Odpověď: Ozonová vrstva je vrstva atmosféry s vysokým obsahem ozonu. Koncentrace ozonu ve vrstvě je velmi nízká, a pokud je izolován ve své čisté formě a stlačen na hustotu, jakou má vzduch na povrchu Země, pak tloušťka ozonové vrstvy nepřesáhne 5 mm. Ozon pohlcuje krátkovlnné záření ze Slunce a chrání tak živé organismy před jeho škodlivými účinky. Úbytek ozonové vrstvy poprvé upoutal pozornost široké veřejnosti v roce 1985, kdy byla nad Antarktidou objevena velká oblast s nízkým (až 50%) obsahem ozonu, nazývaná „ozonová díra“. Předpokládá se, že hlavním důvodem výskytu „ozónových děr“ je významný obsah freonů v atmosféře. Freony(chlorfluoruhlovodíky) jsou vysoce těkavé, chemicky inertní látky v blízkosti zemského povrchu, široce používané ve výrobě a každodenním životě jako chladiva (klimatizace, chladničky, chladničky), rozprašovače (aerosoly) a pěnidla. Freony stoupající do horních vrstev atmosféry podléhají fotochemickému rozkladu za vzniku oxidu chloru, který intenzivně ničí ozón. Řada vědců však nadále trvá na přirozeném původu „ozónové díry“. Příčiny jeho vzniku spatřují v přirozené proměnlivosti ozonosféry, cyklické činnosti Slunce, procesech odplyňování Země apod. Poškozování ozonové vrstvy vede k vyšším hladinám ultrafialového záření na povrchu Země, které přispívá k nárůstu případů rakoviny kůže, poklesu produktivity zemědělských plodin a zpomalení procesu fotosyntézy v rostlinách atd.

7. Příčiny vzniku kyselých dešťů a jejich vliv na ekosystémy

Odpověď: Jakékoli srážky (déšť, mlha, sníh), jejichž kyselost je vyšší než normální, se nazývají kyselé. Kyselé vlastnosti média jsou určeny vodíkovými ionty. Čím vyšší je koncentrace vodíkových iontů v roztoku, tím vyšší je jeho kyselost. Pro vyjádření koncentrace vodíkových iontů se používají jednotky vodíkového indexu neboli pH. Stupnice pH se pohybuje od 0 (extrémně kyselé) přes 7 (neutrální) do 14 (extrémně zásadité). Kyselé deště obsahují roztoky kyselin sírové, dusičné a dalších, na které se přeměňuje vzdušná vlhkost absorbující oxid siřičitý a další plyny obsažené ve vzduchu. Kyselé deště potlačují vegetaci, snižují růst lesů a zemědělské výnosy a způsobují okyselování jezer, což vede k úhynu jiker, potěru, planktonu, řas a ryb. Negativní důsledky kyselých dešťů byly zaznamenány v USA, Evropě, Kanadě, Rusku, Ukrajině, Bělorusku a dalších zemích.

8. Hlavní příčiny problémů životního prostředí

Odpověď: Nevyvážené vztahy mezi společností a přírodou, tedy iracionální environmentální management, často vedou k ekologické krizi a ekologické katastrofě. Ekologická krize(ekologická nouze) je ekologická katastrofa charakterizovaná přetrvávajícími negativními změnami životního prostředí a ohrožující lidské zdraví. Pod ekologická katastrofa(ekologická katastrofa) rozumí environmentální tíseň, charakterizovaná nevratnými změnami životního prostředí a výrazným zhoršením veřejného zdraví Hlavním a nejčastějším typem negativního vlivu člověka na biosféru je znečištění. Pod znečištění rozumí vstup látek a (nebo) energií do životního prostředí, jejichž vlastnosti, umístění nebo množství mají negativní vliv na životní prostředí (zákon o ochraně životního prostředí). Znečištěním se také rozumí vstup jakýchkoli pevných, kapalných nebo plynných látek, mikroorganismů nebo energií (ve formě zvuků, hluku, záření) do přírodního prostředí v množství škodlivém pro lidské zdraví, zvířata, stav rostlin a ekosystémů. Obvykle se uvažují dva typy znečištění různého původu: přírodní, vznikající v důsledku přírodních jevů bez účasti člověka; antropogenní, spojené s lidskou činností, jejíž hlavní složkou je technogenní znečištění způsobené průmyslovou činností. Podle skupenství Všechny polutanty antropogenního původu se dělí na pevné, kapalné a plynné. Podle povahy znečišťujících látek se rozlišují tyto druhy znečištění: biologický(patogenní mikroorganismy, produkty genetického inženýrství atd.), chemikálie(znečištění biosféry pesticidy, těžkými kovy, plasty, určitými chemikáliemi a prvky), fyzický(hlukové, tepelné, elektromagnetické, radiační). Na základě prostorových charakteristik rozlišují globální, regionální, lokální(pozorováno na malé ploše) znečištění. Podle předmětů znečištění rozlišují znečištění atmosférického ovzduší, znečištění povrchových a podzemních vod, znečištění půdy atd. a dokonce i znečištění blízkozemského prostoru. V roce 2005 bylo na území Ruské federace zaznamenáno 78 nehod (59 v roce 2004), které vedly ke znečištění životního prostředí. Stacionární pozorovací síť Roshydromet ve stejném roce zaznamenala 541 případů extrémně vysokého znečištění povrchových vod a 3 případy extrémně vysokého znečištění atmosférického ovzduší na základě vizuálních a organoleptických znaků.

Noviny a časopisy jsou v poslední době plné článků o roli ozonové vrstvy, ve kterých se lidé zastrašují možnými problémy v budoucnosti. Od vědců můžete slyšet o nadcházejících klimatických změnách, které negativně ovlivní veškerý život na Zemi. Skutečně se potenciální nebezpečí vzdálené lidem promění v tak strašné události pro všechny pozemšťany? Jaké důsledky očekává lidstvo od zničení ozonové vrstvy?

Proces vzniku a význam ozonové vrstvy

Ozón je derivát kyslíku. Zatímco ve stratosféře jsou molekuly kyslíku chemicky vystaveny ultrafialovému záření, po kterém se rozkládají na volné atomy, které mají schopnost se slučovat s jinými molekulami. Touto interakcí molekul kyslíku a atomů s třetími tělesy vzniká nová látka – tak vzniká ozón.

Tím, že je ve stratosféře, ovlivňuje tepelný režim Země a zdraví její populace. Jako planetární „strážce“ ozón absorbuje přebytečné ultrafialové záření. Když se však ve velkém dostane do spodní atmosféry, stává se pro lidský druh docela nebezpečným.

Nešťastný objev vědců – ozonová díra nad Antarktidou

Proces poškozování ozonové vrstvy je od konce 60. let předmětem mnoha diskusí mezi vědci po celém světě. V těchto letech začali ekologové upozorňovat na problém emisí zplodin hoření do atmosféry ve formě vodní páry a oxidů dusíku, které produkovaly proudové motory raket a dopravních letadel. Obavy vyvolaly vlastnosti oxidů dusíku, které ničí ozón, emitované letadly ve výšce 25 kilometrů, což je oblast tvorby zemského štítu. V roce 1985 zaznamenal British Antarctic Survey 40% pokles koncentrace ozonu v atmosféře nad jejich základnou v Hally Bay.

Po britských vědcích tento problém osvětlilo mnoho dalších výzkumníků. Podařilo se jim nastínit oblast s nízkou úrovní ozonu již mimo jižní kontinent. Kvůli tomu se začal objevovat problém tvorby ozónových děr. Brzy poté byla objevena další ozónová díra, tentokrát v Arktidě. Byl však rozměrově menší, s únikem ozonu až 9 %.

Na základě výsledků výzkumu vědci spočítali, že v letech 1979-1990 se koncentrace tohoto plynu v zemské atmosféře snížila asi o 5 %.

Úbytek ozónové vrstvy: vznik ozónových děr

Tloušťka ozonové vrstvy může být 3-4 mm, její maximální hodnoty jsou umístěny na pólech a její minima jsou umístěna podél rovníku. Nejvyšší koncentraci plynu lze nalézt 25 kilometrů ve stratosféře nad Arktidou. Husté vrstvy se někdy nacházejí ve výškách až 70 km, obvykle v tropech. Troposféra nemá mnoho ozónu, protože je vysoce citlivá na sezónní změny a různé druhy znečištění.

Jakmile se koncentrace plynu sníží o jedno procento, dojde k okamžitému zvýšení intenzity ultrafialového záření nad zemským povrchem o 2 %. Vliv ultrafialových paprsků na planetární organické látky je přirovnáván k ionizujícímu záření.

Úbytek ozonové vrstvy by mohl způsobit katastrofy spojené s nadměrným vytápěním, zvýšenou rychlostí větru a cirkulací vzduchu, což by mohlo vést k novým pouštním oblastem a snížení zemědělských výnosů.

Setkání s ozonem v každodenním životě

Někdy po dešti, zejména v létě, je vzduch neobvykle svěží a příjemný a lidé říkají, že „voní jako ozón“. To vůbec není obrazná formulace. Ve skutečnosti se určitá část ozónu dostává do spodních vrstev atmosféry vzdušnými proudy. Tento druh plynu je považován za tzv. blahodárný ozón, který do atmosféry přináší pocit mimořádné svěžesti. Většinou jsou takové jevy pozorovány po bouřkách.

Existuje však také velmi škodlivý druh ozónu, který je pro lidi extrémně nebezpečný. Je produkován výfukovými plyny a průmyslovými emisemi a při působení slunečních paprsků vstupuje do fotochemické reakce. V důsledku toho dochází k tvorbě tzv. přízemního ozonu, který je extrémně škodlivý pro lidské zdraví.

Látky, které ničí ozónovou vrstvu: účinek freonů

Vědci dokázali, že freony, které se masově používají k nabíjení ledniček a klimatizací, stejně jako četné aerosolové plechovky, způsobují destrukci ozónové vrstvy. Ukazuje se tedy, že téměř každý člověk má podíl na ničení ozónové vrstvy.

Příčiny ozónových děr jsou v tom, že molekuly freonu reagují s molekulami ozónu. Sluneční záření způsobuje, že freony uvolňují chlór. V důsledku toho dochází k štěpení ozónu, což má za následek vznik atomového a obyčejného kyslíku. V místech, kde k takovým interakcím dochází, nastává problém poškozování ozónové vrstvy a vznikají ozónové díry.

Největší škody na ozonové vrstvě samozřejmě způsobují průmyslové emise, ale domácí používání přípravků, které obsahují freon, tak či onak, má také vliv na ničení ozónu.

Ochrana ozónové vrstvy

Poté, co vědci zdokumentovali, že ozónová vrstva se stále ničí a objevují se ozónové díry, začali politici přemýšlet o jejím zachování. O těchto otázkách se po celém světě konaly konzultace a setkání. Zúčastnili se jich zástupci všech států s rozvinutým průmyslem.

V roce 1985 tak byla přijata Úmluva o ochraně ozonové vrstvy. Tento dokument podepsali zástupci čtyřiceti čtyř států účastnících se konference. O rok později byl podepsán další důležitý dokument, nazvaný Montrealský protokol. V souladu s jeho ustanoveními mělo dojít k výraznému omezení celosvětové produkce a spotřeby látek, které vedou k ničení ozonové vrstvy.

Některé státy však nebyly ochotny se takovým omezením podřídit. Poté byly pro každý stát stanoveny konkrétní kvóty pro nebezpečné emise do ovzduší.

Ochrana ozonové vrstvy v Rusku

V souladu s platnou ruskou legislativou je právní ochrana ozonové vrstvy jednou z nejdůležitějších a prioritních oblastí. Legislativa související s ochranou životního prostředí upravuje seznam ochranných opatření směřujících k ochraně tohoto přírodního objektu před různými druhy poškození, znečištění, ničení a vyčerpání. Článek 56 legislativy tedy popisuje některé činnosti související s ochranou ozonové vrstvy planety:

• Organizace pro sledování vlivu ozonové díry;
• Trvalá kontrola nad změnou klimatu;
• Přísné dodržování regulačního rámce pro škodlivé emise do atmosféry;
• Regulace produkce chemických sloučenin, které ničí ozonovou vrstvu;
• Uplatňování trestů a trestů za porušení zákona.

Možná řešení a první výsledky

Měli byste vědět, že ozónové díry nejsou trvalým jevem. Se snižováním množství škodlivých emisí do atmosféry začíná postupné utahování ozonových děr – aktivují se molekuly ozonu ze sousedních oblastí. Zároveň však vyvstává další rizikový faktor – sousední oblasti jsou zbaveny značného množství ozónu, vrstvy se ztenčují.

Vědci z celého světa se nadále zabývají výzkumem a jsou zastrašováni bezútěšnými závěry. Spočítali, že pokud by se v horních vrstvách atmosféry snížila přítomnost ozónu o pouhé 1 %, došlo by ke zvýšení rakoviny kůže až o 3–6 %. Navíc, velký počet ultrafialové paprsky negativně ovlivní imunitní systém lidí. Stanou se zranitelnější vůči široké škále infekcí.

Je možné, že to může ve skutečnosti vysvětlit skutečnost, že v 21. století přibývá zhoubných nádorů. Přírodu negativně ovlivňuje i zvyšující se úroveň ultrafialového záření. Dochází k destrukci buněk v rostlinách, začíná proces mutace, v důsledku čehož se produkuje méně kyslíku.

Vyrovná se lidstvo s budoucími výzvami?

Podle posledních statistik čelí lidstvo globální katastrofě. Optimistické zprávy má však i věda. Po přijetí Úmluvy o ochraně ozonové vrstvy se do problému zachování ozonové vrstvy zapojilo celé lidstvo. Po vypracování řady prohibičních a ochranných opatření se situace mírně stabilizovala. Někteří badatelé tedy tvrdí, že pokud se celé lidstvo zapojí do průmyslové výroby v rozumných mezích, lze problém ozonových děr úspěšně vyřešit.

Pokud máte nějaké dotazy, zanechte je v komentářích pod článkem. My nebo naši návštěvníci je rádi zodpovíme

Úvod

1.2 Ozonová díra nad Antarktidou

2. Hlavní opatření k ochraně ozonové vrstvy

3. Pravidlo optimální komplementarity komponent

4. Právo N.F. Reimers o zničení hierarchie ekosystémů

Závěr

Seznam použité literatury

Úvod

Moderní kyslíková atmosféra Země je mezi planetami unikátním fenoménem Sluneční Soustava, a tato vlastnost je spojena s přítomností života na naší planetě.

Problém životního prostředí je nyní pro lidi bezesporu nejdůležitější. Realitu ekologické katastrofy naznačuje zničení ozonové vrstvy Země. Ozon je tříatomová forma kyslíku, vznikající v horních vrstvách atmosféry pod vlivem tvrdého (krátkovlnného) ultrafialového záření ze Slunce.

Ozon dnes znepokojuje každého, dokonce i ty, kteří dříve o existenci ozónové vrstvy v atmosféře ani netušili, ale pouze věřili, že zápach ozónu je známkou čerstvého vzduchu. (Ne nadarmo znamená ozón v řečtině „vůně“.) Tento zájem je pochopitelný – mluvíme o budoucnosti celé biosféry Země, včetně člověka samotného. V současné době je potřeba učinit určitá rozhodnutí závazná pro všechny, která by nám umožnila zachovat ozonovou vrstvu. Aby však tato rozhodnutí byla správná, potřebujeme úplné informace o faktorech, které mění množství ozónu v zemské atmosféře, a také o vlastnostech ozónu a o tom, jak přesně na tyto faktory reaguje.

1. Ozonové díry a příčiny jejich vzniku

Ozonová vrstva je široký atmosférický pás rozprostírající se od 10 do 50 km nad zemským povrchem. Chemicky je ozon molekula skládající se ze tří atomů kyslíku (molekula kyslíku obsahuje dva atomy). Koncentrace ozonu v atmosféře je velmi nízká a malé změny v množství ozonu vedou k velkým změnám intenzity ultrafialového záření dopadajícího na zemský povrch. Na rozdíl od běžného kyslíku je ozón nestabilní, snadno se přeměňuje na dvouatomovou, stabilní formu kyslíku. Ozón je mnohem silnější oxidační činidlo než kyslík, a proto je schopen zabíjet bakterie a inhibovat růst a vývoj rostlin. Tyto vlastnosti však vzhledem k jeho nízké koncentraci v povrchových vrstvách vzduchu za normálních podmínek nemají prakticky žádný vliv na stav živých systémů.

Mnohem důležitější je jeho další vlastnost, díky které je tento plyn naprosto nezbytný pro veškerý život na souši. Touto vlastností je schopnost ozonu absorbovat tvrdé (krátkovlnné) ultrafialové (UV) záření ze Slunce. Tvrdá UV kvanta mají energii dostatečnou k přerušení některých chemických vazeb, proto je klasifikována jako ionizující záření. Stejně jako ostatní záření tohoto druhu, rentgenové a gama záření, způsobuje četné poruchy v buňkách živých organismů. Ozón vzniká vlivem vysokoenergetického slunečního záření, které stimuluje reakci mezi O 2 a volnými atomy kyslíku. Při vystavení mírnému záření se rozpadá a absorbuje energii tohoto záření. Tento cyklický proces tedy „požírá“ nebezpečné ultrafialové záření.

Molekuly ozonu jsou stejně jako kyslík elektricky neutrální, tzn. nenesou elektrický náboj. Samotné magnetické pole Země tedy neovlivňuje rozložení ozónu v atmosféře. Horní vrstva atmosféry, ionosféra, se prakticky shoduje s ozónovou vrstvou.

V polárních zónách, kde se magnetické siločáry Země uzavírají na jejím povrchu, jsou deformace ionosféry velmi výrazné. Sníží se počet iontů včetně ionizovaného kyslíku v horních vrstvách atmosféry polárních zón. Ale hlavní důvod nízký obsah ozonu v oblasti pólů - nízká intenzita slunečního záření, dopadající i během polárního dne pod malými úhly k obzoru a během polární noci zcela chybí. Plocha polárních „děr“ v ozonové vrstvě je spolehlivým indikátorem změn celkového obsahu ozonu v atmosféře.

Obsah ozonu v atmosféře kolísá z mnoha přírodních důvodů. Periodické výkyvy jsou spojeny s cykly sluneční aktivity; Mnoho složek vulkanických plynů je schopno ničit ozón, takže zvýšení sopečné aktivity vede k poklesu jeho koncentrace. Kvůli vysokým rychlostem proudění vzduchu ve stratosféře podobným hurikánu jsou látky poškozující ozonovou vrstvu přenášeny na velké plochy. Přepravují se nejen poškozovače ozonu, ale i ozon samotný, takže poruchy koncentrace ozonu se rychle šíří na velké plochy a poměrně rychle se uzavírají lokální malé „díry“ v ozonovém štítu, způsobené například startem rakety. Pouze v polárních oblastech je vzduch neaktivní, v důsledku čehož tamní mizení ozonu není kompenzováno jeho dovozem z jiných zeměpisných šířek a polární „ozónové díry“, zejména na jižním pólu, jsou velmi stabilní.

1.1 Zdroje poškozování ozonové vrstvy

Mezi látky poškozující ozonovou vrstvu patří:

1) Freony.

Ozón ničí sloučeniny chlóru známé jako freony, které, také zničené slunečním zářením, uvolňují chlór, který „odtrhává“ „třetí“ atom z molekul ozonu. Chlór netvoří sloučeniny, ale slouží jako katalyzátor „lámání“. Jeden atom chloru tak může „zničit“ mnoho ozónu. Předpokládá se, že sloučeniny chloru mohou zůstat v atmosféře od 50 do 1500 let (v závislosti na složení látky) Země. Pozorování ozonové vrstvy planety provádějí antarktické expedice od poloviny 50. let.

Ozonová díra nad Antarktidou, která se na jaře rozšiřuje a na podzim zmenšuje, byla objevena v roce 1985. Objev meteorologů způsobil řetězec ekonomických důsledků. Faktem je, že existence „díry“ byla obviňována z chemického průmyslu, který vyrábí látky obsahující freony, které přispívají k ničení ozónu (od deodorantů po chladicí jednotky).

Nepanuje shoda v otázce, do jaké míry jsou lidé vinni za vznik „ozónových děr“.

Na jednu stranu ano, určitě jsem vinen. Produkce sloučenin, které vedou k poškozování ozónové vrstvy, by měla být minimalizována, nebo ještě lépe úplně zastavena. Tedy opustit celý průmyslový sektor s obratem mnoha miliard dolarů. A pokud neodmítnete, přeneste jej na „bezpečné“ kolejnice, což také stojí peníze.

Hledisko skeptiků: vliv člověka na atmosférické procesy je přes veškerou jeho destruktivnost na lokální úrovni v planetárním měřítku zanedbatelný. Antifreonová kampaň „zelených“ má zcela transparentní ekonomické a politické pozadí: s její pomocí velké americké korporace (například Dupont) dusí své zahraniční konkurenty, vnucují dohody o „ochraně životního prostředí“ na státní úrovni a násilné zavedení nové technologické etapy, která je ekonomicky slabší státy neschopné odolat.

2) Letadla ve velkých výškách.

Ničení ozonové vrstvy usnadňují nejen freony uvolňované do atmosféry a vstupující do stratosféry. Na destrukci ozonové vrstvy se podílejí i oxidy dusíku, které vznikají při jaderných explozích. Oxidy dusíku ale vznikají i ve spalovacích komorách proudových motorů výškových letadel. Oxidy dusíku se tvoří z dusíku a kyslíku, které se tam nacházejí. Čím vyšší je teplota, tj. čím větší je výkon motoru, tím větší je rychlost tvorby oxidů dusíku.

Nezáleží jen na výkonu motoru letadla, ale také na výšce, ve které letí a uvolňuje oxidy dusíku poškozující ozónovou vrstvu. Čím výše oxid nebo oxid dusný vzniká, tím je pro ozón ničivější.

Celkové množství oxidů dusíku, které se ročně vypustí do atmosféry, se odhaduje na 1 miliardu tun Zhruba třetinu tohoto množství vypustí letadla nad průměrnou hladinou tropopauzy (11 km). U letadel jsou nejškodlivější emise z vojenských letadel, jejichž počet se pohybuje v desítkách tisíc. Létají především ve výškách v ozonové vrstvě.

3) Minerální hnojiva.

Ozon ve stratosféře může ubývat i díky tomu, že se do stratosféry dostává oxid dusný N2O, který vzniká při denitrifikaci dusíku vázaného půdními bakteriemi. Stejnou denitrifikaci fixovaného dusíku provádějí také mikroorganismy v horní vrstvě oceánů a moří. Proces denitrifikace přímo souvisí s množstvím fixovaného dusíku v půdě. Můžete si být tedy jisti, že se zvýšením množství minerálních hnojiv aplikovaných do půdy se ve stejné míře zvýší i množství vytvořeného oxidu dusného N2O Dále se z oxidu dusného tvoří oxidy dusíku, které vedou k ničení stratosférického ozónu.

4) Jaderné výbuchy.

Jaderné výbuchy uvolňují velké množství energie ve formě tepla. Teplota 6000 0 K se ustaví během několika sekund po jaderném výbuchu. Toto je energie ohnivé koule. Ve vysoce zahřáté atmosféře k takovým přeměnám dochází chemické substance, které za normálních podmínek buď nenastávají, nebo probíhají velmi pomalu. Co se týče ozonu a jeho zániku, nejnebezpečnější jsou pro něj oxidy dusíku vznikající při těchto přeměnách. V období od roku 1952 do roku 1971 se tak v důsledku jaderných výbuchů vytvořilo v atmosféře asi 3 miliony tun oxidů dusíku. Jejich další osud je následující: v důsledku atmosférického míšení se dostávají do různých výšek, včetně atmosféry. Tam vstupují do chemických reakcí za účasti ozonu, což vede k jeho zničení.

5) Spalování paliva.

Tato obrovská díra v ozonové vrstvě Země byla objevena v roce 1985 a objevila se nad Antarktidou. Má více než tisíc kilometrů v průměru a přibližně devět milionů kilometrů čtverečních na ploše.

Každý rok v měsíci srpnu díra zmizí a stane se, jako by tato obrovská ozonová mezera nikdy neexistovala.

Ozonová díra - definice

Ozonová díra je pokles nebo úplná absence koncentrace ozonu v ozonové vrstvě Země. Podle zprávy Světové meteorologické organizace a ve vědě obecně uznávané teorie je výrazný úbytek ozonové vrstvy způsoben stále se zvyšujícím antropogenním faktorem - uvolňováním freonů obsahujících brom a chlór.

Existuje další hypotéza, podle které je samotný proces tvorby děr v ozonové vrstvě přirozený a nijak nesouvisí s výsledky činnosti lidské civilizace.

Kombinace faktorů způsobuje pokles koncentrace ozonu v atmosféře. Jedním z hlavních je destrukce molekul ozonu při reakcích s různými látkami přírodního a antropogenního původu a také absence sluneční světlo a radiace během polární zimy. Patří sem polární vír, který je obzvláště stabilní a brání pronikání ozónu z cirkumpolárních šířek, a výsledná stratosférická polární oblaka, jejichž povrch působí jako katalyzátor reakce rozpadu ozonu.

Tyto faktory jsou typické pro Antarktidu a v Arktidě je polární vír mnohem slabší díky tomu, že tam není žádný kontinentální povrch. Teplota je zde o něco vyšší, na rozdíl od Antarktidy. Polární stratosférické mraky jsou v Arktidě méně časté a mají tendenci se rozpadat na začátku podzimu.

Co je ozón?

Ozón je toxická látka, která je škodlivá pro člověka. V malém množství má velmi příjemnou vůni. Abyste se o tom ujistili, můžete se během bouřky projít lesem - časem si to užijeme čerstvý vzduch, ale později se budete cítit velmi špatně.

Za normálních podmínek není na dně zemské atmosféry prakticky žádný ozón – tato látka je ve stratosféře přítomna ve velkém množství, začíná někde kolem 11 kilometrů nad zemí a zasahuje do 50–51 kilometrů. Ozonová vrstva leží úplně nahoře, tedy přibližně 51 kilometrů nad zemí. Tato vrstva pohlcuje smrtící sluneční paprsky a tím chrání naše životy a nejen naše.

Před objevením ozónových děr byl ozón považován za látku, která otravuje atmosféru. Věřilo se, že atmosféra je plná ozónu a že to byl hlavní viník „skleníkového efektu“, se kterým je třeba něco udělat.

V současnosti se naopak lidstvo snaží podniknout kroky k obnově ozonové vrstvy, protože ozonová vrstva se ztenčuje po celé Zemi, a to nejen nad Antarktidou.

Ozonové díry - „děti“ stratosférických vírů

I když je v moderní atmosféře málo ozonu – ne více než jedna tři miliony ostatních plynů – jeho role je extrémně velká: zpožďuje tvrdé ultrafialové záření (krátkovlnná část slunečního spektra), které ničí bílkoviny a kyseliny. Stratosférický ozon je navíc důležitým klimatickým faktorem, který určuje krátkodobé a lokální změny počasí.

Rychlost reakcí ničení ozonu závisí na katalyzátorech, kterými mohou být buď přírodní atmosférické oxidy, nebo látky uvolňované do atmosféry v důsledku přírodních katastrof (například silných sopečných erupcí). Ve druhé polovině minulého století se však zjistilo, že látky průmyslového původu mohou sloužit i jako katalyzátory reakcí ničení ozónu a lidstvo začalo mít vážné obavy...

Ozon (O3) je poměrně vzácná molekulární forma kyslíku sestávající ze tří atomů. Ačkoli je v moderní atmosféře málo ozonu – ne více než jedna tři miliony ostatních plynů – jeho role je extrémně velká: blokuje tvrdé ultrafialové záření (krátkovlnná část slunečního spektra), které ničí bílkoviny a kyseliny. Proto před nástupem fotosyntézy – a tedy volného kyslíku a ozónové vrstvy v atmosféře – mohl život existovat pouze ve vodě.

Stratosférický ozon je navíc důležitým klimatickým faktorem, který určuje krátkodobé a lokální změny počasí. Pohlcováním slunečního záření a předáváním energie jiným plynům ozón zahřívá stratosféru a tím reguluje povahu planetárních tepelných a kruhových procesů v celé atmosféře.

V přirozených podmínkách vznikají a pod vlivem různých faktorů živé i neživé přírody dochází k tvorbě a rozpadu nestabilních molekul ozonu a v průběhu dlouhého vývoje dosáhl tento proces určité dynamické rovnováhy. Rychlost reakcí ničení ozonu závisí na katalyzátorech, kterými mohou být buď přírodní atmosférické oxidy, nebo látky uvolňované do atmosféry v důsledku přírodních katastrof (například silných sopečných erupcí).

Ve druhé polovině minulého století se však zjistilo, že látky průmyslového původu mohou sloužit i jako katalyzátory reakcí ničení ozónu a lidstvo mělo vážné obavy. Veřejné mínění nadchlo zejména objevení takzvané ozónové „díry“ nad Antarktidou.

"Díra" nad Antarktidou

Znatelný úbytek ozónové vrstvy nad Antarktidou – ozónová díra – byl poprvé objeven již v roce 1957, během Mezinárodního geofyzikálního roku. Její skutečný příběh začal o 28 let později článkem v květnovém čísle časopisu Příroda, kde bylo navrženo, že příčinou anomálního jarního minima nad Antarktidou je průmyslové (včetně freonů) znečištění atmosféry (Farman a kol., 1985).

Bylo zjištěno, že ozonová díra nad Antarktidou se obvykle objeví jednou za dva roky, trvá asi tři měsíce a poté zmizí. Není to průchozí otvor, jak by se mohlo zdát, ale prohlubeň, takže je správnější mluvit o „propadnutí ozónové vrstvy“. Bohužel všechny následující studie ozonové díry byly zaměřeny především na prokázání jejího antropogenního původu (Roan, 1989).

Dnes existují různé hypotézy týkající se chemických a dynamických mechanismů vzniku ozónové díry. Mnoho známých faktů však nezapadá do chemické antropogenní teorie. Například zvýšení úrovní stratosférického ozonu v určitých geografických oblastech.

Zde je nejvíce „naivní“ otázka: proč se na jižní polokouli tvoří díra, ačkoli na severní polokouli vznikají freony, přestože není známo, zda mezi polokoulemi v tuto chvíli existuje vzdušné spojení?

Žádná z existujících teorií není založena na rozsáhlých detailních měřeních TOC a studiích procesů probíhajících ve stratosféře. Na otázku o stupni izolace polární stratosféry nad Antarktidou, stejně jako na řadu dalších otázek souvisejících s problémem vzniku ozonových děr, bylo možné odpovědět pouze pomocí nové metody sledování pohybů. proudů vzduchu navržených V. B. Kaškinem (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kaškin a kol., 2002).

Proudění vzduchu v troposféře (až do výšky 10 km) je dlouhodobě sledováno sledováním translačních a rotačních pohybů mraků. Ozon je ve skutečnosti také obrovský „mrak“ nad celým povrchem Země a podle změn jeho hustoty můžeme posuzovat pohyb vzdušných hmot nad 10 km, stejně jako poznáme směr větru pohledem na zatažená obloha v zamračený den. Pro tyto účely by se hustota ozonu měla měřit v bodech prostorové mřížky v určitém časovém intervalu, například každých 24 hodin. Sledováním toho, jak se ozónové pole změnilo, můžete odhadnout úhel jeho rotace za den, směr a rychlost pohybu.

Pomocí nové metody byla dynamika ozonové vrstvy studována v roce 2000, kdy byla nad Antarktidou pozorována rekordně velká ozonová díra (Kashkin a kol., 2002). K tomu použili satelitní data o hustotě ozonu na celé jižní polokouli, od rovníku po pól. V důsledku toho bylo zjištěno, že obsah ozonu je minimální ve středu trychtýře tzv. cirkumpolárního víru, který se vytvořil nad pólem, kterému se budeme podrobně věnovat níže. Na základě těchto dat byla vyslovena hypotéza o přirozeném mechanismu vzniku ozónových „dír“.

Globální dynamika stratosféry: hypotéza

Cirkumpolární víry se tvoří, když se masy stratosférického vzduchu pohybují ve směru poledníku a zeměpisné šířky. Jak se to stane? Na teplém rovníku je stratosféra výše a na studeném pólu níže. Vzduchové proudy (spolu s ozónem) se valí ze stratosféry jakoby z kopce a pohybují se stále rychleji od rovníku k pólu. Pohyb ze západu na východ nastává pod vlivem Coriolisovy síly spojené s rotací Země. V důsledku toho se zdá, že proudy vzduchu jsou navinuty jako vlákna na vřetenu na jižní a severní polokouli.

„Vřeteno“ vzduchových hmot rotuje po celý rok na obou polokoulích, výraznější je však na konci zimy a začátku jara, protože výška stratosféry na rovníku zůstává po celý rok téměř nezměněna a na pólech je vyšší v létě a nižší v zimě, kdy je obzvláště chladno.

Ozonová vrstva ve středních zeměpisných šířkách vzniká silným přílivem od rovníku a také fotochemickými reakcemi, které probíhají in situ. Ale ozon v polární oblasti vděčí za svůj vznik hlavně rovníku a středním zeměpisným šířkám a jeho obsah je tam dost nízký. Fotochemické reakce na pólu, kam sluneční paprsky dopadají pod nízkým úhlem, probíhají pomalu a značnou část ozonu přicházejícího z rovníku se podaří cestou zničit.

Vzduchové hmoty se ale ne vždy pohybují tímto způsobem. V nejchladnějších zimách, kdy stratosféra nad pólem klesá velmi nízko nad povrch Země a „skluz“ je obzvláště strmý, se situace mění. Stratosférické proudy se valí dolů tak rychle, že tento efekt zná každý, kdo sledoval, jak voda protéká otvorem ve vaně. Po dosažení určité rychlosti se voda začne rychle otáčet a kolem otvoru se vytvoří charakteristický trychtýř vytvořený odstředivou silou.

Něco podobného se děje v globální dynamice stratosférických toků. Když proudy stratosférického vzduchu naberou dostatečně vysokou rychlost, odstředivá síla je začne tlačit pryč od pólů směrem ke středním zeměpisným šířkám. V důsledku toho se vzduchové hmoty pohybují od rovníku a od pólu směrem k sobě, což vede k vytvoření rychle rotující vírové „hřídele“ v oblasti střední šířky.

Výměna vzduchu mezi rovníkovou a polární oblastí přestává ozon proudit od rovníku a ze středních šířek k pólu. Kromě toho je ozón, který zůstává na pólu, jako v odstředivce, tlačen směrem ke středním zeměpisným šířkám odstředivou silou, protože je těžší než vzduch. V důsledku toho koncentrace ozonu uvnitř trychtýře prudce klesá - nad pólem se vytváří ozónová „díra“ a ve středních zeměpisných šířkách - oblast s vysokým obsahem ozonu odpovídající „hřídelu“ cirkumpolárního víru.

Na jaře se antarktická stratosféra otepluje a stoupá výš – trychtýř mizí. Obnovuje se vzdušné spojení mezi středními a vysokými zeměpisnými šířkami a urychlují se fotochemické reakce tvorby ozonu. Ozónová díra zmizí dříve než nová studená zima na jižním pólu.

Co je v Arktidě?

Přestože dynamika proudění ve stratosféře a tedy i ozonová vrstva na severní a jižní polokouli jsou obecně podobné, ozónová díra se čas od času objevuje pouze nad jižním pólem. Nad severním pólem nejsou žádné ozónové díry, protože zimy jsou tam mírnější a stratosféra nikdy neklesne dostatečně nízko, aby vzdušné proudy dosáhly rychlosti potřebné k vytvoření díry.

Je tu ještě jeden důležitý rozdíl. Na jižní polokouli rotuje cirkumpolární vír téměř dvakrát rychleji než na severní polokouli. A není se čemu divit: Antarktida je obklopena moři a kolem ní je cirkumpolární mořský proud - v podstatě se obří masy vody a vzduchu otáčejí společně. Na severní polokouli je obrázek jiný: ve středních zeměpisných šířkách jsou kontinenty s horskými pásmy a tření vzduchové hmoty o zemský povrch neumožňuje cirkumpolárnímu víru získat dostatečně vysokou rychlost.

Ve středních zeměpisných šířkách severní polokoule se však občas objevují malé ozónové „díry“ jiného původu. Odkud přicházejí? Pohyb vzduchu ve stratosféře středních šířek hornaté severní polokoule připomíná pohyb vody v mělkém toku s kamenitým dnem, kdy se na hladině vody tvoří četné víry. Ve středních zeměpisných šířkách severní polokoule hrají roli topografie spodního povrchu teplotní rozdíly na hranicích kontinentů a oceánů, pohoří a plání.

Prudká změna teploty na povrchu Země vede ke vzniku vertikálních proudění v troposféře. Stratosférické větry, které se setkávají s těmito proudy, vytvářejí víry, které se mohou otáčet oběma směry se stejnou pravděpodobností. Uvnitř nich se objevují oblasti s nízkým obsahem ozonu, tedy ozonové díry, mnohem menší než na jižním pólu. A nutno podotknout, že takové víry s různými směry rotace byly objeveny hned na první pokus.

Dynamika proudění vzduchu ve stratosféře, kterou jsme sledovali pozorováním ozonového mraku, nám tedy umožňuje poskytnout věrohodné vysvětlení mechanismu vzniku ozonové díry nad Antarktidou. K takovým změnám ozonové vrstvy, způsobeným aerodynamickými jevy ve stratosféře, zřejmě docházelo dávno před příchodem člověka.

Vše výše uvedené neznamená, že freony a další plyny průmyslového původu nemají destruktivní účinek na ozonovou vrstvu. Vědci však teprve musí zjistit, jaký je vztah mezi přírodními a antropogenními faktory ovlivňujícími vznik ozonových děr – aby v takovém důležité záležitosti nepřijatelný.