Что такое озоновые дыры как предупредить
Озоновые дыры: причины и последствия
Проблема озоновых дыр стала актуальной в середине XX века. Наблюдения ученых подтвердили их наличие и опасность, которую несет такое явление. В частности, уже с 70-х годов специалисты обратили внимание, что наблюдается устойчивое снижение озона в стратосфере, которая состоит из озонового слоя. А именно последний предотвращает попадание чрезмерного ультрафиолетового излучения на поверхность Земли. Также отмечалось, что больше всего этоn слой разрушен на полюсах – южном и северном.
Причины возникновения озоновых дыр в атмосфере
Ученые установили, что основной причиной озоновой дыры являются газы, которые содержат хлорфторуглероды (ХФУ), галоны и фреоны. Обнаруженные обычно в аэрозольных баллончиках и выпускаемые многими электронными приборами, они снижают уровень озона в стратосфере. Все эти газы содержат хлор, который является основной причиной истончения озонового слоя.
Как образуются озоновые дыры?
Разрушение озонового слоя вызвано тем, что количество газов, содержащих хлор, начинает увеличиваться в окружающей среде. Когда эти газы поднимаются, они подвергаются воздействию ультрафиолета. Это вызывает химическую реакцию, которая создает атомы хлора. Они влияют на атомы озона и вызывают истощение озонового слоя.
Хотя этот процесс длится в течение нескольких лет, у озонового слоя есть свойство восстанавливался естественным образом. При заметном увеличении выбросов этих газов озоновая дыра над Антарктидой не восстанавливается, становится постоянной частью слоя. Для его восстановления в этом месте потребуется несколько десятилетий и значительное сокращения выбросов.
ХФУ не вымываются обратно на землю и даже не разрушаются в результате реакции с другими химическими веществами. А значит они могут оставаться в атмосфере в течение длительного периода времени, который может составлять от 20 до 120 лет и более. В результате они транспортируются обратно в стратосферу, где в конечном итоге разрушаются ультрафиолетовыми лучами солнца, высвобождая свободный хлор.
Каковы последствия расширения озоновых дыр?
Истончение озонового слоя увеличивает непосредственный контакт с ультрафиолетовыми лучами, которые могут вызвать рак или раздражение кожи. А это может привести к смерти. Уменьшение на 1% озонового слоя может привести к 5% увеличению случаев рака кожи.
Воздействие ультрафиолетовых лучей также увеличило количество случаев катаракты, что, в свою очередь, влияет на зрение людей и может привести к увеличению слепоты. Расширение озоновых дыр приводит к повреждению ДНК, последствия которого может быть катастрофическими.
Водные растения и животные тоже подвержены опасному воздействию. Ультрафиолетовые лучи могут проникать через воду и убивать маленькие растения и животных. Если озоновая дыра продолжит расширяться, растительность постепенно исчезнет, уменьшая количество пищи во всем мире. Итог – гибель всего живого на планете.
Последствия озоновых дыр, причиненные ими повреждения до сих пор не очень хорошо поняты. Помимо постепенного уменьшения озонового слоя во всем мире, имеется мало поддающихся количественной оценке свидетельств появления новых дыр. Несмотря на это, ряд стран работает над уменьшением ущерба.
Как предупредить дальнейшее разрушение озонового слоя?
Борьба с этим явлением заключается в том, что ХФУ были запрещены, особенно в аэрозольных баллончиках и различных электрических приборах. Было заключено много соглашений, направленных на то, чтобы постепенно прекращать использование газов. Тем не менее, это встретило большое сопротивление со стороны отраслей промышленности, которые основаны на производстве и использовании газов.
Одновременно началась масштабная акция, направленная на информирование общества об экологических проблемах, стоящих перед планетой. В результате закладывается основа для общественного мнения и соответствующих действий по таким вопросам, как загрязнение, парниковые газы, глобальное потепление и климатический кризис.
Финансируются исследования ученых, которые ищут ответ на вопрос, как погодные условия и природные явления могут быть нарушены небольшими изменениями в атмосфере. Разрушение озона не так серьезно, как когда-то, но тем не менее оно оказало влияние на планету.
Стоит обратить внимание, что в XXI веке озоновые дыры появляются и расширяются с меньшими темпами, чем в прошлом столетии. Озоновый слой больше не подвергается такой яростной атаке газов, приводящих его к истончению. Причина – большинство правительств и природоохранных ведомств на законодательном уровне добились сокращения выбросов ХФУ. Были введены ограничения, направленные на то, как предупредить появление озоновых дыр.
Этого оказалось достаточно на этом этапе, чтобы предотвратить глобальную катастрофу, заложило основу для дальнейшей работы по сокращению опасных выбросов.
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:
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:
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:
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.
Озоновые дыры: причины возникновения и последствия для человечества
Всем известно, что нашу планету окутывает довольно плотный озоновый слой, располагающийся на высоте 12–50 км над поверхностью земли. Эта воздушная прослойка является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения.
Именно благодаря озоновому слою когда-то микроорганизмы сумели выбраться из океанов на сушу и способствовали появлению высокоразвитых форм жизни. Однако с начала XX столетия озоновая прослойка начала разрушаться, в результате чего в некоторых местах стратосферы стали появляться озоновые дыры.
Что такое озоновые дыры?
Вопреки распространенному мнению обывателей, что озоновая дыра является брешью в небесном пространстве, на самом деле она представляет собой участок значительного снижения уровня озона в стратосфере. В таких местах ультрафиолетовым лучам легче проникать к поверхности планеты и оказывать свое разрушительное воздействие на все живущее на ней.
В отличие от мест с нормальной концентрацией озона в дырах содержание «голубого» вещества составляет всего около 30 %.
Где находятся озоновые дыры?
Первая большая озоновая дыра была обнаружена над Антарктидой в 1985 году. Ее диаметр составлял около 1000 км, причем она появлялась каждый год в августе, а к началу зимы исчезала. Тогда исследователи определили, что концентрация озона над материком снижена на 50 %, а наибольшее его уменьшение было зафиксировано на высотах от 14 до 19 км.
Впоследствии еще одна крупная дыра (меньших размеров) была обнаружена над Арктикой, сейчас же ученым известны сотни подобных явлений, хотя самой огромной по-прежнему остается та, что возникает над Антарктидой.
Как образуются озоновые дыры?
Поскольку на полюсах наблюдаются долгие полярные ночи, в этих местах происходит резкое снижение температуры и образуются стратосферные облака, содержащие ледяные кристаллики. Как следствие, в воздухе накапливается молекулярный хлор, внутренние связи которого разрываются с наступлением весны и появлением солнечного излучения.
Цепочка химических процессов, возникающих при устремлении в атмосферу атомов хлора, приводит к разрушению озона и образованию озоновых дыр. Когда Солнце начинает светить в полную силу, к полюсам направляются воздушные массы с новой порцией озона, благодаря чему дыра затягивается.
Почему появляются озоновые дыры?
Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают водород, кислород, бром и другие продукты сгорания, попадающие в атмосферу из-за выбросов фабрик, заводов, дымовых газовых ТЭЦ.
Не меньшее влияние на слой озона оказывают ядерные испытания: при взрывах выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, которые входят в реакцию с озоном и уничтожают его молекулы. Подсчитано, что только с 1952 по 1971 год при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 миллионов тонн этого вещества.
Возникновению озоновых дыр способствуют и реактивные самолеты, в двигателях которых также образуются окислы азота. Чем выше мощность турбореактивного двигателя, тем выше температура в камерах его сгорания и тем больше азотных окислов попадает в атмосферу. Согласно исследованиям, ежегодные объемы азота, выбрасываемого в воздух, составляют 1 миллион тонн, из них треть приходится на самолеты. Еще одна причина разрушения озонового слоя – минеральные удобрения, которые при внесении в землю вступают в реакцию с почвенными бактериями. В этом случае в атмосферу попадает закись азота, из которой образуются окислы.
К каким последствиям для человечества могут привести озоновые дыры?
В силу ослабления озонового слоя увеличивается поток солнечной радиации, что в свою очередь, может привести к гибели растений и животных. Влияние озоновых дыр на человека выражается прежде всего в увеличении числа раковых заболеваний кожи. Ученые подсчитали, что если концентрация озона в атмосфере упадет хотя бы на 1%, то число больных раком возрастет примерно на 7000 человек в год.
Именно поэтому сейчас экологи бьют тревогу и пытаются предпринять все необходимые меры для защиты озонового слоя, а конструкторы разрабатывают экологически безопасные механизмы (самолеты, ракетные системы, наземный транспорт), выбрасывающие в атмосферу меньшее количество окислов азота.
Все это интересно и познавательно, но, если вы разбираетесь в химии, то можете сами посчитать, какой объём хлора нужен для образования и поддержания озоновых дыр (известных масштабов) при озон-хлорном взаимодействии.
Сразу получается цифра которую не объяснить хлором, содержащемся в баллончиках и фреонах, с учетом их производства за всю их историю.
Тогда в чем же причина? – спросите вы. Да всё в том же хлоре, только в гораздо больших масштабах. Источником таких объёмов хлора является всем известная технология хлорирования воды, поступающей в города. Ведь не секрет, что вода, поступающая в город, хлорируется. Её пьют, кипятят, на ней готовят, ею моют и стирают.
После бытового применения, вода попадает в системы канализации, и (если повезёт) на очистные сооружения города. На очистных, воду очищают от мусора, органики, обезвреживают и отстаивают (но от некоторых химических веществ воду не очистить, и хлор в их числе).
Затем отстоянную воду (вместе с некоторыми химическими веществами) сливают в реки. И именно в реках (а не только в отстойниках) хлор приобретает свои летучие свойства под действием ультрафиолета, микробов, перепадов температуры и взаимодействия с другими химическими веществами в реке.
На хлорирование (обеззараживание) воды, направляемой в города, идет много хлора, баллончики и фреоны рядом не стояли.
К слову, – бутылочки бытовых моющих средств (в состав которых входит хлор) содержат больше хлора чем баллон фреона (некоторые современные марки фреонов вообще без хлора) и десятки баллончиков “против запаха пота”.
Кто виноват? – а не нужно ни на кого обижаться, не нужно никого ненавидеть или винить, здесь не было никаких недосмотров, упущений, беззаконий. Конечно же, проблема озоно-опасного хлора пока не решена и в этом нет ничьей вины, потому что хлорирование воды – это пока единственный наиболее дешевый способ получения обеззараженной воды в промышленных масштабах.
На лицо безвыходное применение старой технологии.
Хлор приводит к появлению озоновых дыр и последующего проникновения ионизирующей радиации на поверхность Земли, и если хлор запретить, то тогда нужно придумать что-то другое для дезинфекции воды, такое же эффективное и дешевое, применимое в промышленных масштабах, потому что бактерий в воде пока никто не отменял.
Изучайте науки, и если вы сможете придумать что-то что заменит хлор, то Нобелевская премия ваша.
Люди склонны к замалчиванию проблем (видимо это биологический дефект), такое отношение не принесет выгоды, ведь если проблема есть, а её скрывать, то она растёт, и когда скрывать уже станет невозможно, то на её решение сил уже может не хватить.
Перед людьми нужно ставить задачи и люди будут их решать, но только людей для этого нужно предварительно информировать и обучать разным наукам, иначе у них не будет цели и инструмента для решения задач, т.е. – знаний.
Да забыл сказать, – хлор, попавший в атмосферу, так же придётся из атмосферы как-то изымать (кстати на этом можно построить целую отрасль).
Озоновая дыра
Одно из самых волнующих явлений последних десятилетий – появление озоновых дыр. Разворачивается множество споров о причинах их появления и возможной опасности.
Что такое озоновая дыра
Когда в озоновом слое Земли уменьшается содержание озона, возникают дыры. Ученые считают, что к ускорению истончения озона приводит деятельность человека. Увеличение выбросов человеческой деятельности в атмосферу – главная причина возникновения дыр.
Британский физик Сидни Чепмэн – пионер в исследовании явления. В 1930 году ученый выдвинул теорию фотохимического образования озона.
Голландский метеоролог Пауль Крутцен в 1970-х доказал, что выброс закиси азота оказывает влияние на содержание оксида азота в стратосфере.
Для измерения дыр в озоне применяются единицы Добсона. Единица измерения показывает численную концентрацию озона в атмосфере Земли. Название единица получила в честь ученого Гордона Добсона. Работая в Оксфордском университете, он изобрел первый прибор для измерения содержания озона. Название прибора – озоновый спектрофотометр. В 1980-х с его помощью была обнаружена дыра в озоне над Северным полюсом.
Причины возникновения
Химическое соединение хлорфторуглеродов вызывает нарушение структуры озонового слоя. Хлорфторуглероды используются в системах охлаждения, кондиционерах, аэрозольных баллонах. В природе подобное вещество практически не встречаются. Главный виновник в их присутствии в атмосфере – человек. Разрушающие вещества также выпускают вулканы во время извержений.
Утончаясь, озоновый слой пропускает ультрафиолетовые лучи, исходящие от Солнца. Ультрафиолет вступает в контакт с химическими соединениями в атмосфере, освобождая атомы хлора, которые разрушают слой.
Самая большая озоновая дыра находится над Антарктикой. Ее размер увеличиваются в период с начала сентября до декабря. Причина – усиление западных ветров, переносящих химические соединения.
Солнечный свет – одна из причин истощения озонового слоя. Зимой химические реакции в атмосфере не проявляются из-за низкой солнечной активности. Тем не менее, в это время содержание хлорфторуглеродов находится на максимальном уровне.
В основном уничтожение слоя происходит в нижней части стратосферы. В верхней части процесс проходит медленнее из-за гомогенных газофазных реакций.
Последствия
Озоновые дыры могут оказывать влияние на человека. В настоящее время ученые не имеют доказанных случаев прямого негативного влияния. Если озоновый слой сильно истощится в нескольких регионах планеты, то здоровье людей подвергнется опасности. Разрушение слоя усилит эффекты ультрафиолетового излучения. Положительное последствие – повышенная выработка витамина D в организме. Негативное – ожоги, рак кожи, зрительные проблемы.
Повышенный уровень ультрафиолета повышает процент озона, содержащегося в тропосфере. Тропосферный озон токсичен и опасен для здоровья. Особую опасность он представляет для детей, пожилых людей, астматиков.
Из-за истощения озонового слоя страдают животные. В 2011 году исследователи взяли образцы кожи китов из Калифорнийского залива. Кожа животных имела признаки солнечных ожогов.
Увеличение ультрафиолетового излучения приведет к проблемам с агрокультурой. Важные для человеческого пропитания растения нуждаются в цианобактериях. Цианобактерии чувствительны к ультрафиолету. Повышенное излучение сокращает активность бактерий, негативно сказываясь на росте растения.
Существуют гипотезы, связывающие разрушение слоя с возникновением парникового эффекта. Под парниковым эффектом понимается повышение температуры нижних слоев земной атмосферы. Из-за парникового эффекта глобальное потепление набирает обороты, становясь причиной глобального изменения климата.
Как предупредить появление озоновых дыр
Первые предложения бороться с образованием озоновых дыр прозвучали в 80-х годах XX века. В 1985 году европейскими государствами была подписана Венская конвенция по защите озонового слоя. В 1987 году аналогичное Монреальское соглашение подписали представители большинства стран мира. В документе подчеркивалась цель предупредить экологическую проблему путем сокращения выброса веществ, являющихся источником загрязнения атмосферы.
Один из способов борьбы с появлением нежелательного атмосферного эффекта предложили физики из России. Способ заключается в уничтожении химических соединений, вызывающих уменьшение озона. Уничтожать фреоны предлагается микроволновыми разрядами.
Также звучат предложения запустить искусственное восстановление озонового слоя. Для этого нужно применить этан и пропан. Находясь в атмосфере, эти элементы будут превращать атомарный хлор в хлористый водород. Таким образом нейтрализуется химическое соединение разрушающее озон.