Озоновые дыры: что это такое, причины их появления и возможная угроза здоровью человека. пути решения проблемы

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.

Борьба с увеличением озоновых дыр

Наличие озоновых дыр давно доказано. Также ученые всего мира сошлись в едином мнении относительно причины их возникновения, а именно – воздействия хлорфторуглеводов на атмосферу. Как только проблема уничтожения озона стала актуальной, представители большого количества стран (всех членов ООН и Европейского союза) в марте 1985 года подписали многостороннее экологическое соглашение – Венскую конвенцию об охране озонового слоя.

В дополнение к ней прилагается Монреальский протокол, суть которого заключается в снятии с производства определенных химических веществ, разрушающих озоновый слой. Он вступил в силу с 1989 года. Протокол с тех пор неоднократно подвергался поправкам.

Изображение озоновой дыры (Антарктида)

Сократить выброс в атмосферу хлорфторуглеводов – единственный способ снизить разрушение озонового слоя. Озон можно получить искусственным путем. Для этого в промышленности используют озонатор – специальное устройство. Но, несмотря на это, заполнить дыры озоном невозможно. Во-первых, озон отличается нестабильными соединениями и со временем распадается самопроизвольно.

Во-вторых, сгенерировать достаточное его количество и доставить к нужным слоям атмосферы практически нереально – масса озона составляет около 3 миллиардов тонн. В-третьих, подобная процедура требует много средств.

Главными источниками хлорфторуглеводов являются старая бытовая техника, содержащая фреон, а также аэрозоли. Современные производители отмечают свою продукцию специальной маркировкой, которая свидетельствует о безопасности для озонового слоя.

Интересный факт: химики Ф. Ш. Роуланд, М. Молина и П. Д. Крутцен доказали, что именно молекулы хлора являются причиной активного разрушения озона. Благодаря этому весь мир узнал, что озоновые дыры – результат человеческой деятельности. В 1995 ученым присудили Нобелевскую премию по химии за огромный вклад в работу над проблемой разрушения озонового слоя.

Искусственное получение озона вполне возможно и практикуется в промышленности. Однако для заполнения дыр его требуется слишком много. Невозможно произвести и доставить в стратосферу такое количество озона. В любом случае на это потребовалось бы очень много денег. Поэтому единственный способ борьбы с озоновыми дырами – избавиться от основной причины их возникновения. Монреальский протокол, подписанный множеством стран в 1985 году, предусматривает отказ от производства химических веществ, которые разрушают озон.

Почему Китай не дает закрыться озоновой дыре?

Не так давно ученым удалось выяснить, что именно выбросы, регулярно попадающие в атмосферу со стороны Восточного Китая, не дают закрыться озоновой дыре, которая образовалась в одном из воздушных шаров.

По мнению экспертов, на состояние атмосферы негативно влияет такое вещество, как четыреххлористый углерод, производство которого запрещено на официальном уровне во многих странах мира. Однако, как показывает практика, подобные запреты не достаточно эффективны, ведь их можно просто игнорировать, либо соблюдать частично. Примечательно, что с начала 2010 года вредоносные выбросы в атмосферу не сократились совсем.

К счастью, британские специалисты справились с поставленной задачей на отлично, выявив точную причину появления злополучной озоновой дыры. Заручившись поддержкой иностранных коллег, ученые нашли ответ на главный вопрос, откуда взялся тетрахлорметан?

Результаты компьютерных исследований показали, что в последние годы выбросы данного вещества участились на территории Китая. Правда, пока трудно понять, какое именно предприятие должно понести ответственность за нарушения международных стандартов, но мониторинговые работы еще продолжаются.

Озоновая дыра

Список литературы

1. [http://www.znanie-sila.ru/news/issue_57.html + — «Знание-сила» Новости науки: 27.12.99 -] (ru -).

2. {{cite web — | url = www.duel.ru/200530/?30_4_2 — | title = «Дуэль» Стоит ли оно того? — | accessdate = 3.07.2007 — | lang = ru — }}

3. И.К.Ларин. Озоновый слой и климат Земли. Ошибки ума и их исправление…

4. National Academy of SciencesГалогенуглеводороды: воздействие на стратосферный озон = Halocarbons: Effects on Stratospheric Ozone. — 1976.

5. Бабакин Б. С. Хладагенты: история появления, классификация, применение.

6. Журнал «Экология и жизнь». Статья Е.А. Жадина, кандидат физико-математических наук.

Возможные последствия для человека и природы

Сокращение озонового слоя влияет на общее состояние климата и на отдельные организмы. Озоновые дыры провоцируют увеличение степени проникновения солнечных лучей на Землю, что приводит к повышению температуры. Таяние ледников приводит к затоплению территорий, располагающихся ниже и на уровне моря. Кроме того, потепление вынуждает животных мигрировать или адаптироваться к новым условиям.

Повышенное попадание ультрафиолетовых лучей (особенно – коротковолновых) влияет на отдельные организмы, приводя к ожогам, поражению дыхательных и кровеносных органов, увеличению риска раковых заболеваний.

История открытия озона

Озон – вещество, являющееся модификацией кислорода. В нормальных условиях он представляет собой газ с резким специфическим запахом и голубым оттенком. Озон является примером аллотропной модификации. Это когда один и тот же химический элемент образует молекулы с настолько разной структурой, что в результате появляются новые вещества. Разница между озоном и кислородом состоит в количестве атомов. В кислороде их 2, а в озоне – 3.

Атмосфера Земли

Интересный факт: впервые озон обнаружили в 1785 году, хотя как вещество он описан не был. Первооткрыватель Мартин Ван Марум (голландский физик) распознал его по специфическому запаху и окислительным свойствам воздуха, через который проходил электрический заряд. Но тогда он воспринял озон в качестве электрической материи. В переводе с древнегреческого «озон» означает «пахнущий». Данный термин в 1840 предложил химик Х. Ф. Шенбейн. Поэтому многие называют первооткрывателем именно его.

Факт наличия особого озонового слоя в атмосфере был установлен намного позже. Это произошло в 1912 году, благодаря французским ученым-физикам – Шарлю Фабри и Анри Буиссону. Они занимались исследованием ультрафиолетового излучения. При помощи спектроскопии (изучения спектров разных видов излучения) удалось доказать, что в отдаленных слоях атмосферы присутствует озон. Последующее изучение данного вопроса предоставило специалистам еще больше полезных данных об озоновом слое.

Интересно:

Что такое зал свечей? Описание, фото и видео

В частности, нужно было понять, насколько высокое содержание озона в атмосфере. Для этого в 1920 году британский физик Гордон Добсон изобрел специальный прибор. Сейчас он носит название в честь изобретателя – Добсоновский озонный спектр. Имеется и соответствующая единица измерения озона – единица Добсона, которая равноценна 10 мкм.

Постепенно специалисты выяснили, как образуется озон в атмосфере. Это происходит за счет взаимодействия ультрафиолетового солнечного излучения и кислорода. Можно долго перечислять пользу озонового слоя, но главное – он обеспечил жизнь на Земле. Если бы озона не было, Земля постоянно подвергалась бы большим дозам солнечной радиации и прочему космическому воздействию. Жизни на нашей планете в такой форме как сейчас могло не быть.

Причины появления

Существует много причин образования озоновых дыр, но один из основных факторов, приводящий к падению концентрации озона — это загрязнение окружающей среды в результате хозяйственной деятельности человека.

Химические соединения, обладающие высоким озоноразрушающим потенциалом, это:

• простые атомы (водорода, хлора, брома);
• неорганические вещества (хлороводород, моноксид азота);
• органические вещества (метан, фреоны).

Выбросы промышленных объектов

Отсутствие или низкая эффективность очистительных сооружений на тепловых электростанциях и промышленных объектах приводят к значительному загрязнению атмосферы газодымовыми выбросами. Уголь высокой зольности, который сжигают тепловые электростанции, приводит к образованию углекислого и сернистого газов. От комбинатов по производству химических реагентов, удобрений, пестицидов в атмосферу поступают соединения хлора и фтора.

Машиностроение в России и его вредные производства, влияющие на экологию
Читать

Влияние основных отраслей производства на экологию
Подробнее

Воздействие легкой промышленности и ее текстильной отрасли на окружающую среду
Смотреть

Ядерные испытания

В результате ядерных испытаний в атмосфере образовывалось огромное количество оксидов азота, способных вступать в реакцию с озоном и разрушать его структуру. И хоть ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, но экологическая проблема, вызванная ими, существует по сей день.

Полёты реактивных самолётов

Запуски космических ракет и полёты сверхзвуковых реактивных самолётов провоцируют выброс в воздушное пространство значительного количества оксидов азота. Это происходит после сгорания топлива в турбинах.

Негативное влияние на озоновую оболочку планеты оказывает и запуск ракетных установок.

Чем грозит человечеству глобальное загрязнение воздушной оболочки нашей планеты?
Читать

Определение степени загрязнения воздуха с помощью индекса загрязнения атмосферы
Подробнее

Загрязнение атмосферы Земли: классификация по виду и составу
Смотреть

Использование минеральных удобрений

Использование минеральных удобрений в сельском хозяйстве служит предпосылкой для формирования в атмосфере окислов азота. Попадая в грунт, компоненты минеральных удобрений вступают в реакции с почвенными бактериями, что приводит к образованию закиси азота, из которой образуются окислы.

Снижение плодородия почв и загрязнение водоёмов, как следствие нерационального применения минеральных удобрений
Читать

Три причины, способствующие возникновению и обострению экологических проблем в сельской местности
Подробнее

Что разрушает озоновый слой?

Об озоновом слое атмосферы ученые узнали в 70 годы. Было сделано открытие, что производные хлор фтор углерода (фреоны) — соединения, применяющиеся в холодильниках, кондиционерах и аэрозольных баллонах — уничтожают озон. Фреоны выделяются в атмосферу при каждом использовании баллончика с дезодорантом или лаком для волос.

Поднимаясь в верхние слои атмосферы, молекулы фреонов взаимодействуют с молекулами озона. Под действием солнечной радиации фреоны выделяют хлор, который расщепляет озон с образованием обычного кислорода. В месте такого взаимодействия озоновый слой разрушается – исчезает.

В 1978 году, основываясь на данных о действии фреонов на озоновый слой атмосферы, правительство Соединенных Штатов Америки (США) запретило производство и продажу аэрозолей, содержащих фреоны. Правда, производители аэрозолей, а вместе с ними и многие ученые, считают неубедительной теорию разрушения озонового слоя. В 1985 году английские ученые сделали поразительное открытие.

Они обнаружили над Антарктидой огромную «дыру» в озоновом слое. Это отверстие площадью с США появляется ежегодно весной. Когда меняется направление господствующих ветров, озоновая дыра заполняется молекулами озона из рядом расположенных участков атмосферы, при этом количество озона в соседних участках снижается. Например, зимой 1992 года слой озона над Европой и Канадой стал на 20 процентов тоньше.

Интересно:

Где начинаются и кончаются реки? Описание, фото и видео

Как выяснили ученые, в небе над Антарктидой очень высока концентрация ангидрида хлорной кислоты — соединения, образующегося в момент разрушения молекулы озона хлором. Открытие англичан подтверждает, что распространенное использование фреонов действительно создает проблему озоновых дыр. Ученые подсчитали, что уменьшение содержания озона в верхних слоях атмосферы на 1 процент вызывает увеличение заболеваемости раком кожи на 3- 6 процентов, так как на 2 процента увеличивается проницаемость атмосферы для ультрафиолетовых лучей.

Озоновая дыра

Ультрафиолетовые лучи, кроме того, оказывают повреждающее действие на иммунную систему организма, делая нас более восприимчивыми к инфекционным заболеваниям, например малярии. Ультрафиолетовые лучи разрушают и клетки растений — от деревьев до злаков.

Интересный факт: каждой весной над Антарктидой в озоновом слое появляется «дыра» площадью с Соединенные Штаты Америки.

Хроника сезонного озонодефицита

Теперь обратимся к другой составляющей логической цепочки — следствию, т. е. к антарктической озоновой дыре. «Озоновый бум» второй половины 1980-х оставил на ледовом континенте наследство в виде целого ряда измерительных станций, по сей день исправно поставляющих информацию о текущем состоянии озонового слоя.

Обычно состояние озоновой дыры характеризуют площадью, которую она охватывает, и ее «глубиной», представляющей собой минимальное значение общего содержания озона (ОСО). Интересно проследить, как менялась площадь озоновой дыры от года к году в течение двух последних десятилетий.

Минимальное и максимальное значения площади в 2002 и 2006 гг. достигали 12 и 26,6 млн км2 соответственно, то есть отличались практически вдвое, однако ниже отметки 20 млн км2 площадь озоновой дыры опускалась всего четырежды. Средняя же за весь двадцатилетний период площадь равна 22,5 млн км2, а это, между прочим, в 1,6 раза больше площади самой Антарктиды! И главное, нет никаких оснований говорить о тенденции к уменьшению: в 2015 г. озоновая дыра занимала наибольшую площадь за последние девять лет — 25,6 млн км2.

Другими словами, озоновая дыра по-прежнему «широка», да и «глубока» тоже — ведь так называемой климатической нормой считается величина ОСО, равная 220 е. Д. Минимальные значения ОСО подвержены значительным межгодовым колебаниям (например, только в последние 10 лет разброс составил 98,2–139,1 е. Д.), на их фоне положительный тренд с ростом 9,7% за 10 лет выглядит не слишком впечатляюще. Если рассмотреть аналогичный тренд только за последнее десятилетие, то выяснится, что минимальные значения ОСО стали расти вдвое быстрее (21,2% за 10 лет). Вроде бы тенденция к их увеличению очевидна, но… Статистический анализ показывает, что эти тренды (в отличие от тех, о которых пойдет речь далее) на сегодняшний день, увы, незначимы. Так что делать какие-то обобщения и выводы еще рано.

А вот тесную связь между состоянием озоновой дыры и температурой антарктической стратосферы данные измерений подтверждают со всей определенностью, а именно: минимум ОСО и температура совпадают по фазе, а площадь озоновой дыры и температура находятся в противофазе. Сей факт подтверждается очень высокими коэффициентами корреляции, равными 0,892 и −0,933 соответственно. Таким образом, естественно-природные механизмы формирования озоновой дыры продолжают исправно и эффективно действовать. А что же антропогенный фактор?

Существует еще одна, на наш взгляд, более показательная характеристика озоновой дыры: дефицит озона внутри нее. Некоторые интернет-ресурсы предоставляют соответствующие ежедневные данные за весь период существования «дыры». Если за появление минимальных значений ОСО во многом ответственны сверхнизкие температуры, имеющие место лишь в течение недолгого периода, то хлорная нагрузка на озоносферу работает на протяжении всего зимне-весеннего сезона, и, значит, дефицит озона позволяет полнее оценить стратосферную хлорно-озоновую зависимость. Далее мы воспользуемся данными, приведенными на интернет-сервисе TEMIS (Tropospheric Emission Monitoring Internet Service).

Ежедневный дефицит озона определяется как разность между 220 е. Д. (т. е. климатической нормой) и реальным для этого дня значением ОСО. Естественно, рассматриваются лишь те дни, когда ОСО не превосходит 220 е. Д. Далее полученные на разных станциях величины суммируются. Результаты показывают, что за 20 лет дефицит озона сократился на 14,7%. Однако, очевидно, абсолютное значение дефицита озона зависит от размера «дыры», который изменялся от года к году в широких пределах. Поэтому целесообразно одновременно оценить удельный дефицит озона, т. е. дефицит, приходящийся на 1 км2 «дыры». В этом случае оказывается, что дефицит озона сокращается значительно интенсивнее (на 26,5% за два десятилетия). Наличие статистической значимости у этих трендов позволяет утверждать, что «процесс пошел»…

Досадное открытие ученых – озоновая дыра над Антарктидой

Процесс разрушения озонового слоя стал предметом многих дискуссий ученых по всему миру, начиная с конца 60-х годов. В те годы экологи стали поднимать проблему выбросов в атмосферу продуктов сгорания в виде водяного пара и оксидов азота, которые производили реактивные двигатели ракет и авиалайнеров. Беспокойство вызвало свойство оксида азота, выбрасываемого воздушными судами на 25-километровой высоте, что является областью формирования земного щита, разрушать озон. В 1985 году Британской антарктической службой было зафиксировано уменьшение на 40 % концентрации озона в атмосфере над их базой «Халли Бей».

После британских ученых эту проблему осветили и многие другие исследователи. Им удалось очертить район с пониженным содержанием озона уже за пределами южного материка. Из-за этого стала подниматься проблема образования озоновых дыр. Вскоре после этого выявили еще одну озоновую дыру теперь уже в Арктике. Однако та была меньше по размерам, с утечкой озона до 9%.

Заблуждения об озоновых «дырах»

Существует несколько широко распространённых мифов касательно образования озоновых дыр. Несмотря на свою ненаучность, они часто появляются в СМИ – иногда по неосведомлённости, иногда поддерживаемые сторонниками теорий заговоров. Ниже перечислены некоторые из них.

1) Основными разрушителями озона являются фреоны. Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25% потерь озона в стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80% хлора имеет антропогенное происхождение. То есть вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. До вмешательства человека процессы образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны, выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в сторону уменьшения концентрации озона. Механизм разрушения озона в полярных областях в принципе отличается от более высоких широт, ключевой стадией является превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды, которая протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. И в результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами (за 40-50% ответственен хлор и порядка 20-40% — бром).

2) Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать стратосферы.

Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а не расслаиваются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно в динамической атмосфере это невозможно. Поэтому даже такие тяжёлые газы, как инертные или фреоны, равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе и стратосферы. Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это. Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые газы из её состава как аргон и углекислый газ образовывали бы на поверхности Земли слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы поверхность Земли необитаемой. К счастью это не так.

3) Основными источниками галогенов являются природные, а не антропогенные

Источники хлора в стратосфере

Есть мнение, что природные источники галогенов, например вулканы или океаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлорид-ионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю.

4) Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов

Динамика изменения размера озоновой дыры и концентрации озона в Антарктике по годам.

Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере. В виду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. Поэтому они легко достигают верхних слоёв атмосферы. Антарктическая «озоновая дыра» существует не постоянно. Она появляется в конце зимы — начале весны.

Причины, по которой озоновая дыра образуются в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Низкие температуры антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса. В это время полярная область не освещается Солнцем, и там озон не возникает. С приходом лета количество озона увеличивается и снова выходит на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой — сезонные. Однако, если проследить усреднённую в течение года динамику изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних десятилетий, то имеется строго определённая тенденция к падению концентрации озона.

5) Озон разрушается только над Антарктикой

Динамика изменения озонового слоя над Аросой, Швейцария

Это неверно, уровень озона также падает во всей атмосфере. Это показывают результаты долговременных измерений концентрации озона в разных точках планеты. Вы можете посмотреть на график изменения концентрации озона над Аросой (Швейцария).

Последствия явления

Ослабление озонового слоя усиливает губительное воздействие солнечного излучения на растения, животных и людей.

Увеличение случаев кожных и онкологических заболеваний у людей

Даже незначительные бреши в озоновом пространстве влекут за собой ухудшение сопротивляемости человека к различным заболеваниям, поражения органов зрения. Учёные полагают, что при уменьшении озонового слоя лишь на 1% число заболеваний раком кожи увеличится в тысячу раз. Дело в том, что при увеличении ультрафиолетового облучения меланоциты, находящиеся в коже человека, начинают лавинообразно делиться. Это даёт начало росту меланомы — опасной злокачественной болезни.

Увеличение смертности среди представителей флоры и фауны

Растения оказываются самыми чувствительными к вредному воздействию ультрафиолета. Нарушение функции образования хлорофилла приводит в итоге к исчезновению некоторых видов растений. Это влечёт за собой уменьшение поголовья травоядных животных. Без озоновой защиты поток солнечной радиации, попадая в поверхностные слои воды, вызывает гибель планктона. Это провоцирует недостаток пищи для рыб и млекопитающих, популяция которых так же может стремительно уменьшаться.