еще одна причина для мониторинга озоноразрушающих веществ заключается в том, что большинство из них также являются мощными парниковыми газами.)

    Снимок Антарктической озоновой дыры в 2010 году. Источник изображения: NASA Goddard/Flickr.

    Борьба с истощением

    Запрет и контроль за озоноразрушающими веществами

    Многие вещества, кроме хлорфторуглеродов, также являются озоноразрушающими. Примерами являются четыреххлористый углерод (используется в химической чистке) и бромистый метил (используется в качестве инсектицида для фумигации почвы). Австралийский ученый (Джонатан Бэнкс) получил международное признание за свою работу по поиску замены бромистому метилу.

    • Австралия находит замену бромистому метилу

      Многие годы садоводы используют бромистый метил для стерилизации почвы. Но зная, что это озоноразрушающее вещество, поиск альтернатив становится обязательным.

      В отличие от хлорфторуглеродов (ХФУ), бромистый метил попадает в атмосферу естественным образом, особенно при извержениях вулканов, но, вероятно, деятельность человека связана с выбросом гораздо большего количества. Молекула за молекулой, это на самом деле более эффективный убийца озона, чем фреоны, но он разрушается быстрее, чем они.

      Монреальский протокол устанавливает меры контроля за использованием бромистого метила, и в 1997 г. было решено, что развитые страны прекратят использование бромистого метила к 2005 г., а развивающиеся страны сократят свое производство на 20% по сравнению с уровнем 1995-1995 гг. использование в 1998 году к 2005 году с полным отказом от бромистого метила к 2015 году. К 2009 году глобальное производство бромистого метила, контролируемое в соответствии с Монреальским протоколом, сократилось до 13 процентов от объема 1991 года.

      Доктор Джонатан Бэнкс, научный сотрудник лаборатории CSIRO по хранению зерна в отделе энтомологии, был в авангарде поиска способов избежать использования бромистого метила. Например, покрытие участка земли пластиком, а затем ожидание, пока солнце нагреет его, является довольно эффективным способом стерилизации почвы. Если тщательно следить за температурой, есть даже бонус: можно убить вредных жуков, не затрагивая многих хороших!

      Фумигацию продукции можно также проводить с использованием других химикатов, например двуокиси углерода, и можно использовать целый набор различных методов для борьбы с нашествием вредителей.

      В знак признания своей работы д-р Бэнкс получил в 1996 году награду за защиту стратосферного озона от Агентства по охране окружающей среды США.

    ХФУ, ранее использовавшиеся в качестве хладагентов, пенообразователей и пропеллентов в аэрозольных баллончиках, теперь запрещены в Австралии (и многих других странах). Их временные замены, гидрохлорфторуглероды, все еще немного разрушают озоновый слой, хотя и не в такой степени. ГХФУ также выводятся из употребления.

    Международное соглашение по решению проблемы разрушения озонового слоя было разработано в 1987 году. Это соглашение, названное Монреальским протоколом, ограничивает производство и использование озоноразрушающих веществ. К 2009 году Монреальский протокол был согласован всеми государствами-членами Организации Объединенных Наций (ООН), что сделало его самым широко ратифицированным договором в истории ООН. Было согласовано, что все производство ХФУ во всем мире будет прекращено к 1 января 2010 года.