какие загрязнители атмосферы приводят к образованию озоновой дыры
Озоновые дыры: как они появились и как мы их будем латать
Кто виноват в появлении озоновых дыр и сможем ли мы их теперь залатать – в колонке обозревателя Николая Гринько.
На днях Международная служба мониторинга атмосферы Земли сообщила, что озоновая дыра над Арктикой, образовавшаяся несколько недель назад, самостоятельно затянулась. Внимательный читатель насторожится: погодите, как же так? Ведь долгие годы нам сообщали о том, что озоновый слой разрушается над Антарктидой, то есть над южным, а не над северным полюсом планеты!
Все верно. Северная озоновая дыра появилась впервые в истории наблюдений и исчезла так же неожиданно, как образовалась. Удивительно, но в ее возникновении ученые винят вовсе не человека, а природу, в частности сильный полярный вихрь. Нет заслуги человечества и в ее исчезновении: как только атмосфера успокоилась, количество озона в ней восстановилось.
А вот на противоположном полюсе Земли ситуация вовсе не такая успокаивающая, хотя в ней и наметились положительные изменения. Но давайте по порядку. Во второй половине XX века человечество стало массово использовать фреоны – химические вещества, применяемые в качестве хладагентов, пропеллентов, вспенивателей, растворителей и так далее. Едва ли не каждый холодильник и баллончик дезодоранта тогда содержал фреон, уносящий в атмосферу гигантское количество фтора, хлора, брома.
Когда в прошлом веке над Антарктидой было обнаружено сильное снижение количества озона, исследователи довольно быстро выяснили причину этого явления. Дело в том, что озон образуется в атмосфере под воздействием ультрафиолета, и именно этот процесс вызывает поглощение наиболее жесткой части ультрафиолетового излучения, опасного для живых организмов. Но во время полярных ночей солнце не освещает полюса. А раз нет ультрафиолета, значит, не появляется нового озона взамен распавшегося. Когда наступает полярный день, весь жесткий ультрафиолет проходит через озоновую дыру и достигает поверхности Земли.
Поначалу казалось, что это естественный процесс, но позже выяснилось, что хлор- и фторсодержащие фреоны, попадая в атмосферу, выступают катализаторами распада озона, во много раз ускоряя этот процесс. А ветра над Антарктидой во время полярной ночи движутся по замкнутой траектории, почти не допуская сюда атмосферу из других участков Земли. То есть полгода над континентом собирается фреон со всей планеты, а во время полярной зимы он концентрируется над полюсом, «прогрызая» в небе озоновую дыру.
Как только эти исследования были опубликованы, разразилась настоящая буря: экологи обрушились на производителей фреонов, обвиняя их в варварском отношении к природе, а химические предприятия тратили миллионы долларов на защиту фреонов в прессе. Производители хладагентов, спреев и аэрозолей во главе с компанией DuPont – одной из крупнейших химических компаний в мире – в один голос заявляли, что теория разрушения озона – «это научная фантастика, куча мусора и полная ерунда». Ничего удивительного: промышленники несли миллиардные убытки.
Фото: AP/Michel Euler
К счастью, здравый смысл все-таки победил. В 1985 году была согласована Венская конвенция об охране озонового слоя, а в 1989 году вступил в силу Монреальский протокол, в котором изложены цели и методы сокращения разрушающих озон веществ. К 2013 году протокол ратифицировали все страны ООН и Европейский союз. Фреоны попали под запрет. Правда, не все и не полностью, но корпорации теперь обязаны заменять их веществами, не наносящими вреда природе. За соблюдением этих условий строго следят международные комиссии, и в результате выброс фреонов в атмосферу постоянно сокращается.
Но на мгновенное восстановление озонового слоя Земли рассчитывать не стоит. За прошедшие десятилетия в атмосфере накоплен огромный объем фреонов, которые распадаются десятками и даже сотнями лет. Даже по самым оптимистичным прогнозам исчезновение озоновой дыры стоит ожидать не раньше 2050 года. Если, конечно, к этому моменту человечество не найдет новый способ уничтожения атмосферного озона.
Озоновые дыры
Земля — это единственная планета в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Существование живых организмов возможно потому, что планету защищает от смертоносного солнечного излучения озоновый слой, расположенный в стратосфере (10 – 50 км от планетарной поверхности). Озон – газ голубоватого цвета, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Его название в переводе с греческого языка означает «пахнущий». Действительно, после грозы, глубоко вдохнув воздух, можно почувствовать, как пахнет газ.
Без озонового слоя планета буквально сгорит под ультрафиолетовым воздействием Солнца. Однако человечество так и не научилось быть благодарным за возможность жить на Земле. Озоновые дыры существовали на планете всегда. Они то появляются, то исчезают по естественным причинам. Однако в результате антропогенной деятельности отмечается опасное расширение незащищенных озоном участков атмосферы, из-за чего Земля становится все более подверженной воздействию ультрафиолета.
Что такое озоновые дыры?
Не стоит думать, что озоновая дыра – пространство в атмосфере, полностью лишенное защитного газа. В действительности озон на этом участке присутствует, но в меньшей концентрации. Сквозь такой участок атмосферы ультрафиолетовому излучению легче пробиться к земной поверхности. В пределах озоновой дыры концентрация голубого газа может составлять всего 30% от нормы.
Первую и самую большую озоновую дыру, в диаметре достигающую 1000 км, выявили в 1985 году над Антарктидой. Концентрация газа в этом пространстве была ниже нормы на 50%, причем наибольшее истощение озонового слоя отмечалось на расстоянии 15 – 20 км от планетарной поверхности.
Для дыры над южной приполярной областью характерна сезонность появления и исчезновения. Существенное снижение концентрации газа отмечается в конце зимы и ранней весной (в южном полушарии это август и сентябрь). Обусловлено такое явление особенностями приполярного климата.
В период антарктической зимы вследствие понижения температуры воздуха формируется вихрь. Воздушная масса в составе вихря циркулирует вокруг южного полюса. Смешивание с воздушными массами других широт слабое, либо вообще отсутствует. В период полярной зимы планетарная поверхность лишена солнечного света, формирование озона остановлено. А накопившийся летом газ постепенно разрушается, так как молекулы вещества не отличаются стабильностью. Когда заканчивается полярная ночь, возвращается антарктическое лето, концентрация озона начинает медленно расти и к концу лета достигает максимального значения.
Аналогичная сезонная дыра, но не такая крупная, находится над Северным Ледовитым океаном. Образования меньшего размера выявляются исследователями по всему земному шару.
Причины разрушения озонового слоя
Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов:
Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.
Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.
Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет вулканическая активность. При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.
Однако в последние десятилетия нарушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.
Основные источники загрязнения атмосферного пространства:
При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.
Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.
Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.
Последствия озоновых дыр
Уменьшение озонового слоя приводит к усилению воздействия солнечного излучения на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана несет смертельную опасность для живых организмов.
Главным последствием разрушения озонового слоя Земли станет вымирание всех представителей животного и растительного мира. Уже сегодня ученые отмечают массовую гибель морских планктонных видов и глубоководных обитателей вследствие усилившегося негативного воздействия ультрафиолета.
Что касается влияния на человека, то повышение солнечной радиации отрицательно сказывается на состоянии кожного покрова, становится причиной возрастания случаев меланомы – рака кожи. Если количество поступающего на Землю ультрафиолета будет расти, то возрастет заболеваемость и другими онкологическими патологиями. Так, если уровень голубого газа в стратосфере понизится еще на 1%, то количество раковых больных будет повышаться на 7 тысяч в год.
Способы решения проблемы
Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.
Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:
Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.
В 1985 году принята Венская конвекция о защите озонового слоя. В 1987 году создан Монреальский протокол, в котором перечислены самые вредные летучие вещества, появляющиеся в воздушном пространстве в результате человеческой деятельности. Страны-участницы обязались сократить выбросы этих веществ, а к началу 21 века исключить.
Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.
Озоновые дыры: причины и последствия
Проблема озоновых дыр стала актуальной в середине XX века. Наблюдения ученых подтвердили их наличие и опасность, которую несет такое явление. В частности, уже с 70-х годов специалисты обратили внимание, что наблюдается устойчивое снижение озона в стратосфере, которая состоит из озонового слоя. А именно последний предотвращает попадание чрезмерного ультрафиолетового излучения на поверхность Земли. Также отмечалось, что больше всего этоn слой разрушен на полюсах – южном и северном.
Причины возникновения озоновых дыр в атмосфере
Ученые установили, что основной причиной озоновой дыры являются газы, которые содержат хлорфторуглероды (ХФУ), галоны и фреоны. Обнаруженные обычно в аэрозольных баллончиках и выпускаемые многими электронными приборами, они снижают уровень озона в стратосфере. Все эти газы содержат хлор, который является основной причиной истончения озонового слоя.
Как образуются озоновые дыры?
Разрушение озонового слоя вызвано тем, что количество газов, содержащих хлор, начинает увеличиваться в окружающей среде. Когда эти газы поднимаются, они подвергаются воздействию ультрафиолета. Это вызывает химическую реакцию, которая создает атомы хлора. Они влияют на атомы озона и вызывают истощение озонового слоя.
Хотя этот процесс длится в течение нескольких лет, у озонового слоя есть свойство восстанавливался естественным образом. При заметном увеличении выбросов этих газов озоновая дыра над Антарктидой не восстанавливается, становится постоянной частью слоя. Для его восстановления в этом месте потребуется несколько десятилетий и значительное сокращения выбросов.
ХФУ не вымываются обратно на землю и даже не разрушаются в результате реакции с другими химическими веществами. А значит они могут оставаться в атмосфере в течение длительного периода времени, который может составлять от 20 до 120 лет и более. В результате они транспортируются обратно в стратосферу, где в конечном итоге разрушаются ультрафиолетовыми лучами солнца, высвобождая свободный хлор.
Каковы последствия расширения озоновых дыр?
Истончение озонового слоя увеличивает непосредственный контакт с ультрафиолетовыми лучами, которые могут вызвать рак или раздражение кожи. А это может привести к смерти. Уменьшение на 1% озонового слоя может привести к 5% увеличению случаев рака кожи.
Воздействие ультрафиолетовых лучей также увеличило количество случаев катаракты, что, в свою очередь, влияет на зрение людей и может привести к увеличению слепоты. Расширение озоновых дыр приводит к повреждению ДНК, последствия которого может быть катастрофическими.
Водные растения и животные тоже подвержены опасному воздействию. Ультрафиолетовые лучи могут проникать через воду и убивать маленькие растения и животных. Если озоновая дыра продолжит расширяться, растительность постепенно исчезнет, уменьшая количество пищи во всем мире. Итог – гибель всего живого на планете.
Последствия озоновых дыр, причиненные ими повреждения до сих пор не очень хорошо поняты. Помимо постепенного уменьшения озонового слоя во всем мире, имеется мало поддающихся количественной оценке свидетельств появления новых дыр. Несмотря на это, ряд стран работает над уменьшением ущерба.
Как предупредить дальнейшее разрушение озонового слоя?
Борьба с этим явлением заключается в том, что ХФУ были запрещены, особенно в аэрозольных баллончиках и различных электрических приборах. Было заключено много соглашений, направленных на то, чтобы постепенно прекращать использование газов. Тем не менее, это встретило большое сопротивление со стороны отраслей промышленности, которые основаны на производстве и использовании газов.
Одновременно началась масштабная акция, направленная на информирование общества об экологических проблемах, стоящих перед планетой. В результате закладывается основа для общественного мнения и соответствующих действий по таким вопросам, как загрязнение, парниковые газы, глобальное потепление и климатический кризис.
Финансируются исследования ученых, которые ищут ответ на вопрос, как погодные условия и природные явления могут быть нарушены небольшими изменениями в атмосфере. Разрушение озона не так серьезно, как когда-то, но тем не менее оно оказало влияние на планету.
Стоит обратить внимание, что в XXI веке озоновые дыры появляются и расширяются с меньшими темпами, чем в прошлом столетии. Озоновый слой больше не подвергается такой яростной атаке газов, приводящих его к истончению. Причина – большинство правительств и природоохранных ведомств на законодательном уровне добились сокращения выбросов ХФУ. Были введены ограничения, направленные на то, как предупредить появление озоновых дыр.
Этого оказалось достаточно на этом этапе, чтобы предотвратить глобальную катастрофу, заложило основу для дальнейшей работы по сокращению опасных выбросов.
Озоновые дыры
Автор: Flintman · Опубликовано 06.01.2021 · Обновлено 05.01.2021
Озоновые дыры — проблема, о которой говорят повсеместно, о ней пишут в журналах и обсуждают ее на научных конференциях по экологии и космосу. Земля — единственная планета, на которой есть жизнь. Она защищена от разрушительного воздействия ультрафиолета с помощью озонового слоя в стратосфере. В результате антропогенной деятельности и по естественным причинам концентрация озона на некоторых участках серьезно падает. Это опасно для всех жителей планеты, поэтому важно соблюдать профилактические меры для недопущения образования озоновых дыр.
Что такое озоновые дыры
Планету Земля покрывает плотный газовый слой, который находится на уровне 12-50 км над поверхностью. Такая прослойка защищает все живые организмы от вредного воздействия ультрафиолета и позволяет избежать последствий губительного солнечного излучения. К сожалению, с начала 20 века слой озона стал частично разрушаться. На некоторых участках начали появляться так называемые бреши. В этих местах ультрафиолет легче и быстрее достигает поверхности планеты и разрушающе действует на все живое.
Так что такое озоновые дыры? Это не отверстия в стратосфере, а локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. Таким образом, озон там все же остается, но в гораздо меньшей концентрации.
Важно! Ученые установили, что увеличение площади дыры на 1% вызывает рост заболеваемости раком кожи до 6%.
История открытия озоновых дыр в атмосфере
Впервые на данное явление обратил свое внимание ученый из Англии Дж. Фармен и коллеги первооткрывателя, работающие с ним в группе. В 1985 г. специалисты установили локализацию озоновой дыры в Южном полушарии (в Антарктиде). Диаметр образования составлял порядка 1000 км. Ученые обнаружили интересную особенность — дыра возникала каждый год в конце лета и исчезала в декабре-январе.
В 1992 г. была открыта еще одна озоновая дыра, но уже в Северном полушарии. Она была немного меньше открытой ранее. В 2008 г. площадь локального падения концентрации озона в Антарктиде составила рекордные 27 млн. кв. км.
Из-за повышенного внимания общественности в 1985 г. была принята Венская конвенция об охране озонового слоя. В 1987 г. создали список наиболее опасных хлорфторуглеродов, производство которых впоследствии было ограничено.
Российские ученые предположили, что озоновые дыры имеют естественное происхождение. В 1999 г. была опубликована научная работа, в которой излагалась гипотеза о происхождении озоновой дыры в Антарктиде задолго до ее открытия с помощью прямых экспериментальных способов.
Причины
Причины образования озоновых дыр делятся на естественные и антропогенные. В первом случае проблема появляется из-за природных процессов, которые происходят в приполярных областях планеты. Ученые объясняют это следующим образом: во время полярной ночи отсутствует солнечное излучение, осадки, озон не вырабатывается, формируются хлорные облака. Хлор разрушительно действует на оставшийся в стратосфере озон. Дыра затягивается только при наступлении полярного дня.
Вулканическая активность тоже влияет на падение концентрации озона на определенных участках. При взрывах вулканов выделяются продукты горения, разрушающие озоновые молекулы.
Однако наибольший вред озоновому слою наносит человек. Дыры могут сформировываться из-за значительных выбросов водорода, фреонов, хлора и других вредных химических соединений (например, кислотных), попадающих в атмосферу из-за деятельности людей.
Основные источники загрязнения:
Основные регионы возникновения
Самыми большими признаны дыры над Антарктидой и Арктикой. Эти образования периодически достигают критических отметок по своей площади. Однако падение уровня озона отмечается в разных частях света.
Особого внимания заслуживает озоновая дыра, образовавшаяся над Китаем. Ее расширение можно обусловливать вредными выбросами разрушающих озон компонентов. Несмотря на установленные стандарты и регулярный мониторинг экологических показателей, влажности, ситуация только ухудшается с каждым годом.
Также крупная озоновая дыра расположена над Западной Сибирью. На этом участке концентрация озона снижена примерно наполовину. Игнорирование проблемы приведет к пересыханию почвы, скоплению пыли и более серьезным последствиям для окружающей среды.
Важно! Озоновые дыры не локализуются постоянно в одних и тех же местах. Со временем они могут затягиваться и формироваться над другими территориями. Благодаря техническому прогрессу стало гораздо легче отслеживать их появление в окружающей среде.
Карта озоновых дыр меняется в зависимости от времени года. Как правило, они формируются в теплые периоды. Критические точки истончения слоя озона находятся на высоте 19 км от поверхности Земли.
Гипотезы о естественном происхождении
Российские ученые в 1999 г. издали научный труд, в котором было отмечено, что причины возникновения озоновых дыр в атмосфере бывают только естественными. Специалисты установили, что существует ряд природных факторов, способствующих снижению концентрации озона в стратосфере. В таких местах и формируются дыры. Приверженцы этой теории утверждают, что антропогенное воздействие наносит вред экологии, но в меньшей степени, чем предполагается.
Как образуются озоновые дыры
На Северном и Южном полюсах из-за низких температур образуются стратосферные облака. Они содержат кристаллы льда. При соприкосновении таких облаков с молекулярным хлором, попадающим в стратосферу, совершается ряд химических реакций. В результате происходит выпадение молекул озона, уменьшается его концентрация. Так и образуются озоновые дыры.
Последствия
Вследствие создания озоновых дыр усиливается ультрафиолетовое излучение. В результате может существенно увеличиться процент людей с онкологическими заболеваниями, в частности — с раком кожи. Кроме того, заметно падает иммунитет, что приводит к возникновению других болезней.
От ультрафиолета страдает не только человечество. Для животных, растений, бактерий подобное воздействие также губительно. Самым страшным последствием возникновения и разрастания озоновых дыр является полное вымирание всего живого на планете, повсеместная засуха, избыток углекислого газа, туман. Это касается в том числе и обитателей водоемов.
Способы решения проблемы
Образование озоновых дыр — проблема мирового масштаба. Поскольку главным виновником разрушения слоя озона является человек и его деятельность, необходимо разрабатывать и совершенствовать систему производственных и эксплуатационных технологий. Это важно для сокращения и полного прекращения выбросов вредных химических соединений.
Для решения проблемы необходимо:
Можно ли восстановить озоновые дыры
Проблему гораздо проще предупредить, чем заниматься ее устранением. Если дыра уже образовалась, важно принять все необходимые меры для восстановления верхних слоев газовой оболочки.
Экологи полагают, что наиболее эффективным методом является проведение мероприятий по восстановлению слоя атмосферного озона. Для этого необходимо распылять искусственно синтезированный газ на высоте до 30 км над поверхностью Земли. Однако подобные манипуляции обойдутся очень дорого. Кроме того, доставлять озон к месту распыления непросто и опасно для лиц, которые его перевозят.
Вопросы
Ответ: Ожидается, что полное восстановление озона может произойти примерно к середине 21 века. Это возможно только в случае неукоснительного соблюдения положений Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.
Ответ: Для этого используются особые измерительные приборы на земле и в воздухе, которые устанавливаются на самолетах, аэростатах, спутниках. Некоторые устройства отбирают пробы воздуха, работа других основывается на способности озона поглощать свет в атмосфере.
Озоновые дыры несут опасность всему живому на планете. Если не принять меры по их предупреждению и устранению, не избежать необратимых последствий для человека, животных, растений, микроорганизмов. Учеными хорошо изучены механизмы образования озоновых дыр, поэтому рекомендуемые экологами профилактические мероприятия действительно помогут предотвратить глобальную экологическую катастрофу.