Истощение озонового слоя: причины, пути решения проблемы
Автор sparkzevs На чтение 21 мин Просмотров 875 Опубликовано
Содержание
Причины разрушения озонового слоя
В настоящее время отмечено ухудшение состояния озонового слоя и образование «озоновых дыр» (областей с пониженным содержанием озона) над полюсами Земли, что представляет экологическую опасность. Временные «дыры» возникают также над обширными районами вне полюсов (в том числе и над континентальными районами Российской Федерации).
Причиной этих явлений считают попадание в озоновый слой хлора (в первую очередь из фреонов, используемых в холодильниках и аэрозольных упаковках) и оксидов азота, которые образуются в почве из минеральных удобрений при их разрушении микроорганизмами, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. Эти вещества разрушают озон с более высокой скоростью, чем он может образовываться из кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей.
Вследствие разрушения озонового слоя повышается вероятность заболевания человека раком кожи. Этим объясняется высокое распространение этой болезни в Австралии: при населении в 17 млн человек раком кожи ежегодно заболевает 140 тыс. человек, из которых 1 тыс. умирает.
Разрушение озонового слоя ведет к увеличению заболеваний рака кожи, нарушения работы печени и детоксикации организма.
Истощение озонового слоя
По последним данным, истощение озонового слоя пагубно влияет на экосистемы океанов, так как ведет к активизации процесса фотосинтеза и бурному разрастанию фитопланктона и макроводорослей. Ультрафиолетовое излучение нарушает личиночное развитие крабов, креветок и некоторых рыб и потому играет дважды убийственную роль: воздействует на океанические формы жизни в самый чувствительный и уязвимый период их развития и уменьшает количество необходимых им питательных элементов, что может самым губительным образом сказаться на рыболовстве.
Впрочем, мнение о том, что виновником разрушения озонового слоя является только антропогенный хлор, разделяют не все исследователи этого процесса. Есть мнение, что главным фактором является водород, выбрасываемый при извержениях вулканов. Эти аргументы заслуживают внимания: ведь основная промышленность, загрязняющая атмосферу хлором, сконцентрирована в Северном полушарии, а «озоновая дыра» над Антарктидой намного больше «дыры» над Арктикой. В Южном полушарии вулканов гораздо больше, чем в Северном.
Меры по восстановлению озонового слоя
Когда данные о дыре над Антарктидой подтвердились, в 1985 году провели Венскую конвенцию по охране озонового слоя. Спустя два года был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.
Монреальский протокол
Договор соблюдается 197 странами. Государства-участники обязались сократить объёмы производства хлорфторуглеродов. Изначально предполагалась заморозка производства ХФУ на уровне 1986 года.
К 1993 году планировали сократить их производство на 20%, а к 1998 году — на 30%. Вводились ограничения на импорт и экспорт разрушающих озоновый слой веществ.
Для развивающихся стран были предусмотрены субсидии и послабления для облегчения перехода промышленности на экологически безопасные технологии.
По итогам первых лет действия договора выяснилось, что он не точен. Были внесены поправки расчётных коэффициентов вывода опасных веществ из производства.
Варианты с производством озона
Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему земному шару. Озон вырабатывают различными способами:
- воздействием искусственного ультрафиолета;
- направленными электрическими разрядами;
- электролизом, где электролитом служит раствор хлорной кислоты;
- химической реакцией, например, окислением пинена.
Недостатки этих способов — малая производительность, дороговизна, высокое энергопотребление.
По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе понадобится минимум 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.
Использование экологически чистого топлива
Работающие на переработанной нефти ДВС способствуют увеличению концентрации в воздухе веществ, разрушающих озоновый слой. Повсеместное внедрение электротяги (особенно создание пассажирских электролётов) уменьшит негативное влияние на атмосферу.
Перспективные разработки вроде биодизелей и двигателей, работающих на отходах жизнедеятельности — потенциальный ключ к решению проблемы.
Использование экологически безопасного топлива в ракетах-носителях пока остаётся фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить на орбиту аппараты, не прибегая к сжиганию десятков тонн токсичного горючего.
Высадка лесов
Создание зелёных насаждений в городах и на месте вырубок — перспективный способ борьбы не только с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением атмосферы.
Деревья выделяют кислород, который затем под воздействием УФ-излучения Солнца превращается в озон.
Прочие методы борьбы с проблемой
Существует проект по выводу на орбиту 20-30 оснащённых лазерными излучателями спутников. Каждый аппарат представляет собой солнечный конвектор массой в 80-100 тонн. Он должен накапливать солнечную энергию и превращать её в электрическую. Электричество пойдёт на питание лазеров. Свет лазеров послужит катализатором реакции образования озона.
Защита озонового слоя в России
Россия как правопреемник Советского Союза соблюдает предписания Монреальского протокола. В стране действует закон «Об охране окружающей среды», его 54 статья касается охраны озонового слоя.
vote
Article Rating
Глобальные экологические проблемы
Озоновый слой – слой атмосферы, расположенный на высоте от 7 до 18 км (на экваторе до 50 км), отличающийся повышенной концентрацией молекул озона и защищающий биосферу от ультрафиолетового излучения солнца.
Озоновый слой образовался на земле, по современным данным, 570-400 млн. лет назад. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.
Количество озона в атмосфере определяется балансом реакций его образования и разложения. В среднем в атмосфере земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т озона.
Почему так важно поглощение озоном жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Биологические эффекты, вызывающие изменения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, пока не до конца изучены, однако общеизвестно, что живые организмы на любом уровне организации обладают высокой чувствительностью нуклеиновых кислот, которые могут разрушаться, что приводит к гибели клеток или возникновению мутаций
Резкое усиление научного и общественного интереса к проблеме озонового слоя началось в начале 70 годов. С этого времени не утихает вопрос, касающийся проблемы зависимости озонового слоя от хозяйственной деятельности человека. С 1985 г мир узнал о существовании глобальных экологических проблем “озоновых дыр”, в частности, что содержание озона над Антарктидой систематически уменьшается.
Ответить на вопрос о причине появления “озоновых дыр” не просто. Но главным виновником ее появления является попадание в верхние слои атмосферы хлорфторуглеродных соединений и других загрязнителей атмосферы, оксидов азота или соединений хлора и др.
Источниками этих веществ – виновников разрушения озонового слоя, в первую очередь, являются все более развивающиеся гражданская авиация и химическая промышленность. Применение азотных удобрений в сельском хозяйстве, хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов в холодильных установках, огнетушителях, растворителей и аэрозолей привело к тому, что миллионы тон хлорфторметанов поступают в нижние слои атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа. Распространяясь вверх, хлорфторметаны под действием ультрафиолетового излучения разрушаются, выделяя фтор и хлор, которые активно вступают в процесс разрушения озона.
Фреон является главным разрушителем озонового слоя. По данным американских ученых, каждый атом фреона способен уничтожать 100000 молекул озона.
Важной особенностью озона является его способность поглощать жестокое ультрафиолетовое изучение солнца в интервале длины волн 200-300 нм. Излучение с длиной волны менее 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, которых, как мы знаем в атмосфере много, поэтому такое излучение не доходит даже до нижних слоев стратосферы
Солнечное излучение с длиной волны от 200 до 320 нм, если бы не озон, приникло бы сквозь тропосферу и могло бы все на земле выжечь. Начиная примерно с длины волны 320 нм, солнечное излучение уже доходит до поверхности земли
Излучение с длиной волны менее 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, которых, как мы знаем в атмосфере много, поэтому такое излучение не доходит даже до нижних слоев стратосферы. Солнечное излучение с длиной волны от 200 до 320 нм, если бы не озон, приникло бы сквозь тропосферу и могло бы все на земле выжечь. Начиная примерно с длины волны 320 нм, солнечное излучение уже доходит до поверхности земли.
Область спектра с длиной волны 200-400 нм называют биологически активным ультрафиолетом.
Широкое движение “зеленых” во всем мире, принятие Программы ООН по окружающей среде и действия международной метеорологической организации привели к заключению весной 1985 г. Венской конвенции об охране озонового слоя.
В 1992 г. представители 93 стран собрались в Копенгагене, где на конференции по озоновому слою, с целью ускорить полное прекращение использования фреонов. Было принято решение к 1996 г. полностью прекратить производство наиболее опасных фреонов. В случае выполнения принятых решений уже с 2000 г. содержание хлора в стратосфере начнет сокращаться, а к 2040 г. две части на миллиард частей воздуха придут к норме.
Возможные последствия истончения озонового слоя
Учёные сходятся во мнении относительно негативных последствий изменений, происходящих в стратосфере. Сейчас они не выражены ярко, но по самым пессимистичным прогнозам ситуация станет критической в конце XXI века.
Воздействие на человека
Истончение озонового слоя на 1% увеличивает риск развития рака кожи на 3% (это примерно 7 000 новых заболеваний раком ежегодно). На открытом воздухе становится проще получить солнечные ожоги.
Воздействие на экологию
Так как планета — сбалансированная система, повреждение одного элемента влечёт перемены во всех других. Дальнейшее истончение антирадиационной защиты и повышение интенсивности УФ-излучения приведёт к потеплению и вымиранию некоторых видов.
Жёсткое ультрафиолетовое излучение убивает вовлечённый в процесс фотосинтеза фитопланктон. Он является кормовой базой для китов и других морских обитателей. Удаление этого звена из пищевой цепочки вызовет изменения всей водной биосистемы.
Если озоновый слой разрушится полностью
Полное разрушение защитного экрана невозможно, так как он постоянно восстанавливается. Если бы концентрация молекул озона приблизилась к нулю, на Земле из-за высокого уровня радиации исчезли бы большинство форм жизни.
Возросла бы средняя температура.
Способы решения проблемы
Разрушение озонового слоя рассматривается как глобальная экологическая проблема. С момента подписания Монреальского протокола стали приниматься первые шаги по сохранению целостности защитной оболочки планеты.
Первый пункт — запрет на выброс фреонов.
Затем была утверждена Венская конвенция. Ее положения предусматривают охрану озонового слоя и предотвращение его разрушения. В них входят следующие моменты:
- совместные исследования стран на тему того, что вызывает негативные изменения в озоновом слое;
- регулярный контроль его состояния;
- создание технологий, способных снизить ущерб, причиняемый озоновой оболочке;
- строгий контроль деятельности, которая вызывает появление дыр;
- обмен знаниями и технологиями.
Согласно протоколу, страны обязаны снизить производство фторхлоруглеродов или вовсе отказаться от него.
Серьезной проблемой стала замена фреона в холодильных установках.
Разработки требовали огромных денежных вливаний, в связи с чем возник фреоновый кризис. Со временем ученые выявили вещества, которые можно безопасно использовать вместо фреона.
Существуют и другие способы, которые позволят снизить негативное влияние на защитный экран:
- замена транспортного топлива на экологически чистые и безопасные варианты;
- использование альтернативных источников энергии;
- помощь природе в естественном восстановлении озона — минимизация вырубок лесов и активные посадки деревьев;
- ручная подпитка — распыление искусственно созданного озона на специальных фабриках в верхних слоях атмосферы.
Многие кардинальные пути решения проблемы сталкиваются с препятствием в виде огромных затрат на их осуществление. Большинство разработанных и протестированных проектов откладывается на потом по причине нехватки средств.
Разрушение озонового слоя — серьезная проблема. Озоновые дыры приводят к повышению активности солнечной радиации, что негативно влияет на обитателей планеты — людей, животных, растения и микроорганизмы.
Встреча с озоном в повседневной жизни
Порой после дождя, особенно в летнюю пору, воздух становится необычайно свежим, приятным, а в народе говорят, что «пахнет озоном». Это совершенно не образная формулировка. В действительности, какая-то часть озона степени проходит до нижних слоев атмосферы с потоками воздушных масс. Эта разновидность газа считается так называемым полезным озоном, который и вносит в атмосферу ощущение необыкновенной свежести. В основном такие явления наблюдаются вслед за грозовыми ливнями.
Однако встречается еще и весьма вредоносная, чрезвычайно опасная для людей разновидность озона. Он вырабатывается выхлопными газами и промышленными выбросами, и при попадании под влияние лучей Солнца, вступает в фотохимическую реакцию. Вследствие этого происходит формирование так называемого приземного озона, который чрезвычайно вреден для здоровья людей.
Что такое озоновые дыры?
Озоновый слой представляет собой часть стратосферы. Он распространяется на высоте от 12 до 30 км. Чем выше содержание озона, тем более защищена Земля от вредного воздействия солнечных лучей. Интересный факт: впервые об истончении защитной оболочки стали говорить в 1957 году. Озоновая дыра стала угрозой жизни на Земле.
Суть проблемы
Источником образования озона является кислород, который испытывает на себе воздействие ультрафиолета. Такая реакция приводит к тому, что планету окутывает слой газа, через который не проникает радиация
Проблеме истончения озонового слоя начали уделять большое внимание в 80-х гг.
Первооткрывателем явления заслуженно считают ученого из Великобритании Дж.Фармена.
В таких местах наблюдается уменьшение количества озона. Его концентрация снижается до 30-35%. Через эти участки ультрафиолетовые лучи беспрепятственно проникают сквозь атмосферу и сжигают все живое на планете.
Прочие причины появления озоновых дыр
Несмотря на то, что в образовании озоновых дыр главенствующую роль играют химические процессы, воздействие на природу со стороны человека создаёт основные предпосылки. Естественным образом появляющиеся атомы хлора не единственные вещества, наносящие вред озону. Газ также разрушается от воздействия водорода, брома и кислорода. Причины появления этих соединений в воздухе кроются в деятельности человека на планете. Предпосылками становятся:
- функционирование заводов и фабрик;
- отсутствие очистительных сооружений;
- выбросы в атмосферу от ТЭЦ;
Пагубное влияние на целостность атмосферы оказали ядерные взрывы.
Их последствия до сих пор сказываются на экологии планеты. В момент взрыва образуется огромное количество окислов азота, которые, поднимаясь, разрушают защищающий землю от радиации газ. За 20 лет испытаний в атмосферу попало более трёх миллионов тонн данного вещества.
Разрушительное воздействие на озоновый слой оказывают реактивные самолёты. При сгорании горючего в турбинах наружу выбрасываются окислы азота, они напрямую попадают в атмосферу и разрушают молекулы газа. В настоящее время из миллиона тон выбросов данного вещества треть приходится на самолёты.
Казалось бы, минеральные удобрения безобидны и полезны, но на самом деле они также пагубно влияют на атмосферу. При взаимодействии с бактериями они перерабатываются в закись азота, а затем под воздействием химических реакций изменяют свою форму и переходят в разряд окислов.
Таким образом, озоновая дыра является продуктом не только природных явлений, но и воздействия человека на окружающую среду. Необдуманные решения могут привести к непредвиденным результатам.
Как образуются ОД?
Существует несколько причин появления ОД. Одна из них, по мнению специалистов, обусловлена естественными природными явлениями, которые наблюдаются на полюсах Земли. Теоретическое обоснование наличия данной аномалии сводится к существованию полярных ночей, во время которых солнечные лучи не достигают поверхности Земли, что не дает возможности образовываться озону. Это приводит к появлению стратосферных облаков, с которыми переносятся мелкие кристаллики льда, содержащие хлор. Данное вещество разрушительным образом воздействует на атмосферу.
Еще одна причина, которая негативно отражается на состоянии защитной оболочки, – периоды вулканической активности, которые наблюдаются на поверхности Земли. При извержении вулканов происходили и до сих пор случаются интенсивные выбросы продуктов сгорания, которые способствуют разрушению слоев стратосферы.
Фреон, представляющий собой группу углеводородов с атомами фтора, тоже оказывает сильное негативное воздействие на целостность защитных слоев.
Основные разрушители озонового слоя
Технический прогресс и ОД неразрывно связаны друг с другом. Главным источником вредных веществ, которые разрушают озон, являются различные заводы, фабрики, газовые ТЭЦ и т. д. Их выбросы, содержащие такие элементы, как водород, бром, кислород, продукты сгорания, попадая в атмосферу, снижают количество озона, что и приводит к истончению защитной оболочки.
Большое количество энергии, которая выделяется в ходе ядерных испытаний, сопровождается выделением азота. Это вещество вступает в реакцию с озоном, уничтожая его. Специалисты подсчитали, что в период с 1950 по 1970 год в результате взрывов на атомных полигонах в атмосферу было выброшено более 3 млн. тонн азота.
Окислы этого элемента вырабатываются в двигателях реактивных самолетов. С увеличением мощности мотора повышается температура в камерах сгорания. Ежегодно азот выбрасывается в атмосферу в количестве более 1 млн. тонн. 1/3 из этого количества приходится на работу двигателей реактивных воздушных средств.
Минеральные удобрения, в большом количестве используемые в сельском хозяйстве, тоже оказывают губительное воздействие на озон. Химические элементы, входящие в них, вступая в реакцию с бактериями, находящимися в почве, вырабатывают азот, который впоследствии окисляется.
Как предупредить истощение озонового слоя?
Ученые заняты не только вопросами восстановления истощенной озоновой оболочки, но и ищут способы, как предупредить появление ОД. Для этого необходимо бороться с выработкой веществ, содержащих хлорфторуглероды, в мировом масштабе. Такое решение было принято в Монреале в 1989 году. Предупредительные способы истощения озонового слоя, пути решения должна искать вся мировая общественность, поскольку существование дыр влияет на экологию всей Земли.
Чтобы снизить риск появления новых дыр в озоновой оболочке, необходимо вести постоянные научные разработки с целью выделения и ликвидации таких способов производства, выработки энергии, которые не будут приносить вреда окружающей среде.
Существует острая необходимость в том, чтобы начать повсюду устанавливать на дымящие трубы заводов и фабрик сооружения по очистке, заменять химические удобрения на органические. Важным этапом в защите слоя из озона станет переход транспортной системы, работающей на нефтяных продуктах, на электричество.
Что такое озоновые дыры и откуда они берутся
Озоновой дырой называют падение концентрации озона на конкретном участке атмосферы. Впервые это явление заметили британские учёные Джон Шанклин, Джо Фармен и Брайан Гардинер. В своей статье известному научному журналу Nature они описали свои наблюдения, суть которых заключалась в том, что каждый год (как правило, в августе) над Арктикой появляются многочисленные озоновые дыры общей площадью более двух миллионов квадратных километров. Продолжительность их существования в среднем — семь дней.
После продолжительных исследований учёные смогли установить причину этого явления. Во время наступления продолжительной «полярной ночи», солнце прячется за горизонт, из-за чего резко падает температура и сокращается поступление ультрафиолета в атмосферу.
Как результат — в стратосфере появляются облака, состоящие из кристаллов льда. В таких кристаллах накапливается хлор, который, после череды сложных химических реакций превращает озон (который, как мы помним, лишь модификация кислорода) обратно в кислород. Одна молекула хлора способна уничтожить миллион молекул озона.
По окончании полярной ночи и наступлении полярного дня, эти дыры затягиваются, ультрафиолет снова начинает взаимодействовать с кислородом и превращать его в озон.
Последствия разрушения озонового слоя Земли
Как уже было сказано, озон – это трехатомный кислород. Газ имеет особенный запах и голубоватый цвет. При некоторых условиях газ становится жидкостью, отличающейся цветом, называемым «индиго». В особых условиях из жидкого состояния озон может перейти в твердое. При этом его цвет станет темно-синим.
Не будет преувеличением сказать, что без наличия озонового слоя жизнь на нашей планете была бы невозможна. По крайней мере, в той форме, которая существует.
Ультрафиолетовое излучение опасно для всего живого. Если оно станет более интенсивным, то под его воздействием начнутся массовые серьезные заболевания. Пострадает зрение. Это и развитие катаракты, и изменения в роговице, и отслаивание сетчатки. Жесткий ультрафиолет оказывает угнетающее воздействие на клеточный иммунитет. Прежде всего, это отразится на коже, выразившись в онкологических заболеваниях. Живые организмы из-за воздействия повышенного излучения в значительно меньшей степени перестанут оказывать сопротивление любым инфекциям.
Причины разрушения ОС:
Во-первых, – это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых, самолеты, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он – один из составляющих фотохимического смога.
В-третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.
Последствия:
Это негативно сказывается не только на всех живых существах: людях, животных, растениях, тропических лесах, но и на предметах. Например, если озоновый слой станет слишком тонким, резина, используемая в хозяйстве, прослужит намного меньше. Водные организмы, обитающие в верхних слоях воды, прекратят свое существование. Окончательно погибнет фауна амазоских джунглей с питонами и попугаями. Рыбные уловы и сельскохозяйственные урожаи значительно уменьшатся. Несомненно, разрушение озонового слоя отразится и на людях. Человечество станет болеть в два раза больше, потому что иммунитет значительно ослабнет. Вероятность заболевания раком кожи и катарактой увеличится.
Ученые предполагают, что уменьшение озонового слоя на 1% приведет к активному распространению болезней. Например, случаи заболевания раком кожи увеличатся на 10 тысяч раз, а катарактой глаз — на 100 тысяч.
Склонность человека к заболеваниям дыхательных путей и легких будет стремительно расти.
Учеными ведутся поиски путей восстановления озонового слоя. Вначале для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после чего доставлять оный на самолетах в атмосферу. Другим вариантом является создание аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных батарей, которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением зеленых насаждений.
Мифы об озоновых дырах
Несмотря на то, что истончение озонового слоя — вполне реальная проблема, чреватая реальными проблемами, нужно признать: для многих людей, не проявляющих особенного внимание к науке, она может казаться мифичной и абстрактной. Как результат — множество ненаучных теорий, созданных конспирологами и невнимательными журналистами, охотно их подхватывающих в попытке раздуть «сенсацию»
Вот лишь некоторые из подобных теорий:
1.
Фреоны не влияют на образование озоновых дым, потому что они слишком тяжёлые и не могут достичь стратосферы. Да, фреоны действительно тяжелее кислорода и азота, однако нужно понимать, что газы в атмосфере расположены не слоями, а перемешиваются вместе. Как результат — и фреоны, и тяжёлые инертные газы, и прочие загрязняющие вещества равномерно распределяются в атмосфере, достигая и стратосферы, — примерно, за пять лет, как показывают эксперименты и исследования.
Вот самый очевидный аргумент, с которым сторонники этой теории поспорить не могут: если бы в атмосфере нашей планеты газы не смешивались, входящие в её состав углекислый газ и аргон образовали бы слой толщиной в несколько десятков метров. Такие условия лишили бы Землю возможности стать обитаемой.
2. Урон озоновому слою от хлорфторуглеродов (ХФУ) — вымысел, пролоббированный промышленниками, которым выгодно продавать более дорогие хладагенты. Токсичные хлорфторуглероды — довольно дешёвое вещество, которое активно использовали (а некоторые продолжают использовать) при создании аэрозолей, изоляционных материалов, пенопласта, хладагентов для холодильников.
Приведённое выше утверждения легко опровергается простой исторической справкой и логикой. В семидесятых были опубликованы первые данные о вредоносном воздействии фреонов на стратосферу нашей планеты. Вскоре, в июле 1975-го года, глава крупной американской компании DuPont написал для журнала Chemical Week статью, в которой резко критиковал приведённые данные, называя теорию о разрушении озонового слоя «научной фантастикой» и «бессмысленным вздором». Нетрудно угадать, что бытовые хладагенты из хлорфторуглеродов изготавливала, в том числе, DuPont.
На самом деле, альтернативой ХФУ стали куда более дешёвые газы природного происхождения, которые не нужно было синтезировать в дорогостоящих лабораторных условиях: в аэрозолях стали использовать бутан и пропан, в качества хладагента для холодильников — углеводород, а для теплоизоляции — циклопентан.
3. Озоновая дыра должна находиться не над Антарктикой, а над населёнными территориями, — там, где активно используют фреоны. И снова нам стоит вернуться к физическим свойствам атмосферы и вспомнить, что газы в ней перемешиваются. Фреоны перемешиваются вместе с другими газами в стратосфере и тропосфере и из-за низкой реакционной способности могут находиться там годами, а то и десятилетиями, перемещаясь и распространяясь над всей территорией планеты.
Нужно понимать, что озоновая дыра — это не «дыра» в прямом смысле, у неё нет чётких территориальных границ. Это абстрактное явление, подразумевающее сниженную концентрацию озона. Обычно его замечают в Антарктике, но лишь потому, что только здесь бывает полярная ночь, когда долго нет солнца и тепла, из-за чего уровень озона падает до рекордно низких значений.
Истощение озонового слоя: причины, пути решения проблемы
Автор sparkzevs На чтение 21 мин Просмотров 875 Опубликовано
Содержание
Причины разрушения озонового слоя
В настоящее время отмечено ухудшение состояния озонового слоя и образование «озоновых дыр» (областей с пониженным содержанием озона) над полюсами Земли, что представляет экологическую опасность.
Временные «дыры» возникают также над обширными районами вне полюсов (в том числе и над континентальными районами Российской Федерации).
Причиной этих явлений считают попадание в озоновый слой хлора (в первую очередь из фреонов, используемых в холодильниках и аэрозольных упаковках) и оксидов азота, которые образуются в почве из минеральных удобрений при их разрушении микроорганизмами, а также содержатся в выхлопных газах автомобилей. Эти вещества разрушают озон с более высокой скоростью, чем он может образовываться из кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей. Вследствие разрушения озонового слоя повышается вероятность заболевания человека раком кожи. Этим объясняется высокое распространение этой болезни в Австралии: при населении в 17 млн человек раком кожи ежегодно заболевает 140 тыс. человек, из которых 1 тыс. умирает.
Разрушение озонового слоя ведет к увеличению заболеваний рака кожи, нарушения работы печени и детоксикации организма.
Истощение озонового слоя
По последним данным, истощение озонового слоя пагубно влияет на экосистемы океанов, так как ведет к активизации процесса фотосинтеза и бурному разрастанию фитопланктона и макроводорослей. Ультрафиолетовое излучение нарушает личиночное развитие крабов, креветок и некоторых рыб и потому играет дважды убийственную роль: воздействует на океанические формы жизни в самый чувствительный и уязвимый период их развития и уменьшает количество необходимых им питательных элементов, что может самым губительным образом сказаться на рыболовстве.
Впрочем, мнение о том, что виновником разрушения озонового слоя является только антропогенный хлор, разделяют не все исследователи этого процесса. Есть мнение, что главным фактором является водород, выбрасываемый при извержениях вулканов. Эти аргументы заслуживают внимания: ведь основная промышленность, загрязняющая атмосферу хлором, сконцентрирована в Северном полушарии, а «озоновая дыра» над Антарктидой намного больше «дыры» над Арктикой.
В Южном полушарии вулканов гораздо больше, чем в Северном.
Меры по восстановлению озонового слоя
Когда данные о дыре над Антарктидой подтвердились, в 1985 году провели Венскую конвенцию по охране озонового слоя. Спустя два года был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.
Монреальский протокол
Договор соблюдается 197 странами. Государства-участники обязались сократить объёмы производства хлорфторуглеродов. Изначально предполагалась заморозка производства ХФУ на уровне 1986 года. К 1993 году планировали сократить их производство на 20%, а к 1998 году — на 30%. Вводились ограничения на импорт и экспорт разрушающих озоновый слой веществ.
Для развивающихся стран были предусмотрены субсидии и послабления для облегчения перехода промышленности на экологически безопасные технологии.
По итогам первых лет действия договора выяснилось, что он не точен. Были внесены поправки расчётных коэффициентов вывода опасных веществ из производства.
Варианты с производством озона
Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему земному шару. Озон вырабатывают различными способами:
- воздействием искусственного ультрафиолета;
- направленными электрическими разрядами;
- электролизом, где электролитом служит раствор хлорной кислоты;
- химической реакцией, например, окислением пинена.
Недостатки этих способов — малая производительность, дороговизна, высокое энергопотребление. По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе понадобится минимум 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.
Использование экологически чистого топлива
Работающие на переработанной нефти ДВС способствуют увеличению концентрации в воздухе веществ, разрушающих озоновый слой. Повсеместное внедрение электротяги (особенно создание пассажирских электролётов) уменьшит негативное влияние на атмосферу.
Перспективные разработки вроде биодизелей и двигателей, работающих на отходах жизнедеятельности — потенциальный ключ к решению проблемы.
Использование экологически безопасного топлива в ракетах-носителях пока остаётся фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить на орбиту аппараты, не прибегая к сжиганию десятков тонн токсичного горючего.
Высадка лесов
Создание зелёных насаждений в городах и на месте вырубок — перспективный способ борьбы не только с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением атмосферы.
Деревья выделяют кислород, который затем под воздействием УФ-излучения Солнца превращается в озон.
Прочие методы борьбы с проблемой
Существует проект по выводу на орбиту 20-30 оснащённых лазерными излучателями спутников. Каждый аппарат представляет собой солнечный конвектор массой в 80-100 тонн. Он должен накапливать солнечную энергию и превращать её в электрическую. Электричество пойдёт на питание лазеров. Свет лазеров послужит катализатором реакции образования озона.
Защита озонового слоя в России
Россия как правопреемник Советского Союза соблюдает предписания Монреальского протокола. В стране действует закон «Об охране окружающей среды», его 54 статья касается охраны озонового слоя.
vote
Article Rating
Глобальные экологические проблемы
Озоновый слой – слой атмосферы, расположенный на высоте от 7 до 18 км (на экваторе до 50 км), отличающийся повышенной концентрацией молекул озона и защищающий биосферу от ультрафиолетового излучения солнца. Озоновый слой образовался на земле, по современным данным, 570-400 млн. лет назад. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.
Количество озона в атмосфере определяется балансом реакций его образования и разложения. В среднем в атмосфере земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т озона.
Почему так важно поглощение озоном жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Биологические эффекты, вызывающие изменения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, пока не до конца изучены, однако общеизвестно, что живые организмы на любом уровне организации обладают высокой чувствительностью нуклеиновых кислот, которые могут разрушаться, что приводит к гибели клеток или возникновению мутаций
Резкое усиление научного и общественного интереса к проблеме озонового слоя началось в начале 70 годов.
С этого времени не утихает вопрос, касающийся проблемы зависимости озонового слоя от хозяйственной деятельности человека. С 1985 г мир узнал о существовании глобальных экологических проблем “озоновых дыр”, в частности, что содержание озона над Антарктидой систематически уменьшается.
Ответить на вопрос о причине появления “озоновых дыр” не просто. Но главным виновником ее появления является попадание в верхние слои атмосферы хлорфторуглеродных соединений и других загрязнителей атмосферы, оксидов азота или соединений хлора и др.
Источниками этих веществ – виновников разрушения озонового слоя, в первую очередь, являются все более развивающиеся гражданская авиация и химическая промышленность. Применение азотных удобрений в сельском хозяйстве, хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов в холодильных установках, огнетушителях, растворителей и аэрозолей привело к тому, что миллионы тон хлорфторметанов поступают в нижние слои атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа.
Распространяясь вверх, хлорфторметаны под действием ультрафиолетового излучения разрушаются, выделяя фтор и хлор, которые активно вступают в процесс разрушения озона.
Фреон является главным разрушителем озонового слоя. По данным американских ученых, каждый атом фреона способен уничтожать 100000 молекул озона.
Важной особенностью озона является его способность поглощать жестокое ультрафиолетовое изучение солнца в интервале длины волн 200-300 нм. Излучение с длиной волны менее 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, которых, как мы знаем в атмосфере много, поэтому такое излучение не доходит даже до нижних слоев стратосферы
Солнечное излучение с длиной волны от 200 до 320 нм, если бы не озон, приникло бы сквозь тропосферу и могло бы все на земле выжечь. Начиная примерно с длины волны 320 нм, солнечное излучение уже доходит до поверхности земли
Излучение с длиной волны менее 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, которых, как мы знаем в атмосфере много, поэтому такое излучение не доходит даже до нижних слоев стратосферы.
Солнечное излучение с длиной волны от 200 до 320 нм, если бы не озон, приникло бы сквозь тропосферу и могло бы все на земле выжечь. Начиная примерно с длины волны 320 нм, солнечное излучение уже доходит до поверхности земли.
Область спектра с длиной волны 200-400 нм называют биологически активным ультрафиолетом. По данным ученых, в случае истощения озонового слоя человечеству грозит, как минимум, резкий рост заболевания раком кожи, глазными болезнями и др.
Широкое движение “зеленых” во всем мире, принятие Программы ООН по окружающей среде и действия международной метеорологической организации привели к заключению весной 1985 г. Венской конвенции об охране озонового слоя.
В 1992 г. представители 93 стран собрались в Копенгагене, где на конференции по озоновому слою, с целью ускорить полное прекращение использования фреонов. Было принято решение к 1996 г. полностью прекратить производство наиболее опасных фреонов. В случае выполнения принятых решений уже с 2000 г. содержание хлора в стратосфере начнет сокращаться, а к 2040 г.
две части на миллиард частей воздуха придут к норме.
Возможные последствия истончения озонового слоя
Учёные сходятся во мнении относительно негативных последствий изменений, происходящих в стратосфере. Сейчас они не выражены ярко, но по самым пессимистичным прогнозам ситуация станет критической в конце XXI века.
Воздействие на человека
Истончение озонового слоя на 1% увеличивает риск развития рака кожи на 3% (это примерно 7 000 новых заболеваний раком ежегодно). На открытом воздухе становится проще получить солнечные ожоги.
Воздействие на экологию
Так как планета — сбалансированная система, повреждение одного элемента влечёт перемены во всех других. Дальнейшее истончение антирадиационной защиты и повышение интенсивности УФ-излучения приведёт к потеплению и вымиранию некоторых видов.
Жёсткое ультрафиолетовое излучение убивает вовлечённый в процесс фотосинтеза фитопланктон. Он является кормовой базой для китов и других морских обитателей. Удаление этого звена из пищевой цепочки вызовет изменения всей водной биосистемы.
Если озоновый слой разрушится полностью
Полное разрушение защитного экрана невозможно, так как он постоянно восстанавливается. Если бы концентрация молекул озона приблизилась к нулю, на Земле из-за высокого уровня радиации исчезли бы большинство форм жизни. Возросла бы средняя температура.
Способы решения проблемы
Разрушение озонового слоя рассматривается как глобальная экологическая проблема. С момента подписания Монреальского протокола стали приниматься первые шаги по сохранению целостности защитной оболочки планеты.
Первый пункт — запрет на выброс фреонов.
Затем была утверждена Венская конвенция. Ее положения предусматривают охрану озонового слоя и предотвращение его разрушения. В них входят следующие моменты:
- совместные исследования стран на тему того, что вызывает негативные изменения в озоновом слое;
- регулярный контроль его состояния;
- создание технологий, способных снизить ущерб, причиняемый озоновой оболочке;
- строгий контроль деятельности, которая вызывает появление дыр;
- обмен знаниями и технологиями.
Согласно протоколу, страны обязаны снизить производство фторхлоруглеродов или вовсе отказаться от него.
Серьезной проблемой стала замена фреона в холодильных установках. Разработки требовали огромных денежных вливаний, в связи с чем возник фреоновый кризис. Со временем ученые выявили вещества, которые можно безопасно использовать вместо фреона.
Существуют и другие способы, которые позволят снизить негативное влияние на защитный экран:
- замена транспортного топлива на экологически чистые и безопасные варианты;
- использование альтернативных источников энергии;
- помощь природе в естественном восстановлении озона — минимизация вырубок лесов и активные посадки деревьев;
- ручная подпитка — распыление искусственно созданного озона на специальных фабриках в верхних слоях атмосферы.
Многие кардинальные пути решения проблемы сталкиваются с препятствием в виде огромных затрат на их осуществление. Большинство разработанных и протестированных проектов откладывается на потом по причине нехватки средств.
Разрушение озонового слоя — серьезная проблема. Озоновые дыры приводят к повышению активности солнечной радиации, что негативно влияет на обитателей планеты — людей, животных, растения и микроорганизмы. При снижении концентрации озона даже на 1% резко вырастет количество заболевших раком кожи. По этой причине ученые принимают меры по сохранению целостности озоновой оболочки и разрабатывают механизмы, безопасные для экологии.
Встреча с озоном в повседневной жизни
Порой после дождя, особенно в летнюю пору, воздух становится необычайно свежим, приятным, а в народе говорят, что «пахнет озоном». Это совершенно не образная формулировка. В действительности, какая-то часть озона степени проходит до нижних слоев атмосферы с потоками воздушных масс.
Эта разновидность газа считается так называемым полезным озоном, который и вносит в атмосферу ощущение необыкновенной свежести. В основном такие явления наблюдаются вслед за грозовыми ливнями.
Однако встречается еще и весьма вредоносная, чрезвычайно опасная для людей разновидность озона. Он вырабатывается выхлопными газами и промышленными выбросами, и при попадании под влияние лучей Солнца, вступает в фотохимическую реакцию. Вследствие этого происходит формирование так называемого приземного озона, который чрезвычайно вреден для здоровья людей.
Что такое озоновые дыры?
Озоновый слой представляет собой часть стратосферы. Он распространяется на высоте от 12 до 30 км. Чем выше содержание озона, тем более защищена Земля от вредного воздействия солнечных лучей. Интересный факт: впервые об истончении защитной оболочки стали говорить в 1957 году. Озоновая дыра стала угрозой жизни на Земле.
Суть проблемы
Источником образования озона является кислород, который испытывает на себе воздействие ультрафиолета.
Такая реакция приводит к тому, что планету окутывает слой газа, через который не проникает радиация
Проблеме истончения озонового слоя начали уделять большое внимание в 80-х гг. 20 века
Первооткрывателем явления заслуженно считают ученого из Великобритании Дж.Фармена.
В таких местах наблюдается уменьшение количества озона. Его концентрация снижается до 30-35%. Через эти участки ультрафиолетовые лучи беспрепятственно проникают сквозь атмосферу и сжигают все живое на планете.
Прочие причины появления озоновых дыр
Несмотря на то, что в образовании озоновых дыр главенствующую роль играют химические процессы, воздействие на природу со стороны человека создаёт основные предпосылки. Естественным образом появляющиеся атомы хлора не единственные вещества, наносящие вред озону. Газ также разрушается от воздействия водорода, брома и кислорода. Причины появления этих соединений в воздухе кроются в деятельности человека на планете. Предпосылками становятся:
- функционирование заводов и фабрик;
- отсутствие очистительных сооружений;
- выбросы в атмосферу от ТЭЦ;
Пагубное влияние на целостность атмосферы оказали ядерные взрывы.
Их последствия до сих пор сказываются на экологии планеты. В момент взрыва образуется огромное количество окислов азота, которые, поднимаясь, разрушают защищающий землю от радиации газ. За 20 лет испытаний в атмосферу попало более трёх миллионов тонн данного вещества.
Разрушительное воздействие на озоновый слой оказывают реактивные самолёты. При сгорании горючего в турбинах наружу выбрасываются окислы азота, они напрямую попадают в атмосферу и разрушают молекулы газа. В настоящее время из миллиона тон выбросов данного вещества треть приходится на самолёты.
Казалось бы, минеральные удобрения безобидны и полезны, но на самом деле они также пагубно влияют на атмосферу. При взаимодействии с бактериями они перерабатываются в закись азота, а затем под воздействием химических реакций изменяют свою форму и переходят в разряд окислов.
Таким образом, озоновая дыра является продуктом не только природных явлений, но и воздействия человека на окружающую среду. Необдуманные решения могут привести к непредвиденным результатам.
Как образуются ОД?
Существует несколько причин появления ОД. Одна из них, по мнению специалистов, обусловлена естественными природными явлениями, которые наблюдаются на полюсах Земли. Теоретическое обоснование наличия данной аномалии сводится к существованию полярных ночей, во время которых солнечные лучи не достигают поверхности Земли, что не дает возможности образовываться озону. Это приводит к появлению стратосферных облаков, с которыми переносятся мелкие кристаллики льда, содержащие хлор. Данное вещество разрушительным образом воздействует на атмосферу.
Еще одна причина, которая негативно отражается на состоянии защитной оболочки, – периоды вулканической активности, которые наблюдаются на поверхности Земли. При извержении вулканов происходили и до сих пор случаются интенсивные выбросы продуктов сгорания, которые способствуют разрушению слоев стратосферы.
Фреон, представляющий собой группу углеводородов с атомами фтора, тоже оказывает сильное негативное воздействие на целостность защитных слоев.
Основные разрушители озонового слоя
Технический прогресс и ОД неразрывно связаны друг с другом. Главным источником вредных веществ, которые разрушают озон, являются различные заводы, фабрики, газовые ТЭЦ и т. д. Их выбросы, содержащие такие элементы, как водород, бром, кислород, продукты сгорания, попадая в атмосферу, снижают количество озона, что и приводит к истончению защитной оболочки.
Большое количество энергии, которая выделяется в ходе ядерных испытаний, сопровождается выделением азота. Это вещество вступает в реакцию с озоном, уничтожая его. Специалисты подсчитали, что в период с 1950 по 1970 год в результате взрывов на атомных полигонах в атмосферу было выброшено более 3 млн. тонн азота.
Окислы этого элемента вырабатываются в двигателях реактивных самолетов. С увеличением мощности мотора повышается температура в камерах сгорания. Ежегодно азот выбрасывается в атмосферу в количестве более 1 млн. тонн. 1/3 из этого количества приходится на работу двигателей реактивных воздушных средств.
Минеральные удобрения, в большом количестве используемые в сельском хозяйстве, тоже оказывают губительное воздействие на озон. Химические элементы, входящие в них, вступая в реакцию с бактериями, находящимися в почве, вырабатывают азот, который впоследствии окисляется.
Как предупредить истощение озонового слоя?
Ученые заняты не только вопросами восстановления истощенной озоновой оболочки, но и ищут способы, как предупредить появление ОД. Для этого необходимо бороться с выработкой веществ, содержащих хлорфторуглероды, в мировом масштабе. Такое решение было принято в Монреале в 1989 году. Предупредительные способы истощения озонового слоя, пути решения должна искать вся мировая общественность, поскольку существование дыр влияет на экологию всей Земли.
Чтобы снизить риск появления новых дыр в озоновой оболочке, необходимо вести постоянные научные разработки с целью выделения и ликвидации таких способов производства, выработки энергии, которые не будут приносить вреда окружающей среде.
Существует острая необходимость в том, чтобы начать повсюду устанавливать на дымящие трубы заводов и фабрик сооружения по очистке, заменять химические удобрения на органические. Важным этапом в защите слоя из озона станет переход транспортной системы, работающей на нефтяных продуктах, на электричество.
Что такое озоновые дыры и откуда они берутся
Озоновой дырой называют падение концентрации озона на конкретном участке атмосферы. Впервые это явление заметили британские учёные Джон Шанклин, Джо Фармен и Брайан Гардинер. В своей статье известному научному журналу Nature они описали свои наблюдения, суть которых заключалась в том, что каждый год (как правило, в августе) над Арктикой появляются многочисленные озоновые дыры общей площадью более двух миллионов квадратных километров. Продолжительность их существования в среднем — семь дней.
После продолжительных исследований учёные смогли установить причину этого явления. Во время наступления продолжительной «полярной ночи», солнце прячется за горизонт, из-за чего резко падает температура и сокращается поступление ультрафиолета в атмосферу.
Как результат — в стратосфере появляются облака, состоящие из кристаллов льда. В таких кристаллах накапливается хлор, который, после череды сложных химических реакций превращает озон (который, как мы помним, лишь модификация кислорода) обратно в кислород. Одна молекула хлора способна уничтожить миллион молекул озона.
По окончании полярной ночи и наступлении полярного дня, эти дыры затягиваются, ультрафиолет снова начинает взаимодействовать с кислородом и превращать его в озон.
Последствия разрушения озонового слоя Земли
Как уже было сказано, озон – это трехатомный кислород. Газ имеет особенный запах и голубоватый цвет. При некоторых условиях газ становится жидкостью, отличающейся цветом, называемым «индиго». В особых условиях из жидкого состояния озон может перейти в твердое. При этом его цвет станет темно-синим.
Не будет преувеличением сказать, что без наличия озонового слоя жизнь на нашей планете была бы невозможна. По крайней мере, в той форме, которая существует.
Ультрафиолетовое излучение опасно для всего живого. Если оно станет более интенсивным, то под его воздействием начнутся массовые серьезные заболевания. Пострадает зрение. Это и развитие катаракты, и изменения в роговице, и отслаивание сетчатки. Жесткий ультрафиолет оказывает угнетающее воздействие на клеточный иммунитет. Прежде всего, это отразится на коже, выразившись в онкологических заболеваниях. Живые организмы из-за воздействия повышенного излучения в значительно меньшей степени перестанут оказывать сопротивление любым инфекциям.
Причины разрушения ОС:
Во-первых, – это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых, самолеты, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он – один из составляющих фотохимического смога.
В-третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.
Последствия:
Это негативно сказывается не только на всех живых существах: людях, животных, растениях, тропических лесах, но и на предметах. Например, если озоновый слой станет слишком тонким, резина, используемая в хозяйстве, прослужит намного меньше. Водные организмы, обитающие в верхних слоях воды, прекратят свое существование. Окончательно погибнет фауна амазоских джунглей с питонами и попугаями. Рыбные уловы и сельскохозяйственные урожаи значительно уменьшатся. Несомненно, разрушение озонового слоя отразится и на людях. Человечество станет болеть в два раза больше, потому что иммунитет значительно ослабнет. Вероятность заболевания раком кожи и катарактой увеличится.
Ученые предполагают, что уменьшение озонового слоя на 1% приведет к активному распространению болезней. Например, случаи заболевания раком кожи увеличатся на 10 тысяч раз, а катарактой глаз — на 100 тысяч.
Склонность человека к заболеваниям дыхательных путей и легких будет стремительно расти.
Учеными ведутся поиски путей восстановления озонового слоя. Вначале для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после чего доставлять оный на самолетах в атмосферу. Другим вариантом является создание аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных батарей, которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением зеленых насаждений.
Мифы об озоновых дырах
Несмотря на то, что истончение озонового слоя — вполне реальная проблема, чреватая реальными проблемами, нужно признать: для многих людей, не проявляющих особенного внимание к науке, она может казаться мифичной и абстрактной. Как результат — множество ненаучных теорий, созданных конспирологами и невнимательными журналистами, охотно их подхватывающих в попытке раздуть «сенсацию»
Вот лишь некоторые из подобных теорий:
1.
Фреоны не влияют на образование озоновых дым, потому что они слишком тяжёлые и не могут достичь стратосферы. Да, фреоны действительно тяжелее кислорода и азота, однако нужно понимать, что газы в атмосфере расположены не слоями, а перемешиваются вместе. Как результат — и фреоны, и тяжёлые инертные газы, и прочие загрязняющие вещества равномерно распределяются в атмосфере, достигая и стратосферы, — примерно, за пять лет, как показывают эксперименты и исследования.
Вот самый очевидный аргумент, с которым сторонники этой теории поспорить не могут: если бы в атмосфере нашей планеты газы не смешивались, входящие в её состав углекислый газ и аргон образовали бы слой толщиной в несколько десятков метров. Такие условия лишили бы Землю возможности стать обитаемой.
2. Урон озоновому слою от хлорфторуглеродов (ХФУ) — вымысел, пролоббированный промышленниками, которым выгодно продавать более дорогие хладагенты. Токсичные хлорфторуглероды — довольно дешёвое вещество, которое активно использовали (а некоторые продолжают использовать) при создании аэрозолей, изоляционных материалов, пенопласта, хладагентов для холодильников.
Приведённое выше утверждения легко опровергается простой исторической справкой и логикой. В семидесятых были опубликованы первые данные о вредоносном воздействии фреонов на стратосферу нашей планеты. Вскоре, в июле 1975-го года, глава крупной американской компании DuPont написал для журнала Chemical Week статью, в которой резко критиковал приведённые данные, называя теорию о разрушении озонового слоя «научной фантастикой» и «бессмысленным вздором». Нетрудно угадать, что бытовые хладагенты из хлорфторуглеродов изготавливала, в том числе, DuPont.
На самом деле, альтернативой ХФУ стали куда более дешёвые газы природного происхождения, которые не нужно было синтезировать в дорогостоящих лабораторных условиях: в аэрозолях стали использовать бутан и пропан, в качества хладагента для холодильников — углеводород, а для теплоизоляции — циклопентан.
3. Озоновая дыра должна находиться не над Антарктикой, а над населёнными территориями, — там, где активно используют фреоны. И снова нам стоит вернуться к физическим свойствам атмосферы и вспомнить, что газы в ней перемешиваются.
Фреоны перемешиваются вместе с другими газами в стратосфере и тропосфере и из-за низкой реакционной способности могут находиться там годами, а то и десятилетиями, перемещаясь и распространяясь над всей территорией планеты.
Нужно понимать, что озоновая дыра — это не «дыра» в прямом смысле, у неё нет чётких территориальных границ. Это абстрактное явление, подразумевающее сниженную концентрацию озона. Обычно его замечают в Антарктике, но лишь потому, что только здесь бывает полярная ночь, когда долго нет солнца и тепла, из-за чего уровень озона падает до рекордно низких значений.
История открытия озоновой дыры – UKRI
Без озонового слоя не было бы сложной жизни на Земле. В 1980-х годах группа ученых потрясла мир, обнаружив в слое дыру.
В 1977 году 24-летний Джонатан Шанклин увидел объявление о приеме на работу в Британскую антарктическую службу (БАС), которое гласило:
Разыскивается: физик, интересующийся метеорологией и обладающий навыками программирования.
Чувствуя, что он удовлетворил требованиям, Шанклин подал заявку, и ему предложили роль.
Нацарапывание данных на листах бумаги
Сначала одной из главных задач Шанклина была проверка и исправление всех данных озонового спектрофотометра Добсона в Антарктиде. Этот прибор измеряет количество ультрафиолетового света, достигающего Земли, и дает точную картину того, сколько озона содержится в атмосфере. Было огромное отставание, так как до этого ученые просто нацарапали данные на листах бумаги.
Примерно в это же время BAS планировала провести день открытых дверей в своей штаб-квартире в Кембридже, чтобы продемонстрировать последние достижения антарктической науки видным ученым, политикам и общественности.
Шанклин вспоминает:
В то время существовали опасения, что выхлопные газы Concorde (сверхзвуковой пассажирский самолет) или хлорфторуглероды (CFC) из аэрозольных баллончиков могут повредить озоновый слой.
Будучи невежественным физиком, я подумал, что это маловероятно, поэтому решил представить данные за тот год и сравнить их со значениями, которые мой босс вычислил десятилетием ранее.
Я ожидал, что они будут такими же, поэтому Concorde сможет продолжать летать, а публика сможет продолжать использовать свои аэрозольные баллончики.Единственная проблема заключалась в том, что они не были одинаковыми.
Весенний спад озона
Удивленный и слегка встревоженный, Шанклин продолжил работу над отставанием, чтобы попытаться выяснить, был ли этот год просто разовым.
Не было. Результаты были очевидны: с конца 1970-х годов наблюдается систематическое снижение количества весеннего озона. К 1984 году озоновый слой над исследовательской станцией Галлея в Антарктиде был всего на две трети толще, чем в предыдущие десятилетия.
Поначалу Шанклин не осознавал огромных последствий открытия.
Я думал, что это что-то, возможно, присущее Антарктиде и представляющее только научный интерес.
Тем не менее, Шанклин начал готовить статью для научного журнала Nature, включая возможный химический механизм для объяснения наблюдений.
Начальник отдела Шанклина, выдающийся физик Джо Фарман, считал необходимым опубликовать столь важное открытие в журнале.
Он был выпущен в мае 1985 года и сильно потряс мир.
Подтверждение результатов
Независимая группа ученых быстро подтвердила результаты. Спутники показали, что озоновая дыра простирается на обширную территорию в 20 миллионов квадратных километров.
Исследователи быстро сошлись во мнении, что ответственными за это должны быть соединения, называемые ХФУ, которые часто используются в аэрозольных баллончиках и охлаждающих устройствах, таких как холодильники.
Озоновый слой над Антарктидой особенно чувствителен к фреонам из-за своего уникального географического положения. Антарктида представляет собой гористый континент, окруженный обширным открытым океаном.
Сочетание этих двух факторов приводит к тому, что во время антарктической полярной зимы температура в озоновом слое падает ниже -78°C.
Образуются облака, и на поверхности этих облаков происходят химические реакции, превращающие хлор из фреонов в активную форму.
Этот активный хлор разрушает озон, когда весной возвращается солнце.
Политическая акция
Исследование привело непосредственно к Монреальскому протоколу 1987 года. Это было соглашение о замораживании производства и потребления озоноразрушающих веществ на нынешнем уровне.
Более поздние поправки ужесточили эти ограничения, и глобальное производство и потребление ХФУ было прекращено к 2010 году.
Протокол продолжает обновляться по мере появления новых данных о воздействии ХФУ и их заменителей на озоновый слой. Например, в 2016 году исследования, финансируемые Советом по исследованиям в области окружающей среды, привели к тому, что гидрофторуглероды (ГФУ), сильнодействующие климатические газы, были добавлены в список контролируемых веществ. Было достигнуто соглашение о поэтапном сокращении их использования в течение следующих 30 лет.
Теперь протокол широко признан одним из самых успешных международных экологических соглашений всех времен. Антарктическая озоновая дыра медленно заживает, хотя, поскольку время жизни ХФУ в атмосфере составляет 50 и более лет, атмосфера полностью не восстановится до 2070 года, даже при отсутствии дальнейших выбросов.
Шанклин говорит:
Унизительно думать, что промышленность во всем мире должна была измениться из-за того, что казалось небольшим открытием в неизвестной части Антарктики, о котором большинство людей никогда не слышали.
Влияние
Влияние открытия невозможно переоценить. Согласно анализу, проведенному Deloitte в 2015 году, если бы Шанклин, Фарман и Гардинер не обнаружили дыру в озоновом слое вовремя, это задержало бы Монреальский протокол на пять-десять лет.
Программа ООН по окружающей среде подсчитала, что без протокола к 2030 году число случаев рака кожи в мире было бы на 14% выше. Только в Великобритании рак кожи уносил бы почти 300 жизней в год.
Более того, недавнее исследование международной группы ученых, финансируемое UKRI, показало, что, если бы ХФУ не были запрещены в конце 1980-х годов, их дальнейшее использование привело бы к повышению средней глобальной температуры воздуха еще на 2,5 C к концу века.
Это сверх существующего потепления.
Этому есть две причины. ХФУ сами по себе являются мощными парниковыми газами и поэтому могут напрямую способствовать изменению климата. УФ-излучение также наносит вред растениям, останавливая их рост и задерживая углекислый газ из атмосферы.
Долгосрочный мониторинг окружающей среды
Ученые подсчитали, что без Монреальского протокола к концу этого века будет:
- От 325 до 690 миллиардов тонн углерода меньше, чем в лесах, другой растительности и почвах
- такое уменьшение компенсации выбросов CO2 привело бы к дальнейшему повышению глобальной температуры на 0,8°C, тем самым ускорив существующие темпы глобального потепления, вызванного сжиганием ископаемого топлива
- на 115–235 частей на миллион больше углекислого газа в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем.
Шанклин поясняет:
С озоновой дырой все было совершенно ясно, можно было показать политикам картину антарктической озоновой дыры.
Поскольку повышенное ультрафиолетовое излучение также было связано с заболеваемостью раком кожи, это было проблемой общественного здравоохранения, и поэтому политические усилия были задействованы невероятно быстро.
В статье подчеркивается важность проведения долгосрочного мониторинга окружающей среды и принятия срочных мер, когда это необходимо.
Дополнительная информация
Интервью: сохранение озонового слоя тогда и сейчас
Авторы и права: Джонатан Франклин
В Международный день охраны озонового слоя мы встречаемся с двумя учеными, чья работа сыграла важную роль в сохранении этого жизненно важного щит на четыре десятилетия.
Прошло 36 лет с тех пор, как ученые впервые обнаружили дыру в озоновом слое — невидимом щите, поглощающем вредные ультрафиолетовые лучи Солнца. Без которого сложной жизни на Земле не существовало бы.
Открытие стимулировало целое экологическое движение в 1980-х годах и привело к полному запрету ХФУ (химических веществ, ответственных за разрушение озона).
Однако на этом история не закончилась. Исследователи продолжают следить за озоновым слоем, чтобы убедиться, что он продолжает восстанавливаться.
Мы говорим о влиянии находки с:
- Джонатаном Шанклином, одним из ученых, стоявших за открытием дыры
- Анна Джонс, временно исполняющая обязанности директора по науке Британской антарктической службы (БАС).
Джонатан, не могли бы вы рассказать нам немного о том, как вы впервые обнаружили дыру в озоновом слое?
Джонатан говорит:
Когда я впервые присоединился к BAS, часть моей работы заключалась в контроле и проверке данных об озоне, поступающих с озонового спектрофотометра Добсона в Антарктиде.
Озоновый спектрофотометр Добсона в Галлее измеряет количество УФ-излучения, достигающего Земли, и дает точную картину содержания озона в атмосфере.
Когда Джонатан начинал, было огромное отставание в загрузке данных в систему, так как до этого ученые просто записывали показания на листах бумаги.
Примерно в это же время у нас был день открытых дверей, на который были приглашены представители общественности, чтобы узнать обо всех исследованиях, которые мы проводили в Антарктиде. Было много опасений, что выхлопные газы Concorde могут разрушить озоновый слой, а аэрозольные баллончики могут разрушить озоновый слой.
Будучи невежественным физиком, я подумал, что если взять данные по озону за этот год и сравнить их с показаниями за двадцать лет до этого, они будут такими же, и поэтому людям не о чем беспокоиться. Но показания не были одинаковыми, и это требовало дальнейших действий.
Шанклин продолжал работать над своим отставанием, пытаясь понять, не был ли этот год единственным.
Авторы и права: Джонатан Франклин
Не было. Результаты были очевидны. С конца 1970-х годов наблюдается систематическое снижение количества весеннего озона. К 1984, озоновый слой над Галлеем был примерно на две трети толще, чем в предыдущие десятилетия.
Выводы Шанклина были опубликованы в основополагающей статье в журнале Nature в мае 1985 года. Исследование привело непосредственно к Монреальскому протоколу 1987 года. Это соглашение о замораживании производства и потребления озоноразрушающих веществ по нынешним ценам.
Более поздние поправки ужесточили эти ограничения, и глобальное производство и потребление ХФУ было прекращено к 2010 году. 2070. Это даже при отсутствии дальнейших выбросов.
Анна, на ваш взгляд, какое влияние на мир оказало первоначальное открытие дыры в озоновом слое?
Это произвело огромное впечатление. Это вызвало экологическое движение 1980-х годов. Он поставил защиту окружающей среды на первое место в политической повестке дня, но также обеспечил основу в форме Монреальского протокола для решения глобальных экологических проблем.
Что было очень умно в Протоколе, так это то, что, хотя он был подписан в 19В 80-х годах в нем был пункт, в котором говорилось, что его необходимо регулярно пересматривать.
Таким образом, по мере появления новых данных о других веществах, разрушающих озоновый слой, их также можно было бы включить.Например, в 2016 году исследование NERC привело к тому, что ГФУ (сильнодействующие климатические газы) были добавлены в список контролируемых веществ с соглашением о поэтапном сокращении их использования в течение следующих 30 лет.
Это действительно продемонстрировало тип законодательства, необходимого для решения глобальных экологических проблем, а это именно то, что нам нужно сейчас в связи с изменением климата.
Джонатан, ты согласен?
Открытие имело всемирный резонанс. Это все еще имеет такое влияние. Потому что даже самые незначительные изменения в показаниях озона могут выявить интересные вещи. Недавно было обнаружено, что количество ХФУ сокращается не так быстро, как следовало бы. Это было прослежено до источника из Китая, и китайское правительство приняло меры, и теперь оно вернулось на правильный путь.
Удивительно, что правительства мира соблюдают протокол. Унизительно думать, что промышленность во всем мире должна была измениться из-за того, что казалось небольшим открытием в малоизвестной части Антарктики, о которой большинство людей никогда не слышали.
Анна, не могли бы вы рассказать нам о своем прошлом и исследованиях, которые вы проводите в Антарктиде?
Я исполняю обязанности директора по науке BAS, но по образованию я атмосферный химик. Я получил степень по химии в Университете Восточной Англии, а затем защитил докторскую диссертацию в Кембридже. Моя кандидатская диссертация на самом деле рассматривала влияние сверхзвуковых самолетов на озоновый слой.
За свою карьеру я провел много исследований стратосферы, верхних слоев атмосферы, где была обнаружена дыра в озоне. Однако в последнее время я также многое сделал в тропосфере, самом нижнем слое атмосферы.
Как ваши исследования помогают восстановить озоновый слой?
В рамках своих обязанностей я наблюдаю за долгосрочными наблюдениями за озоном на станции Галлей.
Чтобы получить полное представление об озоновом слое и его изменениях, ученые используют разную информацию. Они сочетают в себе наземные измерения столба озона, такие как измерения в Галлее, с атмосферными измерениями, сделанными на разных высотах с помощью воздушного шара. Они также используют спутниковые измерения, так что все эти разные части составляют часть головоломки.
Эта работа невероятно важна, потому что есть люди, которые говорят, что проблема озона решена, мы запретили эти различные химические вещества, разрушающие озоновый слой. Но на самом деле история вовсе не закончена. Как говорит Джонатан, недавно было обнаружено, что фреоны по-прежнему производятся нелегально.
Жизненно важно, чтобы мы продолжали следить за озоновым слоем до тех пор, пока у нас не будет полной уверенности в том, что он полностью вернется на прежнее место. Долгосрочные измерения озона невероятно важны, потому что восстановление далеко не завершено.
Ученые считают, что дыра в озоновом слое полностью исчезнет к 2075 году.
Существуют ли какие-либо проблемы или барьеры, препятствующие этому?Анна говорит:
Одной из проблем является незаконное производство химикатов, разрушающих озоновый слой.
Однако могут также производиться или синтезироваться новые химические вещества, которые оказываются озоноразрушающими веществами.
Другое дело, что происходит с температурой в стратосфере. Хотя парниковые газы в целом вызывают глобальное потепление, на самом деле они охлаждают верхние слои атмосферы. Эти условия усугубляют потерю озона.
Все, что мы делаем для борьбы с глобальным потеплением и изменением климата, уменьшит охлаждение стратосферы и поможет быстрее восстановить озоновый слой.
Джонатан, как вы думаете, почему важно продолжать следить за озоном?
Вам необходим долгосрочный мониторинг, чтобы уверенно видеть, как все изменилось. Если вы проводите только точечные измерения и не знаете, какие изменения произошли за этот интервал, то вы не сможете сказать, является ли ваше изменение разовым событием или чем-то систематическим.
Вот где у нас действительно было преимущество перед всеми остальными, когда мы открыли озоновую дыру, поскольку у нас были непрерывные данные со станции Галлей, начиная с 1956 года.
Эти долгосрочные измерения имеют свою цену, и они, возможно, не являются передовыми научными достижениями, но если мы не знаем точно, что было сделано в прошлом, мы не будем иметь представления о том, что нас ждет в будущем.
Монреальский протокол считается самым успешным соглашением по охране окружающей среды на сегодняшний день. Джонатан, почему ты думаешь, что это было так успешно?
Я думаю, дело в том, что это было абсолютно ясно. Можно было показать политикам картину антарктической озоновой дыры, и они очень быстро смогли принять меры.
Были также альтернативы ХФУ, которые уже были доступны. Поскольку усиление ультрафиолетового излучения было связано с увеличением числа случаев рака кожи, слово «рак» сделало его проблемой общественного здравоохранения, и поэтому политические усилия были задействованы невероятно быстро.
Анна, какие уроки мы можем извлечь из Монреальского протокола, пытаясь сегодня бороться с изменением климата?
Существуют важные параллели между Монреальским протоколом и законодательством, необходимым для решения проблемы изменения климата, наиболее очевидно, что и то, и другое требует значительного международного сотрудничества.
Но проблема изменения климата гораздо сложнее, учитывая нашу нынешнюю почти глобальную зависимость от ископаемого топлива.
Есть надежда, что Монреальский протокол дает некоторую гарантию того, что решения глобальных экологических проблем могут быть найдены, даже если они непростые.
Джонатан соглашается:
Монреальский протокол служит образцом того, как все должно работать.
Если бы мы могли применить тот же подход к изменению климата и действовать так же быстро, то мы не были бы в таком плохом положении, как сейчас, поскольку нам следовало бы начать принимать меры по борьбе с изменением климата десятилетия назад.
Последнее обновление: 20 июня 2022 г.
Восстановление и защита озонового слоя
Стратегическая цель
Стратегическая цель
EPA.gov
XML
CSV
Обзор
Обновление прогресса
Обзор
Агентство по охране окружающей среды будет реализовывать программы по сокращению и контролю озоноразрушающих веществ (ОРВ), обеспечивать соблюдение правил их производства, импорта и выбросов, а также содействовать переходу на альтернативные продукты, которые сокращают выбросы парниковых газов и экономят энергию. Взносы Агентства по охране окружающей среды в Многосторонний фонд для реализации Монреальского протокола помогут продолжить поддержку рентабельных проектов, направленных на наращивание потенциала и ликвидацию производства и потребления ОРВ в более чем 60 развивающихся странах.
EPA также продолжит партнерские программы, которые информируют общественность о важности защиты от вредного ультрафиолетового излучения.
Внешние факторы и возникающие проблемы
Защита озонового слоя — это глобальная проблема, которую нельзя решить только внутренними действиями — все страны должны также постепенно отказаться от использования ОРВ. В США и в мировом сообществе в целом предстоит еще многое сделать, прежде чем озоновый слой будет считаться безопасным для нынешнего и будущих поколений. Критические возникающие проблемы включают необходимость обеспечения того, чтобы:
- Озоноразрушающие вещества были заменены альтернативами, снижающими общий риск для здоровья человека и окружающей среды;
- Использование сельскохозяйственного фумиганта бромистого метила поэтапно прекращено таким образом, чтобы обеспечить постоянную борьбу с вредителями, которые угрожают продовольственным товарам и другим экономически важным продуктам, продаваемым США на международном уровне[14]; и,
- Оставшийся поэтапный отказ от ОРВ, включая требования развивающихся стран по сокращению ОРВ в 2013 и 2015 годах, получает надлежащую поддержку таким образом, чтобы это было экономически эффективным и безопасным для климата. [1]
[1]
Примечания:
- Все страны, являющиеся Сторонами Монреальского протокола, согласились прекратить производство и потребление озоноразрушающих веществ (ОРВ). Многосторонний фонд был создан по соглашению между Сторонами, и его цель заключается в оказании помощи развивающимся странам в соблюдении этих обязательств. Взносы в Многосторонний фонд вносят развитые страны, также называемые странами-донорами в соответствии с Договором.
Показать меньше…
Обновления о проделанной работе
Агентство по охране окружающей среды, в консультации с Управлением по управлению и бюджету, определило, что достижение этой цели значительно продвинулось вперед. EPA продолжает лидировать в усилиях по восстановлению и защите озонового слоя внутри страны и за рубежом. На внутреннем рынке Агентство добивается прогресса, как и предполагалось в Стратегическом плане Агентства по охране окружающей среды на 2014–2018 финансовые годы , в котором говорится, что к 2015 году потребление в США гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) — химических веществ, разрушающих защитный озоновый слой Земли, — составит менее 1520 тонн.