Отговор: Озоновият слой е слой от атмосферата с високо съдържание на озон. Концентрацията на озон в слоя е много ниска и ако той бъде изолиран в чист вид и компресиран до плътността, която има въздухът на повърхността на Земята, тогава дебелината на озоновия слой няма да надвишава 5 mm. Озонът абсорбира късовълновата радиация от Слънцето, предпазвайки живите организми от вредното му въздействие. Изтъняването на озоновия слой за първи път привлече вниманието на широката общественост през 1985 г., когато над Антарктида беше открита голяма зона с ниско (до 50%) съдържание на озон, наречена „озоновата дупка“. Смята се, че основната причина за появата на „озонови дупки” е значителното съдържание на фреони в атмосферата. Фреони(хлорофлуоровъглеводороди) са силно летливи, химически инертни вещества в близост до земната повърхност, широко използвани в производството и бита като хладилни агенти (климатици, хладилници, хладилници), пръскачки (аерозоли) и пенообразуватели. Фреоните, издигайки се в горните слоеве на атмосферата, претърпяват фотохимично разлагане с образуването на хлорен оксид, който интензивно разрушава озона. Редица учени обаче продължават да настояват за естествения произход на „озоновата дупка“. Те виждат причините за възникването му в естествената изменчивост на озоносферата, цикличната активност на Слънцето, процесите на дегазация на Земята и др. Изтъняването на озоновия слой води до по-високи нива на ултравиолетова радиация на земната повърхност, което допринася за увеличаване на случаите на рак на кожата, намаляване на продуктивността на селскостопанските култури и забавяне на процеса на фотосинтеза в растенията и др.

7. Причини за образуването на киселинни дъждове и тяхното въздействие върху екосистемите

Отговор: Всеки валеж (дъжд, мъгла, сняг), чиято киселинност е по-висока от нормалната, се нарича кисел. Киселинните свойства на средата се определят от водородни йони. Колкото по-висока е концентрацията на водородни йони в разтвора, толкова по-висока е неговата киселинност. Единиците за водороден индекс или pH се използват за изразяване на концентрацията на водородни йони. Скалата на pH варира от 0 (изключително киселинно) през 7 (неутрално) до 14 (изключително алкално). Киселинният дъжд съдържа разтвори на сярна, азотна и други киселини, в които се превръща влагата от въздуха, абсорбирайки серен диоксид и други газове, съдържащи се във въздуха. Киселинните дъждове потискат растителността, намаляват растежа на горите и селскостопанските добиви и причиняват подкисляване на езерата, което води до смърт на яйца, малки, планктон, водорасли и риба. Отрицателните последици от киселинния дъжд са регистрирани в САЩ, Европа, Канада, Русия, Украйна, Беларус и други страни.

8. Основни причини за екологичните проблеми

Отговор: Небалансираните отношения между обществото и природата, тоест нерационалното управление на околната среда, често водят до екологична криза и екологична катастрофа. Екологична криза(екологична извънредна ситуация) е екологично бедствие, характеризиращо се с устойчиви негативни промени в околната среда и представляващи заплаха за човешкото здраве. Под екологична катастрофа(екологична катастрофа) разбиране на екологични бедствия, характеризиращи се с необратими промени в околната среда и значително влошаване на общественото здраве, е замърсяването. Под замърсяванеразбират навлизането в околната среда на вещества и (или) енергия, чиито свойства, местоположение или количество оказват отрицателно въздействие върху околната среда (Закон „За опазване на околната среда“). Замърсяването се отнася и до навлизането в естествената среда на всякакви твърди, течни и газообразни вещества, микроорганизми или енергии (под формата на звуци, шум, радиация) в количества, вредни за човешкото здраве, животните, състоянието на растенията и екосистемите. Обикновено се разглеждат два вида замърсяване с различен произход: естествен,възникващи в резултат на природни явления без човешко участие; антропогенен,свързани с човешката дейност, чийто основен компонент е техногенното замърсяване, причинено от промишлени дейности. от агрегатно състояниеВсички замърсители от антропогенен произход се делят на твърди, течни и газообразни. Въз основа на естеството на замърсителите се разграничават следните видове замърсяване: биологични(патогенни микроорганизми, продукти на генното инженерство и др.), химически(замърсяване на биосферата с пестициди, тежки метали, пластмаси, определени химикали и елементи), физически(шум, топлина, електромагнитно, радиация). Въз основа на пространствени характеристики те разграничават глобални, регионални, местни(наблюдава се в малка площ) замърсяване. По обекти на замърсяване те разграничават замърсяването на атмосферния въздух, замърсяването на повърхностните и подпочвените води, замърсяването на почвата и др., И дори замърсяването на околоземното пространство. През 2005 г. на територията на Руската федерация са регистрирани 78 аварии (59 през 2004 г.), довели до замърсяване на околната среда. През същата година стационарната наблюдателна мрежа на Росхидромет регистрира 541 случая на изключително високо замърсяване на повърхностните води и 3 случая на изключително високо замърсяване на атмосферния въздух по визуални и органолептични признаци.

Напоследък вестниците и списанията са пълни със статии за ролята на озоновия слой, в които хората се плашат от възможни проблеми в бъдеще. Можете да чуете от учени за предстоящи климатични промени, които ще се отразят негативно на целия живот на Земята. Дали една потенциална опасност, далеч от хората, наистина ще се превърне в толкова ужасяващи събития за всички земляни? Какви последствия очаква човечеството от разрушаването на озоновия слой?

Процесът на образуване и значението на озоновия слой

Озонът е производно на кислорода. Докато са в стратосферата, молекулите на кислорода са химически изложени на ултравиолетова радиация, след което се разпадат на свободни атоми, които от своя страна имат способността да се комбинират с други молекули. При това взаимодействие на кислородните молекули и атоми с трети тела възниква ново вещество - така се образува озонът.

Намирайки се в стратосферата, той влияе върху топлинния режим на Земята и здравето на нейното население. Като планетарен „пазител“, озонът абсорбира излишната ултравиолетова радиация. Когато обаче навлезе в ниските слоеве на атмосферата в големи количества, става доста опасно за човешкия вид.

Злощастно откритие на учени - озонова дупка над Антарктида

Процесът на изтъняване на озоновия слой е обект на много дебати сред учените по света от края на 60-те години. През онези години еколозите започнаха да повдигат проблема с емисиите на продукти от горенето в атмосферата под формата на водна пара и азотни оксиди, които се произвеждат от реактивни двигатели на ракети и самолети. Безпокойството е, че азотният оксид, излъчван от самолети на 25 километра надморска височина, където се образува щитът на Земята, може да унищожи озона. През 1985 г. British Antarctic Survey регистрира 40% намаление на концентрацията на озон в атмосферата над тяхната база в Хали Бей.

След британските учени много други изследователи осветляват този проблем. Те успяха да очертаят зона с ниски нива на озон вече извън южния континент. Поради това започна да възниква проблемът с образуването на озонови дупки. Скоро след това е открита още една озонова дупка, този път в Арктика. Той обаче беше по-малък по размер, с изтичане на озон до 9%.

Въз основа на резултатите от изследването учените изчисляват, че през 1979-1990 г. концентрацията на този газ в земната атмосфера е намаляла с около 5%.

Изтъняване на озоновия слой: появата на озонови дупки

Дебелината на озоновия слой може да бъде 3-4 mm, максималните му стойности са разположени на полюсите, а минималните му са разположени по екватора. Най-високата концентрация на газ може да бъде открита на 25 километра в стратосферата над Арктика. Плътни слоеве понякога се срещат на надморска височина до 70 km, обикновено в тропиците. Тропосферата не съдържа много озон, тъй като е силно податлива на сезонни промени и различни видове замърсяване.

Веднага щом концентрацията на газа намалее с един процент, незабавно се наблюдава увеличение на интензитета на ултравиолетовото лъчение над земната повърхност с 2%. Влиянието на ултравиолетовите лъчи върху планетарната органика се сравнява с йонизиращото лъчение.

Изтъняването на озоновия слой може да причини бедствия, свързани с прекомерно нагряване, повишена скорост на вятъра и циркулация на въздуха, което може да доведе до нови пустинни зони и намаляване на селскостопанските добиви.

Среща с озон в ежедневието

Понякога след дъжд, особено през лятото, въздухът става необичайно свеж и приятен и хората казват, че „мирише на озон“. Това изобщо не е образна формулировка. Всъщност част от озона достига долните слоеве на атмосферата с въздушни течения. Този вид газ се счита за така наречения полезен озон, който носи усещане за необикновена свежест в атмосферата. Най-често такива явления се наблюдават след гръмотевични бури.

Съществува обаче и много вреден вид озон, който е изключително опасен за хората. Произвежда се от изгорели газове и промишлени емисии, а при излагане на слънчевите лъчи влиза във фотохимична реакция. В резултат на това се образува така нареченият приземен озон, който е изключително вреден за човешкото здраве.

Вещества, които разрушават озоновия слой: ефектът на фреоните

Учените са доказали, че фреоните, които се използват масово за зареждане на хладилници и климатици, както и множество аерозолни кутии, причиняват разрушаване на озоновия слой. Така се оказва, че почти всеки човек има пръст в разрушаването на озоновия слой.

Причините за озоновите дупки са, че молекулите на фреона реагират с молекулите на озона. Слънчевата радиация кара фреоните да отделят хлор. В резултат на това озонът се разделя, което води до образуването на атомен и обикновен кислород. На местата, където се случват такива взаимодействия, възниква проблемът с изтъняването на озоновия слой и възникват озонови дупки.

Разбира се, най-голяма вреда на озоновия слой причиняват промишлените емисии, но домашното използване на препарати, съдържащи фреон, по един или друг начин също оказва влияние върху разрушаването на озона.

Защита на озоновия слой

След като учените документираха, че озоновият слой все още се разрушава и се появяват озонови дупки, политиците започнаха да мислят за запазването му. По тези въпроси са проведени консултации и срещи по света. В тях участваха представители на всички държави с добре развита индустрия.

Така през 1985 г. е приета Конвенцията за опазване на озоновия слой. Представители на четиридесет и четири държави, участващи в конференцията, подписаха този документ. Година по-късно е подписан друг важен документ, наречен Монреалски протокол. В съответствие с неговите разпоредби трябваше да има значително ограничение на глобалното производство и потребление на вещества, които водят до изтъняване на озоновия слой.

Някои държави обаче не желаеха да се подчинят на подобни ограничения. След това за всяка държава бяха определени конкретни квоти за опасни емисии в атмосферата.

Защита на озоновия слой в Русия

В съответствие с действащото руско законодателство правната защита на озоновия слой е една от най-важните и приоритетни области. Законодателството, свързано с опазването на околната среда, регламентира списък от защитни мерки, насочени към защита на този природен обект от различни видове щети, замърсяване, унищожаване и изчерпване. Така член 56 от Закона описва някои дейности, свързани с опазването на озоновия слой на планетата:

• Организации за наблюдение на ефекта от озоновата дупка;
• Продължаващ контрол върху изменението на климата;
• Стриктно спазване на нормативната база за вредни емисии в атмосферата;
• Регулиране на производството на химически съединения, които разрушават озоновия слой;
• Прилагане на санкции и наказания за нарушение на закона.

Възможни решения и първи резултати

Трябва да знаете, че озоновите дупки не са постоянно явление. С намаляването на количеството вредни емисии в атмосферата започва постепенно затягане на озоновите дупки - активират се озонови молекули от съседни области. В същото време обаче възниква друг рисков фактор - съседните райони са лишени от значително количество озон, слоевете изтъняват.

Учените по света продължават да се занимават с изследвания и са уплашени от мрачни заключения. Те изчисляват, че ако наличието на озон намалее само с 1% в горните слоеве на атмосферата, ще има увеличение на рака на кожата с до 3-6%. Освен това, голям бройултравиолетовите лъчи ще повлияят негативно на имунната система на хората. Те ще станат по-уязвими към голямо разнообразие от инфекции.

Възможно е това всъщност да обяснява факта, че през 21 век броят на злокачествените тумори нараства. Увеличаващите се нива на ултравиолетова радиация също оказват негативно влияние върху природата. Настъпва разрушаването на клетките в растенията, започва процесът на мутация, в резултат на което се произвежда по-малко кислород.

Ще се справи ли човечеството с предстоящите предизвикателства?

Според последните статистики човечеството е изправено пред глобална катастрофа. Науката обаче има и оптимистични доклади. След приемането на Конвенцията за опазване на озоновия слой цялото човечество се включи в проблема за опазването на озоновия слой. След разработването на редица забранителни и защитни мерки ситуацията беше леко стабилизирана. По този начин някои изследователи твърдят, че ако цялото човечество се включи в промишлено производство в разумни граници, проблемът с озоновите дупки може да бъде успешно решен.

Ако имате въпроси, оставете ги в коментарите под статията. Ние или нашите посетители ще се радваме да им отговорим

Въведение

1.2 Озонова дупка над Антарктида

2. Основни мерки за опазване на озоновия слой

3. Правило за оптимална комплементарност на компонентите

4. Закон N.F. Раймърс за разрушаването на йерархията на екосистемите

Заключение

Списък на използваната литература

Въведение

Съвременната кислородна атмосфера на Земята е уникален феномен сред планетите слънчева система, и тази особеност е свързана с наличието на живот на нашата планета.

Екологичният проблем несъмнено е най-важният за хората сега. Реалността на екологична катастрофа се показва от унищожаването на озоновия слой на Земята. Озонът е триатомна форма на кислорода, образувана в горните слоеве на атмосферата под въздействието на твърда (късовълнова) ултравиолетова радиация от Слънцето.

Днес озонът тревожи всички, дори тези, които преди не са подозирали за съществуването на озонов слой в атмосферата, а само са вярвали, че миризмата на озон е знак за чист въздух. (Не напразно озонът означава "миризма" на гръцки.) Този интерес е разбираем - говорим за бъдещето на цялата биосфера на Земята, включително самия човек. В момента е налице спешна необходимост от вземане на определени задължителни за всички решения, които да ни позволят да запазим озоновия слой. Но за да бъдат тези решения правилни, се нуждаем от пълна информация за онези фактори, които променят количеството озон в земната атмосфера, както и за свойствата на озона и как точно той реагира на тези фактори.

1. Озоновите дупки и причините за възникването им

Озоновият слой е широк атмосферен пояс, простиращ се от 10 до 50 km над земната повърхност. Химически озонът е молекула, състояща се от три кислородни атома (кислородната молекула съдържа два атома). Концентрацията на озон в атмосферата е много ниска и малките промени в количеството озон водят до големи промени в интензитета на ултравиолетовото лъчение, достигащо до земната повърхност. За разлика от обикновения кислород, озонът е нестабилен, той лесно преминава в двуатомна, стабилна форма на кислорода. Озонът е много по-силен окислител от кислорода и това го прави способен да убива бактериите и да инхибира растежа и развитието на растенията. Въпреки това, поради ниската му концентрация в повърхностните слоеве на въздуха при нормални условия, тези характеристики практически нямат ефект върху състоянието на живите системи.

Много по-важно е другото му свойство, което прави този газ абсолютно необходим за целия живот на сушата. Това свойство е способността на озона да абсорбира твърдата (късовълнова) ултравиолетова (UV) радиация от Слънцето. Твърдите ултравиолетови кванти имат енергия, достатъчна да разрушат някои химични връзки, така че се класифицират като йонизиращо лъчение. Подобно на други лъчения от този вид, рентгеновите лъчи и гама лъчението, то причинява множество смущения в клетките на живите организми. Озонът се образува под въздействието на високоенергийна слънчева радиация, която стимулира реакцията между O 2 и свободните кислородни атоми. Когато е изложен на умерено лъчение, той се разпада, абсорбирайки енергията на това лъчение. Така този цикличен процес „изяжда“ опасната ултравиолетова радиация.

Молекулите на озон, подобно на кислорода, са електрически неутрални, т.е. не носят електрически заряд. Следователно самото магнитно поле на Земята не влияе върху разпределението на озона в атмосферата. Горният слой на атмосферата, йоносферата, практически съвпада с озоновия слой.

В полярните зони, където линиите на магнитното поле на Земята се затварят на нейната повърхност, изкривяванията на йоносферата са много значителни. Броят на йони, включително йонизиран кислород, в горните слоеве на атмосферата на полярните зони е намален. Но главната причинаниско съдържание на озон в района на полюсите - ниска интензивност на слънчевата радиация, падаща дори през полярния ден под малки ъгли спрямо хоризонта, а през полярната нощ напълно липсва. Площта на полярните „дупки“ в озоновия слой е надежден индикатор за промените в общото съдържание на озон в атмосферата.

Съдържанието на озон в атмосферата варира поради много естествени причини. Периодичните колебания са свързани с циклите на слънчевата активност; Много компоненти на вулканичните газове са способни да унищожат озона, така че увеличаването на вулканичната активност води до намаляване на концентрацията му. Поради високите, подобни на ураган скорости на въздушните потоци в стратосферата, разрушаващите озона вещества се пренасят върху големи площи. Пренасят се не само озоноразрушаващите вещества, но и самият озон, така че смущенията в концентрацията на озон бързо се разпространяват върху големи площи и локалните малки „дупки“ в озоновия щит, причинени например от изстрелване на ракета, се лекуват относително бързо. Само в полярните региони въздухът е неактивен, в резултат на което изчезването на озона там не се компенсира от вноса му от други географски ширини, а полярните „озонови дупки“, особено на Южния полюс, са много стабилни.

1.1 Източници на разрушаване на озоновия слой

Сред разрушаващите озоновия слой са:

1) Фреони.

Озонът се разрушава от хлорни съединения, известни като фреони, които, също унищожени от слънчевата радиация, освобождават хлор, който „откъсва“ „третия“ атом от озоновите молекули. Хлорът не образува съединения, но служи като "разбиващ" катализатор. Така един хлорен атом може да „унищожи“ много озон. Смята се, че хлорните съединения могат да останат в атмосферата от 50 до 1500 години (в зависимост от състава на веществото) на Земята. Наблюденията на озоновия слой на планетата се извършват от антарктически експедиции от средата на 50-те години.

Озоновата дупка над Антарктида, която се разширява през пролетта и намалява през есента, е открита през 1985 г. Откритието на метеоролозите предизвика верига от икономически последици. Факт е, че за съществуването на „дупката“ е обвинена химическата промишленост, която произвежда вещества, съдържащи фреони, които допринасят за унищожаването на озона (от дезодоранти до хладилни агрегати).

Няма консенсус по въпроса доколко хората са виновни за образуването на „озонови дупки“.

От една страна, да, определено виновен. Производството на съединения, които водят до изтъняване на озоновия слой, трябва да бъде сведено до минимум или още по-добре напълно спряно. Тоест да изоставим цял индустриален сектор с оборот от много милиарди долари. И ако не откажете, тогава го прехвърлете на „безопасни“ релси, което също струва пари.

Гледната точка на скептиците: човешкото влияние върху атмосферните процеси, въпреки цялата му разрушителност на местно ниво, е незначително в планетарен мащаб. Антифреоновата кампания на „зелените“ има напълно прозрачна икономическа и политическа основа: с нейна помощ големи американски корпорации (Dupont например) удушават своите чуждестранни конкуренти, налагат споразумения за „опазване на околната среда“ на държавно ниво и насилствено въвеждане на нов технологичен етап, който е по-слабите икономически държави не могат да издържат.

2) Самолет за голяма надморска височина.

Разрушаването на озоновия слой се улеснява не само от фреоните, изпускани в атмосферата и навлизащи в стратосферата. Азотните оксиди, които се образуват по време на ядрени експлозии, също участват в разрушаването на озоновия слой. Но азотните оксиди се образуват и в горивните камери на турбореактивни двигатели на самолети за голяма надморска височина. Азотните оксиди се образуват от азота и кислорода, които се намират там. Колкото по-висока е температурата, т.е. колкото по-голяма е мощността на двигателя, толкова по-голяма е скоростта на образуване на азотни оксиди.

Важна е не само мощността на двигателя на самолета, но и височината, на която той лети и отделя азотни оксиди, разрушаващи озона. Колкото по-високо е образуването на азотен оксид или оксид, толкова по-разрушителен е той за озона.

Общото количество азотен оксид, което се отделя в атмосферата годишно, се оценява на 1 милиард тона. Около една трета от това количество се отделя от самолети над средното ниво на тропопаузата (11 km). Що се отнася до самолетите, най-вредните емисии са от военните самолети, чийто брой възлиза на десетки хиляди. Те летят предимно на височини в озоновия слой.

3) Минерални торове.

Озонът в стратосферата може да намалее и поради факта, че азотният оксид N2O навлиза в стратосферата, който се образува по време на денитрификацията на азота, свързан от почвените бактерии. Същата денитрификация на фиксиран азот се извършва и от микроорганизми в горния слой на океаните и моретата. Процесът на денитрификация е пряко свързан с количеството фиксиран азот в почвата. По този начин можете да сте сигурни, че с увеличаване на количеството минерални торове, приложени към почвата, количеството на образувания азотен оксид N2O също ще се увеличи в същата степен. Освен това от азотния оксид се образуват азотни оксиди, които водят до разрушаване на стратосферния озон.

4) Ядрени експлозии.

Ядрените експлозии освобождават много енергия под формата на топлина. Температура от 6000 0 K се установява в рамките на няколко секунди след ядрена експлозия. Това е енергията на огненото кълбо. В силно нагрята атмосфера се случват такива трансформации химически вещества, които при нормални условия или не се случват, или се случват много бавно. Що се отнася до озона и неговото изчезване, най-опасни за него са азотните оксиди, образувани при тези трансформации. Така за периода от 1952 до 1971 г. в резултат на ядрени експлозии в атмосферата са се образували около 3 милиона тона азотни оксиди. По-нататъшната им съдба е следната: в резултат на атмосферно смесване те се озовават на различни височини, включително атмосферата. Там те влизат в химични реакции с участието на озон, което води до неговото разрушаване.

5) Изгаряне на гориво.

Тази огромна дупка в озоновия слой на Земята беше открита през 1985 г.; тя се появи над Антарктика. Той е повече от хиляда километра в диаметър и приблизително девет милиона квадратни километра на площ.

Всяка година през месец август дупката изчезва и се случва така, сякаш тази огромна озонова дупка никога не е съществувала.

Озонова дупка - определение

Озоновата дупка е намаляване или пълно отсъствие на концентрация на озон в озоновия слой на Земята. Според доклада на Световната метеорологична организация и общоприетата теория в науката значителното намаляване на озоновия слой се дължи на постоянно нарастващ антропогенен фактор - отделянето на бром- и хлорсъдържащи фреони.

Има и друга хипотеза, според която самият процес на образуване на дупки в озоновия слой е естествен и по никакъв начин не е свързан с резултатите от дейността на човешката цивилизация.

Комбинация от фактори причинява намаляване на концентрацията на озон в атмосферата. Една от основните е разрушаването на озоновите молекули по време на реакции с различни вещества от естествен и антропогенен произход, както и липсата на слънчева светлинаи радиация през полярната зима. Това включва полярния вихър, който е особено стабилен и предотвратява проникването на озон от циркумполярните ширини, и получените стратосферни полярни облаци, чиято повърхност частици действат като катализатор за реакцията на разпадане на озона.

Тези фактори са типични за Антарктида, а в Арктика полярният вихър е много по-слаб поради факта, че там няма континентална повърхност. Температурата тук е малко по-висока, за разлика от Антарктида. Полярните стратосферни облаци са по-рядко срещани в Арктика и са склонни да се разпадат в началото на есента.

Какво е озон?

Озонът е токсично вещество, което е вредно за хората. В малки количества има много приятна миризма. За да се уверите в това, можете да се разходите в гората по време на гръмотевична буря - ще й се насладим след време свеж въздух, но по-късно ще се почувствате много зле.

При нормални условия в дъното на земната атмосфера практически няма озон - това вещество присъства в големи количества в стратосферата, започвайки някъде около 11 километра над земята и достигайки до 50-51 километра. Озоновият слой се намира точно на самия връх, тоест приблизително на 51 километра над земята. Този слой абсорбира смъртоносните слънчеви лъчи и по този начин предпазва живота ни и не само нашия.

Преди откриването на озоновите дупки озонът се смяташе за вещество, което трови атмосферата. Смятало се, че атмосферата е пълна с озон и че именно той е основният виновник за „парниковия ефект“, с който трябва да се направи нещо.

В момента човечеството, напротив, се опитва да предприеме стъпки за възстановяване на озоновия слой, тъй като озоновият слой става по-тънък по цялата Земя, а не само над Антарктида.

Озоновите дупки - "децата" на стратосферните вихри

Въпреки че има малко озон в съвременната атмосфера - не повече от една тримилионна от другите газове - неговата роля е изключително голяма: той забавя силното ултравиолетово лъчение (късовълновата част от слънчевия спектър), което разрушава протеините и ядрените киселини. В допълнение, стратосферният озон е важен климатичен фактор, който определя краткосрочните и местни промени във времето.

Скоростта на реакциите на разрушаване на озона зависи от катализаторите, които могат да бъдат както естествени атмосферни оксиди, така и вещества, изпуснати в атмосферата в резултат на природни бедствия (например мощни вулканични изригвания). През втората половина на миналия век обаче беше открито, че веществата от промишлен произход също могат да служат като катализатори за реакции на разрушаване на озона и човечеството сериозно се разтревожи...

Озонът (O3) е сравнително рядка молекулярна форма на кислорода, състояща се от три атома. Въпреки че има малко озон в съвременната атмосфера - не повече от една тримилионна от останалите газове - неговата роля е изключително голяма: той блокира силната ултравиолетова радиация (късовълновата част от слънчевия спектър), която разрушава протеините и ядрените киселини. Следователно, преди появата на фотосинтезата - и, съответно, свободния кислород и озоновия слой в атмосферата - живот можеше да съществува само във водата.

В допълнение, стратосферният озон е важен климатичен фактор, който определя краткосрочните и местни промени във времето. Чрез поглъщане на слънчевата радиация и прехвърляне на енергия към други газове, озонът загрява стратосферата и по този начин регулира природата на планетарните топлинни и кръгови процеси в цялата атмосфера.

В естествени условия нестабилните озонови молекули се образуват и разпадат под въздействието на различни фактори на живата и неживата природа и в хода на дългата еволюция този процес е достигнал определено динамично равновесие. Скоростта на реакциите на разрушаване на озона зависи от катализаторите, които могат да бъдат както естествени атмосферни оксиди, така и вещества, изпуснати в атмосферата в резултат на природни бедствия (например мощни вулканични изригвания).

През втората половина на миналия век обаче беше открито, че веществата от промишлен произход също могат да служат като катализатори за реакциите на разрушаване на озона и човечеството беше сериозно разтревожено. Общественото мнение беше особено развълнувано от откриването на така наречената озонова „дупка“ над Антарктида.

"Дупка" над Антарктида

Забележима загуба на озоновия слой над Антарктика - озоновата дупка - беше открита за първи път през 1957 г., по време на Международната геофизична година. Истинската й история започва 28 години по-късно със статия в майския брой на списанието Природата, където се предполага, че причината за аномалния пролетен минимум на TO над Антарктика е промишлено (включително фреони) атмосферно замърсяване (Farman et al., 1985).

Установено е, че озоновата дупка над Антарктида обикновено се появява веднъж на две години, продължава около три месеца и след това изчезва. Това не е проходна дупка, както може да изглежда, а депресия, така че е по-правилно да се говори за „увисване на озоновия слой“. За съжаление, всички последващи изследвания на озоновата дупка бяха насочени главно към доказване на нейния антропогенен произход (Roan, 1989).

Днес съществуват различни хипотези относно химичните и динамични механизми на образуване на озонови дупки. Много известни факти обаче не се вписват в химическата антропогенна теория. Например повишаване на нивата на стратосферния озон в определени географски региони.

Ето най-„наивния“ въпрос: защо се образува дупка в южното полукълбо, въпреки че фреоните се произвеждат в северното, въпреки факта, че не е известно дали има въздушна комуникация между полукълбата по това време?

Нито една от съществуващите теории не се основава на широкомащабни подробни измервания на TOC и изследвания на процеси, протичащи в стратосферата. На въпроса за степента на изолация на полярната стратосфера над Антарктида, както и на редица други въпроси, свързани с проблема с образуването на озонови дупки, беше възможно да се отговори само с помощта на нов метод за наблюдение на движенията на въздушните потоци, предложени от В. Б. Кашкин (Кашкин, Сухинин, 2001; Кашкин et al., 2002).

Въздушните потоци в тропосферата (до височина 10 km) са били проследявани дълго време чрез наблюдение на транслационните и ротационните движения на облаците. Озонът всъщност също е огромен „облак“ над цялата повърхност на Земята и по промените в неговата плътност можем да съдим за движението на въздушните маси над 10 km, точно както знаем посоката на вятъра, като гледаме облачно небе в облачен ден. За тези цели плътността на озона трябва да се измерва в точки от пространствената решетка през определен интервал от време, например на всеки 24 часа. Проследявайки как се е променило озоновото поле, можете да оцените ъгъла на неговото въртене на ден, посоката и скоростта на движение.

По нов метод е изследвана динамиката на озоновия слой през 2000 г., когато над Антарктида е наблюдавана рекордно голяма озонова дупка (Кашкин et al., 2002). За да направят това, те използваха сателитни данни за плътността на озона в цялото южно полукълбо, от екватора до полюса. В резултат на това беше установено, че съдържанието на озон е минимално в центъра на фунията на така наречения циркумполярен вихър, образувал се над полюса, който ще разгледаме подробно по-долу. Въз основа на тези данни беше изложена хипотеза за естествения механизъм за образуване на озонови „дупки“.

Глобална динамика на стратосферата: хипотеза

Циркумполярните вихри се образуват, когато стратосферните въздушни маси се движат в меридионална и ширинна посока. как става това На топлия екватор стратосферата е по-висока, а на студения полюс е по-ниска. Въздушните течения (заедно с озона) се спускат от стратосферата, сякаш надолу по хълм, и се движат все по-бързо и по-бързо от екватора към полюса. Движението от запад на изток се извършва под въздействието на силата на Кориолис, свързана с въртенето на Земята. В резултат на това въздушните течения сякаш се навиват като нишки на вретено в южното и северното полукълбо.

„Вретеното” на въздушните маси се върти през цялата година в двете полукълба, но е по-силно изразено в края на зимата и началото на пролетта, тъй като височината на стратосферата на екватора остава почти непроменена през цялата година, а на полюсите - е по-висок през лятото и по-нисък през зимата, когато е особено студено.

Озоновият слой в средните ширини се създава от мощен приток от екватора, както и от фотохимични реакции, които се случват in situ. Но озонът в полярния регион се дължи главно на екватора и средните ширини и съдържанието му там е доста ниско. Фотохимичните реакции на полюса, където слънчевите лъчи падат под малък ъгъл, протичат бавно и значителна част от озона, идващ от екватора, успява да бъде унищожен по пътя.

Но въздушните маси не винаги се движат по този начин. В най-студените зими, когато стратосферата над полюса пада много ниско над повърхността на Земята и „пързалката“ става особено стръмна, ситуацията се променя. Стратосферните течения се спускат толкова бързо, че ефектът е познат на всеки, който е гледал как водата тече през дупка във вана. След като достигне определена скорост, водата започва да се върти бързо и около дупката се образува характерна фуния, създадена от центробежна сила.

Нещо подобно се случва в глобалната динамика на стратосферните потоци. Когато стратосферните въздушни потоци придобият достатъчно висока скорост, центробежната сила започва да ги отблъсква от полюса към средните ширини. В резултат на това въздушните маси се движат от екватора и от полюса една към друга, което води до образуването на бързо въртящ се вихров „вал“ в района на средната ширина.

Обменът на въздух между екваториалните и полярните региони спира, озонът не тече от екватора и от средните ширини към полюса. В допълнение, озонът, който остава на полюса, като в центрофуга, се притиска към средните ширини от центробежна сила, тъй като е по-тежък от въздуха. В резултат на това концентрацията на озон във фунията рязко пада - над полюса се образува озонова „дупка“, а в средните ширини - област с високо съдържание на озон, съответстваща на „вала“ на циркумполярния вихър.

През пролетта антарктическата стратосфера се затопля и се издига по-високо - фунията изчезва. Възстановява се въздушната комуникация между средните и високите ширини и се ускоряват фотохимичните реакции на образуване на озон. Озоновата дупка изчезва преди нова студена зимана Южния полюс.

Какво има в Арктика?

Въпреки че динамиката на стратосферните потоци и съответно на озоновия слой в северното и южното полукълбо като цяло са сходни, озоновата дупка се появява само от време на време над Южния полюс. Над Северния полюс няма озонови дупки, защото там зимите са по-меки и стратосферата никога не пада достатъчно ниско, за да могат въздушните течения да достигнат скоростта, необходима за образуването на дупка.

Има още една важна разлика. В южното полукълбо циркумполярният вихър се върти почти два пъти по-бързо, отколкото в северното полукълбо. И това не е изненадващо: Антарктида е заобиколена от морета и около нея има циркумполярно морско течение - по същество гигантски маси вода и въздух се въртят заедно. В северното полукълбо картината е различна: в средните ширини има континенти с планински вериги, а триенето на въздушната маса върху земната повърхност не позволява на циркумполярния вихър да набере достатъчно висока скорост.

Но в средните ширини на северното полукълбо понякога се появяват малки озонови „дупки“ с различен произход. Откъде идват? Движението на въздуха в стратосферата на средните ширини на планинското северно полукълбо наподобява движението на водата в плитък поток с каменисто дъно, когато на повърхността на водата се образуват множество водовъртежи. В средните ширини на северното полукълбо ролята на релефа на дънната повърхност се играе от температурните разлики на границите на континентите и океаните, планинските вериги и равнините.

Рязката промяна на температурата на земната повърхност води до образуването на вертикални потоци в тропосферата. Стратосферните ветрове, срещайки тези потоци, създават вихри, които могат да се въртят в двете посоки с еднаква вероятност. В тях се появяват области с ниско съдържание на озон, тоест озонови дупки, които са много по-малки по размер, отколкото на Южния полюс. И трябва да се отбележи, че такива вихри с различни посоки на въртене бяха открити при първия опит.

По този начин динамиката на стратосферните въздушни потоци, която проследихме чрез наблюдение на озоновия облак, ни позволява да предоставим правдоподобно обяснение за механизма на образуване на озоновата дупка над Антарктида. Очевидно подобни промени в озоновия слой, причинени от аеродинамичните явления в стратосферата, са се случили много преди появата на човека.

Всичко казано по-горе не означава, че фреоните и другите газове от промишлен произход нямат разрушителен ефект върху озоновия слой. Учените обаче тепърва трябва да открият каква е връзката между природните и антропогенните фактори, които влияят върху образуването на озонови дупки - за да се направят прибързани заключения в такъв важни въпросинеприемливо.