Ученые обнаружили озоновые дыры в атмосфере по всему миру, на разных континентах. Первая и самая большая дыра была обнаружена в Антарктиде, но меньшие дыры не менее опасны.
Озоновые дыры — «дети» стратосферных вихрей
В современной атмосфере озона мало, менее трети от его газообразной формы, но он играет важнейшую роль в предотвращении разрушения белков и нуклеиновых кислот интенсивным ультрафиолетовым излучением (коротковолновой частью солнечного спектра). Кроме того, стратосферный озон является важным климатическим фактором, определяющим краткосрочные и локальные изменения климата.
Скорость реакций разложения озона зависит от катализаторов. Катализаторами могут быть как естественные атмосферные оксиды, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных наводнений (например, сильных вулканических извержений). Однако во второй половине прошлого века человечество начало сильно беспокоиться, когда было обнаружено, что вещества промышленного происхождения также могут выступать в качестве катализаторов реакций разрушения озонового слоя.
Озон (O3) — это относительно редкая молекулярная форма кислорода, состоящая из трех атомов. Озона не так много в современной атмосфере (газа не более одной части на триллион), но он играет важнейшую роль в предотвращении разрушения белков и нуклеиновых кислот интенсивным ультрафиолетовым излучением (короткозамкнутая часть солнечного спектра). Таким образом, до появления фотосинтеза, то есть свободного кислорода и озона в атмосфере, жизнь могла существовать только в воде.
Кроме того, стратосферный озон является важным климатическим фактором, определяющим краткосрочные и локальные изменения климата. Озон нагревает стратосферу, поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, регулируя характер планетарных тепловых и циркадных процессов во всей атмосфере.
Нестабильные молекулы озона образуются и разрушаются естественным образом под воздействием различных абиотических и небиотических факторов. Этот процесс привел к своего рода динамическому равновесию в течение длительного периода эволюции. Скорость реакции разложения озона зависит от катализатора. Катализаторами могут быть как естественные атмосферные оксиды, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных наводнений (например, сильных вулканических извержений).
Однако человечество начало сильно беспокоиться во второй половине прошлого века, когда было обнаружено, что вещества промышленного происхождения также могут быть катализаторами реакций, разрушающих озон. Общественное мнение было особенно взбудоражено обнаружением так называемой озоновой дыры над Антарктидой.
Я не говорю о теориях заговора, хотя считаю, что воздействие химических веществ на озоновый слой, возможно, действительно преувеличено. В большинстве случаев истина, как всегда, лежит где-то посередине. Если у вас есть свое четкое мнение, я призываю вас обсудить его в комментариях к этой статье.
Что такое озоновые дыры и где они находятся?
Так называют стратосферу, где уровень озона снижается. В среднем наблюдается снижение на 30%. Через эти щели проникает больше ультрафиолетового излучения, которое вредно для всех живых организмов.
Первая такая дыра была обнаружена в Антарктиде в 1985 году. Он был огромным, более 1000 километров в диаметре. В то время высота озонового слоя составляла 24 километра. По наблюдениям, дыра появлялась в конце каждого лета и исчезала в начале зимы. Измерения показали, что концентрация озона снизилась на 50% от допустимого уровня. Опрос, проведенный в 2008 году, показал еще более неутешительные результаты. В то время антарктическая дыра уже занимала площадь в 26 миллионов квадратных километров. Это означает, что вся жизнь на Земле находится в большей опасности, чем предполагалось изначально.
Еще одна большая дыра была обнаружена над Северным полюсом. Всего насчитывается более 100 отверстий, но самое крупное из них все равно будет обнаружено первым. Только за последние 50 лет уровень озона снизился на 7%.
Как образуются?
Истощение озонового слоя началось примерно в 1970-х годах. Причина этого в том, что в стратосферу попали озоноразрушающие компоненты. В основном это хлор и бром, а также другие вещества, образующиеся в результате вырубки лесов, химических выбросов промышленных предприятий и запусков ракет. Побочные продукты человеческой деятельности поднимаются в атмосферу под воздействием ультрафиолетового излучения и разрушаются в стратосфере. Выделяющиеся бром и хлор сжигают молекулы озона. Одна молекула хлора может оставаться в верхних слоях более 100 лет, сжигая за это время не менее 100 000 молекул озона.
Существуют и другие факторы. Например, полярная ночь, которая на севере длится очень долго. В самые темные часы озон не вырабатывается. Низкие температуры создают стратосферные облака со скоплениями ледяных кристаллов. Молекулы хлора накапливаются в этих кристаллах. Затем наступает весна, температура повышается, и солнечный свет возвращается. Это разрушает молекулярные связи хлора, и озоновый слой начинает растворяться и разрушаться.
Это также объясняет, как затягивается озоновая дыра. Когда солнце ярко освещает столбы, в них попадает больше воздуха. В воздухе присутствует озон, который сужает разрыв.
О причинах
Этому есть много причин, самая главная из которых — антропогенное загрязнение. Озоновый слой разрушают не только вышеупомянутые хлор и бром, но и водород, продукты сгорания и вредные промышленные выбросы. При испытаниях ядерных технологий выделяется большое количество энергии, которая может причинить значительный ущерб. Выделяются оксиды азота, которые вступают в реакцию с озоном и разрушают его молекулы. По оценкам ученых, только в период с 1952 по 1971 год в результате ядерной деятельности в атмосферу попало не менее 3 миллионов тонн оксидов азота.
Еще одна категория опасных источников — реактивное использование. Они также производят оксиды азота во время полета. Чем мощнее двигатель, тем больше выбросов выбрасывается в атмосферу. Количество азота от реактивных самолетов составляет около 1 миллиона тонн каждый год.
Ближе к повседневной жизни обычных людей находятся минеральные удобрения. Они повсеместно используются в сельском хозяйстве. Попадая в почву, металлы вступают в реакцию с частицами почвы и бактериями. В результате образуются оксиды азота, которые затем преобразуются в оксиды.
Что касается деятельности человека, то наибольшее воздействие на озоновый слой оказывают соединения, которые попадают в воздух и вступают в реакцию с этим газом. Наибольшие концентрации таких веществ сосредоточены вблизи полюсов, отсюда и толстый озоновый слой.
Первая большая озоновая дыра была обнаружена в Антарктиде в 1985 году. Его диаметр составлял около 1000 км, он появлялся ежегодно в августе и исчезал в начале зимы. Позже исследователи обнаружили, что концентрация озона над материком снизилась на 50%, причем наибольшее падение было зафиксировано на высоте 14-19 км. Позже за полярным кругом была обнаружена еще одна большая дыра (меньшего размера), и ученым известны сотни подобных явлений, самым крупным из которых является то, что происходит на Южном полюсе.
Из-за долгой полярной ночи на полюсе температура резко падает, и образуются стратосферные облака, содержащие кристаллы льда. В результате в воздухе накапливается молекулярный хлор, внутренние связи которого разрушаются с наступлением весны и приходом солнечной радиации.
Цепочка химических процессов, происходящих при попадании отдельных молекул хлора в атмосферу, приводит к разрушению озона и образованию озоновых дыр. Когда солнце начинает светить в полную силу, воздушные массы с новым количеством озона направляются к полюсам, закрывая дыру.
Почему появляются озоновые дыры?
Существует множество причин возникновения озоновых дыр, самой главной из которых является загрязнение природной среды человеком. Помимо хлора, молекулы озона расщепляют водород, кислород, бром и другие продукты сгорания, попадающие в атмосферу из выбросов заводов, фабрик и дымящих электростанций. Озоновый слой также подвергается воздействию ядерных испытаний. При взрывах выделяется большое количество энергии и образуются оксиды азота, которые вступают в реакцию с озоном и разрушают его молекулы. По оценкам, в период с 1952 по 1971 год во время ядерных взрывов было выброшено около 3 миллионов тонн озона.
Оксиды азота также выбрасываются в атмосферу самолета и способствуют образованию озоновых дыр. Чем мощнее реактивный двигатель, тем выше температура в камере сгорания и тем больше оксидов азота выбрасывается в атмосферу. По оценкам, ежегодно в воздух выбрасывается один миллион тонн азота, треть которого приходится на самолеты. Еще одним источником разрушения озонового слоя являются неорганические удобрения, которые при внесении в почву вступают в реакцию с почвенными бактериями. В этом случае он выбрасывается в атмосферу, где образуются оксиды азота.
Единицы Добсона используются для характеристики количества озона в атмосфере Земли. Озоновый слой в 3 мм соответствует 300 единицам Добсона. Толщина озонового слоя колеблется от 100 до 600 точек Добсона.
Последствия озоновых дыр
Уменьшение озонового слоя увеличивает воздействие солнечной радиации на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана смертельна для живых организмов.
Основным следствием истощения озонового слоя Земли является исчезновение всех видов флоры и фауны. Ученые уже наблюдают массовое вымирание видов морского планктона и бентических организмов из-за усиливающегося негативного воздействия ультрафиолетового излучения.
С точки зрения воздействия на человека, повышенное количество солнечного света негативно влияет на состояние кожи, вызывая рост меланомы (рака кожи). По мере увеличения количества ультрафиолетового излучения, достигающего Земли, увеличивается и заболеваемость другими видами рака. Например, снижение на 1% уровня голубого газа в стратосфере увеличивает количество раковых заболеваний на 7 000 в год.
Способы решения проблемы
Поскольку деятельность человека является основной причиной разрушения озонового слоя на Земле, нормализация атмосферы требует новых производственных и эксплуатационных технологий, направленных на значительное сокращение или устранение выбросов ХФУ и других вредных соединений.
Для предотвращения образования озоновой дыры необходимо
- 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.
По мнению экологов, такие профилактические меры имеют положительный эффект, но меры по восстановлению озонового слоя гораздо эффективнее. Это означает распыление искусственных синтетических газов на высоте от 10 до 30 километров над поверхностью Земли с помощью специальных летательных аппаратов. Этот метод быстро заполняет пробелы в атмосфере, но он не лишен недостатков. Первая проблема заключается в высокой стоимости этой меры (она экономически оправдана только в том случае, если несколько стран объединятся). Вторая проблема заключается в том, что перевозчикам трудно и опасно транспортировать синтетический озон к местам распыления.
В 1985 году была принята Венская конвенция по защите озонового слоя. В 1987 году был создан Монреальский протокол, в котором перечислены наиболее вредные вещества, находящиеся в воздухе и образующиеся в результате деятельности человека. Государства-члены обязались сократить выбросы этих веществ и постепенно вывести их из употребления к началу 21 века.
Результаты международного соглашения налицо. Истощение озонового слоя уменьшается в разных частях света, включая Антарктиду. Общины по всему миру страдают от этой проблемы. Создаются экологически чистые автомобили, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.
Результаты международного соглашения налицо. Истощение озонового слоя уменьшается в разных частях света, включая Антарктиду. Общины по всему миру страдают от этой проблемы. Создаются экологически чистые автомобили, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.
Можно ли восстановить озоновый слой
Атмосферный озон может восстанавливаться очень быстро, так как он является результатом физических и химических реакций, а не нефти, которая добывается миллионы лет.
В заявлении ООН говорится, что после сокращения использования определенных химических веществ озоновый слой начал восстанавливаться. Агентство даже предсказало, что для полного восстановления озонового слоя потребуется около 40 лет.
Это хорошая новость, но такой хороший прогноз не означает, что нам нужно расслабиться и возобновить использование химических веществ. Для обеспечения результатов мы разрабатываем специальные программы по сокращению выбросов и использованию вредных соединений. Все новые разработки также контролируются на предмет соответствия принятым нормам.
Может ли исчезнуть озоновая дыра
Озоновая дыра не только исчезает, она постоянно исчезает. Это связано с определенными природными явлениями и даже климатическими особенностями.
Например, я уже говорил, что озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на кислород. Поэтому он не может образоваться во время полярной ночи просто потому, что солнце не «восходит» в течение нескольких месяцев. В этом случае концентрация озона в атмосфере снижается локально, но восстанавливается в течение полярного дня.
Озоновые дыры не являются постоянными.
Некоторые дыры могут быть вызваны солнечной активностью или другими возмущениями. В результате они появляются и исчезают. Иногда она длится несколько дней и редко затягивается на месяцы. Особенно, как уже говорилось, когда вблизи полюса, где есть высокая концентрация химических веществ, постоянно разрушающих озоновый слой.
Когда изобрели фреон
Итак, считаете ли вы, что главным виновником чрезвычайных мер является фреон? В каком-то смысле это так, если верить основной теории. Можно даже сказать больше — у виновника озоновой дыры есть конкретное имя. Этим именем названа карьера Уиллиса Хэвиленда. Именно он сконструировал первый кондиционер для удаления воздуха из бруклинской типографии в 1902 году.
Этот кондиционер, как и первый холодильник 1910 года, действительно работал на аммиаке, а не на франтоне, что привело к массовому использованию нового соединения.
18 Случайные научные изобретения и открытия, изменившие мир
С годами кондиционеры воздуха эволюционировали и даже стали массовыми. Первая компактная модель для коммерческого использования появилась в 1929 году под руководством Томаса Эдисона из компании General Electric.
Аммиак, используемый в кондиционерах воздуха, в целом не так опасен, как может показаться на первый взгляд, но риск все же существует. Аммиак сам по себе широко распространен в природе и может быть синтезирован человеком, но высокие концентрации могут быть смертельно опасны. Технология Craftsman и аксессуары в то время не сбрасывали риск утечки, поэтому аммиак начали постепенно устранять и заменять фреоном.
Фреон был признан безопасным хладагентом для человека и его роста незадолго до Великой депрессии, начиная с General Motors и DuPont. Впервые союз был составлен в 1928 году Томасом Мидли-младшим. дочерняя компания General Motors. Вещество было названо фреоном.
Томас Миджли-младший. Он умер в возрасте 55 лет. Он заболел и потерял подвижность, но создал для себя систему передвижения. В 1944 году он захворал и умер.
В 1903 году компании General Motors и DuPont создали кинетическую химическую компанию. Компания производила фреон. Патент на Fron принадлежал компании Frigidaire, где работал Томас Миджли-младший.
Во время презентации нового вещества его изобретатель Томас Мидгли-младший вдыхал газ и выдыхал его через свечу. Таким образом он доказал, что газ безопасен для человека и что он не горит.
Это привело к взрывному росту производства бытовых холодильников и кондиционеров. Затем Франтон начал осваивать другие сферы производства, но после осознания того, что он еще более опасен, чем аммиак, они стали возвращаться к последнему.
