Озоновая дыра. Как образуются озоновые дыры
Парниковый эффект
Парниковый эффект – повышение температуры нижних слоев атмосферы планеты вследствие накопления парниковых газов. Механизм его таков: солнечные лучи проникают в атмосферу, нагревают поверхность планеты. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности, должно вернуться в космос, но нижний слой атмосферы слишком плотный для их проникновения. Причина этому – парниковые газы. Тепловые лучи задерживаются в атмосфере, повышают ее температуру.
История исследований парникового эффекта
Впервые о явлении заговорили в 1827 году. Тогда появилась статья Жана Батиста Жозефа Фурье «Записка о температурах земного шара и других планет», где он подробно изложил свои представления о механизме парникового эффекта и причины его появления на Земле. В своих исследованиях Фурье опирался не только на собственные эксперименты, но и на суждения М. Де Соссюра. Последний проводил опыты с зачерненным изнутри стеклянным сосудом, закрытым и поставленным под солнечный свет. Температура внутри сосуда была гораздо выше, чем снаружи. Это объясняется таким фактором: тепловое излучение не может пройти сквозь затемненное стекло, а значит, остается внутри емкости. При этом солнечный свет смело проникает через стенки, так как снаружи сосуд остается прозрачным.
Причины возникновения
Природа явления объясняется различной прозрачностью атмосферы для излучения из космоса и от поверхности планеты. Для солнечных лучей атмосфера планеты прозрачна, как стекло, и поэтому они легко проходят сквозь нее. А для теплового излучения нижние слои атмосферы «непробиваемы», слишком плотные для прохождения. Потому-то часть теплового излучения остается в атмосфере, постепенно опускаясь к самым нижним ее слоям. При этом количество парниковых газов, уплотняющих атмосферу, растет. Еще в школе нас учили, что основная причина парникового эффекта – деятельность человека. Эволюция привела нас к промышленности, мы сжигаем тонны угля, нефти и газа, получаем топливо, дороги заполнены автомобилями. Следствие этого – выделение парниковых газов и веществ в атмосферу. Среди них – водяной пар, метан, углекислый газ, оксид азота. Почему они так названы, понятно. Поверхность планеты нагревается солнечными лучами, но обязательно «отдает» часть тепла обратно. Тепловое излучение, которое исходит от поверхности Земли, называется инфракрасным. Парниковые газы в нижней части атмосферы не дают тепловым лучам вернуться в космос, задерживают их. Вследствие этого средняя температура планеты увеличивается, и это ведет к опасным последствиям. Неужели ничто не может урегулировать количество парниковых газов в атмосфере? Конечно, может. С этим заданием отлично справляется кислород. Но вот беда – количество населения планеты неумолимо растет, а значит, поглощается все больше кислорода. Единственное наше спасение – растительность, особенно леса. Они поглощают избыточный углекислый газ, выделяют гораздо большее количество кислорода, чем потребляют люди.
Парниковый эффект и климат Земли
Когда мы говорим о последствиях парникового эффекта, мы понимаем влияние его на климат Земли. В первую очередь - это глобальное потепление. Многие отождествляют понятия «парниковый эффект» и «глобальное потепление», но они не равны, а взаимосвязаны: первое – причина второго. Глобальное потепление напрямую связано с Мировым океаном. Вот пример двух причинно-следственных связей. Средняя температура планеты растет, жидкость начинает испаряться. Это касается и Мирового океана: некоторые ученые боятся, что через пару сотен лет он начнет «высыхать». При этом из-за высокой температуры ледники и морские льды начнут активно таять уже в ближайшее время. Это приведет к неизбежному росту уровня Мирового океана. Мы уже наблюдаем регулярные потопы в прибрежных районах, но если уровень Мирового океана существенно возрастет, затоплены будут все приближенные участки суши, погибнет урожай.
Влияние на жизнь людей
Не стоит забывать, что повышение средней температуры Земли отразится и на нашей жизни. Последствия могут быть очень серьёзными. Многие территории нашей планеты, и так склонные к засухе, станут абсолютно не жизнеспособными, люди начнут массово мигрировать в другие регионы. Это неизбежно приведет к социально-экономическим проблемам, к началу третьей и четвертой мировых войн. Недостаток продовольствия, уничтожение урожаев – вот что ждет нас в ближайшее столетие. Но обязательно ли ждет? Или все-таки можно что-то изменить? Может ли человечество снизить вред от парникового эффекта? Болотистые земли способны предотвращать парниковый эффект, самое большое болото в мире, Васюганское.
Действия, способные спасти Землю
На сегодняшний день известны все вредные факторы, которые приводят к накоплению парниковых газов, и мы знаем, что нужно делать, чтобы это остановить. Не стоит думать, что один человек ничего не изменит. Конечно, эффекта может добиться только все человечество, но кто знает – может, еще сотня людей в этот момент читает подобную статью? Сохранение лесов Остановка вырубки лесов. Растения – наше спасение! Кроме того, нужно не только сохранять существующие леса, но и активно высаживать новые. Понять эту проблему должен каждый человек. Фотосинтез настолько силен, что способен обеспечить нас огромным количеством кислорода. Его хватит для нормальной жизни людей и устранения вредных газов из атмосферы. Использование электромобилей Отказ от использования автомобилей на топливе. Каждый автомобиль выделяет огромное количество парниковых газов в год, так почему бы не сделать выбор в пользу здоровья окружающей среды? Ученые уже предлагают нам электромобили – экологически чистые машины, которые не используют топливо. Минус «топливный» автомобиль – еще один шаг к устранению парниковых газов. Во всем мире пытаются ускорить этот переход, но пока современные разработки таких машин далеки от совершенства. Даже в Японии, где наибольшее использование таких автомобилей, не готовы полностью переходить на их использование. Альтернатива углеводородному топливу Изобретение альтернативной энергии. Человечество не стоит на месте, так почему же мы «застряли» на использовании угля, нефти и газа? Сжигание этих природных компонентов приводит к накоплению парниковых газов в атмосфере, поэтому пора перейти на экологически чистый вид энергии. Мы не можем полностью отказаться от всего того, что выделяет вредные газы. Зато мы можем способствовать увеличению кислорода в атмосфере. Не только настоящий мужчина должен посадить дерево – это обязан сделать каждый человек! Что главное в решении любой проблемы? Не закрывать на нее глаза. Возможно, мы не замечаем вреда от парникового эффекта, но это точно заметят последующие поколения. Мы можем прекратить сжигать уголь и нефть, сохранить природную растительность планеты, отказаться от обычного автомобиля в пользу экологически чистого – и все для чего? Для того чтобы наша Земля существовала и после нас
Озоновые дыры
Озо́новая дыра́ - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли
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.
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
Кислотные дожди
Кисло́тный дождь - все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - при которых наблюдается понижение pH (водородного показателя) дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, обычно оксидами серы и оксидами азота[
Кислотные дожди – один из терминов, который принесла человечеству индустриализация. Неуемное расходование ресурсов планеты, огромные масштабы сжигание топлива, экологически несовершенные технологии – яркие признаки бурного развития промышленности, что в итоге сопровождается химическим загрязнением воды, воздуха и земли. Кислотные дожди – только одно из проявлений таких загрязнений.
Впервые упомянутое в далеком 1872 году, по-настоящему актуальным понятие стало только во второй половине 20 века . В настоящее время кислотные дожди – проблема для многих стран мира, в том числе США и практически всех стран Европы. Карта кислотных дождей, разработанная экологами всего мира, наглядно показывает зоны самого высокого риска опасных осадков.
ПРИЧИНЫ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ
Определенный уровень кислотности имеет любая дождевая вода . Но в нормальном случае этот показатель соответствует нейтральному уровню pH – 5,6-5,7 или несколько выше. Небольшая кислотность объясняется содержанием в воздухе углекислого газа, но считается настолько низкой, что не наносит никакого вреда живым организмам. Таким образом, причины кислотных дождей связаны исключительно с деятельностью человека, и не могут быть объяснены естественными причинами.
Предпосылки для повышения кислотности атмосферной воды возникают, когда промышленные предприятия выбрасывают большие объемы оксидов серы и оксидов азота . Наиболее характерные источники таких загрязнений – это выхлопные газы автомобилей, металлургическое производство и тепловые электростанции (ТЭЦ). К сожалению, современный уровень развития технологий очистки не позволяет отфильтровывать соединения азота и серы, который возникают в результате сгорания угля, торфа, других видов сырья, что используются в промышленности. В итоге такие оксиды попадают в атмосферу, соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света, и выпадают на землю в виде осадков, которые и называют «кислотные дожди».
ПОСЛЕДСТВИЯ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ
Ученые отмечают, что последствия кислотных дождей очень многомерны, и опасны как для людей и животных, так и растений . В числе главных специалисты называют следующие эффекты:
1. Кислотные дожди заметно повышают кислотность озер, прудов, водохранилищ , в результате чего там постепенно вымирает их естественная флора и фауна. В результате изменения экосистемы водоемов, происходит их заболачивание, засорение, повышенная илистость. Кроме того, в результате таких процессов вода становится непригодной для использования человеком. В ней повышается содержание солей тяжелых металлов и различных токсичных соединений, которые в нормальной ситуации поглощаются микрофлорой водоема.
2. Кислотные дожди приводят к деградации лесов, вымиранию растений . Особенно страдают хвойные деревья, так как медленное обновление листвы не дает им возможности самостоятельно устранять последствия кислотных дождей. Очень подвержены таким осадкам и молодые леса, качество которых стремительно падает. При постоянном воздействии воды с повышенной кислотностью, деревья погибают.
3. В США и Европе кислотные дожди – одна из распространенных причин плохих урожаев , вымирания сельскохозяйственных культур на огромных площадях. При этом причина такого ущерба кроется как в прямом воздействии, которое оказывают кислотные дожди на растения, так и в нарушениях минерализации почвы.
4. Кислотные дожди наносят непоправимый ущерб памятникам архитектуры, здания, сооружениям . Действие таких осадков вызывает ускоренную коррозию металлов, выход из строя механизмов.
5. При текущей кислотности, которую имеют кислотные дожди, в некоторых случаях они могут наносить прямой вред человеку и животных. Прежде всего, люди в зонах повышенной опасности страдают от заболеваний верхних дыхательных путей . Впрочем, не так далек тот день, когда насыщенность вредных веществ в атмосфере достигнет уровня, при котором в виде осадков будет выпадать серная и нитратная кислота достаточно высокой концентрации. В такой ситуации угроза здоровью человека окажется уже значительно более высокой.
КАК БОРОТЬСЯ С КИСЛОТНЫМИ ДОЖДЯМИ?
Бороться с самими осадками практически невозможно . Выпадая на огромных территориях, кислотные дожди наносят значительный ущерб, и конструктивного решения этой проблемы нет.
Другое дело, что в случае с кислотными дождями критически необходимо бороться не с последствиями, а с причинами такого явления . Поиск альтернативных источников добычи энергии, экологически безопасный автотранспорт, новые технологии производства и технологии очистки выбросов в атмосферу – неполный список того, чем обязано озаботиться человечество, чтоб последствия не приобрели катастрофический характер.
Тропические леса - уникальное растительное сообщество, для которого характерно видовое богатство растений и животных. За недоступность, таинственность и опасности, на каждом шагу подстерегающие каждого, кто отважится сюда проникнуть, не случайно снискали этим местам у белых путешественников уважительное название «зелёного ада». К сожалению, эта экосистема, претерпевшая меньше всего изменений за всё время существования суши, сегодня исчезает с угрожающей скоростью, и то, что создавалось природой в течение миллионов лет, человек может уничтожить в считанные десятилетия. Последствия могут стать непредсказуемыми.
Видовое распределение растительности на земном шаре зависит от климата и носит зональный характер. Самая удивительная из таких зон - тропические леса, растущие на территориях с наиболее благоприятными условиями для роста и развития растений. Этому способствуют особенности климата - для этой зоны характерна высокая, но не чересчур, температура и обильные осадки. Суточные и годовые колебания температур невелики, и в результате в тропических лесах нет смен времён года, а все дни похожи друг на друга. Длина светового дня тоже практически не меняется в течение года. Словом, здесь для растений созданы практически идеальные условия для жизни. В тропических лесах органическая жизнь буквально бурлит. Не успевает дерево умереть, как его тут же атакуют полчища грибов, бактерий и насекомых, и в считанные дни лесные гиганты полностью разлагаются на более простые субстанции, являясь пищей для многих других видов. Поэтому почва в тропических лесах необычайно бедна, и по своей продуктивности не идёт ни в какое сравнение с тучными землями умеренной зоны - толщина перегноя под пологом тропического леса едва достигает нескольких миллиметров.
Он и не может быть мощнее, ведь опадающие листья очень быстро разлагаются, а всё, что имеет хотя бы малейшую питательную ценность, тут же поглощается многочисленными желающими. Благодаря интенсивному обороту органической массы за миллионы лет тропические леса выработали идеальное равновесие. Наверняка так продолжалось бы и дальше, но пришёл человек и по-варварски стал эксплуатировать природные ресурсы. А если не будет деревьев, то и без того тонкий слой гумуса быстро истощится. Обжигающие лучи солнца, коснувшись земли, быстро её высушат и уничтожат бактерии, которые разлагают органику, а под тонким живительным гумусом находятся почвы бесплодные, лишённые даже признаков органической жизни. Так место вырубленных деревьев очень быстро занимает безжизненная пустыня. На мировых рынках древесина многих видов тропических деревьев ценится очень высоко, поэтому неудивительно, что крупные торговые компании начали её заготовку любой ценой. Наиболее ценные с точки зрения бизнеса виды деревьев растут вперемежку с другими видами, не создавая отдельно стоящих групп - и, чтобы их добыть, заготовители вынуждены уничтожать большие лесные массивы.
При падении лесные великаны давят другие растения, а тяжелая техника, которая вывозит стволы на переработку, наносит непоправимый ущерб лесу, разрушая гусеницами и колёсами верхний слой почвы. Однако добыча ценных пород деревьев - не единственная угроза экваториальным лесам, которые массово пожирает огонь. Пожары в этих местах бушуют по двум основным причинам: во-первых, иногда вывоз малоценных пород деревьев себя не оправдывает, и лесозаготовители их просто сжигают прямо на месте вырубки; вторая причина - аграрная деятельность человека. В первую очередь речь здесь идёт о первобытных племенах, которые сохранились в тропических лесах до сих пор и расчищают места для своих полей самым примитивным способом - выжигая лес.
Однако с этим ущербом ещё можно было бы смириться, ведь после ухода племени через два-три года относительно небольшие выжженные территории леса, как правило, восстанавливаются.
Но главная опасность в том, что такой примитивный процесс расширения пахотных земель во многих экваториальных странах приобретает государственный масштаб, и экологическая ситуация резко меняется - в глубине тропических лесов всё чаще появляются обширные поля, вокруг которых растут поселения земледельцев. Такая экспансия происходит, например, в Бразилии, где в поисках экономических резервов правительство вкладывает огромные средства на продвижение аграрного сектора в глубь лесов Амазонии. На некоторых участках тропических лесов обнаружены месторождения ценных полезных ископаемых, и если подтверждается экономическая целесообразность их разработок, там очень быстро начинается эксплуатация сырья самым дешёвым открытым способом - один из таких карьеров на территории Амазонии занимает площадь в несколько сот квадратных километров.
В Бразилии приняли правительственную программу по созданию в Амазонии химических и фармацевтических предприятий. Огромные пространства по берегам Амазонки отравлены ртутью, которую используют золотоискатели. При строительстве автострад, прорезающих тропические леса, широкие асфальтовые полосы нарушают единство экосистемы и угрожают жизни животных. В тропических лесах немало рек, которые славятся живописными водопадами. Однако для развития экономики эта естественная красота не имеет никакого значения - цивилизованных визитёров интересует исключительно прибыль, таящаяся в бесплатной энергии, которую могут дать реки. Поэтому в тропических лесах идёт бурное строительство гидроэлектростанций с появлением целой системы плотин - и тогда затапливаются огромные лесные массивы, изменяется баланс наземных и грунтовых вод.
Между тем огромная зелёная масса тропических лесов играет исключительно важную роль в стабилизации земной атмосферы. В процессе фотосинтеза листья поглощают двуокись углерода и вырабатывают кислород, что имеет большое значение для поддержания баланса этих газов в природе и спасает планету от угрожающего ей парникового эффекта. Сокращение же зелёного покрова наполовину можно сравнить с операцией, когда у здорового человека вырезали одно лёгкое. Тропические леса растут в районах с обильными осадками. Но эти осадки в немалой степени возникают именно благодаря влажным лесам, которые в процессе испарения поставляют в атмосферу невероятно большое количество водяного пара. Истребление же лесов ведёт к исчезновению воды и тени, а палящее в этих широтах жаркое солнце очень быстро довершает процесс опустынивания. Учёные подсчитали, что уже сегодня миллиард земледельцев живёт на распаханных территориях, некогда составлявших тропические леса. Климатологи бьют тревогу - если и дальше тропические леса будут истребляться такими же темпами, планете грозит глобальная засуха, повышение температуры и возникновение не утихающих ураганов.
Сокращение ареала тропических лесов таит и такую угрозу, как невосполнимая утрата многих видов флоры и фауны. Установлено, что в первозданных тропических лесах жило 45% всех видов растений, 96% членистоногих, 45% млекопитающих и 30% птиц. С уничтожением лесов исчезли и многие виды, а вместе с тем сократилось и биологическое разнообразие планеты - а с каждым исчезающим видом человечество теряет какую-то часть генетической информации, накопленной на Земле. Кстати, среди гибнущих видов немало таких, которые даже ещё не известны науке, и не исключено, что в листьях, корнях и плодах каких-нибудь неизвестных растений таятся химические соединения, которые могут излечивать, например, от злокачественных опухолей. Гибнут и животные - чаще всего из-за того, что человек изменяет или уничтожает привычную среду обитания.
Судьба тропических лесов волнует тысячи людей и десятки организаций, которые прилагают усилия, чтобы сдержать процесс истребления уникального биоценоза. Защищать природу можно по-разному. Крупные экологические организации в странах Европы и Северной Америки бойкотируют продажу изделий из тропической древесины; в свою очередь, Международное общество по делам торговли тропической древесиной разработало методы рационального использования этого вида сырья.
Всё это делается не только из-за одной любви к природе - есть тут и здравый коммерческий расчет: экономисты подсчитали, что хищническое отношение к лесу рано или поздно приведет к упадку торговли лесом, поэтому некоторые страны начинают создавать плантации ценных видов тропических деревьев. Пользу от этого ощутят лишь будущие поколения - такие деревья растут десятки лет. Но уже сегодня ряду товаров присваивается знак, который свидетельствует, что изделие изготовлено из древесины, выращенной на плантации. Однако самый лучший вариант сохранить тропические леса в их первозданном виде - создать сеть национальных парков. Большое моральное воздействие оказала акция, позволяющая покупать частным лицам небольшие территории тропических лесов - из таких символических покупок в итоге возник национальный парк в Коста-Рике.
Страны, на чьей территории находятся тропические леса, уже понимают, что лучше зарабатывать деньги на богатых туристах, которые собственными глазами хотят увидеть неповторимое разнообразие тропических флоры и фауны, чем уничтожать этот постоянный источник прибыли. Всё больше фирм включаются в программу сбора и вторичной переработки бумаги и картона. Международный валютный фонд выделил финансовую помощь Индонезии, чтобы компенсировать ущерб от ликвидации в этой стране коррумпированного консорциума по торговле древесиной. Мир науки и политики всё чаще проводит конференции о защите «зелёных лёгких Земли». Принесёт ли всё это быстрые результаты - неизвестно. Но остаётся надежда, что уже в ближайшие годы остановится лавинообразное сокращение ареала тропических лесов.
Похожая информация.
Озоновой дырой считается локальное падение в озоновом слое Земли концентрации озона. Изначально специалисты предположили, что концентрация озона имеет свойство меняться из-за частиц, которые выбрасываются при любом атомном взрыве.
Виновниками появления озоновых дыр в атмосфере Земли длительное время считали высотные самолеты и полеты космических кораблей.
Однако в ходе многочисленных исследований и опытов было доказано, что содержание озона может качественно варьироваться из-за определенных естественных загрязнителей воздушной среды, содержащих азот.
Основные причины появления озоновых дыр
Давно уже установлено, что основное количество природного озона содержится на высоте от 15 до 50 километров над поверхностью Земли – в стратосфере. Наибольшую пользу озон приносит, поглощая значительное количество ультрафиолетового солнечного излучения, которое иначе оказалось бы губительным для живых организмов на нашей планете. Снижение концентрации озона в определенном месте может быть обусловлено загрязнениями воздушной среды двух типов. К ним можно отнести:
- Естественные процессы, при которых происходит загрязнение воздуха.
- Антропогенные загрязнения атмосферы Земли.
В мантии Земли постоянно осуществляются процессы дегазации, вследствие которых выделяются самые разные органические соединения. Порождать такие виды газов могут грязевые вулканы и гидротермальные источники.
Кроме того, в земной коре расположены определенные газы, находящиеся в свободном состоянии. Часть их способна достигать земной поверхности и через трещины земной коры диффундировать в атмосферу. Поэтому приземной воздух над нефтегазоносными бассейнами зачастую содержит повышенный уровень метана. Эти виды загрязнений можно отнести к естественным – происходящим в связи с природными явлениями.
Антропогенные загрязнения воздушной среды могут быть вызваны запусками космических ракет и полетами сверхзвуковых реактивных самолетов. Также большое количество самых разных химических соединений выделяется в атмосферу в процессе добычи и переработки многочисленных ископаемых из недр земли.
Немалую роль в загрязнении атмосферы играют и большие промышленные города, являющиеся своеобразными антропогенными источниками. Воздушные массы в подобных местностях загрязняются посредством обширного потока автомобильного транспорта, а также из-за выбросов разных промышленных предприятий.
История открытия озоновых дыр в атмосфере
Впервые озоновую дыру обнаружила в 1985 году группа ученых из Великобритании во главе с Джо Фарменом (Joe Farman). Диаметр дыры был более 1000 километров, а находилась она над Антарктидой – в Южном полушарии. Возникая ежегодно в августе, данная озоновая дыра исчезала в период с декабря по январь.
1992 год ознаменовался для ученых тем, что уже над Северным полушарием в Антарктике образовалась еще одна озоновая дыра, с гораздо меньшим диаметром. А в 2008 году диаметр первого обнаруженного в Антарктиде озонового явления достиг максимальных рекордных размеров – 27-ми миллионов квадратных километров.
Возможные последствия расширения озоновых дыр
Так как озоновый слой призван защищать поверхность нашей планеты от переизбытка ультрафиолетового солнечного излучения, то озоновые дыры можно считать реально опасным для живых организмов явлением. Снижение озонового слоя значительно увеличивает поток солнечной радиации, что может влиять на резкий рост числа раковых кожных заболеваний. Не менее губительно появление озоновых дыр для растений и животных на Земле.
Благодаря вниманию общественности, в 1985 году приняли Венскую конвенцию об охране озонового слоя. Затем имел место так называемый Монреальский протокол , принятый в 1987 году и определяющий список самых опасных хлорфторуглеродов. Тогда же страны-производители указанных загрязнителей атмосферы обязались ограничить их выпуск, а к 2000 году – прекратить совсем.
Гипотезы о естественном происхождении озоновой дыры
А вот российские ученые опубликовали подтверждение гипотезы о естественном происхождении антарктической озоновой дыры. В 1999 году в МГУ НПО «Тайфун» опубликовал научную работу, в которой, согласно расчетам геофизиков А.П. Капицы и А.А. Гаврилова, Антарктическая озоновая дыра существовала до того, как ее обнаружили прямыми экспериментальными методами в 1982 году, что, по мнению русских ученых, подтверждает гипотезу естественного происхождения озоновой дыры над Антарктидой.
Авторами этой научной работы являлись А.П.Капица (член-корреспондент РАН) b А.А.Гаврилов (Московский Государственный Университет). Этим двум ученым удалось установить, что количество фактов, противоречащих антропогенной гипотезе происхождения Антарктической озоновой дыры, постоянно растет, а после доказательства, что данные аномально низких значений общего содержания озона в Антарктиде в 1957-1959 годах верны, стала очевидно, что причина озоновых дыр отлична от антропогенной.
Результаты исследований Капицы и Гаврилова были опубликованы в Докладах Академии наук, 1999, том 366, № 4, с. 543-546
Около сорока лет назад впервые было обнаружено, что слой озона в земной атмосфере стал истощаться. Первыми это заметили английские учёные, работавшие на исследовательской базе в Антарктиде. Они обнаружили, что над станцией Халли-Бей толщина озона уменьшилась почти в два раза! В то время возможные причины этого явления ещё не были изучены, поэтому всё, что оставалось делать учёным - наблюдать за развитием ситуации. И результаты их совсем не обрадовали - озоновые дыры не только не закрылись, но даже распространились далеко за пределы Южного полюса. Так появилась информация о новой глобальной катастрофе.
Чем же на самом деле являются озоновые дыры?
Озон - это газ, который вырабатывается из кислорода при ультрафиолетовом излучении, поступающем от Солнца. Он, в свою очередь, препятствует прохождению этого излучения, действие которого является губительным для всех живых организмов. Слой этого газа расположен на высоте около двадцати километров над поверхностью и защищает планету от негативного влияния солнечной энергии. Озоновые дыры - это места, в которых толщина газа по каким-либо причинам уменьшается. На данном этапе её ещё хватает для того, чтобы задерживать ультрафиолет, но если человечество ничего не предпримет для изменения ситуации, через некоторое время истощение озонового слоя приведёт к тому, что вредоносное излучение сможет беспрепятственно проникать в атмосферу, и тогда существование жизни на Земле станет попросту невозможным.
Почему возникают озоновые дыры?
Исследование космоса
И всё же, несмотря на большое разнообразие возможных версий, наиболее вероятной из них остаётся антропогенная. Ведь в середине прошлого века происходили многочисленные запуски космических ракет, каждая из которых, взлетая, оставляла «дыру» в атмосфере, прорывая слой озона. Всего за тридцать лет освоения космоса было уничтожено 30% защитного барьера Земли, который формировался на протяжении четырёх миллиардов лет!
Фреон
Губительным веществом для озона является фреон, который широко используется как в быту, так и в промышленности. Он содержался практически во всех газовых баллончиках прошлого века: в лаках для волос, духах, дезодорантах, огнетушителях. Он был даже в холодильниках и кондиционерах! Неудивительно, что с каждым днём появлялись всё новые и новые озоновые дыры, а защитный слой становился всё тоньше и тоньше.
Пути решения
На сегодняшний день проблема остаётся острой и актуальной. Приняты многочисленные соглашения, по которым вредные для озонового слоя вещества запрещены к использованию в производстве и промышленности. Но этого мало, ведь вопрос состоит не только в том, чтобы остановить разрушение озона, но и в том, чтобы восстановить его. А эта задача еще не решена.
Эти и другие недавно полученные научные данные укрепили вывод предыдущих оценок в том, что совокупность научных доказательств свидетельствует о том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями
Оригинальный текст (англ.)
These and other recent scientific findings strengthen the conclusion of the previous assessment that the weight of scientific evidence suggests that the observed middle- and high-latitude ozone losses are largely due to anthropogenic chlorine and bromine compounds
Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации .
Для определения границ озоновой дыры выбран минимальный уровень содержания озона в атмосфере в 220 единиц Добсона .
Площадь озоновой дыры над Антарктикой составляла в 2018 году в среднем 22,8 млн квадратных километров (в 2010-2017 годах среднегодовые величины колебались от 17,4 до 25,6 млн квадратных километров, в 2000-2009 годах - от 12,0 до 26,6 млн квадратных километров, в 1990-1999 годах - от 18,8 до 25,9 млн квадратных километров).
История [ | ]
Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году на Южном полушарии , над Антарктидой , группой британских учёных: (англ. ) , (англ. ) , (англ. ) , опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature . Каждый август она появлялась, а в декабре - январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике осенью и зимой существуют многочисленные озоновые мини-дыры. Площадь такой дыры не превышает 2 млн км², время её жизни - до 7 суток .
Механизм образования [ | ]
В результате отсутствия солнечного излучения, во время полярных ночей озон не образуется. Нет ультрафиолета - нет озона. Имея большую массу, молекулы озона опускаются к поверхности Земли и разрушаются, так как неустойчивы при нормальном давлении.
Роуланд и Молина предположили, что атомы хлора могут вызвать разрушение больших количеств озона в стратосфере. Их выводы были основаны на аналогичной работе Пауля Джозефа Крутцена и Харольда Джонстоуна, которые показали, что оксид азота (II) (NO) может ускорять разрушение озона.
К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь , который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее ввиду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород , атомы кислорода , хлора , брома), неорганические (хлороводород , монооксид азота) и органические соединения (метан , фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора , которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой , образуя стабильный фтороводород . Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон , так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона, приведены в статье про озоновый слой .
Последствия [ | ]
Ослабление озонового слоя усиливает поток ультрафиолетовой солнечной радиации, проникающей в океанские воды, что ведет к увеличению смертности среди морских животных и растений .
Восстановление озонового слоя [ | ]
Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны, процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивания озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года. По данным профессора Сьюзан Соломон, с 2000 по 2015 озоновая дыра над Антарктидой уменьшилась примерно на площадь Индии. По данным НАСА , в 2000 году среднегодовая площадь озоновой дыры над Антарктидой составила 24,8 млн квадратных километров, в 2015 году - 25,6 млн квадратных километров .
Заблуждения об озоновой дыре [ | ]
Существует несколько широко распространённых мифов касательно образования озоновых дыр. Несмотря на свою ненаучность, они часто появляются в СМИ [ ] - иногда по неосведомлённости, иногда поддерживаемые сторонниками теорий заговоров . Ниже перечислены некоторые из них.
Озоновая дыра над Антарктидой существует уже давно [ | ]
Систематические научные наблюдения за озоновым слоем Антарктиды ведутся с 20-х годов XX века, но только во второй половине 70-х было обнаружено образование «устойчивой» Антарктической озоновой дыры, причем быстрые темпы её развития (увеличение размеров и снижение средней концентрации озона в границах дыры) в 80-е и 90-е годы вызвали панические опасения того, что точка невозврата в степени разрушающего антропогенного воздействия на озоновый слой уже пройдена.
Основными разрушителями озона являются фреоны [ | ]
Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25 % потерь озона в стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80 % хлора имеет антропогенное происхождение (подробнее про вклад различных циклов см. ст. озоновый слой). То есть вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. И при имевшейся тенденции к увеличению производства фреонов до вступления в действие Монреальского протокола (10 % в год) от 30 до 50 % общих потерь озона в 2050 году обуславливалось бы воздействием фреонов. До вмешательства человека процессы образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны, выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в сторону уменьшения концентрации озона. Что же касается полярных озоновых дыр, то здесь ситуация совершенно иная. Механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких широт, ключевой стадией является превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды, которая протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. И в результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами, за 40-50 % ответственен хлор и порядка 20-40 % - бром.
Позиция компании DuPont [ | ]
Компания DuPont после обнародования данных об участии фреонов в разрушении стратосферного озона восприняла эту теорию в штыки и потратила миллионы долларов на кампанию в прессе по защите фреонов. Председатель DuPont писал в статье в журнале Chemical Week от 16 июля 1975 года, что теория разрушения озона - это научная фантастика, вздор, не имеющий смысла . Кроме DuPont целый ряд компаний во всём мире производил и производит различные типы фреонов без отчисления лицензионных платежей .
Фреоны слишком тяжелы, чтобы достигать стратосферы [ | ]
Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а не стратифицируются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно, в динамической атмосфере это невозможно. Процессы вертикального массопереноса, конвекции и турбулентности полностью перемешивают атмосферу ниже турбопаузы намного быстрее. Поэтому даже такие тяжёлые газы, как инертные или фреоны , равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе и стратосферы . Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это, см. например справа график распределения фреона CFC-11 по высоте. Также измерения показывают, что требуется порядка пяти лет для того чтобы газы, выделившиеся на поверхности Земли, достигли стратосферы, см. второй график справа. Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые газы из её состава, как аргон и углекислый газ , образовывали бы на поверхности Земли слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы поверхность Земли необитаемой. Но это не так. И криптон с атомарной массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют одну и ту же относительную концентрацию, что около поверхности, что до 100 км высоты. Конечно, всё вышесказанное справедливо только для газов, которые относительно стабильны, как фреоны или инертные газы. Вещества, которые вступают в реакции, а также подвергаются различным физическим воздействиям, скажем, растворяются в воде, имеют зависимость концентрации от высоты.
Основные источники галогенов природные, а не антропогенные [ | ]
Источники хлора в стратосфере
Есть мнение, что природные источники галогенов , например вулканы или океаны , более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлорид-ионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю. Также природные соединения менее устойчивы, чем фреоны, например метилхлорид имеет атмосферное время жизни всего порядка года, по сравнению с десятками и сотнями лет для фреонов. Поэтому их вклад в разрушении стратосферного озона довольно мал. Даже редкое по своей силе извержение вулкана Пинатубо в июне 1991 года вызвало падение уровня озона не за счёт высвобождаемых галогенов, а за счёт образования большой массы сернокислых аэрозолей, поверхность которых катализировала реакции разрушения озона. К счастью, уже через три года практически вся масса вулканических аэрозолей была удалена из атмосферы. Таким образом, извержения вулканов являются сравнительно краткосрочными факторами воздействия на озоновый слой, в отличие от фреонов, которые имеют времена жизни в десятки и сотни лет.
Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов [ | ]
Динамика изменения размера озоновой дыры и концентрации озона в Антарктике по годам
Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере . Ввиду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. Будучи очень летучими молекулярными соединениями, они сравнительно легко достигают верхних слоёв атмосферы.
Сама Антарктическая «озоновая дыра» существует не круглогодично. Она появляется в конце зимы - начале весны (август-сентябрь) и проявляется в заметном снижении средней концентрации озона внутри обширной географической области. Причины, по которой озоновая дыра образуется в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Низкие температуры антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса и слабо перемешивается с воздухом других широт. В это время полярная область не освещается Солнцем, и в отсутствие ультрафиолетового облучения озон не образуется, а, накопленный до этого, разрушается (как в результате взаимодействий с другими веществами и частицами, так и самопроизвольно, поскольку молекулы озона нестабильны). С приходом полярного дня количество озона постепенно увеличивается и снова выходит к нормальному уровню. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой - сезонные.
Но если проследить усреднённую в течение каждого года динамику изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних десятилетий, то имеется выраженная тенденция к падению средней концентрации озона в пределах огромной географической области.
Источники и примечания [ | ]
- Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2006 (англ.) . Проверено 13 декабря 2007. Архивировано 16 февраля 2012 года.
- «Знание-сила» Новости науки: 27.12.99 (рус.) . Проверено 3 июля 2007. Архивировано 16 февраля 2012 года.
Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства