Відповідь: Озоновий шар – це шар атмосфери із підвищеним вмістом озону. Концентрація озону у шарі дуже низька, і якщо виділити його в чистому вигляді та стиснути до щільності, яку має повітря біля Землі, то товщина озонового шару не перевищить 5 мм. Озон поглинає короткохвильове випромінювання Сонця, оберігаючи живі організми від його згубного впливу. Вперше виснаження озонового шару привернула увагу широкого загалу в 1985 р., коли над Антарктидою було виявлено великий простір зі зниженим (до 50%) вмістом озону, який отримав назву «озонової дірки». Вважається, що основною причиною виникнення «озонових дірок» є значний вміст у атмосфері фреонів. Фреони(хлорфторвуглеці) – високолетючі хімічно інертні біля земної поверхні речовини, що широко застосовуються у виробництві та побуті як холодоагенти (кондиціонери, рефрижератори, холодильники), розпилювачів (аерозолі), піноутворювачів. Фреони, піднімаючись у верхні шари атмосфери, піддаються фотохімічного розкладання з утворенням оксиду хлору, що інтенсивно руйнує озон. Проте низка вчених продовжують наполягати на природному походження «озонової дірки». Причини її виникнення вони вбачають у природній мінливості озоносфери, циклічній активності Сонця, процесах дегазації Землі та ін. у рослинах та ін.

7.Причини утворення кислотних дощів їх вплив на екосистеми

Відповідь: Кислотними називають будь-які атмосферні опади (дощі, тумани, сніг), кислотність яких вища за нормальну. Кислотні властивості середовища визначаються іонами водню. Чим більша концентрація водневих іонів у розчині, тим вища його кислотність. Для вираження концентрації іонів водню використовують одиниці водневого показника або pH. Шкала pH містить величини від 0 (вкрай висока кислотність) через 7 (нейтральне середовище) до 14 (вкрай сильна лужність). Кислотні дощі містять розчини сірчаної, азотної та інших кислот, на які перетворюється волога повітря, поглинаючи сірчистий та інші гази, що містяться в повітрі. Кислотні дощі пригнічують рослинність, знижують приріст лісу та врожайність сільськогосподарських культур, є причиною закислення озер, що призводить до загибелі ікри, мальків, планктону, водоростей та риб. Негативні наслідки кислотних дощів зафіксовані в США, Європі, Канаді, Росії, Україні, Білорусії та інших країнах.

8. Основні причини виникнення екологічних проблем

Відповідь: Незбалансовані взаємини суспільства та природи, тобто нераціональне природокористування, часто призводять до екологічної кризи та екологічної катастрофи. Екологічна криза(Надзвичайна екологічна ситуація) – це екологічне неблагополуччя, що характеризується стійкими негативними змінами навколишнього середовища та загрозою для здоров'я людей. Під екологічною катастрофою(Екологічним лихом) розуміють екологічне неблагополуччя, що характеризується незворотними змінами навколишнього середовища та суттєвим погіршенням здоров'я населення. Основним і найбільш поширеним видом негативного впливу людини на біосферу є забруднення. Під забрудненнямрозуміють надходження в навколишнє середовище речовини та (або) енергії, властивості, місцезнаходження або кількість яких негативно впливають на навколишнє середовище (Закон «Про охорону навколишнього середовища»). Забрудненням також називають надходження у навколишнє природне середовище будь-яких твердих, рідких та газоподібних речовин, мікроорганізмів або енергій (у вигляді звуків, шумів, випромінювань) у кількостях, шкідливих для здоров'я людини, тварин, стану рослин та екосистем. Зазвичай розглядають два різних за походженням виду забруднення: природне,що виникає внаслідок дій природних явищ без участі людей; антропогенне,пов'язане з людською діяльністю, головною складовою якого є техногенне забруднення, зумовлене діяльністю промислових виробництв. за агрегатного станувсі забруднюючі речовини антропогенного походження поділяються на тверді, рідкі та газоподібні. За природою забруднювачів розрізняють такі види забруднення: біологічне(патогенні мікроорганізми, продукти генної інженерії та ін.), хімічне(забруднення біосфери пестицидами, важкими металами, пластмасами, окремими хімічними речовинами та елементами), фізичне(Шумове, теплове, електромагнітне, радіаційне). За просторовою ознакою виділяють глобальне, регіональне, локальне(Спостерігається на невеликій території) забруднення. По об'єктах забруднення розрізняють забруднення атмосферного повітря, забруднення поверхневих і підземних вод, забруднення грунтів тощо. буд. і навіть забруднення навколоземного космічного простору. У 2005 р. на території Російської Федерації було відзначено 78 аварій (2004 р. – 59), що призвели до забруднення навколишнього середовища. У цьому ж році стаціонарною спостережною мережею Росгідромета було зареєстровано 541 випадок екстремально високого забруднення поверхневих води 3 випадки екстремально високого забруднення атмосферного повітря за візуальними та органолептичними ознаками.

Останнім часом газети та журнали рясніють статтями про роль озонового шару, в яких людей залякують можливими в майбутньому проблемами. Від вчених можна почути про майбутні кліматичні зміни, які негативно вплинуть на все живе на Землі. Чи справді такими жахливими подіями обернеться всім землянам далека від людей потенційна небезпека? Які наслідки руйнування озонового шару очікують на людство?

Процес формування та значення озонового шару

Озон є похідною кисню. Перебуваючи в стратосфері, молекули кисню піддаються хімічному впливу ультрафіолетового випромінювання, після чого розпадаються на вільні атоми, які, у свою чергу, мають здатність з'єднуватися з іншими молекулами. За такої взаємодії молекул і атомів кисню з третіми тілами відбувається виникнення нової речовини — утворюється озон.

Будучи у стратосфері, він впливає на тепловий режим Землі та здоров'я її населення. Як планетарний «стражник» озон займається поглинанням зайвого ультрафіолету. Однак при попаданні в нижні шари атмосфери у великих кількостях він стає досить небезпечним для людського вигляду.

Прикре відкриття вчених – озонова діра над Антарктидою

Процес руйнування озонового шару став предметом багатьох дискусій вчених у світі, починаючи з кінця 60-х. У ті роки екологи стали порушувати проблему викидів в атмосферу продуктів згоряння у вигляді водяної пари та оксидів азоту, які виробляли реактивні двигуни ракет та авіалайнерів. Занепокоєння викликало властивість оксиду азоту, що викидається повітряними суднами на 25-кілометровій висоті, що є областю формування земного щита, руйнуватиме озон. 1985 року Британською антарктичною службою було зафіксовано зменшення на 40 % концентрації озону в атмосфері над їхньою базою «Халлі Бей».

Після британських учених цю проблему висвітлили й багато інших дослідників. Їм вдалося окреслити район зі зниженим вмістом озону вже поза південного материка. Через це стала порушуватися проблема утворення озонових дірок. Незабаром після цього виявили ще одну озонову дірку тепер уже в Арктиці. Однак та була меншою за розмірами, з витоком озону до 9%.

За підсумками досліджень, вчені підрахували, що у 1979-1990 роках концентрація цього газу у земній атмосфері знизилася приблизно на 5%.

Руйнування озонового шару: поява озонових дірок

Товщина озонового шару може становити 3-4мм, його максимальні значення знаходяться на полюсах, а мінімум розташовуються по екватору. Найбільшу концентрацію газу можна виявити на 25 кілометрах у стратосфері над Арктикою. Щільні шари часом зустрічаються на висотах до 70 км, зазвичай, у тропіках. Тропосфера не має великої кількості озону, оскільки вона має велику схильність до сезонних змін і забруднення різного характеру.

Як тільки концентрація газу зменшується на один відсоток, відразу на 2% відбувається збільшення інтенсивності ультрафіолету над земною поверхнею. Вплив ультрафіолетових променів на планетарну органіку порівнюють з іонізуючим випромінюванням.

Виснаження озонового шару може стати причиною катастроф, які будуть пов'язані з надмірним нагріванням, зростанням швидкості вітрів та циркулювання повітря, що може призвести до виникнення нових пустельних областей, та знизить урожайність у сільському господарстві.

Зустріч із озоном у повсякденному житті

Часом після дощу, особливо влітку, повітря стає надзвичайно свіжим, приємним, а в народі кажуть, що «пахне озоном». Це зовсім не образне формулювання. Насправді якась частина озону ступеня проходить до нижніх шарів атмосфери з потоками повітряних мас. Цей різновид газу вважається так званим корисним озоном, який і вносить в атмосферу відчуття незвичайної свіжості. В основному такі явища спостерігаються за грозовими зливами.

Однак зустрічається ще й вельми шкідливий, надзвичайно небезпечний для людей різновид озону. Він виробляється вихлопними газами та промисловими викидами, і під час потрапляння під вплив променів Сонця, вступає у фотохімічну реакцію. Внаслідок цього відбувається формування так званого приземного озону, який є надзвичайно шкідливим для здоров'я людей.

Речовини, що руйнують озоновий шар: дія фреонів

Вченими було доведено, що фреони, якими масово заряджають холодильники та кондиціонери, а також численні аерозольні балончики, стають причинами руйнування озонового шару. Таким чином виходить, що практично кожна людина прикладає руку до руйнування озонового шару.

Причини виникнення озонових дірок у тому, що молекули фреону входять у реакцію з молекулами озону. Сонячна радіація змушує фреони виділення хлору. В результаті відбувається розщеплення озону, внаслідок чого утворюються атомарний та звичайний кисень. У місцях, де відбуваються такі взаємодії, трапляється проблема виснаження озонового шару і виникають озонові дірки.

Звичайно ж, найбільшу шкоду озоновому шару приносять промислові викиди, але і побутове використання препаратів, в яких міститься фреон, так чи інакше впливає на знищення озону.

Захист озонового шару

Після того, як вченими документально було підтверджено, що озоновий шар таки руйнується, і виникають озонові дірки, політики замислилися над його збереженням. По всьому світу були проведені консультації та наради з цих питань. Вони брали участь представники всіх країн із добре розвиненою промисловістю.

Так, у 1985 році ухвалили Конвенцію про охорону озонового шару. Підписалися під цим документом представники від сорока чотирьох держав-учасниць конференції. Роком пізніше підписали ще один важливий документ, який називається Монреальським протоколом. Відповідно до його положень мало відбутися істотне обмеження світового виробництва та споживання речовин, що призводять до порушення озонового шару.

Проте деякі держави не бажали підкорятися таким обмеженням. Тоді для кожної держави визначили конкретні квоти щодо небезпечних викидів в атмосферу.

Захист озонового шару в Росії

Відповідно до чинного російського законодавства правова охорона озонового шару є одним із найважливіших та пріоритетних напрямків. Законодавством, пов'язаним з охороною навколишнього середовища, регламентується перелік захисних заходів, спрямованих на охорону цього природного об'єкта від різноманітних ушкоджень, забруднень, руйнувань та виснажень. Так, стаття 56 Законодавства описує деякі заходи, пов'язані з охороною озонового шару планети:

• Організації спостереження за ефектом озонової дірки;
• Постійний контроль за зміною клімату;
• Суворе дотримання нормативної бази щодо шкідливих викидів в атмосферу;
• регулювання виробництва хімічних сполук, які руйнують озоновий шар;
• Застосування штрафних санкцій та покарань за порушення законодавства.

Можливі рішення та перші результати

Слід знати, що озонові дірки – явище непостійне. Зі скороченням кількості шкідливих викидів в атмосферу починається поступове затягування озонових дірок – активізуються молекули озону із сусідніх ділянок. Однак при цьому відбувається зародження іншого фактора ризику - сусідні ділянки позбавляються значної кількості озону, шари стають тоншими.

Вчені всього світу продовжують займатися дослідженнями та залякують безрадісними висновками. Вони вирахували, що якщо наявність озону зменшиться лише на 1% у верхньому шарі атмосфери, то станеться збільшення шкірних онкологічних захворювань до 3-6%. Більш того, велика кількістьультрафіолетових променів негативно вплине на імунну систему людей. Вони стануть більш уразливими до найрізноманітніших інфекцій.

Ймовірно, що цим і можна пояснити те що, що у ХХІ столітті збільшується кількість злоякісних пухлин. Підвищення рівня ультрафіолету також негативно впливає і на природу. Відбувається руйнація клітин у рослинах, починається процес мутації, унаслідок чого виробляється менша кількість кисню.

Чи впорається людство з прийдешніми викликами?

Згідно з останніми статистичними даними статистики, людству загрожує глобальна катастрофа. Однак наука має в своєму розпорядженні і оптимістичні доповіді. Після ухвалення Конвенції про охорону озонового шару вже все людство зайнялося проблематикою збереження озонового шару. Слідом за розробкою цілого ряду заборонних та запобіжних заходів ситуацію вдалося трохи стабілізувати. Таким чином, деякі дослідники стверджують, що якщо все людство займатиметься промисловим виробництвом у розумних межах, проблема озонових дірок може бути успішно вирішена.

Якщо у вас виникли питання – залишайте їх у коментарях під статтею. Ми чи наші відвідувачі з радістю відповімо на них

Вступ

1.2 Озонова діра над Антарктикою

2. Основні заходи щодо захисту озонового шару

3. Правило оптимальної компонентної додатковості

4. Закон Н.Ф. Реймерса про руйнування ієрархії екосистем

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Сучасна киснева атмосфера Землі є унікальним явищем серед планет Сонячна система, і це її особливість пов'язані з наявністю нашій планеті життя.

Проблема екології для людей зараз, безперечно, найголовніша. На реальність екологічної катастрофи вказує на руйнування озонного шару Землі. Озон - триатомна форма кисню, що утворюється у верхніх шарах атмосфери під дією жорсткого (короткохвильового) ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Сьогодні озон турбує всіх, навіть тих, хто раніше не підозрював існування озонного шару в атмосфері, а вважав лише, що запах озону є ознакою свіжого повітря. (Недарма озон у перекладі з грецької означає " " запах " " .) Цей інтерес зрозумілий – йдеться про майбутнє всієї біосфери Землі, зокрема й самої людини. Нині назріла необхідність прийняти певні обов'язкові всім рішення, які б зберегти озонний шар. Але щоб ці рішення були правильними, потрібна повна інформація про ті фактори, які змінюють кількість озону в атмосфері Землі, а також про властивості озону, як саме він реагує на ці фактори.

1. Озонові дірки та причини їх виникнення

Озоновий шар - це широкий атмосферний пояс, що тягнеться на висоті від 10 до 50 км над поверхнею Землі. Хімічно озон - це молекула, що складається з трьох атомів кисню (молекула кисню містить два атоми). Концентрація озону в атмосфері дуже мала, і невеликі зміни кількості озону призводять до серйозних змін інтенсивності ультрафіолету, що досягає земної поверхні. На відміну від звичайного кисню озон нестійкий, він легко перетворюється на двоатомну, стійку форму кисню. Озон – набагато сильніший окислювач, ніж кисень, і це робить його здатним вбивати бактерії, пригнічувати ріст та розвиток рослин. Втім, через його низьку в звичайних умовах концентрацію в приземних шарах повітря ці його особливості практично не впливають на стан живих систем.

Набагато важливішим є його інша властивість, що робить цей газ абсолютно необхідним для всього життя на суші. Ця властивість – здатність озону поглинати жорстке (короткохвильове) ультрафіолетове (УФ) випромінювання Сонця. Кванти жорсткого УФ мають енергію, достатню для розриву деяких хімічних зв'язків, тому його відносять до іонізуючих випромінювань. Як і інші випромінювання цього роду, рентгенівське та гамма-випромінювання, воно викликає численні порушення у клітинах живих організмів. Озон утворюється під впливом високоенергетичної сонячної радіації, що стимулює реакцію між 2 і вільними атомами кисню. Під впливом помірної радіації він розпадається, абсорбуючи енергію цієї радіації. Таким чином, цей циклічний процес з'їдає небезпечний ультрафіолет.

Молекули озону, як і кисню, електрично нейтральні, тобто. не несуть електричного заряду. Тому саме собою магнітне поле Землі не впливає на розподіл озону в атмосфері. Верхній шар атмосфери – іоносфера, що практично збігається з озоновим шаром.

У полярних зонах, де силові лінії магнітного поля Землі замикаються її поверхні, спотворення іоносфери дуже значні. Кількість іонів, зокрема і іонізованого кисню, у верхніх шарах атмосфери полярних зон знижено. Але Головна причинамалого вмісту озону в області полюсів – мала інтенсивність сонячного опромінення, що падає навіть під час полярного дня під малими кутами до горизонту, а під час полярної ночі немає зовсім. Площа полярних "дір" в озоновому шарі - надійний показник змін загального вмісту озону в атмосфері.

Вміст озону в атмосфері коливається внаслідок багатьох природних причин. Періодичні коливання пов'язані із циклами сонячної активності; Багато компонентів вулканічних газів здатні руйнувати озон, тому підвищення вулканічної активності веде до зниження його концентрації. Завдяки високим, сверураганним швидкостям повітряних потоків у стратосфері речовини, що руйнують озон, розносяться на великі площі. Переносяться не лише руйнівники озону, а й він сам, тому порушення концентрації озону швидко розносяться на великі площі, а локальні невеликі «дірки» в озоновому щиті, спричинені, наприклад, запуском ракети, порівняно швидко затягуються. Тільки в полярних областях повітря малорухливе, внаслідок чого зникнення там озону не компенсується його занесенням з інших широт, і полярні «озонні дірки», особливо на Південному полюсі, дуже стійкі.

1.1 Джерела руйнування озонового шару

Серед руйнівників озонного шару можна виділити:

1) Фреони.

Озон руйнується під впливом сполук хлору, відомих як фреони, які, також руйнуючись під впливом сонячної радіації, звільняють хлор, що «відриває» від молекул озону «третій» атом. Хлор сполуки не утворює, але служить каталізатором «розриву». Таким чином, один атом хлору здатний "занапастити" багато озону. Вважається, що сполуки хлору можуть залишатися в атмосфері від 50 до 1500 років (залежно від складу речовини) Землі. Спостереження за озоновим шаром планети проводилися антарктичними експедиціями із середини 50-х.

Озонова діра над Антарктидою, що збільшується навесні і зменшується до осені, була виявлена ​​в 1985 році. Відкриття метеорологів викликало низку наслідків економічного характеру. Справа в тому, що в існуванні «дірки» було звинувачено хімічну промисловість, яка виробляє речовини, що містять фреони, що сприяють руйнуванню озону (від дезодорантів до холодильних установок).

У питанні про те наскільки людина винна в освіті «озонових дірок» - єдиної думки немає.

З одного боку – так, безумовно винен. Виробництво сполук, що призводять до руйнування озону, слід звести до мінімуму, а краще взагалі припинити. Тобто відмовитися від цілого сектора промисловості, з оборотом у багато мільярдів доларів. А якщо не відмовитись – то перевести її на «безпечні» рейки, що теж коштує грошей.

Погляд скептиків: людське впливом геть атмосферні процеси, за всієї його руйнівності у локальному плані, у планетарному масштабі - мізерно. Антифреонова кампанія «зелених» має цілком прозоре економічне та політичне підґрунтя: за її допомогою великі американські корпорації (Дюпон, наприклад), душать своїх зарубіжних конкурентів, нав'язуючи угоди щодо "охорони навколишнього середовища" на державному рівні і насильно вводячи новий технологічний виток, який більше слабкі в економічному плані держави витримати не в змозі.

2) Висотні літаки.

Руйнування озонного шару сприяють не тільки фреони, що виділяються в атмосферу і потрапляють в стратосферу. До руйнування озонного шару причетні й оксиди азоту, що утворюються під час ядерних вибухів. Але оксиди азоту утворюються і камерах згоряння турбореактивних двигунів висотних літаків. Окиси азоту утворюються з азоту та кисню, які там знаходяться. Швидкість утворення оксидів азоту тим більша, чим вище температура, тобто чим більша потужність двигуна.

Важлива не тільки потужність двигуна літака, а й висота, на якій він літає і випускає окисли азоту, що руйнують озон. Чим вище утворюється окис або закис азоту, тим згубніший для озону.

Загальна кількість окису азоту, що викидається в атмосферу на рік, оцінюється в 1 млрд. т. Приблизно третина цієї кількості викидається літаками вище за середній рівень тропопаузи (11 км). Щодо літаків, то найбільш шкідливими є викиди військових літаків, кількість яких обчислюється десятками тисяч. Вони літають здебільшого на висотах озонного шару.

3) Мінеральні добрива.

Озон у стратосфері може зменшуватись і за рахунок того, що в стратосферу потрапляє закис азоту N 2 O, який утворюється при денітрифікації пов'язаного ґрунтовими бактеріями азоту. Таку ж денітрифікацію зв'язаного азоту виробляють і мікроорганізми у верхньому шарі океанів та морів. Процес денітрифікації безпосередньо пов'язаний з кількістю зв'язаного азоту у ґрунті. Таким чином, можна бути впевненим у тому, що зі зростанням кількості мінеральних добрив, що вносяться в грунт, такою самою мірою збільшуватиметься і кількість утвореного закису азоту N 2 O. Далі, з закису азоту утворюються оксиди азоту, які і призводять до руйнування стратосферного озону.

4) Ядерні вибухи.

При ядерних вибухах виділяється дуже багато енергії як тепла. Температура, що дорівнює 6000 0 К, встановлюється вже через кілька секунд після ядерного вибуху. Це енергія вогняної кулі. У сильно нагрітій атмосфері відбуваються такі перетворення хімічних речовинякі при нормальних або не відбуваються, або протікають дуже повільно. Що стосується озону, його зникнення, то найбільш небезпечними для нього є оксиди азоту, що утворюються при цих перетвореннях. Так, за період з 1952 по 1971 р. внаслідок ядерних вибухів в атмосфері утворилося близько 3 млн. т. оксидів азоту. Подальша доля їх така: вони внаслідок перемішування атмосфери потрапляють різні висоти, зокрема й у атмосферу. Там вони вступають у хімічні реакції за участю озону, призводячи до його руйнування.

5) Спалювання палива.

Ця величезна дірка в озоновому шарі землі була відкрита в 1985 році, з'явилася вона над Антарктидою. У діаметрі вона становить понад тисячу кілометрів, а по-площі - приблизно дев'ять мільйонів кілометрів у квадраті.

Щороку в серпні-місяці дірка зникає і відбувається це так, ніби цього величезного озонового пролому ніколи і не було.

Озонова діра - визначення

Озонова дірка – це зменшення або повна відсутність концентрації озону в озоновому шарі Землі. Згідно з доповіддю Всесвітньої метеорологічної організації та загальноприйнятої в науці теорії, значне зменшення озонового шару викликано антропогенним чинником, що все збільшується, - виділенням бром- і хлоровмісних фреонів.

Є й інша гіпотеза, за якою сам процес утворення дірок в озоновому шарі природний і жодним чином не пов'язаний з результатами діяльності людської цивілізації.

Зменшення в атмосфері концентрації озону спричиняє сукупність факторів. Одним із головних є знищення молекул озону при походженні реакцій з різними речовинами природного та антропогенного походження, а також відсутність сонячного світлата випромінювання протягом полярної зими. Сюди можна віднести і полярний вихор, який є особливо стійким і перешкоджає проникненню озону з широт приполяр'я, і ​​стратосферні полярні хмари, що утворюються, поверхня частинок яких виступає каталізатором для реакції розпаду озону.

Зазначені фактори характерні для Антарктиди, а в Арктиці полярний вихор набагато слабший через те, що там немає континентальної поверхні. Температура тут більша на деяку величину, на відміну від Антарктиди. Полярні стратосферні хмари в Арктиці менш поширені та мають тенденцію до розпаду на початку осіннього періоду.

Що таке Озон?

Озоном є отруйна речовина, яка шкідлива для людини. У невеликій кількості він має дуже приємний запах. Щоб переконатися в цьому, можна прогулятись у лісі поле грози – в пору насолодимося свіжим повітрямАле пізніше буде дуже погане самопочуття.

У звичайних умовах внизу атмосфери Землі озону практично немає - ця речовина присутня у великих кількостях у стратосфері, що починається десь близько 11 кілометра над землею і простирається до 50-51 кілометра. Озоновий шар лежить якраз на сомому верху, тобто приблизно на 51-му кілометрі над землею. Цей шар поглинає смертельні промені сонця і тим самим захищає наше і не лише наше з вами життя.

До відкриття озонових дір озон вважали речовиною, яка отруює атмосферу. Вважали, що атмосфера переповнена озоном і що саме він - головний винуватець «парникового ефекту», з яким треба щось робити.

Насправді ж, людство навпаки намагається зробити кроки для відновлення озонового шару, оскільки озоновий шар стає тоншим по всій Землі, а не лише над Антарктидою.

Озонові дірки – «діти» стратосферних вихорів

Хоча озону в сучасній атмосфері небагато - не більше однієї тримільйонної від інших газів, - роль його надзвичайно велика: він затримує жорстке ультрафіолетове випромінювання (короткохвильову частину сонячного спектру), що руйнує білки та нуклеїнові кислоти. Крім того, стратосферний озон – важливий кліматичний фактор, що визначає короткострокові та локальні зміни погоди.

Швидкість реакцій деструкції озону залежить від каталізаторів, у ролі яких можуть виступати як природні атмосферні окисли, так і речовини, що потрапляють в атмосферу внаслідок природних катаклізмів (наприклад, потужних вивержень вулканів). Однак у другій половині минулого століття було виявлено, що каталізаторами реакцій руйнування озону можуть також служити речовини промислового походження, і людство не на жарт стурбувалося.

Озон (О 3) є порівняно рідкісною молекулярною формою кисню, що складається з трьох атомів. Хоча озону в сучасній атмосфері трохи - не більше однієї тримільйонної від інших газів, - роль його надзвичайно велика: він затримує жорстке ультрафіолетове випромінювання (короткохвильову частину сонячного спектру), що руйнує білки та нуклеїнові кислоти. Тому до появи фотосинтезу – і, відповідно, вільного кисню та озонового шару в атмосфері – життя могло існувати лише у воді.

Крім того, стратосферний озон – важливий кліматичний фактор, що визначає короткострокові та локальні зміни погоди. Поглинаючи сонячне випромінювання та передаючи енергію іншим газам, озон нагріває стратосферу і цим регулює характер планетарних теплових і циркулярних процесів у всій атмосфері.

Нестійкі молекули озону в природних умовах утворюються і розпадаються під дією різних факторів живої та неживої природи, причому під час тривалої еволюції цей процес дійшов деякої динамічної рівноваги. Швидкість реакцій деструкції озону залежить від каталізаторів, у ролі яких можуть виступати як природні атмосферні окисли, так і речовини, що потрапляють в атмосферу внаслідок природних катаклізмів (наприклад, потужних вивержень вулканів).

Однак у другій половині минулого століття було виявлено, що каталізаторами реакцій руйнування озону можуть також служити речовини промислового походження, і людство не на жарт стурбувалося. Особливо громадська думка схвилювала відкриття над Антарктидою так званої озонової «дірки».

«Дірка» над Антарктидою

Помітне зменшення озонового шару над Антарктидою - озонову дірку - вперше виявили ще 1957 р., у Міжнародний геофізичний рік. Справжня історія її почалася через 28 років зі статті в травневому номері журналу Nature, де було висловлено припущення, що причиною аномального весняного мінімуму ВЗГ над Антарктидою є промислове (у тому числі і фреонами) забруднення атмосфери (Farman та ін., 1985).

Було встановлено, що озонова дірка над Антарктидою виникає зазвичай раз на два роки, що тримається близько трьох місяців, а потім зникає. Вона є не наскрізним отвір, як може здатися, а поглиблення, тому більш правильно говорити про «провисання озонового шару». На жаль, усі подальші дослідження озонової діри переважно були спрямовані на доказ її антропогенного походження (Roan, 1989).

Сьогодні існують різні гіпотези щодо хімічних та динамічних механізмів утворення озонових дірок. Однак у хімічну антропогенну теорію не вкладається багато відомих фактів. Наприклад, зростання вмісту стратосферного озону в окремих географічних регіонах.

Ось найбільш «наївне» питання: чому діра утворюється в південній півкулі, хоча фреони виробляються в північній, при тому, що невідомо, чи є в цей час повітряне сполучення між півкулями?

Жодна з існуючих теорій не спирається на детальні широкомасштабні вимірювання ВЗГ та дослідження процесів, що відбуваються в стратосфері. Відповісти на питання про ступінь ізольованості полярної стратосфери над Антарктидою, як і на низку інших питань, пов'язаних із проблемою утворення озонових дірок, вдалося лише за допомогою нового методу стеження за рухами повітряних потоків, запропонованого В. Б. Кашкіним (Кашкін, Сухінін, 2001); Кашкін та ін., 2002).

Повітряні потоки в тропосфері (до висоти 10 км) з давніх-давен простежували, спостерігаючи за поступальними і обертальними переміщеннями хмар. Озон, по суті, також є величезною «хмарою» над всією поверхнею Землі, і за змінами її щільності можна судити про рух повітряних мас вище 10 км, - так само, як ми дізнаємося напрям вітру, дивлячись на хмарне небо в похмурий день. Для цього щільність озону слід вимірювати в точках просторової решітки з певним часовим інтервалом, наприклад, кожні 24 години. Простеживши, як змінилося поле озону, можна оцінити кут його повороту за добу, напрямок та швидкість руху.

За допомогою нового методу було досліджено динаміку озонового шару у 2000 р., коли над Антарктидою спостерігалася рекордно велика озонова діра (Kashkin та ін., 2002). Для цього використовувалися супутникові дані про щільність озону по всій південній півкулі, від екватора до полюса. В результаті було встановлено, що вміст озону мінімально в центрі вирви так званого циркумполярного вихору, який утворився над полюсом, на чому ми докладно зупинимося нижче. На основі цих даних була висунута гіпотеза природного механізму утворення озонових «дір».

Глобальна динаміка стратосфери: гіпотеза

Циркумполярні вихори утворюються під час руху стратосферних повітряних мас у меридіональному та широтному напрямках. Як це відбувається? На теплому екваторі стратосфера вища, а на холодному полюсі – нижча. Повітряні потоки (разом з озоном) скочуються зі стратосфери як із гірки, і рухаються все швидше від екватора до полюса. Рух із заходу Схід відбувається під впливом сили Коріоліса, що з обертанням Землі. В результаті потоки повітря як би намотуються, як нитки на веретено, на південну та північну півкулі.

«Веретено» повітряних мас обертається протягом усього року в обох півкулях, але більш виражено в кінці зими і на початку весни, тому що висота стратосфери на екваторі майже не змінюється протягом року, а на полюсах вона вища влітку і нижче взимку, коли там особливо холодно.

Шар озону у середніх широтах створюється за рахунок потужного припливу з екватора, а також внаслідок фотохімічних реакцій, що відбуваються на місці. А ось озон у районі полюса зобов'язаний своїм походженням в основному надходженню з екватора та середніх широт, і його зміст там досить низький. Фотохімічні реакції на полюсі, куди сонячні промені падають під малим кутом, йдуть повільно, а значна частина озону, що надходить з екватора, встигає зруйнуватися в дорозі.

Але повітряні маси рухаються не завжди. У найхолодніші зими, коли стратосфера над полюсом дуже низько опускається над поверхнею Землі і «гірка» стає особливо крутою, ситуація змінюється. Стратосферні потоки скочуються так швидко, що виникає ефект, знайомий кожному, хто спостерігав, як вода стікає через отвір у ванні. Досягши певної швидкості, вода починає швидко обертатися, а навколо отвору утворюється характерна вирва, що створюється відцентровою силою.

Щось подібне відбувається і у глобальній динаміці стратосферних потоків. Коли потоки стратосферного повітря набирають досить велику швидкість, відцентрова сила починає віджимати їх від полюса до середніх широт. В результаті повітряні маси рухаються від екватора і від полюса назустріч один одному, що призводить до формування швидко обертається «валу» вихору в області середніх широт.

Обмін повітрям між екваторіальною та полярною областями припиняється, озон з екватора та із середніх широт на полюс не надходить. Крім того, озон, що залишився на полюсі, як у центрифузі, віджимається до середніх широт відцентровою силою, оскільки він важчий за повітря. Через війну концентрація озону всередині воронки різко падає - над полюсом утворюється озоновая «дірка», а середніх широтах - область високого вмісту озону, відповідна «валу» циркумполярного вихору.

Навесні антарктична стратосфера прогрівається і піднімається вище – лійка зникає. Повітряне сполучення між середніми та високими широтами відновлюється, до того ж прискорюються фотохімічні реакції утворення озону. Озонова діра зникає до нової холодної зимина Південному полюсі.

А що в Арктиці?

Хоча динаміка стратосферних потоків і, відповідно, озонового шару в північній та південній півкулях загалом схожа, озонова діра іноді виникає лише над Південним полюсом. Над Північним полюсом озонових дірок не виникає, оскільки зими там м'якше і стратосфера ніколи не опускається настільки низько, щоб повітряні потоки набрали швидкості, необхідної для утворення вирви.

Є ще одна важлива відмінність. У південній півкулі циркумполярний вихор обертається майже вдвічі швидше, ніж у північній. І це не дивно: Антарктида оточена морями і навколо неї існує циркумполярна морська течія – по суті, разом обертаються гігантські маси води та повітря. Інша картина у північній півкулі: у середніх широтах там знаходяться материки з гірськими хребтами, і тертя повітряної маси об земну поверхню не дозволяє циркумполярному вихору набрати досить велику швидкість.

Однак у середніх широтах північної півкулі іноді з'являються невеликі озонові діри іншого походження. Звідки вони беруться? Рух повітря в стратосфері середніх широт гористої північної півкулі нагадує рух води в дрібному струмку з кам'янистим дном, коли на поверхні води утворюються численні вири. У середніх широтах північної півкулі роль рельєфу поверхні дна грають перепади температур на межі континентів та океанів, гірських масивів та рівнин.

Різка зміна температури лежить на поверхні Землі призводить до формування у тропосфері вертикальних потоків. Стратосферні вітри, натрапляючи на ці потоки, створюють вихори, які можуть обертатися в обох напрямках з рівною ймовірністю. Усередині них з'являються області зі зниженим вмістом озону, тобто озонові дірки, які набагато менші за розміром, ніж на Південному полюсі. І слід зазначити, що такі вихори з різними напрямками обертання були виявлені за першої ж спроби.

Таким чином, динаміка стратосферних повітряних потоків, яку ми простежили, спостерігаючи за хмарою озону, дозволяє дати правдоподібне пояснення механізму утворення озонової дірки над Антарктидою. Очевидно, подібні зміни озонового шару, зумовлені аеродинамічні явища в стратосфері, мали місце задовго до появи людини.

Все вищесказане зовсім не означає, що фреони та інші гази промислового походження не надають руйнівної дії на озоновий шар. Проте вченим ще належить з'ясувати, яке співвідношення природних і антропогенних факторів, що впливають на утворення озонових дірок, - робити поспішні висновки важливих питанняхнеприпустимо.