Озоновый слой — это часть стратосферы Земли, которая защищает планету от воздействия космического излучения. Причины и возможные последствия истощения озонового слоя до конца не изучены, но изменения в стратосфере, безусловно, вызваны деятельностью человека.
Формирование и функции озонового слоя
Формирование защитного слоя началось 1,85 миллиарда лет назад и медленно продолжается по сей день. Фотоны (частицы электромагнитного излучения Солнца) сталкиваются с молекулами кислорода в атмосфере. В результате молекула теряет атом кислорода, который затем связывается с другой молекулой O2. Озон (O3) обычно голубоватый газ. Он ослабляет действие солнечной радиации на поверхность планеты в 6500 раз.
Положение и расстояние от планеты
Озоновый слой колеблется от 20 км (полярные широты) до 30 км (тропики) над уровнем моря.
[зеленый] Если при давлении в 1 атмосферу обернуть им земной шар, то его толщина будет не более 3 мм. Поскольку воздух в стратосфере тонкий, давление там низкое, поэтому формально толщина озонового слоя измеряется [километрами]
Озоновые дыры
Под воздействием природных и антропогенных факторов радиационная защита планеты на некоторых участках ослабевает. Молекулы озона в них не исчезают, но озоновый слой истощается. Больше солнечной радиации проникает через поверхность земли.
История открытия
В 1840 году немецкий ученый XF Schönbein описал новое вещество: озон. Существование слоя этого вещества было доказано в 1912 году спектроскопическими измерениями атмосферы. Истончение озонового слоя было обнаружено только в 1970-х годах. С тех пор проблема уничтожения естественной радиационной защиты обсуждается в научных кругах.
Механизм формирования
Из-за выбросов тепловых электростанций, заводов и фабрик в атмосферу выбрасываются вещества, разрушающие озоновый слой:
- азот и его оксиды;
- фреон;
- бром;
- хлор.
Полет самолета на высоте 12-16 километров (нижняя граница слоя) также влияет на состав атмосферы.
Озоновая дыра в Антарктике
Эта аномалия диаметром до 1000 км была первой и самой крупной обнаруженной озоновой дырой. Истончение наблюдается не постоянно: в полярную ночь нет излучения ультрафиолета, поэтому измерения не производятся. По состоянию на 2019 год аномалия достигла минимальных размеров за 37 лет наблюдений, уменьшившись на 2,5 млн км2.
Наличие дыры над Южным полюсом, а не над Северным полюсом, где содержание фреона в атмосфере наибольшее, вызвано более сильным полярным вихрем. Вихрь сильнее из-за наличия континента в Антарктиде, тогда как в районе Северного полюса преобладает плоский лед. Полярный вихрь содержит фреон, и азотная кислота, содержащаяся в полярных облаках, также влияет на разрушение.
Распространенные мифы об озоновых дырах
На желтом шрифте озоновые дыры иногда называют одной из главных угроз существованию жизни. Иногда высказывается противоположное мнение. Утончение радиационной защиты называют чисто естественным явлением, а шумиха вокруг нее и фреона рассматривается производителями дорогих хладагентов как хитрый маркетинговый ход.
Противоречивое отношение возникает из-за непонимания механизма образования дыр и недостаточного знания проблемы. [/ block] Существует 4 основных мифа об озоне:
Причины истощения озонового слоя
Несмотря на короткий период наблюдений и недостаток информации, ученые выделили две группы факторов, влияющих на ослабление радиационной защиты Земли. Ведутся споры о том, какая группа оказывает наибольшее негативное влияние.
Природные факторы
Для образования озона требуется солнечная радиация. В результате в период полярных ночей процесс останавливается, но естественные факторы, влияющие на разрушение, остаются. Из-за полярных вихрей и полярных стратосферных облаков азотной кислоты слой истончается. В умеренных, тропических и экваториальных широтах этот процесс менее очевиден.
Во время извержений вулканов в атмосферу выбрасываются тысячи тонн пепла, который содержит соединения, способствующие распаду молекул озона. [/ block]
Антропогенные факторы
Основной причиной истончения противорадиационного слоя считаются хлорфторуглероды (ХФУ). Эти вещества стабильны и не представляют опасности для человека, но при взаимодействии с воздухом способствуют разложению молекул озона.
Антропогенные причины истощения озонового слоя
Выбросы фреона в атмосферу
Самым ярким примером хлорфторуглеродов являются фреоны, которые могут находиться в агрегатном состоянии жидкости или газа. Они используются в качестве недорогого хладагента в холодильниках и содержатся в аэрозольных баллончиках. Ранее считалось, что фреоны несут основную ответственность за разрушение озонового слоя. Ученые теперь склонны полагать, что их влияние переоценено.
Запуск спутников и ракет
Когда ракета-носитель пересекает стратосферу, ее двигатели выделяют колоссальное количество газа (оксиды азота, углекислый газ). По оценкам некоторых исследователей, 300 запусков шаттлов будет достаточно, чтобы полностью разрушить озоновый слой.
[блокировать]
Твердотопливные ракетные двигатели более опасны, чем жидкостные ракетные двигатели, поскольку они выделяют соединения хлора.
[/ блокировать]
Использование высотного воздушного транспорта
Гражданская авиация летает на высотах до 13 км. Военные самолеты могут подняться выше в стратосферу. Во время работы реактивный или ракетный двигатель выделяет оксиды азота. Поскольку полет происходит на пике образования озонового слоя, оксид азота немедленно вступает в реакцию с молекулами озона и разрушает их.
Внесение азотных удобрений
Азотные удобрения использовались с конца 19 века, но масштабы их использования теперь представляют угрозу для атмосферы. Обычно используются следующие вещества:
- аммофос и диаммофос;
- хлорид аммония;
- карбонат аммония;
- сульфид аммония;
- сульфат аммония.
При их разложении выделяются оксиды азота, которые вступают в реакцию с молекулами озона в атмосфере и разрушают их.
Другие причины
Исследования в этой области продолжаются, и не исключено, что могут быть обнаружены новые факторы, сопровождающие истончение озонового слоя Земли. Истинное положение дел остается предметом разногласий. Не совсем ясно, насколько существенно влияние современных хладагентов и аэрозолей на естественную радиационную защиту.
Возможные последствия истощения озонового слоя
Ученые сходятся во мнении о негативных последствиях изменений в стратосфере. Сейчас они четко не выражены, но по самым пессимистическим прогнозам ситуация станет критической в конце 21 века.
Воздействие на человека
Утончение озонового слоя на 1% увеличивает риск рака кожи на 3% (это около 7000 новых случаев рака ежегодно). Загорать на открытом воздухе становится легче.
Воздействие на окружающую среду
Поскольку планета представляет собой сбалансированную систему, повреждение одного элемента приводит к изменению всех остальных. Дальнейшее ослабление радиационной защиты и увеличение интенсивности УФ-излучения приведет к потеплению и исчезновению некоторых видов.
Сильное ультрафиолетовое излучение убивает фитопланктон, участвующий в фотосинтезе. Это источник пищи для китов и других морских обитателей. Удаление этого звена из пищевой цепи вызовет изменения во всей водной биосистеме.
Если озоновый слой полностью разрушен
Полное разрушение защитного щита невозможно, так как он постоянно восстанавливается. Если концентрация молекул озона приблизится к нулю, большинство форм жизни на Земле исчезнет из-за высокого уровня радиации. Средняя температура повысится.
Меры по восстановлению озона
Когда была подтверждена дыра над Антарктидой, в 1985 году была принята Венская конвенция об охране озонового слоя. Два года спустя был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.
Монреальский протокол
Договор соблюдают 197 стран. Государства-участники обязались сократить производство хлорфторуглеродов. Первоначально предполагалось заморозить производство ХФУ на уровне 1986 г. К 1993 г планировалось сократить производство на 20%, а к 1998 г. — на 30%. Были введены ограничения на импорт и экспорт веществ, разрушающих озоновый слой.
[красный] Для развивающихся стран были предоставлены субсидии и льготы, чтобы облегчить переход отрасли к экологически чистым технологиям. [/ red]
По результатам первых лет действия соглашения выяснилось, что оно не было точным. Внесены изменения в коэффициенты, рассчитанные для исключения вредных веществ из производства.
Варианты производства озона
Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему миру. Озон получают разными способами:
- воздействие искусственного ультрафиолета;
- прямые электрические разряды;
- электролиз, где электролит — раствор хлорной кислоты;
- химическая реакция, например окисление пинена.
Недостатки этих методов — низкая производительность, высокая стоимость, большая энергоемкость. По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе потребуется не менее 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.
Использование экологически чистого топлива
Двигатели внутреннего сгорания, работающие на рафинированном масле, способствуют увеличению концентрации веществ, разрушающих озоновый слой в воздухе. Широкое внедрение электрической тяги (особенно создание пассажирских электропоездов) снизит негативное воздействие на атмосферу.
[зеленый] Передовые разработки, такие как биодизельное топливо и выхлопные двигатели, являются потенциальным ключом к решению проблемы. [/ green] Их выбросы менее токсичны, чем продукты, образующиеся при сгорании бензина или дизельного топлива. Для решения проблемы аналогичные разработки следует внедрить на предприятиях.
Использование экологически чистого топлива в ракетах-носителях все еще остается фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить космические аппараты на орбиту без сжигания десятков тонн токсичного топлива.
Посадка леса
Создание зеленых насаждений в городах и участков по борьбе с загрязнением окружающей среды — перспективный способ борьбы не только с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением воздуха.
[зеленый] Деревья выделяют кислород, который затем превращается в озон под действием солнечных ультрафиолетовых лучей. [/ green]
Другие методы решения проблемы
Есть проект по запуску на орбиту 20-30 спутников, оснащенных лазерными излучателями. Каждое устройство представляет собой солнечный конвектор массой 80-100 тонн. Он должен накапливать солнечную энергию и преобразовывать ее в электричество. Электричество будет использоваться для питания лазеров. Лазерный свет катализирует реакцию образования озона.
Защита озонового слоя в России
[зеленый] Россия как правопреемник Советского Союза соблюдает требования Монреальского протокола. В стране действует закон «Об охране окружающей среды», его 54-я статья касается защиты озонового слоя. В соответствии с законом компании, работающие в стране, не должны выбрасывать в атмосферу больше веществ, снижающих озон, чем не разрешено в конкретном списке. В случае несоблюдения этого условия производство может быть приостановлено или закрыто.
Комментирование закрыто