где находится, значение и функции, толщина и истощение
1 309 5 1
Озоновый слой – это часть стратосферы, которая содержит химический элемент озона и окружает Землю. Этот экран располагается на расстоянии от 10 до 40 км от нашей планеты. Защитной функцией слоя считается препятствование проникновения высоких доз излучения ультрафиолетового типа в нижние слои атмосферы планеты.
Содержание:
- 1 Что такое озоновый слой?
- 2 Где находится озоновый слой?
- 3 Как образуется озоновый слой?
- 4 Толщина озонового слоя
- 5 Значение озонового слоя
- 6 Истощение озонового слоя
- 7 Последствия разрушения озонового слоя
- 8 Решение проблем истощения озонового слоя
Что такое озоновый слой?
Озоновый слой представляет собой тонкую часть атмосферы Земли, которая поглощает почти весь вредный солнечный свет ультрафиолетового излучения. Озоновый слой — это один слой стратосферы или второй слой атмосферы Земли.
Озоносфера поглощает частички солнечного излучения, попадающего на Землю. Несмотря на то, что живым организмам нужно некоторое количество солнечного излучения, чтобы существовать, слишком большое его количество может нанести серьезный вред. Озоновый слой действует как щит для жизни на Земле.
Концентрация озона в воздухе составляет около 6-10% на земной поверхности. Под влиянием Солнечной радиации происходит формирование озона из атомарного кислорода в верхней части атмосферы. Озоновый экран регулирует жесткость космического излучения.
Ультрафиолетовые солнечные лучи и их компоненты могут быть очень опасны для жителей Земли. Озоновый слой защищает живые организмы планеты от вредоносного эффекта небесного светила, однако и сам нуждается в защите. Еще в конце 50-х годов прошлого столетия ученые обнаружили истощение озонового слоя. Подобная экологическая проблема до сих пор является частой темой для дискуссий между учеными.
Где находится озоновый слой?
Повышение содержания молекул озонового слоя прослеживается на расстоянии 10 км и сохраняется до 50 км над нашей планетой.
Плотность озоновых частиц постепенно увеличивается по мере удаления от поверхности планеты. Наиболее показательные значения приходятся на стратосферу, а именно на ее область, на высоте 20-25 км. Поэтому, озоносфера наблюдается в тропическом поясе. Здесь элементов озона в 10 раз больше, чем у Земляной поверхности.
Озоновый экран считается продуктом процесса фотодиссоциации из молекулярного кислорода. Он располагается на высоте 10-100 километров. Однако его максимальная концентрация отмечается на высоте, равной 20 метров. Экран озона поглощает основную массу ультрафиолетовых лучей, которые наносят вред всем живым организмам нашей планеты. По этой причине большинство ученых обычно проводят границу биосферы на высоте озонового слоя.
Как образуется озоновый слой?
Озоновый слой создается на границе стратосферы и тропосферы. Здесь коротковолновые лучи с ультрафиолетовым эффектом начинают взаимодействовать с кислородом. В случае если длина волны не достигает 242 км, происходит расщепление двухатомной молекул кислорода на два независимых атома.
Далее, каждый атом по отдельности вступает в новую химическую реакцию вместе с нерасщепленным двухатомным кислородом.
В конце последней реакции формируется трехатомная кислородная молекула, то есть озон. Британский геофизик С. Чепмен подробно открыл и описал эту реакцию. В результате, она стала назваться механизмом Чепмена.
Толщина озонового слоя
Толщина слоя озона составляет примерно 2-4 мм. Минимальный слой фиксируется на экваторе, в то время как максимальный регистрируется у полюсов. Озоносфера претерпевает постоянное ослабление над некоторыми районами Земли, включая густонаселенные районы в средних широтах северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная «озоновая дыра».
Озоновый экран выполняет защищает всю планету, несмотря на свою тонкость. Истощение озонового слоя способствует увеличению УФВ-излучения, которое может привести к перестановке биогеохимических циклов. Эта трансформация в биогеохимических циклах может изменить источники и поглотители парниковых газов и косвенно способствовать проблеме глобального потепления.
Значение озонового слоя
Озон формирует защитную оболочку вокруг планеты. Именно она защищает окружающую среду от воздействия ультрафиолетового излучения желтого карлика, которое может вызвать рак и другие серьезные недомогания. Животные также могут страдать от серьезных заболеваний, вызванных радиацией, и их фертильность может снизиться.
Также было замечено, что на рост растений отрицательно влияет воздействие УФ-излучения. Озоновый слой защищает не только человека, но и всю окружающую среду от многих неблагоприятных воздействий УФ-излучения. Поэтому важно не допускать истощения озонового слоя.
Истощение озонового слоя
Озоновый экран истощается, и это неизбежное явление. Иногда это происходит по природным (естественным) причинам, но, в основном, «виноваты» жители планеты. Озоновый экран, истощенный под действием природных факторов, легко восстанавливается. Принято выделять следующие естественные причины разрушения озоносферы Земли:
- извержение вулканов;
- полярные вихри;
- ветра в стратосфере;
- отсутствие ультрафиолетового -излучения во время полярных ночей;
- солнечные пятна.
Извержения вулканов косвенно затрагивают процесс разрушения озонового экрана. Вулканы выбрасывают большое количество частиц и аэрозолей при извержении. Эти испускаемые частицы формируют поверхность, на которой происходят различные химические реакции, которые могут нанести вред слою стратосферы.
Как отмечают многие ученые, естественной причиной разрушения озонового слоя являются так называемые стратосферные ветры. Стратосферные ветры приводят к увеличению содержания оксидов азота в атмосфере. По этой причине усиливается истощение озонового слоя. Солнечные пятна также могут иметь негативные последствия для озона, так как они сопровождаются увеличением УФ-излучения, которое может изменить концентрацию озона в атмосфере.
Основную угрозу для озоносферы составляют промышленные выбросы в атмосферу, среди них ученые отмечают следующие аспекты:
- использование метилхлороформа;
- использование бромида метила;
- использование гидрохлорфторуглеродов;
- применение хлорфторуглеродов;
- использование галонов;
- использование четыреххлористого углерода.
Люди вносят свой неутешительный вклад в истощение озонового экрана своими повседневными действиями. Используя автомобили, мы способствуем выделению парниковых газов, которые также вредны для озоносферы. Приобретая продукты в отдаленных уголках мира, мы провоцируем истощение озоносферы, поскольку поддерживаем большие расстояния транспортировки, что провоцирует выброс вредных газов и истощение озонового экрана.
Метилхлороформ представляет собой летучее органическое вещество, которое широко применяется для промышленных процессов. Это вещество применяют для очистки электронных и металлических элементов. УФ-излучение расщепляет соединение на хлор, который вредит озоновому экрану.
Бромистый метил применяют в качестве фумиганта с целью борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. Это броморганическое соединение признано озоноразрушающим химическим веществом первого класса. Гидрохлорфторуглероды – это еще один источник проблемы разрушения озоносферы.
Хотя они оказывают лишь слабое воздействие на его разрушение, ГХФУ вредны для окружающей среды, поскольку они являются сильными парниковыми газами.
Хлорфторуглероды раньше применялись для охлаждения. Их использование существенно сократилось после того, как было обнаружено, что ХФУ вредят озоновому слою. Более того, фреоны также способствуют потеплению в мире. Галоны способствуют истощению озона в стратосфере из-за содержащегося в них брома. Они используются в огнетушителях. Общее воздействие ХФУ на разрушение озонового слоя больше, чем воздействие галонов.
Четыреххлористый углерод также способствует истощению озона, поскольку содержит хлор. Это вещество активно используется в холодильниках, а также применяется в растворителях, мыле и инсектициде. За последние десятилетия его использование сократилось после того, как специалисты обнаружили негативные последствия разрушения озонового экрана.
Последствия разрушения озонового слоя
Без озоносферы привычная нам пищевая цепочка рухнет в течение нескольких дней или недель.
Сокращение концентрации озонового слоя оборачивается для людей очень негативными последствиями:
- быстрый рост заболеваемости раком кожи;
- постоянные кожные ожоги;
- ослабление иммунитета: человеческому организму становится труднее бороться с различными грибковыми инфекциями, туберкулезом и прочими дерматозами;
- снижение острот зрения: отслоение сетчатки, меланомы глаза, развитие катаракты и так далее.
Решение проблем истощения озонового слоя
Люди своей деятельностью истощили озоновый слой. Способы его восстановления еще не обнаружены. Однако попытки улучшить ситуацию стали активно предприниматься. Многие государства подписали Международный акт, предусматривающий уменьшение производства озоноразрушающих веществ.
Озон можно получить искусственными методами с помощью озонаторов, облучая воздух коротковолновым ультрафиолетом, из воздуха и кислорода, посредством электрического разряда, а также посредством электрохимических реакций из растворов электролитов.
Запустив озоновые заводы во всех уголках мира, можно затормозить процесс разрушение озонового экрана.
Использование экологически чистого горючего также может спасти ситуацию. Автомобильные двигатели увеличивают концентрацию вредных веществ в атмосфере, поэтому сегодня электрокары стали такими популярными. Создание биогорючего также могло бы положительно сказаться на озоносфере планеты.
Высадка деревьев позволяет выработать озон в двух направлениях. Посредством фотосинтеза создается кислород, который под воздействием УФ-излучения преобразуется в озон. Зеленые насаждения склонны поглощать углекислый газ, истощающий озоносферу.
While the ozone layer is healing, pitfalls remain
В 1987 году мир объединился, чтобы подписать Монреальский протокол – всемирное соглашение во имя защиты озонового слоя Земли.
Соглашение было разработано с целью поэтапного отказа от множества таких химических веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), которые способствовали образованию дыры размером с континент в озоновом слое над Антарктидой.
Сегодня озоновый слой восстанавливается, защищая планету от потенциально разрушительного воздействия ультрафиолетового излучения.
Но, хотя это, возможно, и ускользнуло из мировых заголовков, озоновый слой по-прежнему остается под давлением, отметила Мэг Секи, исполнительный секретарь Секретариата Монреальского протокола по разрушающим озоновый слой веществам Программы ООН по окружающей среде.
«Люди склонны считать, что озоновая дыра – это история, что мы сделали свою работу. На самом деле, у нас впереди еще много проблем».
В преддверии Международного дня сохранения озонового слоя, который приходится на 16 сентября, мы поговорили с Мэги об опасностях, с которыми сталкивается солнечный щит Земли, и о том, сможет ли Монреальский протокол стать образцом для борьбы с изменением климата.
– Монреальский протокол был назван одним из самых успешных глобальных природоохранных соглашений в истории. Почему?
Мэг Секи (MС): Монреальский протокол так важен потому, что он успешно справился с надвигающейся экологической катастрофой. Когда ученые предупредили мир о том, что в озоновом слое образовалась зияющая дыра из-за антропогенных химических веществ, выбрасываемых в атмосферу, политические и экологические лидеры объединились, чтобы решить эту проблему. Сегодня более 99 процентов озоноразрушающих веществ были выведены из обращения, и озоновый слой находится на пути к восстановлению.
– Каков размер дыры в озоновом слое сейчас по сравнению с 1987 годом?
МС: Из-за годовой изменчивости размер дыры увеличивается и уменьшается в зависимости от температуры в стратосфере. Таким образом, мы не можем предсказать это заранее, но есть постепенная, но определенная тенденция к восстановлению.
– Когда эта дыра исчезнет?
МС: По оценкам ученых, к 2060 году дыра в озоновом слое исчезнет. Однако очень сложно говорить о полном восстановлении, потому что сама атмосфера сильно отличается от той, какой она была, когда не было разрушения озонового слоя. Парниковые газы, изменения температуры и глобальное потепление – все это влияет на динамику и химические процессы в атмосфере, влияя на процесс восстановления. В других частях стратосферы ожидается, что восстановление озонового слоя произойдет раньше.
– Угрожает ли изменение климата свести на нет те успехи, которые были достигнуты нами в восстановлении озонового слоя?
МС: Это очень сложный вопрос. Озоноразрушающие вещества, контролируемые Монреальским протоколом, являются мощными парниковыми газами, вызывающими изменение климата, но нам удалось контролировать и постепенно сокращать объемы их выбросов. Изменение климата само по себе вызывает изменения в циркуляции атмосферы и температуре, которые влияют на истощение и восстановление озонового слоя.
Присутствие таких парниковых газов, как закись азота, а также других загрязняющих веществ в стратосфере также влияет на разрушение озонового слоя. Группа по научной оценке, одна из трех групп по оценке в рамках Монреальского протокола, постоянно проводит обзор состояния озонового слоя и отслеживает тенденции содержания озоноразрушающих веществ и других газов в атмосфере. Группа также изучает связи между изменениями стратосферного озона и климатом.
– Есть и другие проблемы. Монреальский протокол предусматривает исключения в отношении некоторых химических веществ, которые могут разрушать озоновый слой. Другие известные озоноразрушающие вещества, такие как закись азота, вообще не охвачены.
Справедливо ли говорить о том, что опасность еще не миновала озоновый слой?
МС: Да. Благодаря успеху Монреальского протокола появилось много новостей о том, что озоновый слой сам по себе восстанавливается, и это здорово. Но теперь люди считают, что озоновая дыра – это история, что мы выполнили свою работу. На самом деле, у нас еще много проблем впереди. Прежде всего, мы осуществляем Кигалийскую поправку, цель которой – поэтапный отказ от ГФУ и широкое внедрение энергоэффективных технологий, особенно в секторе охлаждения. Стороны также постепенно отказываются от оставшихся ГХФУ и, по возможности, сокращают виды применения, на которые распространяются исключения. Стороны также изучают возможность рационального уничтожения запасов озоноразрушающих веществ, которые остаются в холодильном оборудовании и зданиях с истекшим сроком службы. Кроме того, хотя закись азота не регулируется Монреальским протоколом, стороны заинтересованы в понимании масштабов ее воздействия на озоновый слой, чтобы определить, необходимо ли предпринимать какие-либо действия.
– Как Монреальский протокол способствовал сохранению биоразнообразия?
МС: Очевидно, что защита озонового слоя означала защиту всей жизни на Земле: экосистем, здоровья человека, сельского хозяйства, дикой природы – называйте как хотите то, что мы защищаем. Без озонового слоя огромное количество вредного ультрафиолетового излучения достигло бы поверхности Земли. Это было бы плохой новостью. Чрезмерное воздействие ультрафиолетового излучения может вызвать рак кожи и катаракту глаз, а также нанести ущерб сельскохозяйственным культурам, растениям и микроорганизмам, оказывая влияние на экосистемы и пищевые цепочки.
– Какие уроки Монреальского протокола можно применить для решения проблемы изменения климата?
МС: Озоноразрушающие вещества широко использовались во многих отраслях мировой экономики – в охлаждении, электронике, пожаротушении, аэрозолях, медицине… и в качестве фумигантов в сельском хозяйстве.
Необходимы новые меры и механизмы для обеспечения того, чтобы озоноразрушающие вещества, которые стали столь необходимыми для жизни человека, можно было ликвидировать без нарушения функционирования общества.
Для этого необходимо, чтобы все страны, как развитые, так и развивающиеся, осуществляли сотрудничество в рамках глобального партнерства, а также при полном сотрудничестве отраслей промышленности и других заинтересованных сторон, для выполнения своих соответствующих обязанностей. Успех Монреальского протокола должен вселить в нас надежду и извлечь некоторые полезные уроки для решения других глобальных экологических проблем, включая изменение климата и повестку дня в области устойчивого развития.
Для получения дополнительной информации посетите Секретариат Программы ООН по окружающей среде по озону.
Каково текущее состояние озонового слоя?
Озоновый слой находится в стратосфере на высоте от 15 до 30 км над землей и защищает нас и другие живые существа от вредного солнечного ультрафиолетового излучения.
Истощение озонового слоя может иметь серьезные последствия для здоровья человека и окружающей среды.
- С 1986 года во всем мире было достигнуто значительное сокращение потребления озоноразрушающих веществ (ОРВ).87 Монреальский протокол Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП).
- Наибольшая историческая площадь озоновой дыры — 28,4 млн км² — образовалась в сентябре 2000 года. Эта площадь почти в семь раз превышает территорию ЕС.
- В конце сентября 2022 года антарктическая озоновая дыра достигла максимальной площади в 24,5 млн км².
- Вплоть до начала ноября 2022 года озоновая дыра в Антарктике была такой же большой и продолжительной, как и те, что были зарегистрированы в 2021 и 2020 годах9.0006
Истощение стратосферного озона происходит в обоих полушариях Земли. Однако это явление более выражено в Южном полушарии (Антарктика), чем в Северном полушарии (Арктика).
Дело в том, что образование озоновой дыры напрямую связано с температурой стратосферы. Когда температура падает ниже -78°C, образуются полярные стратосферные облака, которые усугубляют разрушение озонового слоя. В Антарктике длительное присутствие низких температур в стратосфере стимулирует их формирование, тогда как для Арктики характерна большая межгодовая метеоизменчивость.
Обычно озоновая дыра определяется как область, в которой значения озонового столба составляют 220 единиц Добсона (ЕД) или менее, отмечена толстой контурной линией и представлена синим цветом на рисунке 1. Это видно только на Южное полушарие. Здесь наибольший исторический размер озоновой дыры 28,4 млн км² (рисунки 1 и 2) произошел в сентябре 2000 года. Эта площадь более чем в шесть раз превышает территорию ЕС.
Рис. 1. Максимальная протяженность озоновой дыры над южным полушарием с 1979 по 2022 год
Примечание: Copernicus анализ общего содержания озона над Антарктикой.
Синие цвета указывают на самые низкие столбцы озона, а желтый и красный — на более высокие столбцы озона. Столбцы озона обычно измеряются в единицах Добсона. Одна единица Добсона — это количество молекул озона, которое потребовалось бы для создания слоя чистого озона толщиной 0,01 миллиметра при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 1 атмосфера. 300 DU соответствует 3 миллиметрам озона.
Источник данных: Служба мониторинга атмосферы Copernicus (CAMS).
В 2000 г. озоновая дыра достигла своего максимального размера с 1979 г. и перестала увеличиваться в размерах в последующие годы, что связано с поэтапным отказом от озоноразрушающих веществ в соответствии с Монреальским протоколом (дополнительную информацию см. показатель «Потребление озоноразрушающих веществ»). С 2001 года, когда выбросы ОРВ находятся под контролем, озоновый слой демонстрирует признаки восстановления с колебаниями размера между годами, которые в значительной степени обусловлены стратосферной температурой, при этом более высокие температуры приводят к уменьшению озоновой дыры, например, в 2019 году.
(для получения дополнительной информации посетите веб-сайт службы мониторинга атмосферы Copernicus).
Однако это нельзя напрямую отнести к антропогенному изменению климата, поскольку парниковые газы в целом оказывают охлаждающее действие в стратосфере, а в тропосфере способствуют глобальному потеплению. Это стратосферное охлаждение положительно влияет на восстановление озона , за исключением полярных областей. Здесь очень низкие температуры могут привести к увеличению образования полярных стратосферных облаков, которые облегчают разрушение озонового слоя . На озоновую дыру также могут периодически воздействовать извержения вулканов и лесные пожары, увеличивая нагрузку стратосферных частиц и тем самым истощая озоновый слой. Это частично объясняет те редкие годы, когда озоновая дыра сравнительно велика, т.е. в 2015 г. (27,9 млн км²).
Рисунок 2. Максимальная площадь озоновой дыры
Примечание: Озоновая дыра представляет собой область исключительно обедненного озона в стратосфере над Антарктикой.
Все цифры указаны в миллионах квадратных километров. Тренд является результатом полиномиальной функции 3-й степени с R2, равным 0,765.
Источник данных: Служба мониторинга атмосферы Copernicus (CAMS).
В этом году озоновая дыра над Южным полушарием показала максимальную площадь 24,5 млн км² 26 сентября (рис. 2) и напоминает дыру 2021 года (24,8 млн км²). По словам исследователей из Службы мониторинга атмосферы Copernicus, озоновая дыра 2022 по размеру и продолжительности была аналогична дырам 2021 и 2020 годов из-за сильного и продолжительного полярного вихря в те годы. Причем размер в 2022 году был больше, чем в среднем за последние пять и десять лет (21,3 и 21,9млн км² соответственно). В Северном полушарии разрушение озона обычно гораздо более ограничено по сравнению с Южным полушарием. Однако весной 2020 года в Арктике измерения озонового зонда показали истощение озонового слоя, которое произошло из-за необычно сильных и продолжительных низких температур в стратосфере.
Озоновая дыра 2019 года была очень маленькой и недолговечной, что в основном было вызвано необычными метеорологическими условиями. В частности, август и сентябрь 2019 г.показали исключительно высокие температуры на высотах от 20 до 30 км над Антарктидой, что остановило образование ледяных облаков, которые обычно улавливают молекулы, разрушающие озоновый слой, которые, высвобождаясь весной в Южном полушарии, вызывают разрушение озона. В совокупности смягчение последствий разрушения озонового слоя по-прежнему является очень хрупким, и научные данные свидетельствуют о том, что по-прежнему требуются дополнительные действия для устранения нагрузки на озоновый слой, вызванной озоноразрушающими веществами (ОРВ).
Обратитесь к онлайн-просмотрщику данных ЕЭЗ для получения дополнительной информации и данных, предоставленных компаниями в соответствии с Регламентом по озону.
Где расположен озоновый слой
Опубликовано
Так почему озоновый слой так важен? Как упоминалось ранее, секрет заключается в молекулах кислорода. Обычный кислород в своем естественном молекулярном состоянии состоит всего из двух атомов. Однако это меняется, когда кислород в термосфере подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей Солнца. Лучи разделяют молекулы кислорода, свободный кислород соединяется с оставшимися двумя атомами молекул кислорода, образуя озон. Этот процесс может показаться простым, но он помогает отсеивать 99,5% ультрафиолетового излучения, которое Солнце посылает на Землю. Согласно геологическим записям, в те времена, когда озоновый слой не экранировал этот тип излучения на таких уровнях, жизнь была почти уничтожена.
Вы можете подумать, что это преувеличение, пока не увидите биологический ущерб, который могут нанести ультрафиолетовые лучи. Мы уже видели, какой вред наносится, когда люди не принимают надлежащих мер предосторожности при походе на пляж. Наименьший вред приходит в виде солнечных ожогов. У людей, подвергшихся чрезмерному воздействию УФ-лучей, которые попадают на землю, кожа повреждается УФ-энергией, которая проникает в их кожу. Однако это становится более серьезным, чем дольше человек подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей. Причина в том, что повреждение доходит до клеточного уровня, вызывая рак и генетические повреждения. По сути, это все равно, что подвергнуться воздействию расплавленного ядерного реактора. Высокоэнергетическое излучение со временем будет накапливать вред в живых тканях, пока не убьет подвергшийся ему организм.
Несмотря на свою важность, промышленность производила и выпускала в воздух химические вещества, нарушавшие цикл озона. Основная проблема, связанная с химическими фреонами, не позволяла молекулам кислорода завершить процесс связывания, который важен для завершения цикла озона, что привело к значительному истощению озона в ключевых областях атмосферы Земли.