Озоновый слой: определение, характеристики, разрушение

История открытия

Только в XIII веке ученые смогли предположить, а затем в начале XX века доказать наличие озона в слоях земной атмосферы. Все началось в 1785 году, когда нидерландский физик Мартин Ван Марум обнаружил озон во время одного из своих опытов. Он построил машину, через которую пропускал электрические искры. Характерный запах вместе с доказанным наличием окислительных свойств, образующихся при пропуске электрического заряда, позволили в дальнейшем открыть трехатомную модификацию кислорода – озон.

Открытие вещества с описанием его свойств совершил Кристиан Фридрих Шенбейн в 1839 году. Немецкий химик получил его лабораторным путем, а также написал книгу, выпущенную в 1844 году, – «Получение озона химическими способами». Название озону дано по греческому слову, обозначающему «пахну» – это связано с резким запахом.

Существование озонового слоя в атмосфере Земли было открыто в 1912 году французскими физиками Шарлем Фабри и Анри Буиссоном. Ученые производили измерения солнечного излучения, заметив, что до земной поверхности не доходят ультрафиолетовые лучи конца светового спектра длиной менее 315 нанометров.

Существенный вклад в точные измерения озонового слоя, располагающегося на разной высоте относительно земной поверхности, внес британский метеоролог Гордон Миллер Борн Добсон. Ученый изобрел озоновый спектрометр (Добсонометр), необходимый для измерения количество озона прямо с поверхности земли. Для этого в течение 1928-1958 годов по всему миру была создана сеть станций, функционирующая по сей день. А содержание озона в атмосфере выражается с помощью Единицы Добсона, учитывающая содержание озоновых молекул на квадратный сантиметр.

Мнения ученых относительно срока формирования озонового слоя расходятся: от 400 миллионов до почти 2 миллиардов лет назад. Именно в этот период произошло насыщение поверхности Земли кислородом, позволившее развиваться растениям, а также подняться животным из воды на сушу.

Что такое озоновый слой?

Молекулы О3 обладают высокой химической и биологической активностью. Присоединение третьего атома к двухатомному кислороду сопровождается повышением запаса энергии и нестабильностью соединения. Озон легко распадается на молекулярный кислород и активную частицу, которая энергично окисляет другие вещества и убивает микроорганизмы. Но чаще вопросы, связанные с пахнущим соединением, касаются его скопления в атмосфере над Землей. Что такое озоновый слой и почему его разрушение вредно?

Непосредственно у поверхности нашей планеты всегда присутствует некоторое количество молекул О3, но с высотой концентрация соединения возрастает. Образование этого вещества происходит в стратосфере благодаря ультрафиолетовому излучению Солнца, несущему большой запас энергии.

Толщина озонового слоя

Озоновый слой

Озоновый слой атмосферы очень тонок. Если всем имеющимся в наличии озоном атмосферы равномерно покрыть участок площадью в 45 квадратных километров, то получится слой толщиной в 0,3 сантиметра. Немного озона проникает с потоками воздуха в нижние слои атмосферы. Когда лучи света реагируют с веществами, содержащимися в выхлопных газах и промышленных дымах, тоже образуется озон.

Где находится озоновый слой Земли?

Заметное повышение содержания молекул озона начинается на расстоянии 10 км и сохраняется до 50 км над Землей. Но то количество вещества, которое имеется в тропосфере, — это еще не экран. По мере удаления от земной поверхности возрастает плотность озона. Максимальные значения приходятся на стратосферу, ее область на высоте от 20 до 25 км. Здесь молекул О3 содержится в 10 раз больше, чем у поверхности Земли.

Но почему толщина, целостность слоя озона вызывает беспокойство ученых и простых людей? Бум по поводу состояния защитного экрана разразился в минувшем столетии. Исследователи обнаружили, что озоновый слой атмосферы над Антарктидой стал тоньше. Была установлена основная причина явления — диссоциация молекул О3. Разрушение происходит в результате совместного воздействия ряда факторов, ведущим среди них считается антропогенный, связанный с деятельностью человечества.

Функции озонового слоя

На высоте 20-30 километров от поверхности Земли «живой» газ создаёт уникальную защиту. Озон необходим для жизни на Земле, поскольку поддерживает температурный режим на планете и выполняет роль фильтра в атмосфере.

Планета регулярно подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей солнца, космического излучения. Если внешнее влияние полностью будет достигать поверхности Земли, это негативно скажется на живых организмах. «Защитное поле» становится частичной преградой для вредных факторов, влияющих на планету извне.

Озоновый слой справляется с внешней и внутренней угрозой. Регулярно предприятиями и транспортом выбрасывается множество газов в атмосферу (в том числе углекислый). Трёхатомный кислород нейтрализует опасные вещества, очищая воздух. Помимо нейтрализации, вредных примесей, озоновый слой удерживает кислород внутри атмосферы, не позволяя ему в больших количествах «вылетать» в открытый космос.

Нейтрализация углекислого газа

Причиной парникового эффекта становятся газы. На Земле ответственным за это явление считается углекислый газ, источниками которого являются природные (жизнедеятельность биосферы, извержения вулканов, пожары вследствие засухи, гниение биомассы) и антропогенные (сжигание биомассы, горение пород или топлива, промышленное производство, изготовление цемента) факторы.

Если исключить неестественное образование газа, то растения поглощают большую часть двуокиси углерода. При чрезмерном образовании вещества из-за техногенного влияния, остаток попадает в атмосферу. Молекулы озона разрушают органические соединения, в том числе углерод и его производные, нейтрализуя излишки опасного газа.

Роль озонового слоя при взаимодействии с углекислым газом — восстановление баланса веществ, наполняющих атмосферу. Состав воздуха меняется в зависимости от климатических, погодных и антропогенных условий. Реакции проходят постоянно в разных участках «щита».

Удержание кислорода

Значение озонового слоя для биосферы выражено также удерживанием нужного уровня кислорода. Озон образуется под воздействием ультрафиолетовых лучей, но содержимое защитного барьера динамично, поскольку:

• озон тяжелее воздуха, после реакции спускается ниже;
• ветер перемещает газ в разных направлениях;
• интенсивность УФ-излучения переменчива.

Для озонового слоя, имеющего небольшой объём О3, нормально постоянно менять количество содержащегося внутри газа. Озон, «покидающий» защитный барьер, замещается кислородом. После поглощения и химических реакций О2 становится О3. Озоновый слой предохраняет атмосферу от критического снижения уровня кислорода.

Отражение космического и частично ультрафиолетового излучения

Озоновый слой атмосферы предохраняет всё живое на Земле от действия космической радиации, излишка опасных солнечных лучей. В малой концентрации длинные волны ультрафиолета полезны для людей, животных и растений. Естественный фильтр планеты защищает человека и другие организмы от электромагнитного излучения солнца разной длины (больше 90%). Но губительны для всего живого именно короткие волны. Они вызывают:

• ожоги кожи разной степени тяжести;
• мутации;
• новообразования (злокачественные, доброкачественные);
• ожог роговицы глаза;
• высыхание слизистых, тканей;
• снижение защитных сил организма;
• при больших дозах и частом воздействии — летальный исход.

Озоновый слой выполняет роль преграды для ближнего ультрафиолета, обеспечивая безопасность для живых организмов. Это обусловлено тем, что защитный барьер планеты Земля обладает экранирующими свойствами, отражает УФ-излучение.

Ещё один опасный для жизни на планете внешний фактор — космическое излучение, которое также «фильтруется» озоновым слоем.

Значение озонового слоя, как терморегулятора атмосферы

Роль газового барьера на планете не только в экранировании и поглощении опасного излучения (космического, ультрафиолетового), но и поддержании температурного режима Земли.

Озоновый слой частично пропускает тепло в открытый космос, не давая «утекать» массово. Озон задерживает двадцать процентов тепловой энергии Земли. Это требуется, чтобы внутри биосферы сохранялась требуемая для живых организмов температура.

Если барьер будет абсолютно непроницаем, то возникнет парниковый эффект. При потери большего количества тепла, атмосфера недостаточно прогреется, что приведёт к гибели растений и животных. Частично могут сохраниться организмы, живущие на дне Мирового океана или внутри глубокого грунта.

Опасность и полезность слоя

Невидимые ультрафиолетовые лучи обладают большой энергией. Такое излучение разрушающе действует на белки, ДНК живых организмов. Количество ультрафиолета, достигающего поверхности планеты, составляет менее 1%. Поглощая большую часть лучей, ОС в атмосфере способствует защите от их агрессивного воздействия.

Важно отметить, что озон обладает выраженными окислительными свойствами. По этой причине в больших количествах он также представляет опасность для живых организмов. Вещество оказывает общетоксическое, раздражающее действие, может вызывать головные боли, тошноту, рвоту, кашель, бронхит, отек легких, снижение иммунитета.

Роль ОС Земли

Роль озонового слоя заключается не только в поглощении 99% процентов жестких ультрафиолетовых лучей, защищающих людей, животный и растительные миры, но и в регулировании галактического космического излучения. Ученые утверждают, что продолжительное воздействие космической радиации негативно отражается на здоровье. Нарушение слоя озона даже частично приводит к увеличению жесткости излучения.

Влияние на климат

Озон также выполняет функции экрана для инфракрасного излучения Земли, поглощая некоторую его часть. Это предохраняет планету от избыточной потери тепла, повышается отепляющее свойство атмосферы. В результате внешних воздействий происходит разрушение озонового слоя. По этой причине снижается температура воздуха, меняются направления ветров. Эти факторы способствуют изменению климата Земли в худшую сторону.

Опасность потери озонового щита

Были ли бреши в озоносфере до полетов в космос, появления фреонов и других загрязнителей атмосферы? Перечисленные вопросы являются дискуссионными, но вывод напрашивается один: озоновый слой атмосферы необходимо изучать и сохранять от разрушения. Наша планета без экрана из молекул О3 лишается своей защиты от жестких космических лучей определенной длины, поглощаемых слоем активного вещества. Если озоновый экран тонкий или отсутствует, то основные жизненные процессы на Земле подвергаются опасности. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение повышает риск мутаций в клетках живых организмов.

Можно ли восстановить озоновый слой

Так как озон в атмосфере это не нефть, которая образуется миллионами лет, а результат физико-химической реакции, он может восстанавливаться, при том достаточно быстро.

В заявлении ООН говорится, что вследствие сокращения использования некоторых химических соединений, озоновый слой начал восстанавливаться. Организация даже дала прогноз, что полное восстановление концентрации озона в атмосфере произойдет примерно через 40 лет.

Это хорошая новость, но такой благоприятный прогноз не означает, что надо расслабиться и снова начать применять любую химию. Чтобы закрепить результат, разрабатываются специальные программы по сокращению выброса и использования вредных соединений. А так же все новые наработки контролируются на предмет соответствия принятым нормам.

Экологи предупредили о возможном исчезновении светлячков

Что делается для защиты озонового слоя

Самое сильное влияние на озон оказывают галогенированные углеводороды. Они очень широко применялись в промышленности десятки лет, пока проблема не была выявлена и в 1989 году не была подписана Монреальская конвенция. Сначала она обязывала страны принять все необходимые меры по защите озонового слоя, но не говорила ничего конкретного. Позже появились рекомендации по сокращению использования хлорфторуглеродов — разновидности фреонов на основе метанового, этанового и пропанового рядов.

Эти соединения широко использовались в аэрозольных баллонах, растворителях и другой химии. Они очень быстро испарялись и достигали стратосферы, разлагаясь на компоненты и разрушая озоновый слой.

Ученые рассказали, какое воздействие на Землю оказало наличие дыры в озоновом слое

Конечно, некоторые компании, которые являлись лидерами по производству такой химии очень не хотели терять большую часть бизнеса. Например, DuPont потратила миллионы долларов на компанию в прессе, которая доказывала всем, что проблема преувеличена. Но постепенно отказ от вредных компонентов все же произошел и пару лет назад ООН даже дала свой обнадеживающий прогноз. Проблема в том, что концентрация фреонов в атмосфере пока слишком высокая и надо подождать, пока он выйдет из нее. Некоторые ученые даже говорят, что отдельные виды соединений имеют срок жизни в сотни лет, а значит о полном ”исцелении” говорить пока рано.

За экологией надо следить во всех ее проявлениях.

Что может сделать каждый для сохранения озоносферы?

Исследователи предполагают, что на полное восстановление защитного экрана потребуется еще несколько десятилетий. Это в том случае, если прекратится его интенсивное разрушение, что вызывает немало сомнений. Парниковые газы продолжают поступать в атмосферу, производятся запуски ракет и других космических аппаратов, растет парк воздушных судов в разных странах. Это означает, что ученым еще предстоит разработать эффективные пути охраны озонового щита от разрушения.

На бытовом уровне каждый человек тоже может внести свой вклад. Озон меньше будет подвергаться разложению, если воздух станет чище, будет меньше содержать пыли, сажи, токсичных выхлопов автотранспорта. Для охраны тонкой озоносферы необходимо прекратить сжигание отходов, наладить повсеместно их безопасную утилизацию. Транспорт нужно переводить на более экологически чистые виды топлива, повсеместно экономить разные виды энергоресурсов.

Законодательство об охране озонового слоя

Защита озоносферы проводится в соответствии с законодательством. В России действует ФЗ об охране озонового слоя. Он устанавливает перечень озонопасных веществ, использование которых должно регулироваться на государственном уровне. Юридические лица и индивидуальные предприниматели обязуются соблюдать требования и не допускать превышения нормы вредных веществ на производствах. За нарушение закона полагается административная и уголовная ответственность.

ФЗ о защите озоносферы запрещает:

• строительство и эксплуатацию предприятий, наносящих урон концентрации озона;
• деятельность, вредящую окружающей среде и земной атмосфере;
• действия, противоречащие международным соглашениям по вопросам защиты озоносферы.

Основная часть международных правовых мер охраны озонового слоя была закреплена Монреальским протоколом в 1987 году.

Венская конвенция об охране озонового слоя

Конвенция об охране озонового слоя была принята 28 странами и стала первым шагом на пути решения проблемы разрушения озоносферы. Достигнутые соглашения стали основой в вопросах регулирования химического производства, влияющего на уровень озона в земной атмосфере. Также Венская конвенция об охране озонового слоя стала шагом к разработке и принятию Монреальского протокола.

Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой

Цель Монреальского протокола – защита озонового слоя и введение мер, которые ограничат использование озоноразрущающих веществ в мировом производстве. Монреальский протокол – следующий после Венской конвенции этап международных соглашений о защите озоносферы.

В приложениях к протоколу приводится классификация химических соединений, вредящих концентрации озона. В список включено около 100 веществ, к каждому приводится график снижения уровня потребления и план отказа от применения. Международное сотрудничество по протоколу обеспечивает защиту здоровья населения, служит сохранению атмосферы и поддержанию экологического баланса Земли.

Международный день охраны озонового слоя

Международный день охраны озонового слоя отмечается 16 сентября. Праздник был учреждён в 1994 году Генеральной ассамблеей ООН как напоминание обществу о значимости Монреальского протокола. 16 сентября 2009 года соглашения по защите озоносферы стали первыми в истории, получившими всеобщую ратификацию. Окончательного согласия стороны достигли в 2016 году на совещании, проводившемся в Кигали (Руанда).

Празднования Международного дня защиты озоносферы проводятся в странах Европы, Америки, Африки. Праздник отмечается в России, Белоруссии, Украине. В городах организуются тематические мероприятия, направленные на просветительскую работу с населением. Ежегодно выбирается тема, которой будут посвящены события праздника. Традиционно проводятся лекции об охране озонового слоя и климата земли.

Правда ли, что озоновые дыры существуют

А теперь давайте обсудим ту самую альтернативную теорию, которая, как обычно, построена на теории заговора. В конце концов исключать ее нельзя, особенно учитывая, что некоторые ее составляющие звучат очень логично и даже не противоречат научной теории. Просто они ее немного иначе интерпретируют.

Многие считают, что вредного воздействия фреона просто не существует. А нагнетание паники связано только с тем, чтобы лишить индустриально развитые страны, вроде Китая, доступа к дешевому сырью. Ведь именно фреон стоит очень недорого, но решает массу проблем на многих предприятиях.

В пользу этой теории свидетельствует и то, что озоновый слой слишком толстый, чтобы на него можно было как-то повлиять. Даже приводятся мнения ученых, которые говорят, что вредные для озонового слоя соединения не могут подниматься на высоту больше 2-3 километров. Но даже на этой высоте их концентрация незначительна.

Если просто, то озоновые дыры работают так, но вопросов к ним все больше.

Так же сторонники этой теории утверждают, что если убрать весь озон из атмосферы, ему понадобится буквально несколько минут на то, чтобы образоваться заново, ведь солнечные лучи продолжают попадать на Землю и расщепление в стратосфере кислорода на атомы будет продолжаться. Правда, не понятно, как в этом случае за несколько минут озоновый слой образуется на всей Земле, если половина ее не получает солнечных лучей, но это уже, наверное, частности. Оставим это на совести тех самых ученых.

А еще в качестве аргумента приводится то, что я говорил про полярную ночь. Мол, во время нее концентрация озона падает, но потом довольно быстро набирается.

Основное объяснение озоновой дыры над Антарктидой заключается в то, что там воздействие на озоновый слой оказывается магнитным полем Земли. Именно поэтому на полюсе она такая большая, а так как полюса в истории Земли постоянно перемещались, то и существование такой дыры является обычным делом.

Может ли исчезнуть озоновая дыра

Озоновая дыра не просто может исчезнуть, а постоянно делает это. Это связано с некоторыми природными явлениями и даже климатическими особенностями.

Например, я уже сказал, что озон образуется в результате воздействия кислорода с ультрафиолетом. Значит во время полярной ночи он просто не может образоваться, так как солнце ”не восходит” несколько месяцев. В этом случае концентрация озона в атмосфере локально падает, но во время полярного дня восстанавливается.

Озоновые дыры не постоянны.

Некоторые дыры могут быть связаны с активностью Солнца или другим воздействием. В результате этого они появляются и пропадают. Иногда это занимает несколько дней, реже растягивается на несколько месяцев. Особенно, если это происходит не рядом с полюсами, где, как я уже говорил, высока концентрация химических соединений, которые постоянно разрушают озоновый слой.

Новейшие исследования

Сейчас появляется всё больше данных, подтверждающих теорию, согласно которой в разрушении озонового щита основную роль играет не солнечный свет, а космическое излучение (возникающие в космосе частицы энергии). Материалы, собранные за три последних десятилетия и охватывающие два полных 11-летних солнечных цикла, однозначно показывают временные корреляции между интенсивностью лучей и глобальным истощением озона.

Это открытие не только даёт новое направление исследованиям, но и противоречит общепринятой фотохимической теории, которая не может объяснить все наблюдения. Например, озоновые дыры сосредоточены над полюсами из-за магнитного поля планеты, где наибольшее количество электронов.

Озоновый слой предохраняет Землю от жёсткого солнечного излучения и способствует продолжению жизни на планете. Его состояние затрагивает всё человечество и давно стало темой как научных исследований, так и школьных презентаций. Дальнейшая работа в этом направлении нужна для общемирового понимания необходимости решения проблемы.

Как вам статья?