чем опасно разрушение озонового экрана
Загадка дыры: почему об озоновом слое стали меньше говорить?
Все, чье детство пришлось на 1990-е и 2000-е, помнят тревожные сообщения об истощении озонового слоя Земли, которое грозило катастрофой планетарного масштаба. Однако, последнее время новостей об озоновой дыре все меньше и они, как правило, оптимистичные — защитный слой восстанавливается. Так что же произошло? И насколько важен озоновый слой для нашей планеты на самом деле? Рассказываем.
Уже не первое десятилетие жителей Земли пугают развернувшейся над Антарктидой озоновой дырой. Сообщения СМИ на этот счет путаны и тревожны: озоновая дыра то затягивается, то расширяется до очередных рекордных размеров. А на фоне оптимистичных прогнозов время от времени появляются сообщения и о других дырах в атмосфере, в том числе над Россией.
Такой информационный фон неизбежно приводит к дезориентации и появлению разнообразнейших, порой весьма странных, мифов. Даже концентрация внимания на зияющей дыре в озоновом слое над Антарктидой — это упрощение, пусть и яркое и образное. Озоновая дыра, а вернее дыры, — это только места значительного снижения концентрации озона, до 30 % от нормы. Но важно понимать, что истощение защиты Земли произошло повсеместно.
Что такое озоновый слой?
Озоновый слой образовался 1,85-0,85 млрд. лет назад, после так называемой кислородной революции, когда морские растения в процессе фотосинтеза образовали огромное количество кислорода, изменив состав атмосферы. Собственно озон (O3) — легкий голубоватый газ с характерным запахом (его можно почувствовать после грозы). Он формируется из кислорода (O2) под воздействием сильных электрических разрядов (например молний), либо исходящего от Солнца ультрафиолетового излучения в стратосфере на высоте 15–30 км, где он образует озоновый слой. Во время этого процесса поглощается часть наиболее жесткого излучения, смертельно опасного для людей, животных и растений. Остальное излучение поглощается самим озоном, в результате чего он сам распадается.
Этот сложный процесс, происходящий на протяжении многих миллионов лет, обеспечивает саму возможность существования большинства организмов на нашей планете. Озоновый слой изначально нестабилен и неоднороден, так как озон легко вступает в реакции со многими химическими элементами. Он разрушается, например, при взаимодействии с газами, вырывающимися во время извержения вулканов. В отсутствии солнечного света — а значит, и ультрафиолетового излучения — озон прекращает формироваться, поэтому в районах Северного и Южного полюсов во время полярной ночи озоновый слой истощается, а полярные вихри препятствуют притоку озона из других регионов. Только ближе к лету концентрация озона начинает восстанавливаться.
Исследования ученых показали, что 360 млн. лет назад озоновый слой уже истощился в результате резкого потепления. Несколько тысячелетий ультрафиолетовые лучи проникали сквозь истончившуюся защиту, приведя к массовому вымиранию множества видов растений и животных. Тот период не смогли пережить, например, доминировавшие тогда пластинокожие рыбы. Наши же предки, очевидно, выжили и стали более устойчивыми к вредоносному излучению, а когда озоновый слой восстановился, переселились на сушу и счастливо продолжили эволюционировать.
Новая угроза
Плохие новости пришли во второй половине XX века. В 1974 году, химики Франк Шервуд Роуленд и Марио Молина, изучавшие циркуляцию в атмосфере хлорфторуглеродов (ХФУ) выдвинули гипотезу о том, что эти соединения способны разрушать озоновый слой, опубликовав статью на две страницы в журнале Nature. Точнее, они предположили, что озон уничтожается хлором, выделяющимся при распаде ХФУ. В 1985 году британские ученые обнаружили значительное истощение озонового слоя над Антарктидой площадью 1 000 км 2 (сейчас размеры дыры могут превышать 20 000 000 км 2 ).
В том же году была принята Венская конвенция об охране озонового слоя, а через два года знаменитый Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, дополнявшийся впоследствии семь раз. К 2013 году его ратифицировали все страны ООН, острова Кука и Святой престол. Последним из подписавших Протокол стал Южный Судан, получивший независимость в 2011 году.
Позиция ученых сводится к тому, что выбрасываемые в результате промышленной деятельности человечества вещества, циркулируя в атмосфере и вступая в реакцию с озоном, разрушают его, лишая нас защиты от солнечного излучения в обмен на сиюминутный комфорт. Монреальский протокол обязывает все государства сокращать производство озоноразрущающих веществ, вплоть до полного отказа от них. На сегодняшний день под запретом находится более 100 веществ.
Опасность миновала?
Концентрация ХФУ начала падать в 1990-х годах, однако тогда же начался рост содержания гидрохлорфторуглеродов, несколько менее опасных для озонового слоя — именно на них первоначально перешли производители. В 2016 году в столице Руанды Кигали было подписано соглашение и разработана программа поэтапного сокращения потребления и этих веществ.
Уже к 2000 году наметилось снижение уровня хлора в атмосфере, а в 2018 году Всемирная метеорологическая организация выпустила оптимистичный доклад, посвященный неиллюзорным достижениям Монреальского протокола.
Если к концу 1990-х годов разрушение озонового слоя составило порядка 10 %, то сейчас, по словам ученых, озоновый слой «восстанавливается со скоростью 1-3 процента в десять лет и при таких темпах должен полностью восстановиться над Северным полушарием к 2030-м годам, над Южным полушарием — к 2050-м, и над полюсами — к 2060 году.»
Эти достижения стали возможны благодаря нескольким важным факторам: грамотной научной экспертизе, политической воле в реализации принятых решений и качественному мониторингу исполнения этих решений. Хочется надеяться, что все это станет надежной основой для претворения в жизнь и Парижского соглашения.
Почему нельзя забывать об озоновом слое
Однако поводы для тревоги тоже есть. На озоновый слой негативно влияют разнообразные выбросы ТЭЦ и заводов, продукты сгорания в реактивных двигателях самолетов, минеральные удобрения в почве.
Кроме того, не все компании добросовестно выполняют решения Монреальского протокола — в 2018 году были обнаружены 20 фабрик на востоке Китая, производившие запрещенные вещества. После того как ученые с удивлением обнаружили стремительный рост трихлорфторметана в атмосфере, была составлена и «отмотана назад» климатическая модель, которая помогла локализовать источник выбросов — им оказалась Восточная Азия. Отправившиеся в регион активисты из Агентства экологических расследований обнаружили нарушающие закон фабрики и даже проникли на них под видом заинтересованных клиентов.
Так что несмотря на достижения Монреальского протокола в борьбе за будущее планеты, впереди еще много усилий. Поддержание озонового слоя — необходимое условие сохранения жизни на Земле. А его истощение — не пустая угроза, как об этом говорят скептики, а реальная опасность, напрямую связанная с деятельностью человека.
Разрушение озонового слоя
Автор: Flintman · Опубликовано 07.01.2021 · Обновлено 05.01.2021
Проблема озонового слоя и появления дыр настолько громкая, что давно у всех на слуху. Много говорят об экологических угрозах и методах предотвращения экологических катастроф. С 1980-х годов ученые начали массовый крестовый поход против фреонов, способных полностью разрушить экосистему. Предмет многих дискуссий – так называемая озоновая дыра.
Образование и функции озонового слоя
Озон – это всего лишь трехатомная молекула кислорода O3. Такие молекулы намного менее стабильны, чем «стандартная» двуокись, поэтому в атмосфере очень мало озона, в основном в двух областях:
Озоновый слой в тропосфере, скорее всего, сформировался около 500-400 миллионов лет назад и позволил появиться жизни на суше около 400 миллионов лет назад. Независимо от высоты, физические и химические свойства одинаковы – в частности, это парниковый газ. Человечество относится к этому по-разному, в зависимости от того, где он находится. На первом уровне – это нежелательный гость, потому что является сильным окислителем, его вдыхание вредно.
С другой стороны, присутствие в стратосфере чрезвычайно ценно – охрана от ультрафиолета. Большая часть озонового слоя (90%) находится в стратосфере – 10-50 км над поверхностью планеты. Озоновый слой не похож на скатерть – он неоднороден. Это окружающая Землю оболочка, толщиной в несколько километров.
Озоновые дыры
Озоновая дыра – явление, уменьшающее количество озона в стратосфере. Опасность этого процесса в том, что слой защищает планету от солнечного излучения, поглощая большую часть лучей, приходящих на Землю.
Картинка «Озоновая дыра»
Дополнительная информация! Последствия появления озоновых дыр:
История обнаружения
В 1970-х годах ученые обнаружили истощение озонового слоя. Концентрация озона в атмосфере естественным образом изменяется в зависимости от температуры, климатических условий, погоды, широты и высоты. На уровни озона также могут влиять вещества, выделяемые в результате природных явлений, таких как извержения вулканов.
Однако эти явления не могли объяснить наблюдаемые уровни истощения. Из представленных научных данных следует, что они были вызваны определенными химическими веществами, произведенными человеком. Разрушающие вещества были введены в основном в 1970-х годах в широкий спектр промышленных и коммунальных приложений (холодильники, кондиционеры, огнетушители).
Отмечаются колебания образования озона в течение года. Ученые установили заметное снижение содержания озона в стратосфере в 1980-х годах и доказали, что это антропогенная потеря. Это означает, что люди и их деятельность виноваты в таком положении дел, а точнее в повышенном выбросе фреонов, используемых при производстве аэрозолей.
Картинка 3 «Из истории»
Механизм образования
Частицы фреона не разрушаются в тропосфере и не вступают в реакцию с другими веществами. Они могут циркулировать в атмосфере до 100 лет без каких-либо повреждений. Разлагаются только тогда, когда попадают в озоновую сферу. Было подсчитано, что содержание озона снижалось угрожающими темпами – В Африке на экваторе примерно на 0,2% в год, 0,8% – в умеренных широтах. Однако худшее было чуть выше Антарктиды, где потери увеличились в критический момент на целых 15%.
Антарктическая озоновая дыра
Наибольшее разрушение озона – на Южном полюсе. В основном это происходит в конце зимы и начале весны (с августа по ноябрь). Наиболее значимо в начале октября, когда большие площади слоя часто полностью разрушаются. Здесь самые большие «дыры» в озоносфере, особенно над Антарктидой. Какова причина уязвимости полярных регионов? К сожалению, газы, в том числе хлорфторорганические соединения, распространяются по атмосфере и достигают полюсов. Несмотря на то, что Антарктида очень далека от крупнейших источников выбросов (Европы и Соединенных Штатов), она по-прежнему отвечает за нарушения и ошибки, сделанные в высокоразвитых странах. Еще усложняет дело полярная ночь – из-за длительного периода недодержки, озон образуется гораздо медленнее, а его разложение из-за загрязнения не прекращается вовсе. Значит, озон разрушается быстрее, чем образуется. Это предвещает систематическое сокращение озонового слоя и экологическую катастрофу.
Картинка 4 «Дыра над Антарктидой»
Разрушение менее драматично в Северном полушарии, но уменьшение его толщины также наблюдается над Арктикой и даже над континентальной Европой.
Распространенные мифы об озоновых дырах
Причины разрушения
Каковы причины разрушения озонового слоя. Стратосферный озон образуется под воздействием ультрафиолетовых лучей на молекулы кислорода. В то же время солнечные лучи воздействуют на фреон, попадающий в атмосферу, и разлагают их на фторхлоруглероды. Озон реагирует с атомами хлора, распадаясь на двухатомный кислород. Эти реакции продолжаются до тех пор, пока полностью не будет удален хлор или не исчезнут частицы озона.
Важно! Вещества, способствующие разрушению озонового слоя, выбрасываемые в результате деятельности человека, остаются в стратосфере на протяжении десятилетий, что делает регенерацию озона долгим медленным процессом.
Возможные последствия истончения озонового слоя
Процесс может иметь серьезные последствия для жизни человечества. Непоглощенные ультрафиолетовые лучи очень вредны для живых организмов:
УФ-излучение наносит вред животным, многим видам пищевых растений, ограничивая урожайность сельского хозяйства, особенно неблагоприятно влияют на составляющие пищевую цепь живые организмы, обитающие чуть ниже поверхности воды. Уменьшение количества озона в атмосфере вызывает значительное изменение климата.
Меры по восстановлению озонового слоя
Человечество выиграло битву, но не войну. Еще 25 лет назад фреоны использовались повсеместно (в лаках, косметической промышленности, в медицине, а также в компрессорах, кондиционерах и холодильных устройствах).
Вскоре после шокирующих открытий ученых (1985), Венская конвенция об охране озонового слоя обязала подписавшие страны сократить выбросы фреона и провести известные измерения. Два года спустя представители 20 стран подписали также разработанный Монреальский протокол, обязывающий полностью отказаться от фреонов. 160 стран согласились с условиями, и выбросы ХФУ сократились более чем на 90%.
В конце 1980-х годов в соответствии с Монреальским протоколом, правительства стран мира достигли соглашения о защите озонового слоя Земли путем постепенного отказа от использования антропогенных озоноразрушающих веществ. В Европе протокол реализуется в форме законодательства ЕС, которое не только отвечает его целям, но также включает более строгие и амбициозные меры.
В 2018 году на страницах Deutsche Welle опубликованы очень оптимистические новости – защитный озоновый слой, наконец, начал восстанавливаться. В то же время зафиксировано возобновление выбросов в районе Восточной Азии, и ООН призвала к точному определению источника загрязнения. Удалось сдержать огромную экологическую катастрофу, но это не означает, что следует терять бдительность – озоновая дыра остается реальной угрозой.
Картинка 5 «Восстановление слоя»
Обратите внимание! Эффективно ограничен рост парникового эффекта, предотвращены выбросы 135 миллиардов тонн эквивалента CO2 в период с 1990 по 2010 год. Кроме того, исследователи резюмировали:
Международный день защиты озонового слоя должен стать источником вдохновения для решительных действий по внедрению альтернативных технологий, особенно в холодильной отрасли.
Защита озонового слоя в России
Благодаря занимаемой территории, природному потенциалу и высокой активности на международной арене, Россия является участником около 70 соглашений и многосторонних договоров в области охраны окружающей среды. Россия – одна из самых промышленно развитых стран мира. Из-за загрязнения пылью, выбросов углекислого газа, тяжелых металлов, защита воздуха является важной проблемой.
Россия (на тот момент СССР) подписала и ратифицировала в 1985 г. Протокол о долгосрочном финансировании совместной программы мониторинга и оценки загрязнителей воздуха на большие расстояния в Европе. Затем последовала Конвенция об охране озонового слоя, обязывающая измерять уровень озона в атмосфере, сократить выбросы вредных газов, провести исследования последствий разрушения озонового слоя. В 2004 r. Затем Федерация решила ратифицировать Киотский протокол.
Важно! Позиция России сделала возможным вступление этого акта в силу. Без нее на долю государств, ратифицировавших данный документ, приходилось всего 32% мировых выбросов углекислого газа (для вступления в силу необходимо 55%).
10 января 2002 года принят закон Российской Федерации «О защите окружающей среды» (ст. 54), установлен перечень вредных озоноразрушающих веществ, их допустимый объем производства и потребления, запреты на строительство объектов, выпускающих такие вещества.
Исследования доказали постепенное сокращение площади озоновой дыры и обновление озонового слоя в 21 веке. В зимние месяцы между 2005 и 2016 годами наблюдалось 20% уменьшение потери озонового слоя.
Вопросы наших читателей
Геннадий, 53 года, город Красноярск: «Какие вещества способствуют разрушению озонового слоя?»
Наталья, 35 лет, город Иваново: «Интересно, как измеряется количество озона?»
Ответ: «Способов много. Они делятся на прямые (проба воздуха всасывается непосредственно в прибор), и дистанционные (например, лазеры на борту самолета для обнаружения озона на расстоянии длины луча).
Озоновые дыры: причины и последствия разрушения озонового слоя
До открытий, сделанных в прошлом веке, люди просто не знали о той роли, какую играет озон.
В конце столетия выяснилось, что из-за ряда причин озоновый слой разрушается, становится в некоторых местах тоньше или просто менее насыщенным озоном. Такое явление было названо озоновыми дырами.
Причины разрушения озонового слоя
Озоном называют трехатомный кислород. Основная его часть находится в верхних слоях атмосферы на высоте от 12 до 50 километров от уровня моря. Самая значительная концентрация сосредоточена на 23-километровой высоте. Этот газ в 1873 году обнаружил в атмосфере немецкий ученый Шенбейн. Позже такая модификация кислорода была найдена ниже названых высот и даже в слоях атмосферы поблизости земной поверхности.
Озоновый слой, tion.ru
Выяснилось, что наибольшую роль в образовании озоновых дыр играют запуски космических ракет, полеты самолетов на высотах от 12 до 16 километров, а также выбросы фреонов.
Впервые озоновая дыра диаметром более 1000 км впервые была обнаружена в 1985 в Южном полушарии над Антарктидой группой учёных из Британии.
Технический прогресс и озоновые дыры
Наибольший вред озоновому слою наносится соединениями хлора и водорода. Такие соединения образуются при разложении фреонов. Обычно ими пользуются как распылителями. При достижении определенного температурного порога фреоны закипают. При этом объем их увеличивается в несколько раз. Именно такой процесс и требуется при изготовлении аэрозолей.
Озоновые дыры над Антарктидой и Россией на карте, omartasatt.info
Фреоны также используются при изготовлении устройств, обеспечивающих создание низких температур. Они находятся в системах больших и малых морозильных камер, в промышленных и бытовых холодильниках. При утечке фреоны, имея вес менее того, какой существует у атмосферного воздуха, начинают подниматься. В атмосфере хлор отсоединяется и вступает в реакцию с трехатомным кислородом, тем самым разрушая молекулы озона, превращая его в обычный кислород.
Разрушение озонового слоя атмосферы обнаружили довольно давно, однако только к 1980-м годам процессу была реальная оценка. Выяснилось, что при значительном сокращении озона в атмосфере планета перестанет охлаждаться. Температура на ней начнет расти. Причем темпы этого роста превзойдут даже вариант развития парникового эффекта из-за увеличения в атмосфере углекислого газа.
Является ли парниковый эффект причиной разрушения озонового слоя — вопрос для ученых пока спорный.
Последствия разрушения озонового слоя Земли
Как уже было сказано, озон – это трехатомный кислород. Газ имеет особенный запах и голубоватый цвет. При некоторых условиях газ становится жидкостью, отличающейся цветом, называемым «индиго». В особых условиях из жидкого состояния озон может перейти в твердое. При этом его цвет станет темно-синим.
Не будет преувеличением сказать, что без наличия озонового слоя жизнь на нашей планете была бы невозможна. По крайней мере, в той форме, которая существует.
Ультрафиолетовое излучение опасно для всего живого. Если оно станет более интенсивным, то под его воздействием начнутся массовые серьезные заболевания. Пострадает зрение. Это и развитие катаракты, и изменения в роговице, и отслаивание сетчатки. Жесткий ультрафиолет оказывает угнетающее воздействие на клеточный иммунитет. Прежде всего, это отразится на коже, выразившись в онкологических заболеваниях. Живые организмы из-за воздействия повышенного излучения в значительно меньшей степени перестанут оказывать сопротивление любым инфекциям.
Интересный факт: Влияние озоновых дыр на человека заключается в росте таких заболеваний, как рак кожи и катаракта.
Интенсивное ультрафиолетовое излучение оказывает подавляющее воздействие на фотосинтез. Из-за него происходят изменения в поведении животных. Нарушается их адаптация. Они начинают мигрировать. Ускоряется размножение сине-зеленых водорослей, оказывающих губительное воздействие на обитателей водной среды. Биологические ресурсы мирового океана катастрофически уменьшаются. Излучение поражает мальков рыб и икру.
Происходит снижение плодородия почв. Бактерии, живущие в почве, чувствительные к ультрафиолетовому излучению, отмирают. А как раз им в значительной степени почва обязана плодородием. Если не изменить ситуацию, то конечным результатом станет превращение Земли в безжизненную планету с изменением климата.
Проблема озоновых дыр
Проблему начали обсуждать на мировом уровне, она может привести к экологической катастрофе. Были подписаны соответствующие документы и соглашения. Страны пришли к единому решению о необходимости сокращения изготовления фреонов. Была и найдена замена для них. Ею оказалась пропанобутановая смесь. Ее показатели таковы, что она с успехом может заменить фреоны.
В настоящее время опасность разрушения озонового слоя продолжает оставаться в числе наиболее злободневных. Однако в мире технологии, при которых используются фреоны, продолжают использоваться. Поэтому ученые заняты решением задачи по сокращению выбросов фреонов, стараются найти их более дешевые и удобные в использовании заменители.
Пути решения глобальной проблемы озоновых дыр
В 1985 году в мире начали принимать серьезные меры, чтобы защитить озоновый слой. Озоновые дыры стали новой экологической проблемой. Вначале были введены ограничения на выбросы фреонов. Затем правительствами была утверждена Венская конвенция. Она направлена на обеспечение охраны слоя озона в атмосфере. В конвенции сказано, что:
В течение времени, прошедшего со дня принятия Венской конвенции, страны подписали много протоколов, предусматривающих снижение выпуска фторхлоруглеродов. При этом оговорены случаи, когда их производство должно быть полностью прекращено.
Восстановление озонового слоя
Причины и последствия разрушения озонового слоя известны. Наибольшей проблемой, влекущей опасность, считается технология, используемая при производстве холодильных установок. Данный отрезок времени порой даже называли фреоновым кризисом. Для новых разработок требовались значительные вложения капиталов. Это отрицательно сказывалось на производствах. Тем не менее, выход удалось найти. Оказалось, фреоны можно заменить другими веществами. Ими помимо газов пропана и бутана оказался углеводородный пропелеллент. В наши дни распространение получают установки, в которых используются эндотермические химические реакции.
Карта озоновых дыр, omartasatt.info. На карте можно заметить истощение озонового слоя в районе экватора, России (голубой цвет).
Идет речь и о восстановлении озонового слоя. По утверждению ученых-физиков, атмосферу планеты можно очищать от фреонов, используя энергоблок АЭС мощностью минимум 10 rBT. По подсчетам Солнце способно производить до 6 тонн озона в секунду, но его разрушение идет быстрее. Если, использовать энергоблоки в качестве озоновых фабрик, то возможно достижение баланса. То есть, озона будет создаваться столько же, сколько его будет разрушаться.
Подпитка озонового слоя
Проект создания озонового производства не единственный. К примеру, по расчетам ученых, в стратосфере озон можно создавать искусственно. Это же можно делать и в атмосфере.
Подпитывать стратосферу озоном, созданным искусственно, предлагается с помощью грузовых самолетов, которые могут распылять этот газ на нужных высотах.
Молекулы озона можно получать из обыкновенного кислорода, используя инфракрасные лазеры. Для этого можно использовать аэростаты.
Если использование платформы с лазерами обеспечат положительный эффект в решении проблемы озоновых дыр, то можно разместить такие устройства на космической станции. В таком случае можно обеспечить постоянную подпитку озоном.
Главный недостаток всех таких разработок – цена. Затраты на реализацию любого проекта слишком велики. Именно из-за этого значительная часть проектов не реализуется.
Заключение
Затрачены миллиарды долларов на спасение озонового слоя Земли или хотя бы сохранение его в том виде, в котором он находится сейчас. Учёные подсчитали, что если прекратится любая деятельность человека (антропогенные факторы), которая является причиной возникновения озоновых дыр, на восстановление его в прежнем объёме потребуется 100-200 лет.