Причины истощения озонового слоя

Истощение озонового слоя

Озомновый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О2, образуя озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/мі) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения.

Благодаря нагреванию воздуха вследствие поглощения озоном солнечных лучей возникает температурная инверсия, то есть повышение температуры с высотой. Таким образом тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой и смешивание воздуха между этими слоями атмосферы затруднено.

Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20—25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

Рис. 3. Озоновая дыра над Антарктикой

Вблизи поверхности Земли озон является всего лишь вредным компонентом городского смога. Но на высоте 24 км тонкий слой этого бесцветного, не обладающего запахом газа обеспечивает существенную защиту земной поверхности от губительных ультрафиолетовых лучей солнца. Самой главной причиной разрушения озонового слоя является хлор и его водородные соединения. Огромное количество хлора попадает в атмосферу, в первую очередь от разложения фреонов. Фреоны — это газы, не вступающие у поверхности планеты ни в какие хим. реакции. Хлорированные и фторированные углеводороды (ХФУ) и галогенированные соединения (галлоны), ещё одна группа промышленных газов, которые разрушают хрупкую структуру этого слоя толщиной в книжную обложку. ХФУ, открытые в 1930 году, получили широкое применение в автомобильных кондиционерах, холодильниках, при изготовлении пластиковой посуды одноразового употребления, аэрозольных распылителей, пенопластовых подушек, изоляции и очистителей для электронного оборудования. Их разрушающее воздействие на озонный слой привлекло всеобщее внимание в 1985 году, когда английские учёные обнаружили 40% снижение весеннего уровня озона над Антарктикой (Рис.3.). Выпущенные в воздух, ХФУ поднимаются в стратосферу и уносятся ветром к Северному и Южному полюсам. Каждый атом хлора, присутствующий в молекуле ХФУ, попав в атмосферу, действует как катализатор, способствующий расщеплению тысяч молекул озона в течение примерно столетия.

В результате продолжающегося антропогенно обусловленного разрушения озонового слоя ультрафиолетовое излучение на поверхности Земли увеличивается, что может привести к пагубным последствиям для человека и биосферы в целом. По данным ООН, сокращение озонового слоя всего на 1% приводит к появлению у людей 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи. Последствия убыли озона могут быть угрожающими, они могут привести к более чем 3 млн. смертельных случаев от рака кожи до 2030 года и 19 млн. — до 2060 года. Число глазных заболеваний (катаракты) может увеличиться на 130 млн. до 2060 года; примерно 50% из них придется на долю развивающихся стран. Число этих заболеваний растет. В США за 7 лет количество случаев заболевания одним из самых опасных видов рака кожи (меланомой) возросло на 3-7%.

Кроме увеличения заболеваемости, существует множество других трудно учитываемых воздействий на здоровье человека и животных (например, снижение иммунитета), на урожаи сельскохозяйственных культур, на водные экосистемы и др.

Прогнозы, сделанные с учетом данных о прошлых выбросах ОРВ и максимальных уровней сокращения выбросов ОРВ согласно Монреальскому протоколу, показали, что полное восстановление озонового слоя может произойти лишь к середине XXI века, причем только при условии соблюдения всех договоренностей о сокращении выбросов ОРВ. Максимального разрушения слоя озона следует ожидать в течение первых двух десятилетий XXI века. Кроме того, ультрафиолетовые лучи могут уничтожить планктон, крошечные одноклеточные организмы, составляющие основу цепи питания в океане. Они опасны также для растительного мира на суше, в том числе для сельскохозяйственных культур. Истощение озонного слоя представляет собой более непосредственную опасность для здоровья человека, чем потепление климата, но бороться с ним намного легче. Нужно прекратить производство ХФУ и галлонов. К сожалению, учёные обнаружили, что озон в стратосфере разрушается в два-три раза быстрее, чем считалось ранее. Поэтому для того, чтобы остановить накопление ХФУ в стратосфере, их производство должно быть сокращено на 85%. По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США — 30,85%, Япония — 12,42; Великобритания — 8,62 и Россия — 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру площадью 7 млн. км2, Япония — 3 млн. км2, что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя. Даже если разрушающие озон газы будут вообще сняты с производства, потребуется ещё около сотни лет для того, чтобы молекулы ХФУ, уже имеющиеся в атмосфере, полностью распались.

Озоновые дыры

Земля – это единственная планета в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Существование живых организмов возможно потому, что планету защищает от смертоносного солнечного излучения озоновый слой, расположенный в стратосфере (10 – 50 км от планетарной поверхности). Озон – газ голубоватого цвета, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Его название в переводе с греческого языка означает «пахнущий». Действительно, после грозы, глубоко вдохнув воздух, можно почувствовать, как пахнет газ.

Без озонового слоя планета буквально сгорит под ультрафиолетовым воздействием Солнца. Однако человечество так и не научилось быть благодарным за возможность жить на Земле. Озоновые дыры существовали на планете всегда. Они то появляются, то исчезают по естественным причинам. Однако в результате антропогенной деятельности отмечается опасное расширение незащищенных озоном участков атмосферы, из-за чего Земля становится все более подверженной воздействию ультрафиолета.

Что такое озоновые дыры?

Не стоит думать, что озоновая дыра – пространство в атмосфере, полностью лишенное защитного газа. В действительности озон на этом участке присутствует, но в меньшей концентрации. Сквозь такой участок атмосферы ультрафиолетовому излучению легче пробиться к земной поверхности. В пределах озоновой дыры концентрация голубого газа может составлять всего 30% от нормы.

Озоновая дыра над Антарктидой

Первую и самую большую озоновую дыру, в диаметре достигающую 1000 км, выявили в 1985 году над Антарктидой. Концентрация газа в этом пространстве была ниже нормы на 50%, причем наибольшее истощение озонового слоя отмечалось на расстоянии 15 – 20 км от планетарной поверхности.

Для дыры над южной приполярной областью характерна сезонность появления и исчезновения. Существенное снижение концентрации газа отмечается в конце зимы и ранней весной (в южном полушарии это август и сентябрь). Обусловлено такое явление особенностями приполярного климата.

В период антарктической зимы вследствие понижения температуры воздуха формируется вихрь. Воздушная масса в составе вихря циркулирует вокруг южного полюса. Смешивание с воздушными массами других широт слабое, либо вообще отсутствует. В период полярной зимы планетарная поверхность лишена солнечного света, формирование озона остановлено. А накопившийся летом газ постепенно разрушается, так как молекулы вещества не отличаются стабильностью. Когда заканчивается полярная ночь, возвращается антарктическое лето, концентрация озона начинает медленно расти и к концу лета достигает максимального значения.

Вид из космоса

Аналогичная сезонная дыра, но не такая крупная, находится над Северным Ледовитым океаном. Образования меньшего размера выявляются исследователями по всему земному шару.

Причины разрушения озонового слоя

Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов:

  • естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха);
  • антропогенные (обусловленные влиянием человека).

Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.

Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.

Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет вулканическая активность. При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.

Однако в последние десятилетия нарушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.

Основные источники загрязнения атмосферного пространства:

  • заводы и фабрики, не снабженные или недостаточно снабженные очистными установками;
  • ТЭЦ;
  • вносимые в обрабатываемые земли минеральные удобрения;
  • реактивные самолеты;
  • ядерные взрывы.

При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.

Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.

Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.

Последствия озоновых дыр

Уменьшение озонового слоя приводит к усилению воздействия солнечного излучения на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана несет смертельную опасность для живых организмов.

Главным последствием разрушения озонового слоя Земли станет вымирание всех представителей животного и растительного мира. Уже сегодня ученые отмечают массовую гибель морских планктонных видов и глубоководных обитателей вследствие усилившегося негативного воздействия ультрафиолета.

Что касается влияния на человека, то повышение солнечной радиации отрицательно сказывается на состоянии кожного покрова, становится причиной возрастания случаев меланомы – рака кожи. Если количество поступающего на Землю ультрафиолета будет расти, то возрастет заболеваемость и другими онкологическими патологиями. Так, если уровень голубого газа в стратосфере понизится еще на 1%, то количество раковых больных будет повышаться на 7 тысяч в год.

Способы решения проблемы

Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.

Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:

  • усовершенствование очистительных конструкций на заводских трубах;
  • сокращение применения минеральных удобрений;
  • создание транспортных средств, работающих не на горючем топливе, а на электричестве и иных источниках энергии.

Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.

В 1985 году принята Венская конвекция о защите озонового слоя. В 1987 году создан Монреальский протокол, в котором перечислены самые вредные летучие вещества, появляющиеся в воздушном пространстве в результате человеческой деятельности. Страны-участницы обязались сократить выбросы этих веществ, а к началу 21 века исключить.

Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.

До открытий, сделанных в прошлом веке, люди просто не знали о той роли, какую играет озон. В конце столетия выяснилось, что из-за ряда причин озоновый слой разрушается, становится в некоторых местах тоньше или просто менее насыщенным озоном. Такое явление было названо озоновыми дырами.

Озоном называют трехатомный кислород. Основная его часть находится в верхних слоях атмосферы на высоте от 12 до 50 километров от уровня моря. Самая значительная концентрация сосредоточена на 23-километровой высоте. Этот газ в 1873 году обнаружил в атмосфере немецкий ученый Шенбейн. Позже такая модификация кислорода была найдена ниже названых высот и даже в слоях атмосферы поблизости земной поверхности.

Озоновый слой, tion.ru

Выяснилось, что наибольшую роль в образовании озоновых дыр играют запуски космических ракет, полеты самолетов на высотах от 12 до 16 километров, а также выбросы фреонов.

Впервые озоновая дыра диаметром более 1000 км впервые была обнаружена в 1985 в Южном полушарии над Антарктидой группой учёных из Британии.

Технический прогресс и озоновые дыры

Наибольший вред озоновому слою наносится соединениями хлора и водорода. Такие соединения образуются при разложении фреонов. Обычно ими пользуются как распылителями. При достижении определенного температурного порога фреоны закипают. При этом объем их увеличивается в несколько раз. Именно такой процесс и требуется при изготовлении аэрозолей.

Озоновые дыры над Антарктидой и Россией на карте, omartasatt.info

Фреоны также используются при изготовлении устройств, обеспечивающих создание низких температур. Они находятся в системах больших и малых морозильных камер, в промышленных и бытовых холодильниках. При утечке фреоны, имея вес менее того, какой существует у атмосферного воздуха, начинают подниматься. В атмосфере хлор отсоединяется и вступает в реакцию с трехатомным кислородом, тем самым разрушая молекулы озона, превращая его в обычный кислород.

Разрушение озонового слоя атмосферы обнаружили довольно давно, однако только к 1980-м годам процессу была реальная оценка. Выяснилось, что при значительном сокращении озона в атмосфере планета перестанет охлаждаться. Температура на ней начнет расти. Причем темпы этого роста превзойдут даже вариант развития парникового эффекта из-за увеличения в атмосфере углекислого газа.

Является ли парниковый эффект причиной разрушения озонового слоя — вопрос для ученых пока спорный.

Последствия разрушения озонового слоя Земли

Как уже было сказано, озон – это трехатомный кислород. Газ имеет особенный запах и голубоватый цвет. При некоторых условиях газ становится жидкостью, отличающейся цветом, называемым «индиго». В особых условиях из жидкого состояния озон может перейти в твердое. При этом его цвет станет темно-синим.

Не будет преувеличением сказать, что без наличия озонового слоя жизнь на нашей планете была бы невозможна. По крайней мере, в той форме, которая существует.

Ультрафиолетовое излучение опасно для всего живого. Если оно станет более интенсивным, то под его воздействием начнутся массовые серьезные заболевания. Пострадает зрение. Это и развитие катаракты, и изменения в роговице, и отслаивание сетчатки. Жесткий ультрафиолет оказывает угнетающее воздействие на клеточный иммунитет. Прежде всего, это отразится на коже, выразившись в онкологических заболеваниях. Живые организмы из-за воздействия повышенного излучения в значительно меньшей степени перестанут оказывать сопротивление любым инфекциям.

Интересный факт: Влияние озоновых дыр на человека заключается в росте таких заболеваний, как рак кожи и катаракта.

Озоновые дыры несут угрозу здоровью, 5klass.net

Интенсивное ультрафиолетовое излучение оказывает подавляющее воздействие на фотосинтез. Из-за него происходят изменения в поведении животных. Нарушается их адаптация. Они начинают мигрировать. Ускоряется размножение сине-зеленых водорослей, оказывающих губительное воздействие на обитателей водной среды. Биологические ресурсы мирового океана катастрофически уменьшаются. Излучение поражает мальков рыб и икру.

Происходит снижение плодородия почв. Бактерии, живущие в почве, чувствительные к ультрафиолетовому излучению, отмирают. А как раз им в значительной степени почва обязана плодородием. Если не изменить ситуацию, то конечным результатом станет превращение Земли в безжизненную планету с изменением климата.

Проблема озоновых дыр

Проблему начали обсуждать на мировом уровне, она может привести к экологической катастрофе. Были подписаны соответствующие документы и соглашения. Страны пришли к единому решению о необходимости сокращения изготовления фреонов. Была и найдена замена для них. Ею оказалась пропанобутановая смесь. Ее показатели таковы, что она с успехом может заменить фреоны.

В настоящее время опасность разрушения озонового слоя продолжает оставаться в числе наиболее злободневных. Однако в мире технологии, при которых используются фреоны, продолжают использоваться. Поэтому ученые заняты решением задачи по сокращению выбросов фреонов, стараются найти их более дешевые и удобные в использовании заменители.

Пути решения глобальной проблемы озоновых дыр

В 1985 году в мире начали принимать серьезные меры, чтобы защитить озоновый слой. Озоновые дыры стали новой экологической проблемой. Вначале были введены ограничения на выбросы фреонов. Затем правительствами была утверждена Венская конвенция. Она направлена на обеспечение охраны слоя озона в атмосфере. В конвенции сказано, что:

  • Делегации, являющиеся представителями различных государств, принимают соглашение, предусматривающее сотрудничество в области исследований процессов и веществ, оказывающих влияние на озоновый слой и оказывающие провоцирующее воздействие на изменения в нем.
  • Страны обязуются обеспечить систематическое наблюдение за озоновым слоем.
  • В государствах организуется работа над созданием технологий, а также веществ, обладающих уникальными свойствами, помогающими свести к минимуму вред, наносимый озону, находящемуся в атмосфере.
  • Страны обязуются сотрудничать при разработке мер и из использования, а также обеспечивать постоянный контроль за деятельностью, способной провоцировать образование озоновых дыр.
  • Разработанные технологии и полученные знания страны передают друг другу.

В течение времени, прошедшего со дня принятия Венской конвенции, страны подписали много протоколов, предусматривающих снижение выпуска фторхлоруглеродов. При этом оговорены случаи, когда их производство должно быть полностью прекращено.

Восстановление озонового слоя

Причины и последствия разрушения озонового слоя известны. Наибольшей проблемой, влекущей опасность, считается технология, используемая при производстве холодильных установок. Данный отрезок времени порой даже называли фреоновым кризисом. Для новых разработок требовались значительные вложения капиталов. Это отрицательно сказывалось на производствах. Тем не менее, выход удалось найти. Оказалось, фреоны можно заменить другими веществами. Ими помимо газов пропана и бутана оказался углеводородный пропелеллент. В наши дни распространение получают установки, в которых используются эндотермические химические реакции.

Карта озоновых дыр, omartasatt.info. На карте можно заметить истощение озонового слоя в районе экватора, России (голубой цвет).

Идет речь и о восстановлении озонового слоя. По утверждению ученых-физиков, атмосферу планеты можно очищать от фреонов, используя энергоблок АЭС мощностью минимум 10 rBT. По подсчетам Солнце способно производить до 6 тонн озона в секунду, но его разрушение идет быстрее. Если, использовать энергоблоки в качестве озоновых фабрик, то возможно достижение баланса. То есть, озона будет создаваться столько же, сколько его будет разрушаться.

Подпитка озонового слоя

Проект создания озонового производства не единственный. К примеру, по расчетам ученых, в стратосфере озон можно создавать искусственно. Это же можно делать и в атмосфере.

Подпитывать стратосферу озоном, созданным искусственно, предлагается с помощью грузовых самолетов, которые могут распылять этот газ на нужных высотах.

Молекулы озона можно получать из обыкновенного кислорода, используя инфракрасные лазеры. Для этого можно использовать аэростаты.

Если использование платформы с лазерами обеспечат положительный эффект в решении проблемы озоновых дыр, то можно разместить такие устройства на космической станции. В таком случае можно обеспечить постоянную подпитку озоном.

Главный недостаток всех таких разработок – цена. Затраты на реализацию любого проекта слишком велики. Именно из-за этого значительная часть проектов не реализуется.

Затрачены миллиарды долларов на спасение озонового слоя Земли или хотя бы сохранение его в том виде, в котором он находится сейчас. Учёные подсчитали, что если прекратится любая деятельность человека (антропогенные факторы), которая является причиной возникновения озоновых дыр, на восстановление его в прежнем объёме потребуется 100-200 лет.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА: ИСТОЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ

В 1866 году немецкий биолог Эрнст Генрих Филипп Август Геккель в монографии «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen») впервые ввёл термин «экология», который обозначал науку о взаимодействиях животных и растений между собой и с окружающей средой. И сначала экология рассматривалась как часть биологии. Её основными вопросами были типы отношений, устанавливаемые между живыми организмами, и их приспособление к условиям места обитания. Эту дисциплину изучали на биологических факультетах университетов, но за исключением узкого круга специалистов о ней никто ничего не знал. Однако вскоре экология из несамостоятельной дисциплины превратилась в комплексную междисциплинарную науку — современную экологию, вышедшей даже за рамки естествознания в целом. И на сегодняшний день её преподают в высших учебных заведениях, издаются специальные экологические журналы и газеты .

Причиной стало появление экологических проблем вследствие резко возросшего масштаба воздействия человеческой деятельности на окружающий мир: демографический взрыв, сопровождающийся изъятием у природы огромных территорий под постройку новых жилых домов или автомобильных дорог, научно-техническая революция, ознаменовавшаяся помимо всего прочего, например, развитием производства, отходы которого оказывают пагубное влияние на окружающую среду.

Экологические проблемы современности по своим масштабам условно могут быть разделены на локальные, региональные и глобальные.

Наряду с парниковым эффектом, загрязнением окружающей среды, кислотными дождями, фотохимическим смогом, обезлесеванием, опустыниванием, деградацией почв примером глобальной экологической проблемы является истощение озонового слоя .

Озоновый слой представляет собой часть стратосферы на высоте от 15 до 30 км над поверхностью Земли с наибольшим содержанием озона, который образуется в результате воздействия на молекулярный кислород ультрафиолетового излучения. Его толщина змеряется в единицах Добсона (DU). Так, 1 DU — это слой озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или 2,69·1016 молекул в атмосферном столбе на 1 квадратный сантиметр поверхности Земли. Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, что означает, что под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой толщиной 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

Озоновый слой является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения, которое может привести к учащённым случаям заболеваний людей (рак кожи, катаракта), повреждению зерновых культур, гибели фитопланктона, преобразованию климата.

В конце 1960-х годов предметом для обсуждения учёных стало разрушение озонового слоя. Появление огромной области со значительным снижением уровня озона – озоновая дыра – впервые было обнаружено над Антарктидой в 1985 году группой британских учёных во главе с Дж.Фарменом (рис.1). Над станцией «Халли Бей» содержание газа уменьшилось на 40%, о чём свидетельствовали показатели экологов на основании исследований, проводившихся в течение 7 лет. Также было выявлено, что эта озоновая дыра периодически то возникала, то исчезала. Вскоре подобные дыры, но меньших размеров, были обнаружены и над Арктикой.

Рисунок 1. Озоновая дыра над Антарктидой

В последующие годы ученые выяснили причину возникновения озоновых дыр на полюсах Земли. В отсутствие солнечного излучения, когда начинается долгая полярная ночь, резкое падение температуры ведёт к образованию стратосферных облаков, содержащих кристаллики льда. Их возникновение вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора. Когда приходит антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы, выступающие в роли катализаторов, способствуют реакциям превращения озона в простой кислород, протекающих по следующей двойной схеме:

.

Этим двум реакциям предшествует разложение хлорфторуглерода под действием солнечной радиации:

Одна молекула хлора способна разрушить миллион молекул озона. Такими темпами он быстро исчезает из атмосферы, и образуются озоновые дыры. А с поступлением свежего воздуха, который содержит новый озон, эти дыры исчезают.

Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают бром, кислород, водород и другие продукты сгорания, которые попадают в атмосферу из-за выбросов заводов, фабрик, ТЭЦ. Ядерные испытания оказывают не меньшее влияние на слой озона: при взрывах выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, входящие в реакцию с озоном и уничтожающие его молекулы. Подсчитано, что только с 1952 по 1971 год при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 миллионов тонн этого вещества.

То, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие как хлорфторуглерод (используется в качестве растворителей и хладагентов), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон предположили химики из Калифорнийского университета Марио Молина (Mario Molina) и Фрэнк Шервуд Роланд (Frank Sherwood Rowland). Этот исследовательский труд был отмечен Нобелевской премией по химии с формулировкой «За работу в атмосферной химии, особенно в части процессов образования и разрушения озонового слоя».

1 января 1989 года вступил в силу Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Он был разработан с целью защиты озонового слоя посредством снятия с производства некоторых химических веществ, разрушающих его. Предполагается, что в случае придерживания Монреальского протокола всеми странами, подписавшими его, и в будущем, можно ожидать полное восстановление озонового слоя лет через 30.

По подсчётам специалистов Всемирной метеорологической организации (ВМО) восстановление озонового слоя с 2000 года идёт со скоростью 1-3% в десятилетие и полностью будет возобновлён к 2060 году. Такие выводы были обнародованы ВМО на встрече сторон протокола в Кито .

Подтверждением восстановления озонового слоя стало сообщение новозеландских ученых из научного центра NIWA о том, что в октябре 2010 года был зафиксирован минимальный размер озоновой дыры над Антарктидой. Ее площадь составила 22 млн км2 и, по сравнению с 2000 годом, она сократилась на 7 млн км2. На сегодняшний день площадь озоновой дыры продолжает сокращаться.

Список литературы:

  1. 200 законов мироздания. Озоновая дыра, // Режим доступа: https://elementy.ru/trefil/21185/Ozonovaya_dyra (дата обращения 24.05.19)
  2. Глобальные и экологические проблемы современности, // Режим доступа: http://ekologyprom.ru/otvety-na-voprosy-po-ekologii/27-otvety-k-zachetu-po-jekologii/809-globalnye-i-jekologicheskie-problemy-sovremennosti.html (дата обращения 25.05.19)
  3. Учёные: озоновый слой полностью восстановится к 2060 году, // Режим доступа: https://www.gazeta.ru/science/2018/11/06_a_12048799.shtml?updated (дата обращения 25.05.19)
  4. Яншин А.Д. Научные проблемы охраны природы и экологии // Экология и жизнь. — 1999. — №3

Прямое солнечное излучение губительно действует на все живые организмы. Планету защищает озоновый слой Земли, который выступает естественным фильтром. В конце 70-х гг XX века ученые обнаружили резкое снижение озона в стратосфере, особенно на некоторых участках. С течением времени проблема усугубилась. Действие ультрафиолета стало заметно проявляться на человеке и состоянии экологии. Принятых мер пока не хватает, чтобы остановить опасное воздействие УФ-лучей.

Большинство источников загрязнения планеты связано с антропогенным действием. Стремительное развитие промышленности и транспорта привело к опасному исходу для экологии. Изобретение фреонов положило начало образованию озоновых дыр, о существовании которых десятилетиями никто не догадывался. Только в конце 20 века стало известно о последствиях применения фторхлоруглеродов. Истощение озоносферы ведет к беспрепятственному проникновению ультрафиолетовых лучей на Землю.

Кроме влияние человеческой деятельности, к природным причинам разрушения озонового слоя относятся:

  • галогенуглеводороды, содержащиеся в вулканических газах;
  • взвешенные вещества, попавшие в стратосферу после извержений;
  • добыча полезных ископаемых;
  • дегазация недр в разломах коры с массивными выбросами углеродов.

Запуск космических ракет

Развитие ракетно-космических технологий привело к стремительному разрушению озоносферы. В продуктах сгорания ракет содержатся водяные пары, молекулы которых нарушают естественное равновесие на больших высотах. При запуске ракеты-носителя в реактивной струе присутствуют дополнительные озоноразрушающие вещества:

  • хлор, хлористый водород;
  • углекислый газ;
  • оксиды азота.

Выброшенные элементы под действием турбулентной диффузии перемешиваются в многокилометровое облако, в котором разрушение озона длиться более 3 недель после прохождения ракетонасителя (РН). Озонообразующие реакции не справляются с такими объёмами поражения, как следствие в ионосфере образуется озоновая дыра.

По статистике массово вызывают истощение озоносферы мировые лидеры по запуску РН: КНР, США, Россия, ЕС, Япония.

Использование транспорта на высоте 12—16 км

Темпы роста воздушных перевозок в мире растут постоянно. Впервые гипотезу о вредном воздействии выхлопных газов авиадвигателей на озоносферу внес на рассмотрение химик Г.Джонстон из Калифорнийского университета. Со временем данные о том, что продукты сгорания топлива самолетов разрушают озоновый слой, подтвердились.

Азотные соединения NO и NO2 в зоне полетов на высоте 12—16 км ведут к истощению озона. Кроме озоноактивных веществ, воздух загрязняют оксиды серы и углерода, сажевые частицы. Количество выбросов в атмосферу зависит от технических характеристик и режима работы двигателей. Под угрозой истончения защитного слоя находятся участки с интенсивным движением над густонаселенными и промышленно-развитыми странами.

Применение азотных удобрений в сельском хозяйстве

Вследствие увеличения количества населения планеты требуется развитие продуктивного сельского хозяйства. Без применения химических удобрений повышения урожайности достичь нельзя, поэтому овощные и плодовые культуры регулярно подкармливают.

По мнению ФАО ООН площадь сельскохозяйственных земель к 2050 году должна увеличится на 70 млн га от исходного уровня на 2012 год, что непосредственно затронет проблему разрушения озона.

Все формы минеральных азотных удобрений трансформируются в нитраты и аммиак. Соединения вымываются из почвы осадками, дренажными водами, при таянии снега химикаты проникают в грунтовые воды, близлежащие водные источники. В итоге круговорота, испаренные компоненты попадают в атмосферу. С расширением посевных площадей такие поступления исчисляются мегатоннами, что развивает дополнительные очаги уничтожения озонового слоя.

Применение человеком фреонов

В тридцатые годы прошлого столетия небезопасные хладагенты холодильных устройств заменили на фреоны (хладоны). Это хлорфторпроизводные метана, которые не ядовиты и термически стабильны. Соединения не встречаются в естественной среде, они синтезированы учеными. С момента появления хлорфторуглеродов стало развиваться производство охлаждающего оборудования. Немного позже массовое распространение получили кондиционеры и всевозможные распылители.

Через 40 лет активного применения фреонов экологи опубликовали факты, подтверждающие разрушение озонового слоя Земли хладагентами. Оказалось, что соединения у поверхности планеты в химические реакции не вступают. Превращение озоновых молекул в кислородные проходит под действием атома хлора, который из-за ультрафиолета отщепляется от хлофторуглерода.

Атомарный хлор за период своего существования (более 100 лет) способен уничтожить до 100000 озоновых молекул.

Вещества, разрушающие озоновый слой

В Постановлении Правительства РФ № 228 от 24.03.2014 указан полный список веществ, способствующих разрушению озоносферы. Этот указ регулирует потребление озоноразрушающих химикатов, в целях реализации ФЗ «Об охране окружающей среды». Под государственное регулирование попадают более 100 соединений, в состав которых включены хлор, фтор и бром.

Для оценки опасности введено понятие озоноразрушающий потенциал (чем он выше, тем опаснее соединение). Математическая модель расчета основана на сравнении эффективности воздействия одной молекулы из исследуемых газов на озоновую. В сопоставление берутся хладоны R-11, R-12 с высоким ОРП, которые первыми применяли в производстве оборудования. В природных фотохимических реакциях именно атомы хлора и брома затрагивают и снижают общее содержание озона.

Отдельно рассматривается величина залпового выброса фреонов в атмосферу. До подписания протокола в Монреале, хладагенты выбрасывались в количестве до 300 тыс. тонн. Газы, распавшиеся в воздухе на отдельные элементы, активны десятки и сотни лет, что неизбежно ведёт к разрастанию озоновых дыр.

Последствия разрушения озонового слоя

Главным исходом разрушения озона является образование дыр в стратосфере. Впервые брешь появилась в семидесятые годы XX века над Антарктидой. Постепенно площадь истощения озона достигла южных регионов планеты.

Глобальное распространение озоновых пустот выражается в негативном влиянии на человека и экологию. Проникшая на Землю ультрафиолетовая радиация опасна для живых организмов, а при увеличении интенсивности излучения последствия окажутся катастрофическими.

Разрушение озонового слоя ведёт к появлению следующих проблем для человека:

  1. Под действием ультрафиолета развивается опасные заболевания зрительного аппарата (катаракта, дегенерация роговицы и сетчатки, меланома сосудистой оболочки глаза).
  2. Канцерогенный эффект. Из-за угнетения клеточного иммунитета снижается способность отторжения раковых клеток кожи. Регулярное переоблучение провоцирует немеланомный (базально клеточный и плоскоклеточный рак) и злокачественную меланому.
  3. Уменьшение стратосферного озона повлияло на снижение сопротивляемости инфекционными заболеваниями (туберкулез, грибковые и другие с кожной фазой развития).

Влияние на экологию значительное и проявляется в виде:

  • подавления фотосинтеза;
  • нарушения адаптивного поведения животных (миграции);
  • размножения губительных сине-зеленых водорослей;
  • уменьшение биологических ресурсов океана (поражения икры, мальков рыб);
  • снижения плодородия почв;
  • отмирания полезных почвенных бактерий, чувствительных к УФ.

Если не воплотить в жизнь проекты по восполнению озона, жизнь на Земле закончится.

Пути решения проблемы разрушения озонового слоя

Одним из первых принятых шагов по решению проблемы истощения озона в стратосфере был Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Соглашение подписали около 200 стран-участниц в 1987 году с целью постоянного контроля за озоноразрушающими веществами и снижения их применения. Впоследствии поправки вносились 7 раз, чтобы ускорить снятие с производства и запрет отдельных групп галогенизированных углеродов. По мнению ученых полностью устранить озоновые дыры можно к 2050 году, если государства будут соблюдать подписанные условия.

Среди других путей решения проблемы разрушения озонового слоя предполагается введение следующих мер:

  1. Подпитывание стратосферы искусственно созданным озоном, доставку которого выполнят грузовые самолеты.
  2. Получение озоновых молекул из двухатомного кислорода в атмосфере во время полета аэростатов с инфракрасными лазерами. Идея принадлежит консорциуму из России «Интерозон».
  3. При удаче эксперимента платформы с лазерным излучением разместят на станции «Мир» и подпитка стратосферного озона будет проходить регулярно.

Разрушение озонового слоя является глобальной проблемой, в решении которой должны принимать участие все страны. Принятых на сегодня мер хватило на частичное восстановление поврежденного озонового слоя над Антарктидой. Соблюдение международных соглашений в дальнейшем дает надежду на полную регенерацию озоносферы в будущем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *