Значение озонового слоя земли: основная роль барьера

Озоновые дыры

В течение XX века на планете формировалась сеть метеорологических станций, одна из задач которой заключается в проведении спектрологических измерений.

В результате наблюдений к середине 80-х годов было обнаружено существенное снижение содержания озона над территорией Антарктиды, составлявшее 40%. Диаметр обнаруженной дыры составил 1000 километров. По последним измерениям площадь крупнейшей дыры составляет 20 миллионов квадратных километров.

Подобное снижение содержания озона было обнаружено и на другом конце планеты – в Арктике. Там снижение составило 5-9%, площадь дыры регулярно меняется, причем в настоящее время она снижается. Регулярные наблюдения осуществляются только над состоянием Антарктической дыры. Третья обнаруженная крупнейшая дыра – Тибетская. По некоторым оценкам ее площадь может составлять до 2,5 миллионов квадратных километров.

Основные причины их появления

Возникновение озоновых дыр в атмосфере связано с действиями факторов двух групп:

• антропогенными;
• естественными.

Обнаружение озоносферы произошло в тот же период, что и развитие массового промышленного производства. Из-за этого невозможно точно оценить воздействие антропогенных факторов относительно прежних временных промежутков. Ученые связывают возникновение разрывов в озоновой оболочке с выбросами фреонов, содержащих бром и хлор. Подобные вещества содержатся в следующих предметах:

• холодильные установки;
• кондиционеры;
• аэрозоли.

По оценкам ученых на подобные источники приходится до 80% разрушенного озонового экрана. Разрушение происходит за счет поднятия фреона в верхние слои, во время чего выделяется хлор. В верхних слоях хлор взаимодействует с озоном, расщепляя его. Разрушение озоносферы происходит за счет воздушного транспорта: самолетов и космических ракет. При выбросах газа в атмосферу попадают элементы, способствующие уничтожению озона в стратосфере. К таким соединениям относятся: хлор, оксиды азота, двуокиси углерода. Кроме того, оксиды азота выделяются при применении сельскохозяйственных удобрений.

Крупнейшие озоновые дыры Земли расположены вокруг полюсов: Северного и Южного. Такая особенность связана с наличием полярных ночей, когда прекращается поступление ультрафиолетовых лучей, а значит – формирование озона. В это же время происходит истощение уже сформированного слоя за счет вихрей и движения облаков.

Возможные последствия

Постепенное разрушение озоновой защиты приводит к глобальным изменениям климата на Земле. За счет защитной оболочки на планете поддерживаются следующие условия:

• удерживается тепло;
• развиваются биологические процессы внутри защитной оболочки.

Истощение озонового слоя повлечет смену направлений ветра, понижение температуры, засуху, остановит развитие живых организмов на поверхности, ограничив ареол обитания только водными просторами.

Снижение толщины озоновой оболочки приведет к проникновению опасных коротковолновых ультрафиолетовых лучей и их влиянию на человека. Хватит нескольких минут, чтобы эти лучи привели к ожогам, нарушению работы дыхательных и кровеносных сосудов.

Пути решения проблемы в мире и России

После обнаружения гигантской озоновой дыры над Антарктидой ООН собрала мировую общественность для решения проблемы. По итогам встречи был принят Монреальский протокол, регулирующий промышленные выбросы фреона и других химических элементов, способных разрушать озон. Согласно протоколу, запрещено применение хлорфторуглерода в аэрозолях. Меры по защите включают замену фреона на другие вещества:

• углекислый газ;
• нетоксичный пропан;
• аммиак;
• изобутан.

Мифы об озоновых дырах

Одно из главных заблуждений было связано с антропогенными причинами разрушения озонового слоя. Самые крупные дыры расположены в ненаселенных частях планеты, на которых полностью отсутствует какое-либо производство. Конкретно в этих зонах возникновение дыр связано с нарушением процесса образования озона из-за полярных ночей.

В остальных случаях преобладают антропогенные факторы, а не естественные. На разрушение влияют не только соединения фреона, но и другие вещества, попадающие в атмосферу и способные расщеплять озон.

Фон науки

Радиационное воздействие от различных парниковых газов и других источников.

Источники стратосферного хлора

Между двумя областями взаимодействия человека и атмосферы существуют различные связи. Эксперты в области политики выступают за более тесную увязку усилий по защите озона и климата.

Дрю Шинделл использовал климатические модели для оценки как изменения климата, так и истощения озонового слоя. По его мнению, в то время как до сих пор исследования больше касались воздействия выбросов ХФУ на стратосферный озон, будущее будет больше связано с взаимодействием между изменением климата и обратной связью по озону. Озон сам по себе является парниковым газом. Многие озоноразрушающие вещества также являются парниковыми газами, некоторые агенты радиационного воздействия в тысячи раз сильнее углекислого газа в краткосрочной и среднесрочной перспективе. Увеличение концентраций этих химических веществ привело к радиационному воздействию 0,34 ± 0,03 Вт / м 2 , что соответствует примерно 14% от общего радиационного воздействия от увеличения концентраций хорошо перемешанных парниковых газов. Естественная изменчивость озона в стратосфере, по-видимому, тесно связана с 11-летним солнечным циклом изменений освещенности и оказывает через динамическую связь между стратосферой и тропосферой значительное влияние на климат.

Как и в случае с диоксидом углерода и метаном, существуют некоторые естественные источники тропосферного хлора, такие как морские брызги . Хлор из океанских брызг растворим и поэтому смывается дождями, прежде чем достигнет стратосферы. На разрушение озона влияет стратосферный хлор. Только метилхлорид , который является одним из галоидоуглеродов , имеет в основном природный источник, и на него приходится около 20% хлора в стратосфере; остальные 80% поступают из искусственных источников. Хлорфторуглероды, напротив, нерастворимы и долгоживущие, что позволяет им достигать стратосферы. В нижних слоях атмосферы содержится гораздо больше хлора из CFC и родственных галогеналканов, чем в хлористом водороде из солевого тумана, а в стратосфере преобладают галоидоуглероды.

Тот же СО₂Ожидается, что радиационное воздействие, вызывающее глобальное потепление, охладит стратосферу. Ожидается, что это охлаждение, в свою очередь, приведет к относительному увеличению содержания озона ( O₃) истощение полярной области и повторяемости озоновых дыр. И наоборот, разрушение озона представляет собой радиационное воздействие на климатическую систему примерно -0,15 ± 0,10 Вт на квадратный метр (Вт / м 2 ).

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.

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.

Меры по восстановлению озонового слоя

Когда данные о дыре над Антарктидой подтвердились, в 1985 году провели Венскую конвенцию по охране озонового слоя. Спустя два года был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.

Монреальский протокол

Договор соблюдается 197 странами. Государства-участники обязались сократить объёмы производства хлорфторуглеродов. Изначально предполагалась заморозка производства ХФУ на уровне 1986 года. К 1993 году планировали сократить их производство на 20%, а к 1998 году — на 30%. Вводились ограничения на импорт и экспорт разрушающих озоновый слой веществ.

Для развивающихся стран были предусмотрены субсидии и послабления для облегчения перехода промышленности на экологически безопасные технологии.

По итогам первых лет действия договора выяснилось, что он не точен. Были внесены поправки расчётных коэффициентов вывода опасных веществ из производства.

Варианты с производством озона

Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему земному шару. Озон вырабатывают различными способами:

• воздействием искусственного ультрафиолета;
• направленными электрическими разрядами;
• электролизом, где электролитом служит раствор хлорной кислоты;
• химической реакцией, например, окислением пинена.

Недостатки этих способов — малая производительность, дороговизна, высокое энергопотребление. По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе понадобится минимум 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.

Использование экологически чистого топлива

Работающие на переработанной нефти ДВС способствуют увеличению концентрации в воздухе веществ, разрушающих озоновый слой. Повсеместное внедрение электротяги (особенно создание пассажирских электролётов) уменьшит негативное влияние на атмосферу.

Перспективные разработки вроде биодизелей и двигателей, работающих на отходах жизнедеятельности — потенциальный ключ к решению проблемы.

Использование экологически безопасного топлива в ракетах-носителях пока остаётся фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить на орбиту аппараты, не прибегая к сжиганию десятков тонн токсичного горючего.

Высадка лесов

Создание зелёных насаждений в городах и на месте вырубок — перспективный способ борьбы не только с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением атмосферы.

Деревья выделяют кислород, который затем под воздействием УФ-излучения Солнца превращается в озон.

Прочие методы борьбы с проблемой

Существует проект по выводу на орбиту 20-30 оснащённых лазерными излучателями спутников. Каждый аппарат представляет собой солнечный конвектор массой в 80-100 тонн. Он должен накапливать солнечную энергию и превращать её в электрическую. Электричество пойдёт на питание лазеров. Свет лазеров послужит катализатором реакции образования озона.

Защита озонового слоя в России

Россия как правопреемник Советского Союза соблюдает предписания Монреальского протокола. В стране действует закон «Об охране окружающей среды», его 54 статья касается охраны озонового слоя.

Причины разрушения озонового слоя

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.

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.

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.

Озоновая дыра над Антарктикой выросла в 2015 году, заявляют в НАСА

Необычно холодная погода в стратосфере над Антарктикой привела к тому, что озоновая дыра над южным полюсом Земли впервые выросла за последние несколько лет, однако жизни на Земле это не угрожает, заявляют в НАСА.

МОСКВА, 30 окт – РИА Новости. Озоновая дыра над Антарктидой и прилежащими к ней территориями впервые выросла за последние годы, покрыв территорию в 28 миллионов квадратных километров, сообщает пресс-служба Центра космических полетов НАСА имени Годдарда.

Озоновый слой — естественный щит, защищающий поверхность Земли от жесткого ультрафиолета, опасного для живых организмов. Резкое падение концентрации стратосферного озона во время зимнего сезона было впервые обнаружено над Антарктидой в 1980-х годах.

Причиной этого были выбросы большого количества фреонов в атмосферу Земли, чьи молекулы разрушают озон в верхних слоях атмосферы при низких температурах воздуха. Каждую зиму озоновая дыра над Антарктидой разрастается, достигая максимальной площади в сентябре, а летом сокращается.

«Хотя текущая озоновая дыра занимает заметно больше места, чем в прошлые годы, в ее существовании нет ничего необычного. Ее крупные размеры полностью соответствуют тому, как ведет себя озон в относительно холодную погоду в верхних слоях атмосферы Земли», — объясняет Пол Ньюман (Paul Newman) из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте (США).

Озоновая дыра над Антарктикой в 2012 г стала самой маленькой за 10 лет

Озоновая дыра, неожиданно выросшая в этом году, на протяжении всего октября, как рассказывают климатологи из НАСА, ставила новые рекорды. Ее максимальная площадь была более чем на 4 миллиона квадратных километров больше, чем в прошлом году, и ее границы сокращались заметно медленнее, чем это происходит обычно. По словам ученых, текущая дыра является четвертой по размерам с 1991 года.

Благодаря медленному сокращению, толщина озонового слоя в некоторых глубинных регионах Антарктики впервые за многие годы упала до абсолютного нуля. Это означает, что ультрафиолетовые лучи Солнца беспрепятственно «бомбардируют» те полярные льды, которые находятся под подобными участками.

«В этом году наши воздушные шары зафиксировали почти полное исчезновение озона над станцией Амудсен-Скотт на южном полюсе. Уровень озона начал резко падать в сентябре, в результате чего его концентрация снизилась на 95% к первому октября. В этом году падение продолжалось две «лишних недели», что привело к 100% снижению в уровне озона к 15 октября», — рассказывает другой климатолог, Брайан Джонсон из Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) США.

Как предупреждают ученые, большие размеры текущей озоновой дыры и ее медленное сокращение увеличат количество ультрафиолета, который проникает к поверхности Земли в южном полушарии планеты, что усилит риски развития рака и других болезней в ближайшие несколько месяцев.

ria.ru

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.

Как мы вредим планете, ухаживая за собой

85

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.

Что происходит с климатом?

1.3K

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.

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.

Куда делась вся вода?

12.6K

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.

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.