где находится, значение и функции, толщина и истощение

494

5

0

Озоновый слой – это часть стратосферы, которая содержит химический элемент озона и окружает Землю. Этот экран располагается на расстоянии от 10 до 40 км от нашей планеты. Защитной функцией слоя считается препятствование проникновения высоких доз излучения ультрафиолетового типа в нижние слои атмосферы планеты.

Содержание:

• 1 Что такое озоновый слой?
• 2 Где находится озоновый слой?
• 3 Как образуется озоновый слой?
• 4 Толщина озонового слоя
• 5 Значение озонового слоя
• 6 Истощение озонового слоя
• 7 Последствия разрушения озонового слоя
• 8 Решение проблем истощения озонового слоя

Что такое озоновый слой?

Озоновый слой представляет собой тонкую часть атмосферы Земли, которая поглощает почти весь вредный солнечный свет ультрафиолетового излучения. Озоновый слой — это один слой стратосферы или второй слой атмосферы Земли.

Озоносфера поглощает частички солнечного излучения, попадающего на Землю. Несмотря на то, что живым организмам нужно некоторое количество солнечного излучения, чтобы существовать, слишком большое его количество может нанести серьезный вред. Озоновый слой действует как щит для жизни на Земле.

Концентрация озона в воздухе составляет около 6-10% на земной поверхности. Под влиянием Солнечной радиации происходит формирование озона из атомарного кислорода в верхней части атмосферы. Озоновый экран регулирует жесткость космического излучения.

Ультрафиолетовые солнечные лучи и их компоненты могут быть очень опасны для жителей Земли. Озоновый слой защищает живые организмы планеты от вредоносного эффекта небесного светила, однако и сам нуждается в защите. Еще в конце 50-х годов прошлого столетия ученые обнаружили истощение озонового слоя. Подобная экологическая проблема до сих пор является частой темой для дискуссий между учеными.

Где находится озоновый слой?

Повышение содержания молекул озонового слоя прослеживается на расстоянии 10 км и сохраняется до 50 км над нашей планетой. Плотность озоновых частиц постепенно увеличивается по мере удаления от поверхности планеты. Наиболее показательные значения приходятся на стратосферу, а именно на ее область, на высоте 20-25 км. Поэтому, озоносфера наблюдается в тропическом поясе. Здесь элементов озона в 10 раз больше, чем у Земляной поверхности.

Озоновый экран считается продуктом процесса фотодиссоциации из молекулярного кислорода. Он располагается на высоте 10-100 километров. Однако его максимальная концентрация отмечается на высоте, равной 20 метров. Экран озона поглощает основную массу ультрафиолетовых лучей, которые наносят вред всем живым организмам нашей планеты. По этой причине большинство ученых обычно проводят границу биосферы на высоте озонового слоя.

Как образуется озоновый слой?

Озоновый слой создается на границе стратосферы и тропосферы. Здесь коротковолновые лучи с ультрафиолетовым эффектом начинают взаимодействовать с кислородом. В случае если длина волны не достигает 242 км, происходит расщепление двухатомной молекул кислорода на два независимых атома. Далее, каждый атом по отдельности вступает в новую химическую реакцию вместе с нерасщепленным двухатомным кислородом.

В конце последней реакции формируется трехатомная кислородная молекула, то есть озон. Британский геофизик С. Чепмен подробно открыл и описал эту реакцию. В результате, она стала назваться механизмом Чепмена.

Толщина озонового слоя

Толщина слоя озона составляет примерно 2-4 мм. Минимальный слой фиксируется на экваторе, в то время как максимальный регистрируется у полюсов. Озоносфера претерпевает постоянное ослабление над некоторыми районами Земли, включая густонаселенные районы в средних широтах северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная «озоновая дыра».

Озоновый экран выполняет защищает всю планету, несмотря на свою тонкость. Истощение озонового слоя способствует увеличению УФВ-излучения, которое может привести к перестановке биогеохимических циклов. Эта трансформация в биогеохимических циклах может изменить источники и поглотители парниковых газов и косвенно способствовать проблеме глобального потепления.

Значение озонового слоя

Озон формирует защитную оболочку вокруг планеты. Именно она защищает окружающую среду от воздействия ультрафиолетового излучения желтого карлика, которое может вызвать рак и другие серьезные недомогания. Животные также могут страдать от серьезных заболеваний, вызванных радиацией, и их фертильность может снизиться.

Также было замечено, что на рост растений отрицательно влияет воздействие УФ-излучения. Озоновый слой защищает не только человека, но и всю окружающую среду от многих неблагоприятных воздействий УФ-излучения. Поэтому важно не допускать истощения озонового слоя.

Истощение озонового слоя

Озоновый экран истощается, и это неизбежное явление. Иногда это происходит по природным (естественным) причинам, но, в основном, «виноваты» жители планеты. Озоновый экран, истощенный под действием природных факторов, легко восстанавливается. Принято выделять следующие естественные причины разрушения озоносферы Земли:

• извержение вулканов;
• полярные вихри;
• ветра в стратосфере;
• отсутствие ультрафиолетового -излучения во время полярных ночей;
• солнечные пятна.

Извержения вулканов косвенно затрагивают процесс разрушения озонового экрана. Вулканы выбрасывают большое количество частиц и аэрозолей при извержении. Эти испускаемые частицы формируют поверхность, на которой происходят различные химические реакции, которые могут нанести вред слою стратосферы.

Как отмечают многие ученые, естественной причиной разрушения озонового слоя являются так называемые стратосферные ветры. Стратосферные ветры приводят к увеличению содержания оксидов азота в атмосфере. По этой причине усиливается истощение озонового слоя. Солнечные пятна также могут иметь негативные последствия для озона, так как они сопровождаются увеличением УФ-излучения, которое может изменить концентрацию озона в атмосфере.

Основную угрозу для озоносферы составляют промышленные выбросы в атмосферу, среди них ученые отмечают следующие аспекты:

• использование метилхлороформа;
• использование бромида метила;
• использование гидрохлорфторуглеродов;
• применение хлорфторуглеродов;
• использование галонов;
• использование четыреххлористого углерода.

Люди вносят свой неутешительный вклад в истощение озонового экрана своими повседневными действиями. Используя автомобили, мы способствуем выделению парниковых газов, которые также вредны для озоносферы. Приобретая продукты в отдаленных уголках мира, мы провоцируем истощение озоносферы, поскольку поддерживаем большие расстояния транспортировки, что провоцирует выброс вредных газов и истощение озонового экрана.

Метилхлороформ представляет собой летучее органическое вещество, которое широко применяется для промышленных процессов. Это вещество применяют для очистки электронных и металлических элементов. УФ-излучение расщепляет соединение на хлор, который вредит озоновому экрану.

Бромистый метил применяют в качестве фумиганта с целью борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. Это броморганическое соединение признано озоноразрушающим химическим веществом первого класса. Гидрохлорфторуглероды – это еще один источник проблемы разрушения озоносферы. Хотя они оказывают лишь слабое воздействие на его разрушение, ГХФУ вредны для окружающей среды, поскольку они являются сильными парниковыми газами.

Хлорфторуглероды раньше применялись для охлаждения. Их использование существенно сократилось после того, как было обнаружено, что ХФУ вредят озоновому слою. Более того, фреоны также способствуют потеплению в мире. Галоны способствуют истощению озона в стратосфере из-за содержащегося в них брома. Они используются в огнетушителях. Общее воздействие ХФУ на разрушение озонового слоя больше, чем воздействие галонов.

Четыреххлористый углерод также способствует истощению озона, поскольку содержит хлор. Это вещество активно используется в холодильниках, а также применяется в растворителях, мыле и инсектициде. За последние десятилетия его использование сократилось после того, как специалисты обнаружили негативные последствия разрушения озонового экрана.

Последствия разрушения озонового слоя

Без озоносферы привычная нам пищевая цепочка рухнет в течение нескольких дней или недель. Сокращение концентрации озонового слоя оборачивается для людей очень негативными последствиями:

• быстрый рост заболеваемости раком кожи;
• постоянные кожные ожоги;
• ослабление иммунитета: человеческому организму становится труднее бороться с различными грибковыми инфекциями, туберкулезом и прочими дерматозами;
• снижение острот зрения: отслоение сетчатки, меланомы глаза, развитие катаракты и так далее.

Решение проблем истощения озонового слоя

Люди своей деятельностью истощили озоновый слой. Способы его восстановления еще не обнаружены. Однако попытки улучшить ситуацию стали активно предприниматься. Многие государства подписали Международный акт, предусматривающий уменьшение производства озоноразрушающих веществ.

Озон можно получить искусственными методами с помощью озонаторов, облучая воздух коротковолновым ультрафиолетом, из воздуха и кислорода, посредством электрического разряда, а также посредством электрохимических реакций из растворов электролитов. Запустив озоновые заводы во всех уголках мира, можно затормозить процесс разрушение озонового экрана.

Использование экологически чистого горючего также может спасти ситуацию. Автомобильные двигатели увеличивают концентрацию вредных веществ в атмосфере, поэтому сегодня электрокары стали такими популярными. Создание биогорючего также могло бы положительно сказаться на озоносфере планеты.

Высадка деревьев позволяет выработать озон в двух направлениях. Посредством фотосинтеза создается кислород, который под воздействием УФ-излучения преобразуется в озон. Зеленые насаждения склонны поглощать углекислый газ, истощающий озоносферу.

Озоновый слой | это… Что такое Озоновый слой?

Озоновый слой в атмосфере

Абсорбция ультрафиолетового излучения озоновым слоем

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О₂) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О₂, образуя озон (О₃). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов^[1] и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20—25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

История открытия озонового слоя

Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.

Механизм Чепмена

Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сидни Чепменом в 1930 году и носит его имя.

Реакции образования озона :

О₂ + hν → 2О.

О₂ + O → О₃.

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175—200 нм и до 242 нм.

Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом:

О₃ + hν → О₂ + О.

О₃ + O → 2О₂.

Пути гибели озона

Стратосферная химия озона

Кроме реакций, входящих в механизм Чепмена, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чепмена), водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами.

Азотный цикл (NO_x):

N₂O + O(¹D) → NO + NO,

О₃ + NO → NO₂ + О₂,

NO₂ + О → NO + О₂.

Водородный цикл (HO_x):

Н₂O + O → OH + OH,

ОН + О₃ → НО₂ + О₂,

НО₂ + О₃ → ОН + 2О₂.

Хлорный цикл (ClO_x):

CFCl₃ + hν → CFCl₂ + Cl,

Cl + O₃ → ClO + O₂,

ClO + O → Cl + O₂.

Доля в расходовании озона различных химических семейств:^[2]

Доля галогенового пути распада стратосферного озона увеличилась в результате деятельности человека, что привело к возникновению озоновых дыр. Генеральная ассамблея ООН в 1994 году провозгласила 16 сентября ежегодным Международным днём охраны озонового слоя.

Примечания

1. ↑ И.К. Ларин Химия озонового слоя и жизнь на Земле // Химия и жизнь — XXI век. — 2000. — № 7. — С. 10–15..
2. ↑ Andrew Dessler. The Chemistry and Physics of Stratospheric Ozone. Academic Press. 2000

См. также

• Озоновая дыра
• Монреальский протокол
• Международный день охраны озонового слоя

Ссылки

• Озоновый слой Земли.
• Химия озонового слоя.

Статьи и обзоры

• Озон в атмосфере. Озоновый слой — ультрафиолетовый щит Земли
• Химия и алхимия озонового слоя
• Охрана озонового слоя в мире

Международные соглашения

• Венская конвенция об охране озонового слоя
• Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой

Каково текущее состояние озонового слоя? — Европейское агентство по окружающей среде

Ключевые сообщения

• С 1986 года во всем мире было достигнуто значительное сокращение потребления озоноразрушающих веществ (ОРВ). Монреальский протокол.
• Наибольшая историческая площадь озоновой дыры — 28,4 миллиона квадратных километров — образовалась в сентябре 2000 года. Эта площадь почти в семь раз превышает территорию ЕС.
• Озоновая дыра 2021 года по глубине и размеру аналогична дыре 2020 года.

Истощение стратосферного озона происходит в обоих полушариях Земли. Однако это явление значительно менее выражено в северном полушарии (Арктике), чем в южном полушарии (Антарктика). Это так, потому что год от года метеорологическая изменчивость больше над Арктикой, чем над Антарктикой. Кроме того, температуры в стратосфере в Арктике не остаются низкими длительное время, как это имеет место в Антарктике.

Как правило, уровни концентрации 220 единиц Добсона (ЕД, отмечены толстым контуром на рис. 1) или менее (обозначены синим цветом на рис. 1) свидетельствуют о серьезном истощении озонового слоя и образуют так называемую озоновую дыру . Это проявляется только в южном полушарии. Здесь самая большая историческая протяженность озоновой дыры — 28,4 млн км ²   (рис. 1 и 2) — произошла в сентябре 2000 года. Эта площадь почти в семь раз превышает территорию ЕС.

Рис. 1. Максимальная протяженность озоновой дыры над южным полушарием с 1979 по 2021 год

Примечание: Анализ Copernicus общего содержания озона над Антарктикой. Синие цвета указывают на самые низкие столбцы озона, а желтый и красный — на более высокие столбцы озона. Столбцы озона обычно измеряются в единицах Добсона. Одна единица Добсона — это количество молекул озона, которое потребовалось бы для создания слоя чистого озона толщиной 0,01 миллиметра при температуре 0 градусов Цельсия и давлении 1 атмосфера. 300 DU соответствует 3 миллиметрам озона.

Источник данных: Служба мониторинга атмосферы Copernicus (CAMS).

В целом, с 2000 года озоновая дыра демонстрирует признаки заживления, что в основном связано с поэтапным отказом от озоноразрушающих веществ в соответствии с Монреальским протоколом. В то же время размер озоновой дыры во многом определяется температурой стратосферы, при этом более высокие температуры приводят к уменьшению озоновой дыры, например, в 2019 году (дополнительную информацию см. на веб-сайте Службы мониторинга атмосферы Copernicus).

Однако это не связано напрямую с антропогенным изменением климата, поскольку парниковые газы обычно оказывают охлаждающее действие в стратосфере, в то время как они способствуют глобальному потеплению в тропосфере. Это стратосферное охлаждение оказывает положительное влияние на восстановление озона за исключением полярных регионов. Здесь очень низкие температуры могут привести к увеличению образования полярных стратосферных облаков, которые способствуют разрушению озонового слоя .0004 . На озоновую дыру также могут периодически воздействовать извержения вулканов, увеличивая нагрузку стратосферных частиц и тем самым истощая озоновый слой. Это частично объясняет те редкие годы, когда озоновая дыра сравнительно велика, т. е. в 2015 г. (27,9 млн км²).

Рисунок 2. Максимальная площадь озоновой дыры

дыра

Примечание: Озоновая дыра представляет собой область исключительно обедненного озона в стратосфере над Антарктикой. Все цифры указаны в миллионах квадратных километров.

Источник данных: Служба мониторинга атмосферы Copernicus (CAMS).

В этом году озоновая дыра над южным полушарием показала максимальную площадь в 24,8 млн км² в конце сентября (рис. 2) и напоминает дыру 2019 года (24,0 млн км²). Озоновая дыра 2021 была одной из самых больших и глубоких за последние годы и была больше, чем в среднем за последние пять и десять лет (20,0 и 21,4 млн км² соответственно). По словам исследователей из Службы мониторинга атмосферы Copernicus, более низкие, чем в среднем, температуры вместе с сильными ветрами в стратосфере вокруг Антарктиды способствовали большому размеру озоновой дыры 2021 года. Потеря озона в северном полушарии обычно гораздо более ограничена по сравнению с южным полушарием. Однако весной 2020 года в Арктике озонозондовые измерения показали истощение озонового слоя, которое, как было объяснено, произошло из-за необычно высоких и длительных низких температур в стратосфере.

Озоновая дыра 2019 года была очень маленькой и недолговечной, в основном из-за особых метеорологических условий. В частности, август и сентябрь 2019 года показали исключительно высокие температуры на высотах от 20 до 30 км над землей Антарктики, что остановило образование ледяных облаков, которые обычно улавливают молекулы, разрушающие озоновый слой, которые, высвобождаясь весной в южном полушарии, вызывают разрушение озона. . В совокупности смягчение последствий истощения озонового слоя по-прежнему очень хрупкое, и научные данные свидетельствуют о том, что по-прежнему требуются дополнительные действия для устранения нагрузки на озоновый слой, вызванной ОРВ.

Для получения дополнительной информации и данных, предоставленных компаниями в соответствии с Регламентом по озону, обратитесь к онлайн-программе просмотра данных ЕЭЗ.

Посетите веб-сайт ЕАОС по вопросам климата и энергетики, чтобы получить дополнительную информацию об озоноразрушающих веществах.

Фото : © Ариф Милетли, Sustainably Yours /EEA 

Scientific References

• Safieddine, S., Bouillon, M., Paracho, A.‐C., Jumelet, J., Tencé, F., Pazmino, A., et al. (2020). Повышение концентрации антарктического озона во время внезапного стратосферного потепления в 2019 году. Письма о геофизических исследованиях, 47, e2020GL087810. https://doi.org/10.1029/2020GL087810
• Wohltmann, I., von der Gathen, P., Lehmann, R., Maturilli, M., Deckelmann, H., Manney, G.L., et al. (2020). Почти полное локальное сокращение арктического стратосферного озона в результате значительной химической потери весной 2020 г. Письма о геофизических исследованиях, 47, e2020GL089547. https://doi.org/10.1029/2020GL089547

Постоянные ссылки

Старые версии

Географический охват

Австрия

Бельгия

Болгария

Хорватия

Кипр

Чехия

Дания

Эстония

Финляндия

Франция

Германия

Греция

Венгрия

Исландия

Ирландия

Италия

Латвия

Лихтенштейн

Литва

Люксембург

Мальта

Нидерланды

Норвегия

Польша

Португалия

Румыния

Словакия

Словения

Испания

Швеция

Швейцария

Турция

Великобритания

Темы

Антарктическая озоновая дыра немного уменьшится в 2022 году

Основные направления:

Исследования

Темы:

озоновая дыра

озон

26 октября 2022 г.

>

Озонозонд NOAA — инструмент, который помогает ученым следить за озоновой дырой в Антарктике — поднимается над Южным полюсом на этом покадровом снимке, сделанном 21 октября 2020 года. Идеальные погодные условия помогли создать большую, постоянную озоновую дыру, Ноябрь 2020.
(Любезно предоставлено Юей Макино/IceCube)

Загрузить изображение

Дыра в озоновом слое — той части стратосферы, которая защищает нашу планету от солнечных ультрафиолетовых лучей — продолжает уменьшаться. Дыра над Антарктидой имела среднюю площадь 8,91 миллиона квадратных миль (23,2 миллиона квадратных километров). Это измерение немного меньше, чем площадь 8,99 миллиона квадратных миль (23,3 миллиона квадратных километров), достигнутая в прошлом году, и значительно ниже среднего показателя 2006 года, когда размер дыры достиг своего пика.

Спутниковые наблюдения показали, что озоновая дыра достигла своей годовой максимальной площади в 10,2 миллиона квадратных миль (26,4 миллиона квадратных километров) 5 октября 2022 года. Наименьшее количество столба, обнаруженное озонозондами на Южном полюсе в этом году, составляло 101 единицу Добсона 3 октября. ( NOAA)

Загрузить изображение

«Со временем наблюдается неуклонный прогресс, и дыра становится меньше», — сказал Пол Ньюман, главный научный сотрудник отдела наук о Земле в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Мы видим некоторые колебания, поскольку изменения погоды и другие факторы заставляют цифры немного колебаться изо дня в день и от недели к неделе. Но в целом мы видим его снижение за последние два десятилетия. Устранение озоноразрушающих веществ в рамках Монреальского протокола сужает дыру».

Озоновая дыра возникает каждый сентябрь, когда защитный озоновый слой в стратосфере над Южным полюсом начинает истончаться. Хлор и бром, полученные из соединений, произведенных человеком, высвобождаются в результате реакций на высокогорных полярных облаках. Затем химические реакции начинают истощать озоновый слой по мере восхода солнца в конце зимы в Южном полушарии, при этом самое сильное истощение происходит над Антарктидой.

Различные методы измерения

Исследователи NOAA и НАСА обнаруживают и измеряют рост и разрушение озоновой дыры с помощью спутниковых инструментов на борту спутников Aura, Suomi-NPP и NOAA-20. В этом году спутниковые наблюдения показали, что площадь озоновой дыры достигла однодневного максимума в 10,2 миллиона квадратных миль (26,4 миллиона квадратных километров) 5 октября, но сейчас она сокращается.

Ученые NOAA на Южнополярной станции также регистрируют толщину озонового слоя, выпуская метеозонды с приборами для измерения озона, называемыми озонозондами, которые измеряют различные концентрации озона, измеряемые в единицах Добсона, по мере того, как воздушный шар поднимается в стратосферу.

Наименьшее количество столба, обнаруженное озонозондами на Южном полюсе в этом году, составляло 101 единицу Добсона 3 октября, по словам Брайана Джонсона из Лаборатории глобального мониторинга NOAA. Это очень похоже на прошлогодние измерения. На высотах от 8 до 13 миль над поверхностью Земли (от 14 до 21 километра) озон был почти полностью истощен во время максимума озоновой дыры.

Озоновый слой обеспечивает мощную защиту от солнечных ультрафиолетовых лучей, но он поразительно тонкий по сравнению с земной корой и океаном или даже всей ее верхней атмосферой. Во многих местах глобальное среднее значение составляет около 300 единиц Добсона, что, если привести его к давлению на уровне моря, равно толщине двух сложенных пенни. Толщина обедненного озонового слоя над Антарктидой примерно равна десятицентовой монете.

Факторы, влияющие на озоновую дыру в этом году

Измерения, проведенные с помощью спутников и озонозондов, показывают, что в последние годы озоновая дыра в Антарктике была меньше, чем в конце 1990-х и начале 2000-х годов. Это связано с Монреальским протоколом, договором, принятым 35 лет назад за пределами площадки, о запрете выброса вредных озоноразрушающих химических веществ, называемых хлорфторуглеродами или ХФУ.