Научная электронная библиотека
Озоновые дыры
Установлено, что за последние десятилетия концентрация озона локально существенно уменьшилась. Озоновые дыры расположены над Антарктидой (максимальное снижение концентрации озона — в 3 раза), над Арктикой, Восточной Сибирью и Казахстаном.
Подлинная причина появления озоновых дыр не установлена. Но многие ученые считают, что снижение концентрации озона связано с выбросами в атмосферу хлор- и фторсодержащих соединений: фреона, использующегося в холодильной технике, распылителей, применяемых в косметике. Фреоны (хлорфторбромуглеводороды) впервые получены в 1928 году и обладают важными для технических приложений свойствами (инертностью, стабильностью, нетоксичностью, негорючестью, нерастворимостью в воде и др.). Они нашли широкое применение в промышленности и быту (в холодильных установках, кондиционерах, аэрозолях, во многих технологических процессах и т.д.).
Но под влиянием ультрафиолетового излучения из молекул, например, хлорсодержащих фреонов выделяются атомы хлора, любой из которых при столкновении с молекулами озона «выбивает» из каждой атом кислорода, превращая ее в молекулу кислорода. При этом каждый атом хлора может «перепортить» многие тысячи молекул озона.
Кроме этого нужно иметь в виду, что в настоящее время вокруг Земли летает около 14 000 объектов размером более 10 см (старые спутники, ступени ракет, обломки конструкций, инструменты, радиоактивные предметы, запущенные в прошлом США и СССР и др.), а объектов с меньшими размерами еще больше (см: Аргументы и факты, № 50, 2008, с.29). Столкновение с ними новых спутников, космических кораблей и самих космонавтов представляет реальную опасность. Но с ежегодными новыми запусками кораблей и спутников масса этого «мусора» растет, и число его объектов увеличивается. Каждый большой и малый такой объект рано или поздно «падает» на Землю и, попадая в плотные слои атмосферы, сгорает в ней. А это тоже разрушающе действует на озоновый слой нашей планеты. И если выпуск и использование фреонов можно прекратить, то количество запусков космических тел будет только множиться.
Принятые международные решения по сохранению озонового слоя недостаточны, поскольку кроме фреонов есть и другие химические вещества, разрушающие его (оксиды азота, тяжелых металлов и др.). Главная же сложность в том, что в промышленности и быту фреонам не так просто найти равноценную замену, а также в том, что количество самолетов «высокопотолочной» авиации и количество запусков космических кораблей и спутников, вносящих свой вклад в разрушение озонового слоя, будет постоянно расти.
Источник
Почему озоновые дыры не заполняют «вручную»?
Для человека озон является токсичным и при высокой концентрации в воздухе негативно воздействует на органы дыхания. Однако при соблюдении правил безопасности его используют в различных целях, в том числе – в медицине. На протяжении многих лет ученых беспокоит проблема озоновых дыр и пути ее решения.
История открытия озона
Озон – вещество, являющееся модификацией кислорода. В нормальных условиях он представляет собой газ с резким специфическим запахом и голубым оттенком. Озон является примером аллотропной модификации. Это когда один и тот же химический элемент образует молекулы с настолько разной структурой, что в результате появляются новые вещества. Разница между озоном и кислородом состоит в количестве атомов. В кислороде их 2, а в озоне – 3.
Атмосфера Земли
Факт наличия особого озонового слоя в атмосфере был установлен намного позже. Это произошло в 1912 году, благодаря французским ученым-физикам – Шарлю Фабри и Анри Буиссону. Они занимались исследованием ультрафиолетового излучения. При помощи спектроскопии (изучения спектров разных видов излучения) удалось доказать, что в отдаленных слоях атмосферы присутствует озон. Последующее изучение данного вопроса предоставило специалистам еще больше полезных данных об озоновом слое.
В частности, нужно было понять, насколько высокое содержание озона в атмосфере. Для этого в 1920 году британский физик Гордон Добсон изобрел специальный прибор. Сейчас он носит название в честь изобретателя – Добсоновский озонный спектр. Имеется и соответствующая единица измерения озона – единица Добсона, которая равноценна 10 мкм.
Постепенно специалисты выяснили, как образуется озон в атмосфере. Это происходит за счет взаимодействия ультрафиолетового солнечного излучения и кислорода. Можно долго перечислять пользу озонового слоя, но главное – он обеспечил жизнь на Земле. Если бы озона не было, Земля постоянно подвергалась бы большим дозам солнечной радиации и прочему космическому воздействию. Жизни на нашей планете в такой форме как сейчас могло не быть.
Борьба с увеличением озоновых дыр
Наличие озоновых дыр давно доказано. Также ученые всего мира сошлись в едином мнении относительно причины их возникновения, а именно – воздействия хлорфторуглеводов на атмосферу. Как только проблема уничтожения озона стала актуальной, представители большого количества стран (всех членов ООН и Европейского союза) в марте 1985 года подписали многостороннее экологическое соглашение – Венскую конвенцию об охране озонового слоя.
В дополнение к ней прилагается Монреальский протокол, суть которого заключается в снятии с производства определенных химических веществ, разрушающих озоновый слой. Он вступил в силу с 1989 года. Протокол с тех пор неоднократно подвергался поправкам.
Изображение озоновой дыры (Антарктида)
Сократить выброс в атмосферу хлорфторуглеводов – единственный способ снизить разрушение озонового слоя. Озон можно получить искусственным путем. Для этого в промышленности используют озонатор – специальное устройство. Но, несмотря на это, заполнить дыры озоном невозможно. Во-первых, озон отличается нестабильными соединениями и со временем распадается самопроизвольно.
Во-вторых, сгенерировать достаточное его количество и доставить к нужным слоям атмосферы практически нереально – масса озона составляет около 3 миллиардов тонн. В-третьих, подобная процедура требует много средств.
Главными источниками хлорфторуглеводов являются старая бытовая техника, содержащая фреон, а также аэрозоли. Современные производители отмечают свою продукцию специальной маркировкой, которая свидетельствует о безопасности для озонового слоя.
Искусственное получение озона вполне возможно и практикуется в промышленности. Однако для заполнения дыр его требуется слишком много. Невозможно произвести и доставить в стратосферу такое количество озона. В любом случае на это потребовалось бы очень много денег. Поэтому единственный способ борьбы с озоновыми дырами – избавиться от основной причины их возникновения. Монреальский протокол, подписанный множеством стран в 1985 году, предусматривает отказ от производства химических веществ, которые разрушают озон.
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
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.
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.
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.
Источник
