Разрушение озонового слоя и последствия глобальной проблемы

Озоновый слой

Ультрафиолетовое излучение Солнца – одна из опасностей, которые посылает на Землю самый известный желтый карлик. Защищает землян от этого вредного воздействия озоновый слой, но он и сам нуждается в защите.

Что такое озоновый слой

Земля окружена газовой оболочкой – атмосферой, защищающей планету от вредного воздействия солнечной энергии. Она состоит из 5 основных слоев, с разным химическим составом и защитными функциями. В одном из них находится прослойка, в которой преобладают молекулы озона (О3), образуя голубой газ со специфическим запахом.

Роль озонового слоя – поглощение ультрафиолетовых лучей. Другие функции:

  • нейтрализация CO2;
  • отражение элементарных частиц с высокой энергией (ослабляет космическую радиацию в 6500 раз);
  • удержание кислорода;
  • поддержание теплового баланса на планете.

Поглощение солнечных лучшей

Образовалась озоносфера 1,80—0,80 млрд лет назад, но открыт и описан озон был только в 1839-1840 гг. Ф. Шёнбейном, немецким химиком. В 80-х гг. 19 ст. его обнаружили в приземной атмосфере и стали регулярно измерять.

В стратосфере озон обнаружил ирландский химик Гартли в 1881 г., а в 1912 г. 2 французских физика – Шарль Фабри и Анри Буиссон – открыли существование озонового экрана. Тогда же стали проводиться постоянные наблюдения за его состоянием.

Где находится

На высоте 11-50 км расположен 2-й по счету слой атмосферы – стратосфера. Внутри нее, на расстоянии 15-40 км от Земли, находится озоновый слой.

Слои атмосферы

В полярной зоне до него 15 км, наибольшая удаленность – 25-30 км – наблюдается в тропическом поясе.

Как образуется

Озон образуется в 2 этапа. Вначале под воздействием дальних ультрафиолетовых лучей молекулярный кислород расщепляется на 2 атома, каждый из которых вступает в реакцию с молекулой кислорода:

O + О2 + М → О3 + М

где М – нейтральная молекула, участвующая в химической реакции.

Толщина

Озоновый слой самый тонкий в атмосфере. Его толщина равна 3 мм, или 300 DU (единиц Добсона).

Но есть нюанс – это при нормальном давлении (1атм, или 760 мм рт. ст.). Реальная толщина измеряется километрами, потому что газовая среда атмосферы разрежена.

Озоновый слой и УФ-излучение

Диапазон невидимого человеческому глазу ультрафиолетового излучения – 10-400 нм. Самый опасный ультрафиолет UV-С, длиной 100-280 нм, поглощается практически полностью кислородом и озоном на высоте свыше 35 км.

Средневолновое излучение UV-В, которое вызывает рак кожи, поглощает на 90%.

УФ-излучение
Поглощение УФ-излучения озоновым слоем.

Почти весь длинноволновой диапазон UV-A (310-400 нм), или ближний ультрафиолет, доходит до земли, но он не оказывает вредного влияния на все живое.

Озоновые дыры в атмосфере

Озоновый экран имеет свойство истончаться, в результате чего на поверхность Земли попадает большее количество ультрафиолета, что губительно для живой природы.

История обнаружения

Первую дыру, диаметром более 1 000 км, обнаружили в 1985 г. над Антарктидой 3 британских ученых.

Озоновая дыра над Антарктидой
Фотография озоновой дыры над Антарктидой. Вид с космоса.

Сообщение об открытии они опубликовали в журнале Nature.

Механизм появления

Озоновый слой истончается из-за распада молекул озона вследствие реакций с некоторыми веществами, которые попадают в атмосферу в результате хозяйственной деятельности и естественных процессов, происходящих в природе.

Озоновые дыры в Арктике

Осенью и зимой в Арктической зоне периодически появляются небольшие дыры в озоновом слое. Самая крупная была обнаружена в марте 2020 г. на высоте 18 км над уровнем моря. Об этом сообщил журнал Nature.

Ее размеры превысили площадь Гренландии в 3 раза. Такое явление не характерно для Арктики, где температуры не такие низкие, как в Антарктике.

К счастью, концентрация озона быстро восстановилась. Среднее время существования озоновых дыр в районе Северного полюса – 7 суток.

Заблуждения об озоновых дырах

Гипотезы о причинах возникновения озоновых дыр порождают различные мифы и заблуждения. Не имеет под собой почвы утверждение, что только фреоны могут разрушать озон. Последний реагирует также и с галогенами, распадаясь на молекулярный кислород.

Некоторые ученые считают, что фреоны не могут достигать стратосферы вследствие своей тяжести. Это так, если не брать во внимание турбулентность, конвекцию, вертикальный массоперенос.

Благодаря этим процессам, все газы в атмосфере перемешиваются быстрее, чем при диффузном расслоении, поэтому фреоны могут достигать высот в десятки километров.

Еще одно неверное предположение, что озоновые дыры образуются только в районе Южного полюса, опровергается результатами измерений концентрации О3 в разных местах планеты: истончение озонового слоя происходит повсеместно.

Причины разрушения озонового слоя

Озоновый слой разрушается, и это неизбежный факт. В некоторых случаях «виновата» сама природа, но чаще – земляне.

Естественные факторы

К природным факторам, убивающим озон в стратосфере, относятся:

  • вулканические извержения;
  • полярные вихри;
  • полярные стратосферные перламутровые облака;
  • отсутствие УФ-излучения в период полярных ночей.

Озоновый слой, разрушенный под действием природных факторов, быстро восстанавливается.

Антропогенные факторы

Промышленные выбросы в атмосферу – вот главная угроза для озонового экрана.

Масла в огонь подливает сельское хозяйство, авиация и космические полеты, добыча и обработка полезных ископаемых.

Выбросы фреона в атмосферу

Фреоны, или хладоны, – это газы, в составе которых хлор, фтор, бром, по отдельности либо в комбинации. Для человека они нетоксичны, но могут годами сохраняться в атмосфере и накапливаться, не прекращая разрушительную деятельность.

В настоящее время в атмосферу ежегодно попадает 1,4 млн т хладонов. Кроме уменьшения озонового слоя, они участвуют в создании парникового эффекта.

Название газаВремя жизни в атмосфере (лет)
Метан-11
Оксид Озота114
Фреон-1145
Фреон-12100
Фреон-1151700
Галон-130165
Гексафторид серы3200
Фреон-1450000

С целью защиты озонового экрана в США и Европе запрещено использовать фреон R22. В кондиционерах для автомобилей вместо газа R12 используется менее опасный хладон R134. ЕЭС ужесточил правила транспортировки хладагентов, и теперь чаще используется газ R290 (пропан).

Продукция без фреонов
Маркировка продукции, не содержащей фреонов.

Ракеты и спутники

Ракетно-космическая техника не оказывает глобального влияния на концентрацию озона в стратосфере. Запуск таких мощных ракет, как «Спейс Шаттл» и «Энергия» хоть и воздействуют на атмосферный озон, но кратковременно и локально.

Запуск ракеты

Озоновое облако, которое почти мгновенно разрушается в следе ракетоносителя, относительно быстро восстанавливается.

Исследования показали, что в большей мере вредят озоносфере твердотопливные ракеты, из-за хлорных соединений в продуктах сгорания. Кроме того, в выхлопных газах содержится почти треть оксида алюминия (Al2O3).

Его мелкие частицы становятся ядрами конденсации водяных паров и могут оказывать негативное влияние на озон, но это предположение пока не доказано. Даже несмотря на это, выброс хлорсодержащих газов космических ракет составляет менее 1% того хлора, который поставляют в стратосферу другие источники.

Авиатранспорт

Озон разрушают оксиды азота и диоксид углерода (СО2), содержащиеся в выхлопных газах пассажирских и грузовых самолетов. Однако авиалайнеры летают на высоте 9-12 км, поэтому практически не доставляют вреда озоновому слою.

Ситуация может измениться, если увеличится парк сверхзвуковых самолетов. По предположениям ученых, при эксплуатации 500 таких авиалайнеров падение озона составит 1-2%.

Чтобы уменьшить этот показатель, конструкторы работают над созданием новых камер сгорания, с уменьшенным индексом эмиссии вредных газов.

Удобрения

Азотные удобрения, содержащие синтетический аммиак, высокоэффективны для развития растений, но настолько же вредны для озонового слоя.

Окислы азота, выделяемые при разложении этих веществ, разрушают молекулы озона, вступая с ними в реакцию.

Окислы Озота
Окислы Озота

Вред значительный, учитывая масштабы применения удобрений в сельском хозяйстве.

Опасные вещества

Главные «убийцы» озона:

  1. Простые вещества: водород, бром, хлор, атомарный кислород.
  2. Органические соединения: метан, фторхлор, галогеноалканы.
  3. Неорганические соединения: оксид азота, хлороводород.

Самыми опасными считаются фторбромфреоны, хлорфторуглероды (ХФУ). Благодаря своей стабильности, они сохраняются в атмосфере десятки лет, накапливаясь и вступая в новые реакции с О3.

Полный список озоноразрушающих веществ приведен в Постановлении Правительства РФ № 228.

Прочее

Выявлены еще не все факторы, разрушающие атмосферный озон, и в этом направлении ведутся активные работы.

Последствия истончения озонового экрана

Все живые организмы, обитающие в областях, расположенных под озоновыми дырами, подвергаются опасности. Ученые считают, что негативные последствия в полной мере проявятся к концу XXI столетия.

Воздействие на человека

Уменьшение концентрации стратосферного озона оборачивается для человека серьезными проблемами:

  1. Снижение иммунитета. Организму все труднее противостоять туберкулезу, грибковым инфекциям и другим дерматозам.
  2. Частые ожоги кожи.
  3. Ухудшение зрения: развитие катаракты, меланомы глаза, дистрофия роговицы, отслоение сетчатки.
  4. Рост заболеваемости раком кожи.

Пятна на коже

Уменьшение толщины озонового слоя влечет увеличение развития меланомы кожи на 3%.

Экологические проблемы

Для экологии уменьшение защитных свойств озонового экрана повлечет следующие катастрофические последствия:

  1. Будет подавлен фотосинтез.
  2. Снизится плодородие почв из-за отмирания почвенных бактерий.
  3. Уменьшится биологический ресурс морей и океанов.
  4. Размножатся сине-зеленые водоросли, губительные для рыб и человека.
  5. Вымрут мигрирующие виды животных из-за потери адаптивных качеств.

Плохая почва

К счастью, полное исчезновение озонового экрана невозможно, потому что природа предусмотрела пути его восстановления.

Решение проблем разрушения озонового слоя

Человек своей необдуманной деятельностью сумел истощить озоносферу, но способы ее восстановления пока не найдены. Остается только ждать, пока это произойдет естественным путем и постараться сохранить запас имеющегося стратосферного озона.

Попытки улучшить ситуацию в этом вопросе предпринимаются. Одним из первых шагов стал международный протокол.

Монреальский протокол

Как только ученые заметили, что концентрация озона уменьшается, сразу же стали предприниматься меры по недопущению усиления этого процесса. В сентябре 1987 г. в Монреале был подписан протокол, который вступил в силу 1 января 1989 г. В связи с новыми научными исследованиями, в документ 7 раз вносились изменения.

В Протоколе говорится о необходимости отказа от производства и использования некоторых галогенуглеводородов. Есть надежда, что реализация планов, изложенных в этом документе, поможет до 2050-2060 г. полностью восстановить озоновую защиту.

Производство озона

Озон получают несколькими способами:

  • из воздуха и кислорода, используя электрический разряд;
  • из растворов электролитов, через электрохимические реакции;
  • облучая воздух коротковолновым (жестким) ультрафиолетом.

Устройства для промышленного получения озона называются озонаторами.

Производство озона
Электросинтез озона в коронном разряде.

Запустив озоновые фабрики на всех континентах, можно было бы не переживать за истощение озоносферы, но из-за большого энергопотребления такой вариант возможен только теоретически.

Использование экологически чистого топлива

Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащен почти весь автомобильный парк России, увеличивают в воздухе концентрацию вредных веществ. Поэтому во всем мире осуществляется переход на электротягу. Это потянет за собой новую проблему – утилизация аккумуляторных батарей, так что идеального во всех отношениях варианта пока нет.

Еще один перспективный вариант отказа от использования в двигателях солярки и бензина – это биотопливо. США и Бразилия – лидеры по производству биоэтанола, который добавляют в бензин. Из растительных масел и животных жиров производят еще один вид топлива – биодизель. Он используется как самостоятельное топливо и в смеси с солярой.

Не создано пока безопасное топливо и для ракетоносителей. Чтобы вывести на орбиту космический корабль, сжигаются десятки тонн топлива, которое выделяет токсичные вещества.

Высадка лесов

Зеленые насаждения способствуют выработке озона сразу в 2-х направлениях. Через фотосинтез вырабатывается кислород, который под воздействием ультрафиолета превращается в озон. С другой стороны, растительность поглощает углекислый газ, который также разрушает озон.

Высадка леса

Конечно, деревья не смогут залатать озоновые дыры, но поспособствовать сохранению имеющегося О3 им под силу.

Прочие методы борьбы с проблемой

Создан проект о введении на орбиту 20-30 спутников с лазерными излучателями, которые будут ускорять образование озона.

Защита озонового слоя

К способам защиты озона относится переход на биотопливо, разработка новых технологий в холодильной промышленности, отказ от опасного производства, от использования озоноразрушающих веществ.

В России

В РФ выполняются все предписания Монреальского протокола. В законе №7-ФЗ от 2002 г., касающегося охраны окружающей среды, ст. 54 посвящена защите озонового слоя.

Каждое промышленное предприятие имеет разрешение на выброс в атмосферу определенного количества газов, содержащих вредные для озона вещества. За превышение лимита следуют строгие санкции, вплоть до закрытия предприятия.

Международный опыт

В странах ЕС строго контролируется использование фторсодержащих газов. Все оборудование, содержащее озоноразрушительные вещества, в обязательном порядке проверяется на герметичность. Специалисты, обслуживающие такие системы, обязаны сдать экзамен для допуска к работам. Государственные и частные компании также проходят лицензирование.

В Нидерландах, Венгрии и некоторых других странах проводится строгий учет оборота оборудования, использующего вредные для озона вещества. Информацию поставляют производители и продавцы, монтажные организации, устанавливающие это оборудование. Контролем занимаются сразу несколько структур, включая органы местного самоуправления.

В Европейском союзе запрещено утилизировать оборудование без предварительного извлечения фторсодержащих веществ. Этим занимаются специализированные организации, а ответственность лежит на потребителе.

Защита озонового слоя

16 сентября проводится Международный день охраны озонового слоя, а это значит, что проблема находится на контроле у правительств всех стран мира.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Мусор и отходы: переработка, утилизация, технологии
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: