Озоновият слой е широк атмосферен пояс, простиращ се от 10 до 50 km над земната повърхност. Химически озонът е молекула, състояща се от три кислородни атома (кислородната молекула съдържа два атома). Концентрацията на озон в атмосферата е много ниска и малките промени в количеството озон водят до големи промени в интензитета на ултравиолетовото лъчение, достигащо до земната повърхност. За разлика от обикновения кислород, озонът е нестабилен; стабилна формакислород. Озонът е много по-силен окислител от кислорода и това го прави способен да убива бактериите и да потиска растежа и развитието на растенията. Въпреки това, поради ниската му концентрация в повърхностните слоеве на въздуха при нормални условия, тези характеристики практически нямат ефект върху състоянието на живите системи.

Много по-важно е другото му свойство, което прави този газ абсолютно необходим за целия живот на сушата. Това свойство е способността на озона да абсорбира твърдата (късовълнова) ултравиолетова (UV) радиация от Слънцето. Твърдите UV кванти имат достатъчна енергия, за да счупят някои химични връзки, следователно се класифицира като йонизиращо лъчение. Подобно на други лъчения от този вид, рентгеновите лъчи и гама лъчението, то причинява множество смущения в клетките на живите организми. Озонът се образува под въздействието на високоенергийна слънчева радиация, която стимулира реакцията между О2 и свободните кислородни атоми. Когато е изложен на умерено лъчение, той се разпада, абсорбирайки енергията на това лъчение. Така този цикличен процес „изяжда“ опасната ултравиолетова радиация.

Молекулите на озон, подобно на кислорода, са електрически неутрални, т.е. не носи електрически заряд. Следователно самото магнитно поле на Земята не влияе върху разпределението на озона в атмосферата. Горният слой на атмосферата, йоносферата, практически съвпада с озоновия слой.

В полярните зони, където електропроводи магнитно полеЗемята е затворена на повърхността си, изкривяванията на йоносферата са много значителни. Броят на йони, включително йонизиран кислород, в горните слоеве на атмосферата на полярните зони е намален. Но основна причинаниското съдържание на озон в полярната област означава ниска интензивност на слънчевата радиация, падаща дори през полярния ден под малки ъгли спрямо хоризонта, а през полярната нощ тя напълно липсва. Площта на полярните "дупки" в озоновия слой е надежден индикатор за промените в общото съдържание на озон в атмосферата.

Съдържанието на озон в атмосферата варира поради много естествени причини. Периодичните колебания са свързани с цикли слънчева активност; Много компоненти на вулканичните газове са способни да унищожат озона, така че увеличаването на вулканичната активност води до намаляване на концентрацията му. Поради високите, подобни на ураган скорости на въздушните потоци в стратосферата, разрушаващите озона вещества се пренасят върху големи площи. Пренасят се не само озоноразрушаващите вещества, но и самият озон, така че смущенията в концентрацията на озон бързо се разпространяват върху големи площи и локалните малки „дупки“ в озоновия щит, причинени например от изстрелване на ракета, се лекуват относително бързо. Само в полярните региони въздухът е неактивен, в резултат на което изчезването на озона там не се компенсира от вноса му от други географски ширини, а полярните „озонови дупки“, особено на Южния полюс, са много стабилни.

Източници на разрушаване на озоновия слой. Сред разрушаващите озоновия слой са:

1) Фреони.

Озонът се разрушава от хлорни съединения, известни като фреони, които, също унищожени от слънчевата радиация, освобождават хлор, който „откъсва“ „третия“ атом от озоновите молекули. Хлорът не образува съединения, а служи като "разбиващ" катализатор. Така един хлорен атом може да „унищожи“ много озон. Смята се, че хлорните съединения могат да останат в атмосферата от 50 до 1500 години (в зависимост от състава на веществото) на Земята. Наблюденията на озоновия слой на планетата се извършват от антарктически експедиции от средата на 50-те години.

Няма консенсус по въпроса доколко хората са виновни за образуването на „озонови дупки“.

От една страна, да, със сигурност е виновен. Производството на съединения, които водят до изчерпване на озоновия слой, трябва да бъде сведено до минимум или още по-добре напълно спряно. Тоест да изоставим цял индустриален сектор с оборот от много милиарди долари. И ако не откажете, тогава го прехвърлете на „безопасни“ релси, което също струва пари.

Гледната точка на скептиците: човешкото влияние върху атмосферните процеси, въпреки цялата му разрушителност на местно ниво, е незначително в планетарен мащаб. Антифреоновата кампания на Зелените има напълно прозрачна икономическа и политическа основа: с нейна помощ големите американски корпорации (Dupont например) удушават своите чуждестранни конкуренти, като налагат споразумения за „защита“ среда„на държавно ниво и насилствено въвеждане на нова технологична революция, която е по-слаба в икономическидържавите не могат да издържат.

2) Самолет за голяма надморска височина.

Важна е не само мощността на двигателя на самолета, но и височината, на която той лети и отделя азотни оксиди, разрушаващи озона. Колкото по-високо е образуването на азотен оксид или оксид, толкова по-разрушителен е той за озона.

Общото количество азотен оксид, което се отделя в атмосферата годишно, се оценява на 1 милиард тона. Около една трета от това количество се отделя от самолети над средното ниво на тропопаузата (11 km). Що се отнася до самолетите, най-вредните емисии са от военните самолети, чийто брой възлиза на десетки хиляди. Те летят предимно на височини в озоновия слой.

3) Минерални торове.

Озонът в стратосферата може да намалее и поради факта, че азотният оксид N2O навлиза в стратосферата, който се образува по време на денитрификацията на азота, свързан от почвените бактерии. Същата денитрификация на фиксиран азот се извършва и от микроорганизми в горния слой на океаните и моретата. Процесът на денитрификация е пряко свързан с количеството фиксиран азот в почвата. По този начин можете да сте сигурни, че с увеличаване на количеството минерални торове, внесени в почвата, количеството на произведения азотен оксид N2O също ще се увеличи в същата степен. Освен това от азотен оксид се образуват азотни оксиди, които водят до разрушаване на стратосферния озон.

4) Ядрени експлозии.

Ядрените експлозии освобождават много енергия под формата на топлина. Температура от 60 000 K се установява в рамките на няколко секунди след ядрена експлозия. Това е енергията на огненото кълбо. В силно нагрята атмосфера се случват такива трансформации химикали, които при нормални условия или не се случват, или протичат много бавно. Що се отнася до озона и неговото изчезване, най-опасни за него са азотните оксиди, образувани при тези трансформации. Така за периода от 1952 до 1971 г. в резултат на ядрени експлозии в атмосферата са се образували около 3 милиона тона азотни оксиди. По-нататъшна съдбаТе са както следва: в резултат на смесването на атмосферата те падат на различни височини, включително в атмосферата. Там те влизат в химични реакции с участието на озон, което води до неговото разрушаване. озонова дупка стратосферна екосистема

5) Изгаряне на гориво.

Азотен оксид се намира и в димните газове от електроцентрали. Фактът, че азотният оксид и диоксид присъстват в продуктите на горенето, е известен отдавна. Но тези висши оксиди не влияят на озона. Те, разбира се, замърсяват атмосферата и допринасят за образуването на смог в нея, но бързо се отстраняват от тропосферата. Азотният оксид, както вече беше споменато, е опасен за озона. При ниски температури се образува в следните реакции:

N2 + O + M = N2O + M,

2NH3 + 2O2 =N2O = 3H2.

Мащабът на това явление е много значителен. По този начин годишно в атмосферата се образуват около 3 милиона тона азотен оксид! Тази цифра предполага, че този източник на разрушаване на озона е значителен.

Озонова дупка над Антарктида

Значително намаление на общия озон над Антарктида е докладвано за първи път през 1985 г. от Британското антарктическо проучване въз основа на анализ на данни от озоновата станция Халей Бей (76°S). Намаляване на озона се наблюдава и от тази услуга на аржентинските острови (65 градуса южно).

От 28 август до 29 септември 1987 г. над Антарктида са извършени 13 полета на самолета-лаборатория. Експериментът позволи да се регистрира раждането на озоновата дупка. Получиха се размерите му. Проучванията показват, че най-голямото намаляване на озона се наблюдава на надморска височина от 14 - 19 km. Устройствата са регистрирани тук най-голямото числоаерозоли (аерозолни слоеве). Оказа се, че колкото повече аерозоли има на дадена надморска височина, толкова по-малко е озонът. Лабораторията на самолета регистрира намаляване на озона, равно на 50%. Под 14 км. промените в озона са незначителни.

Още в началото на октомври 1985 г. озоновата дупка (минималното количество озон) обхваща нива с налягане от 100 до 25 hPa, а през декември диапазонът от височини, на които се наблюдава, се разширява.

Много експерименти измерват не само количеството озон и други малки компоненти на атмосферата, но и температурата. Най-тясна връзка е установена между количеството озон в стратосферата и температурата на въздуха там. Оказа се, че естеството на изменението на количеството озон е тясно свързано с топлинния режим на стратосферата над Антарктида.

Образуването и развитието на озоновата дупка в Антарктика е наблюдавано от британски учени през 1987 г. През пролетта общото съдържание на озон намалява с 25%.

Американски изследователи извършиха измервания в Антарктида през зимата и ранната пролет на 1987 г. на озон и други малки компоненти на атмосферата (HCl, HF, NO, NO2, HNO3, ClONO2, N2O, CH4) с помощта на специален спектрометър. Данните от тези измервания позволиха да се очертае зона около Южния полюс, в която количеството озон е намалено. Оказа се, че този регион съвпада почти точно с крайния полярен стратосферен вихър. При преминаване през ръба на вихъра количеството не само озон, но и други малки компоненти, които влияят върху разрушаването на озона, рязко се променя. В рамките на озоновата дупка (или, с други думи, полярния стратосферен вихър) концентрациите на HCl, NO2 и азотна киселина са значително по-ниски, отколкото извън вихъра. Това се случва, защото хлорините по време на студената полярна нощ разрушават озона в съответните реакции, действайки като катализатори в тях. Именно в каталитичния цикъл с участието на хлор настъпва основното намаляване на концентрацията на озон (поне 80% от това намаление).

Тези реакции протичат на повърхността на частиците, които изграждат полярните стратосферни облаци. Това означава, че колкото по-голяма е площта на тази повърхност, тоест колкото повече частици от стратосферните облаци и следователно самите облаци, толкова по-бързо озонът в крайна сметка се разпада и следователно толкова по-ефективно се образува озоновата дупка.

Появата на озонови дупки в полярните региони се дължи на влиянието на редица фактори. Концентрациите на озон намаляват в резултат на излагане на вещества от естествен и антропогенен произход, както и поради липса на слънчева радиация през полярната зима. Основният антропогенен фактор причинявайкиОзоновите дупки в полярните региони възникват поради редица фактори. Концентрациите на озон намаляват в резултат на излагане на вещества от естествен и антропогенен произход, както и поради липса на слънчева радиация през полярната зима. Основният антропогенен фактор, причиняващ намаляване на концентрацията на озон, е освобождаването на фреони, съдържащи хлор и бром. В допълнение, изключително ниските температури в полярните региони причиняват образуването на така наречените полярни стратосферни облаци, които в комбинация с полярните вихри действат като катализатори в реакцията на разпадане на озона, тоест те просто убиват озона.

Източници на разрушение

Сред разрушаващите озоновия слой са:

1) Фреони.

Озоновата дупка над Антарктика, която се увеличава през пролетта и намалява през есента, е открита през 1985 г. Откритието на метеоролозите предизвика верига от икономически последици. Факт е, че за съществуването на „дупката“ е обвинена химическата промишленост, която произвежда вещества, съдържащи фреони, които допринасят за унищожаването на озона (от дезодоранти до хладилни агрегати). Няма консенсус по въпроса доколко хората са виновни за образуването на „озонови дупки“. От една страна, да, със сигурност е виновен. Производството на съединения, които водят до изчерпване на озоновия слой, трябва да бъде сведено до минимум или още по-добре напълно спряно. Тоест да изоставим цял индустриален сектор с оборот от много милиарди долари. И ако не откажете, тогава го прехвърлете на „безопасни“ релси, което също струва пари.

Гледната точка на скептиците: човешкото влияние върху атмосферните процеси, въпреки цялата му разрушителност на местно ниво, е незначително в планетарен мащаб. Антифреоновата кампания на „зелените“ има напълно прозрачна икономическа и политическа основа: с нейна помощ големи американски корпорации (Dupont например) удушават своите чуждестранни конкуренти, налагат споразумения за „опазване на околната среда“ на държавно ниво и насилствено въвеждане на нов технологичен етап, който е по-слабите икономически държави не могат да издържат.

2)Самолет за голяма надморска височина

Разрушаването на озоновия слой се улеснява не само от фреоните, изпускани в атмосферата и навлизащи в стратосферата. Азотните оксиди, които се образуват по време на ядрени експлозии, също участват в разрушаването на озоновия слой. Но азотните оксиди се образуват и в горивните камери на турбореактивни двигатели на самолети за голяма надморска височина. Азотните оксиди се образуват от азота и кислорода, които се намират там. Колкото по-висока е температурата, т.е. колкото по-голяма е мощността на двигателя, толкова по-голяма е скоростта на образуване на азотни оксиди. Важна е не само мощността на двигателя на самолета, но и височината, на която той лети и отделя азотни оксиди, разрушаващи озона. Колкото по-високо е образуването на азотен оксид или оксид, толкова по-разрушителен е той за озона. Общото количество азотен оксид, което се отделя в атмосферата годишно, се оценява на 1 милиард тона. Около една трета от това количество се отделя от самолети над средното ниво на тропопаузата (11 km). Що се отнася до самолетите, най-вредните емисии са от военните самолети, чийто брой възлиза на десетки хиляди. Те летят предимно на височини в озоновия слой.

3) Минерални торове

Озонът в стратосферата може да намалее и поради факта, че азотният оксид N2O навлиза в стратосферата, който се образува по време на денитрификацията на азота, свързан от почвените бактерии. Същата денитрификация на фиксиран азот се извършва и от микроорганизми в горния слой на океаните и моретата. Процесът на денитрификация е пряко свързан с количеството фиксиран азот в почвата. По този начин можете да сте сигурни, че с увеличаване на количеството минерални торове, приложени към почвата, количеството на образувания азотен оксид N2O също ще се увеличи в същата степен. Освен това от азотния оксид се образуват азотни оксиди, които водят до разрушаване на стратосферния озон.

4) Ядрени експлозии

Ядрените експлозии освобождават много енергия под формата на топлина. Температура от 6000 0 C се установява в рамките на няколко секунди след ядрена експлозия. Това е енергията на огненото кълбо. В силно нагрята атмосфера се случват трансформации на химични вещества, които или не се случват при нормални условия, или протичат много бавно. Що се отнася до озона и неговото изчезване, най-опасни за него са азотните оксиди, образувани при тези трансформации. Така за периода от 1952 до 1971 г. в резултат на ядрени експлозии в атмосферата са се образували около 3 милиона тона азотни оксиди. По-нататъшната им съдба е следната: в резултат на атмосферно смесване те се озовават на различни височини, включително атмосферата. Там те влизат в химични реакции с участието на озон, което води до неговото разрушаване.

5) Изгаряне на гориво.

N 2 + O + M = N 2 O + M,

2NH3 + 2O2 =N2O = 3H2.

Мащабът на това явление е много значителен. По този начин годишно в атмосферата се образуват около 3 милиона тона азотен оксид! Тази цифра предполага, че това е източник на разрушаване на озона.

Заключение: Източници на унищожаване са: фреони, самолети на голяма височина, минерални торове, ядрени експлозии, изгаряне на гориво.

Важен екологичен проблем на нашето време са озоновите дупки. Атмосферата предотвратява разрушаването на екосистемата, предпазва я от ултравиолетова радиация, радиация и отломки от космоса. В края на 20 век обаче учените откриха озонова дупка в Антарктика, която представляваше изтъняване на озоновия слой, така необходимо за защита на земната повърхност.

Озоновите дупки, чиито причини и последствия вече са добре проучени от експерти, представляват заплаха за живота на хора, животни и растения.

Какво представляват озоновите дупки?

Озоновият слой е част от стратосферата. Разпростира се на надморска височина от 12 до 30 км. Колкото по-високо е съдържанието на озон, толкова по-защитена е Земята вредни ефектислънчеви лъчи. Интересен факт: За първи път започнаха да говорят за изтъняване на защитната обвивка през 1957 г. Озоновата дупка се превърна в заплаха за живота на Земята.

Същността на проблема

Източникът на образуване на озон е кислородът, който е изложен на ултравиолетова радиация. Тази реакция води до това, че планетата е обвита в слой газ, през който радиацията не прониква. Проблемът с изтъняването на озоновия слой започна да получава голямо внимание през 80-те години. 20 век. За откривател на феномена заслужено се смята британският учен Дж. Фарман.

На такива места се наблюдава намаляване на количеството озон. Концентрацията му се намалява до 30-35%. Чрез тези области ултравиолетовите лъчи лесно проникват в атмосферата и изгарят целия живот на планетата.

Места, където се появяват дупки

J. Farmen, като част от изследователска група през 1985 г., откри най-голямата OD над Антарктика. Освен това тази аномалия се появи през лятото, през август. През зимата, през декември-януари, газът започна да се сгъстява и стегна дупката, образувана през лятото, толкова много, че тя напълно изчезна. Продължавайки изследването си, учените откриха много други малки OD. Дупките бяха локализирани над Арктика и съществуваха приблизително 7 дни, след което черупката беше възстановена.

Сега картата на озоновите дупки непрекъснато се променя, поради времето на годината.Най-често се образуват през топлите периоди. Критичните точки, в които се наблюдава изтъняване на черупката, се намират на височина 19 км над Земята.

Как се образуват ОД?

Има няколко причини за появата на OD. Една от тях според специалистите се дължи на естествени природни феномени, които се наблюдават на полюсите на Земята. Теоретичната обосновка за наличието на тази аномалия се свежда до съществуването на полярни нощи, през които слънчевите лъчи не достигат земната повърхност, което пречи на образуването на озон. Това води до появата на стратосферни облаци, с които се транспортират малки ледени кристали, съдържащи хлор. Това веществоима разрушителен ефект върху атмосферата.

Друга причина, която влияе негативно на състоянието на защитната обвивка, са периодите на вулканична активност, които се наблюдават на повърхността на Земята. По време на вулканични изригвания се появиха и все още се случват интензивни емисии на продукти от горенето, които допринасят за разрушаването на слоевете на стратосферата.

Фреонът, който е група въглеводороди с флуорни атоми, също оказва силно негативно влияние върху целостта на защитните слоеве.

Озоновата дупка се образува в резултат на разрушаването на озона под въздействието на химични съединенияизхвърлени в атмосферата в резултат на антропогенни фактори.

Основни разрушаващи озоновия слой

Технологичният прогрес и машинното обучение са неразривно свързани помежду си. Основният източник на вредни вещества, които разрушават озона, са различни фабрики, фабрики, газови електроцентрали и др. Техните емисии, съдържащи елементи като водород, бром, кислород, продукти от горенето, влизащи в атмосферата, намаляват количеството озон, което води до до изтъняване на защитната обвивка.

Голямо количество енергия, което се отделя по време на ядрени опити, съпроводено с отделяне на азот. Това вещество реагира с озона, унищожавайки го. Експерти са изчислили, че между 1950 и 1970 г. повече от 3 милиона тона азот са били изхвърлени в атмосферата в резултат на експлозии на полигони за ядрени опити.

Оксидите на този елемент се произвеждат в реактивни двигатели. С увеличаване на мощността на двигателя температурата в горивните камери се повишава. Всяка година азотът се отделя в атмосферата в количества над 1 милион тона. 1/3 от това количество идва от работата на реактивни двигатели.

Минерални торове, използвани в големи количества в селско стопанство, също оказват вредно влияние върху озона. Химични елементи, включени в тях, реагирайки с бактериите в почвата, произвеждат азот, който впоследствие се окислява.

Хипотези за естествения произход на ОА

Руски изследователи посочват, че изтъняването на озоновия слой е явление, породено само от естествени причини. Така през 1999 г. е публикуван научна работа, автори А. П. Капица и А. А. Гаврилов. Издадена е на базата на НПО Тайфун на Московския държавен университет. Според руски учени намаляването на озоновия слой е наблюдавано на Земята още преди това да бъде открито от английските им колеги.

А. П. Капица и А. А. Гаврилов експериментално установиха, че има редица природни фактори, които допринасят за намаляване на количеството озон в стратосферата и влиянието на тези фактори непрекъснато нараства. На такива места може да се образува озонова дупка. Възникването му е причинено от природни явления, а не от антропогенно влияние, което, макар и да уврежда околната среда, е в по-малка степен от очакваното.

Какви последствия може да има за човечеството изтъняването на озоновия слой?

Еколозите виждат опасността от намаляване на количеството озон във факта, че стратосферата ще пропуска свободно ултравиолетовите лъчи, вредни за всички живи същества. Това въздействие засяга и хората: броят на раковите заболявания расте. Учените са стигнали до извода, че ако концентрацията на озон намалее с още 1%, броят на хората с рак ще се увеличи със 7000 души годишно. На първо място ще бъдат кожните заболявания, а след това раковите заболявания, които засягат други органи на човешкото тяло.

Друга последица от ML е намаляването на растителността на Земята. Намаляването на този вид покритие ще доведе до смъртта на животните на земната повърхност и, като следствие, в морските дълбини. Вече изчезването на някои животински видове се дължи на процеси, протичащи в слоевете на атмосферата.

Учените са добре запознати с опасностите от OD, така че те призовават да се вземат мерки за възстановяване на озоновия слой, в противен случай това природно бедствие може да доведе до непредвидими последици на Земята.

Прогнози за бъдещето

ОА се счита за един от най-важните екологични проблеми в глобален мащаб. Учените в много страни непрекъснато наблюдават процесите, протичащи в стратосферата, като отбелязват увеличаване или намаляване на озоновия слой, както и определят факторите, които влияят на това. Интересно е, че в някои региони се забелязва положителна тенденция във възстановяването на елемент, необходим на Земята.

OD беше най-големият над Антарктика през 2000 г. През изминалия период то не се увеличава, напротив, има тенденция към забавяне. Площта му е намаляла с повече от 4 милиона km². Това беше повлияно от международно споразумение, подписано през 1987 г. в Монреал. Според този документ всички страни трябва да намалят до минимум емисиите на азот и други вредни вещества в атмосферата и да намалят транспорта. Китай постигна най-голям успех по този въпрос. Правителството въведе квоти за производство на автомобили.

Друг фактор, който има благоприятен ефект върху решаването на тази екологична ситуация, е използването на алтернативни източници на енергия, като вятърна или слънчева енергия.

Повечето от прогнозите и проучванията относно последствията от разпространението на ОА са публикувани в научното списание Science. Всяка година се провеждат различни конференции, посветени на този проблем. Така заключенията от Парижката конференция за климата звучат оптимистично.

Дупката над Антарктида ще изчезне до 2021 г., ако озонов слойще нарасне поради намаляването на вредните емисии в атмосферата.

Как да предотвратим изтъняването на озоновия слой?

Учените са заети не само с възстановяването на изчерпаната озонова обвивка, но също така търсят начини за предотвратяване на появата на OD. За да се направи това, е необходимо да се води борба с производството на вещества, съдържащи хлорфлуорвъглеводороди, в глобален мащаб. Това решение е взето в Монреал през 1989 г. Цялата световна общност трябва да търси превантивни начини за изчерпване на озоновия слой и решения, тъй като съществуването на дупки засяга екологията на цялата Земя.

За да се намали рискът от появата на нови дупки в озоновата обвивка, е необходимо непрекъснато научни разработкиза да се идентифицират и премахнат такива методи на производство и генериране на енергия, които няма да причинят вреда на околната среда. Има спешна нужда да започне инсталирането на почистващи съоръжения навсякъде по димящите комини на фабрики и фабрики, за да се заменят химически торовекъм органични. Важен етапЗащитата на озоновия слой ще включва преминаването на транспортната система, работеща с петролни продукти, към електричество.

Може ли озоновият слой да бъде възстановен?

Методи

Предотвратяването на вредните емисии не е единственият начин за запазване на защитния слой на Земята. Един от ефективни методиеколозите го разглеждат като пръскане на изкуствено създаден озон на височина 15-30 км над земната повърхност с помощта на специални самолети.

И това е добро решение, защото ще запълни празнините в стратосферата. Въпреки товатози метод

има редица недостатъци. Той е скъп, така че може да се прилага само ако се привлекат финансови средства от няколко държави. В допълнение, малко количество озон може да бъде доставено до мястото на OD наведнъж; процесът на транспортирането му е сложен и представлява опасност за хората, които го извършват.

Митове

Озоновата дупка породи някои погрешни схващания. Например, мнозина смятат, че изтъняването се среща само в Антарктика. Въпреки това, OD могат да се появят навсякъде на Земята. Някои индустриалци се опитаха да намалят важността на проблема с околната среда, защото се страхуваха да не загубят доходи от своите предприятия. Въпреки това не беше възможно да се минимизират мащабите на бедствието.

Съществува погрешна представа, че фреоните имат голяма маса и следователно не могат да достигнат стратосферата, утаявайки се в земята, без да й навредят. Но веднъж дори в долните слоеве, тези вещества могат да се смесят с други елементи и заедно с тях да се издигнат до защитния слой. INВсе по-често обществеността е загрижена за проблемите на околната среда - опазване на околната среда, животните, намаляване на количеството вредни и опасни емисии. Със сигурност всеки е чувал какво е озоновата дупка и че има много от тях в съвременната стратосфера на Земята. Това е вярно.

Съвременните антропогенни дейности и технологичното развитие застрашават съществуването на животните и растенията на Земята, както и самия живот на хората.

Озоновият слой е защитната обвивка на синята планета, която се намира в стратосферата. Височината му е приблизително двадесет и пет километра от земната повърхност. И този слой се образува от кислород, който претърпява химически трансформации под въздействието на слънчевата радиация. Локално намаляване на концентрацията на озон (на общ език това е добре познатата „дупка“) в момента се причинява от много причини. На първо място, това е, разбира се, човешката дейност (както производството, така и ежедневието). Има обаче мнения, че озоновият слой се разрушава под въздействието на изключително природни явления, които не са свързани с човека.

Антропогенно влияние

След като разбрахме какво е озоновата дупка, е необходимо да разберем какъв вид човешка дейност допринася за нейното появяване. На първо място, това са аерозоли. Всеки ден използваме дезодоранти, лакове за коса, тоалетни води със спрей бутилки и често не се замисляме, че това има пагубен ефект върху защитния слой на планетата.

Факт е, че съединенията, които присъстват в кутиите, с които сме свикнали (включително бром и хлор), лесно реагират с кислородни атоми. Следователно озоновият слой се разрушава, обръщайки се след такъв химически реакциив напълно безполезни (и често вредни) вещества.

Разрушителни за озоновия слой съединения има и в климатиците, които са животоспасяващи в летните горещини, както и в охладителната техника. Широко разпространената човешка промишлена дейност също отслабва защитните сили на земята. Потиска се от индустриалната вода (някои от вредните вещества се изпаряват с времето), замърсявайки стратосферата и автомобилите. Последните, както показва статистиката, стават все по-многобройни всяка година. Влияе отрицателно върху озоновия слой и

Естествено влияние

Знаейки какво е озонова дупка, вие също трябва да имате представа колко има над повърхността на нашата планета. Отговорът е разочароващ: има много пропуски в земните защити. Те са малки и често представляват не дупка, а много тънък останал слой озон. Има обаче и две огромни незащитени пространства. Това е озоновата дупка на Арктика и Антарктика.

Стратосферата над полюсите на Земята не съдържа почти никакъв защитен слой. С какво е свързано това? Там няма коли и индустриално производство. Всичко е въпрос на естествено влияние, втората причина полярните вихри възникват при сблъсък на топли и студени въздушни течения. Тези газови образувания съдържат големи количества азотна киселина, която, когато е изложена на много ниски температури, реагира с озона.

Еколозите започнаха да алармират едва през ХХ век. Разрушителните, които си проправят път към земята, без да срещнат озоновата бариера, могат да причинят рак на кожата при хората, както и смъртта на много животни и растения (предимно морски). По този начин международните организации забраниха почти всички съединения, които разрушават защитния слой на нашата планета. Смята се, че дори ако човечеството внезапно спре каквото и да е негативно въздействие върху озона в стратосферата, съществуващите в момента дупки няма да изчезнат много скоро. Това се обяснява с факта, че фреоните, които вече са си проправили път към върха, могат да съществуват независимо в атмосферата десетилетия напред.

Озоновите дупки - "децата" на стратосферните вихри

Въпреки че има малко озон в съвременната атмосфера - не повече от една тримилионна от останалите газове - неговата роля е изключително голяма: той забавя силно ултравиолетова радиация(късовълнова част от слънчевия спектър), разрушаване на протеини и нуклеинови киселини. В допълнение, стратосферният озон е важен климатичен фактор, който определя краткосрочните и местни промени във времето.

Скоростта на реакциите на разрушаване на озона зависи от катализаторите, които могат да бъдат както естествени атмосферни оксиди, така и вещества, изпуснати в атмосферата в резултат на природни бедствия (например мощни вулканични изригвания). През втората половина на миналия век обаче беше открито, че веществата от промишлен произход също могат да служат като катализатори за реакции на разрушаване на озона и човечеството сериозно се разтревожи...

Озонът (O3) е сравнително рядка молекулярна форма на кислорода, състояща се от три атома. Въпреки че има малко озон в съвременната атмосфера - не повече от една тримилионна от останалите газове - неговата роля е изключително голяма: той блокира силната ултравиолетова радиация (късовълновата част от слънчевия спектър), която разрушава протеините и ядрените киселини. Следователно, преди появата на фотосинтезата - и, съответно, свободния кислород и озоновия слой в атмосферата - живот можеше да съществува само във водата.

В допълнение, стратосферният озон е важен климатичен фактор, който определя краткосрочните и местни промени във времето. Чрез поглъщане на слънчевата радиация и прехвърляне на енергия към други газове, озонът загрява стратосферата и по този начин регулира природата на планетарните топлинни и кръгови процеси в цялата атмосфера.

Нестабилните озонови молекули се образуват и разпадат в естествени условия под въздействието на различни живи и нежива природаи в хода на дълга еволюция този процес е достигнал до някакво динамично равновесие. Скоростта на реакциите на разрушаване на озона зависи от катализаторите, които могат да бъдат както естествени атмосферни оксиди, така и вещества, изпуснати в атмосферата в резултат на природни бедствия (например мощни вулканични изригвания).

През втората половина на миналия век обаче беше открито, че веществата от промишлен произход също могат да служат като катализатори за реакциите на разрушаване на озона и човечеството беше сериозно разтревожено. Общественото мнение беше особено развълнувано от откриването на така наречената озонова „дупка“ над Антарктида.

"Дупка" над Антарктида

Забележима загуба на озоновия слой над Антарктика - озоновата дупка - беше открита за първи път през 1957 г., по време на Международната геофизична година. Истинската й история започва 28 години по-късно със статия в майския брой на списанието Природата, където се предполага, че причината за аномалния пролетен минимум на TO над Антарктика е промишлено (включително фреони) атмосферно замърсяване (Farman et al., 1985).

Установено е, че озоновата дупка над Антарктида обикновено се появява веднъж на две години, продължава около три месеца и след това изчезва. Това не е проходна дупка, както може да изглежда, а депресия, така че е по-правилно да се говори за „увисване на озоновия слой“. За съжаление, всички последващи изследвания на озоновата дупка бяха насочени главно към доказване на нейния антропогенен произход (Roan, 1989).

ЕДИН МИЛИМЕТЪР ОЗОН Атмосферният озон е сферичен слой с дебелина около 90 км над земната повърхност и озонът в него е неравномерно разпределен. По-голямата част от този газ е концентриран на височина 26–27 km в тропиците, на височина 20–21 km в средните ширини и на височина 15–17 km в полярните региони.
Общото съдържание на озон (TOC), т.е. количеството озон в атмосферния стълб в определена точка, се измерва чрез абсорбцията и излъчването на слънчева радиация. Като мерна единица се използва така наречената единица Добсън (D.U.), съответстваща на дебелината на слоя чист озон при нормално налягане (760 mm Hg) и температура 0 ° C. Сто единици Добсън съответстват на дебелината на озонов слой от 1 мм.
Количеството озон в атмосферата претърпява ежедневни, сезонни, годишни и дългосрочни колебания. При глобална средна TO от 290 DU, дебелината на озоновия слой варира в широки граници - от 90 до 760 DU.
Съдържанието на озон в атмосферата се следи от световна мрежа от около сто и петдесет наземни озонометрични станции, много неравномерно разпределени по земната площ. Такава мрежа практически не е в състояние да открие аномалии в глобалното разпределение на озона, дори ако линейният размер на такива аномалии достига хиляди километри. По-подробни данни за озона се получават с помощта на оптично оборудване, инсталирано на изкуствени спътнициЗемята.
Трябва да се отбележи, че леко намаляване на общия озон (TO) само по себе си не е катастрофално, особено в средни и високи географски ширини, тъй като облаците и аерозолите също могат да абсорбират ултравиолетова радиация. В Централен Сибир, където броят на облачните дни е голям, има дори дефицит на ултравиолетова радиация (около 45% от медицинската норма).

Днес съществуват различни хипотези относно химичните и динамични механизми на образуване на озонови дупки. Химическата антропогенна теория обаче не се вписва много известни факти. Например повишаване на нивата на стратосферния озон в определени географски региони.

Ето най-„наивния“ въпрос: защо се образува дупка южното полукълбо, въпреки че фреоните се произвеждат в северната, въпреки факта, че не е известно дали има въздушна комуникация между полукълбата по това време?

Забележима загуба на озоновия слой над Антарктика е открита за първи път през 1957 г., а три десетилетия по-късно вината за това е хвърлена върху индустрията

Нито една от съществуващите теории не се основава на широкомащабни подробни измервания на TOC и изследвания на процеси, протичащи в стратосферата. На въпроса за степента на изолация на полярната стратосфера над Антарктида, както и на редица други въпроси, свързани с проблема с образуването на озонови дупки, беше възможно да се отговори само с помощта на нов метод за наблюдение на движенията на въздушните потоци, предложени от В. Б. Кашкин (Кашкин, Сухинин, 2001; Кашкин et al., 2002).

Въздушните потоци в тропосферата (до височина 10 km) са били проследявани дълго време чрез наблюдение на транслационните и ротационните движения на облаците. Озонът всъщност също е огромен „облак“ над цялата повърхност на Земята и по промените в неговата плътност можем да съдим за движението на въздушните маси над 10 km, точно както знаем посоката на вятъра, като гледаме облачно небе в облачен ден. За тези цели плътността на озона трябва да се измерва в точки от пространствената решетка през определен интервал от време, например на всеки 24 часа. Проследявайки как се е променило озоновото поле, можете да оцените ъгъла на неговото въртене на ден, посоката и скоростта на движение.

ЗАБРАНА НА ФРЕОНИ - КОЙ ПОБЕДИ? През 1973 г. американците С. Роуланд и М. Молина откриват, че хлорните атоми, отделени от някои летливи изкуствени химикали под въздействието на слънчевата радиация, могат да разрушат стратосферния озон. Те отреждат водеща роля в този процес на т. нар. фреони (хлорфлуорвъглеводороди), които по това време са били широко използвани в битови хладилници, климатици, като пропелант в аерозоли и др. През 1995 г. тези учени, заедно с П. Crutzen бяха наградени за откритието си Нобелова наградапо химия.
Наложени са ограничения върху производството и употребата на хлорфлуорвъглеводороди и други вещества, разрушаващи озоновия слой. Монреалският протокол за веществата, които разрушават озоновия слой, който контролира 95 съединения, в момента е подписан от повече от 180 държави. В закона руска федерацияпо опазване на околната среда естествена средаИма и специална статия, посветена на
защита на озоновия слой на Земята. Забраната за производство и потребление на озоноразрушаващи вещества имаше сериозни икономически и политически последици. В крайна сметка фреоните имат много предимства: те са нискотоксични в сравнение с други хладилни агенти, химически стабилни, незапалими и съвместими с много материали. Следователно лидерите на химическата индустрия, особено в Съединените щати, първоначално бяха против забраната. По-късно обаче концернът DuPont се присъедини към забраната, предлагайки използването на хидрохлорфлуорвъглеводороди и хидрофлуорвъглеводороди като алтернатива на фреоните.
IN западни държавизапочва „бум“ с подмяната на стари хладилници и климатици с нови, които не съдържат озоноразрушаващи вещества, въпреки че такива технически устройства имат по-ниска ефективност, по-малко надеждни, консумират повече енергия и са по-скъпи. Компаниите, които бяха първите, които използваха нови хладилни агенти, се възползваха и направиха огромни печалби. Само в Съединените щати загубите от забраната на хлорфлуорвъглеводородите възлизат на десетки, ако не и повече, милиарди долари. Появи се мнение, че така наречената политика за опазване на озона може да е инспирирана от собствениците на големи химически корпорации, за да затвърдят монополната си позиция на световния пазар

По нов метод е изследвана динамиката на озоновия слой през 2000 г., когато над Антарктида е наблюдавана рекордно голяма озонова дупка (Кашкин et al., 2002). За да направят това, те използваха сателитни данни за плътността на озона в цялото южно полукълбо, от екватора до полюса. В резултат на това беше установено, че съдържанието на озон е минимално в центъра на фунията на така наречения циркумполярен вихър, образувал се над полюса, който ще разгледаме подробно по-долу. Въз основа на тези данни беше изложена хипотеза за естествения механизъм за образуване на озонови „дупки“.

Глобална динамика на стратосферата: хипотеза

Циркумполярните вихри се образуват, когато стратосферните въздушни маси се движат в меридионална и ширинна посока. как става това На топлия екватор стратосферата е по-висока, а на студения полюс е по-ниска. Въздушните течения (заедно с озона) се спускат от стратосферата, сякаш надолу по хълм, и се движат все по-бързо и по-бързо от екватора към полюса. Движението от запад на изток се извършва под въздействието на силата на Кориолис, свързана с въртенето на Земята. В резултат на това въздушните потоци сякаш се навиват като нишки на вретено в южното и северното полукълбо.

„Вретеното” на въздушните маси се върти през цялата година в двете полукълба, но е по-силно изразено в края на зимата и началото на пролетта, тъй като височината на стратосферата на екватора остава почти непроменена през цялата година, а на полюсите - е по-висок през лятото и по-нисък през зимата, когато е особено студено.

Озоновият слой в средните ширини се създава от мощен приток от екватора, както и от фотохимични реакции, които се случват in situ. Но озонът в полярния регион се дължи главно на екватора и средните ширини и съдържанието му там е доста ниско. Фотохимичните реакции на полюса, където слънчевите лъчи падат под малък ъгъл, протичат бавно и значителна част от озона, идващ от екватора, успява да бъде унищожен по пътя.

Въз основа на сателитни данни за плътността на озона се предполага естествен механизъм за образуване на озонови дупки

Но въздушните маси не винаги се движат по този начин. В най-студените зими, когато стратосферата над полюса пада много ниско над повърхността на Земята и „пързалката“ става особено стръмна, ситуацията се променя. Стратосферните течения се спускат толкова бързо, че ефектът е познат на всеки, който е наблюдавал как водата тече през дупка във вана. След като достигне определена скорост, водата започва да се върти бързо и около дупката се образува характерна фуния, създадена от центробежна сила.

Нещо подобно се случва в глобалната динамика на стратосферните потоци. Когато стратосферните въздушни потоци придобият достатъчно висока скорост, центробежната сила започва да ги отблъсква от полюсите към средните ширини. В резултат на това въздушните маси се движат от екватора и от полюса една към друга, което води до образуването на бързо въртящ се вихров „вал“ в района на средната ширина.

Обменът на въздух между екваториалните и полярните региони спира, озонът не тече от екватора и от средните ширини към полюса. Освен това озонът, останал на полюса, като в центрофуга, се притиска към средните ширини от центробежна сила, тъй като е по-тежък от въздуха. В резултат на това концентрацията на озон във фунията рязко пада - над полюса се образува озонова „дупка“, а в средните ширини - област с високо съдържание на озон, съответстваща на „вала“ на циркумполярния вихър.

През пролетта антарктическата стратосфера се затопля и се издига по-високо - фунията изчезва. Възстановява се въздушната комуникация между средните и високите ширини и се ускоряват фотохимичните реакции на образуване на озон. Озоновата дупка изчезва преди още една особено студена зима на Южния полюс.

Какво има в Арктика?

Въпреки че динамиката на стратосферните потоци и съответно на озоновия слой в северното и южното полукълбо като цяло са сходни, озоновата дупка се появява само от време на време над Южния полюс. Над Северния полюс няма озонови дупки, защото зимите там са по-меки и стратосферата никога не пада достатъчно ниско, за да могат въздушните течения да достигнат скоростта, необходима за образуването на дупка.

Въпреки че околополюсният вихър се образува и в северното полукълбо, там не се наблюдават озонови дупки поради по-меките зими, отколкото в южното полукълбо

Има и още нещо важна разлика. В южното полукълбо циркумполярният вихър се върти почти два пъти по-бързо, отколкото в северното полукълбо. И това не е изненадващо: Антарктида е заобиколена от морета и около нея има циркумполярно морско течение - по същество гигантски маси вода и въздух се въртят заедно. Картината е различна в северното полукълбо: в средните ширини има континенти с планински вериги и триене въздушна масаземната повърхност не позволява на циркумполярния вихър да набере достатъчно висока скорост.

Но в средните ширини на северното полукълбо понякога се появяват малки озонови „дупки“ с различен произход. Откъде идват? Движението на въздуха в стратосферата на средните ширини на планинското северно полукълбо наподобява движението на водата в плитък поток с каменисто дъно, когато на повърхността на водата се образуват множество водовъртежи. В средните ширини на северното полукълбо ролята на релефа на дънната повърхност се играе от температурните разлики на границите на континентите и океаните, планинските вериги и равнините.

Рязката промяна на температурата на земната повърхност води до образуването на вертикални потоци в тропосферата. Стратосферните ветрове, срещайки тези потоци, създават вихри, които могат да се въртят в двете посоки с еднаква вероятност. В тях се появяват области с ниско съдържание на озон, тоест озонови дупки, които са много по-малки по размер, отколкото на Южния полюс. И трябва да се отбележи, че такива вихри с различни посоки на въртене бяха открити при първия опит.

По този начин динамиката на стратосферните въздушни потоци, която проследихме чрез наблюдение на озоновия облак, ни позволява да предоставим правдоподобно обяснение за механизма на образуване на озоновата дупка над Антарктида. Очевидно подобни промени в озоновия слой, причинени от аеродинамични явления в стратосферата, са се случили много преди появата на човека.

Всичко казано по-горе не означава, че фреоните и другите газове от промишлен произход нямат разрушителен ефект върху озоновия слой. Учените обаче тепърва ще откриват каква е връзката между природните и антропогенните фактори, които влияят върху образуването на озонови дупки - правенето на прибързани заключения по толкова важни въпроси е недопустимо.