Озоновый слой атмосферы или озоновый экран. Понятие, характеристики, функции, свойства. Проект ЮНИДО/ГЭФ Минприроды России

Озоновый слой расположен на высоте от 12 до 50 км над поверхностью Земли. Озон в относительно высокой концентрации поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и тем самым защищает живые организмы от губительного излучения. Толщина озонового слоя Земли измеряется в единицах Добсона (DU). 1 DU — это слой озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или 2,69·10¹⁶ молекул в атмосферном столбе с площадью основания в 1 квадратный сантиметр поверхности Земли (0,447 миллимоля на квадратный метр). Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, то есть, под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой толщиной 3 мм.

Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70–80-х годах прошлого столетия. В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина и Фрэнк Шервуд Роланд предположили, что такие соединения, как хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Обнаружение «озоновой дыры» над Антарктикой подтвердило это предположение. Подробнее

Справиться с разрушением озонового слоя не по силам ни какой-то отдельно взятой стране, ни даже группе стран. Ликвидация общей угрозы требует объединения усилий практически всех наций. Подробнее

В 2015-2019 годах, согласно требованиям Монреальского протокола, объем потребления ГХФУ в России не должен превышать 90% от базового уровня, что соответствует 399,6 тонны ОРС в год. Чтобы предотвратить потенциально возможный выход страны из режима соблюдения этого международного соглашения в 2015 году, Минприроды России инициировало разработку проекта по сокращению потребления озоноразрушающих веществ. Во многом благодаря реализации этого проекта Российской Федерации удалось выполнить взятые на себя обязательства —потребление ОРВ в России в 2015 году составило 344,67 тонны ОРС. Подробнее

Существует несколько широко распространённых мифов, касающихся как значения озонового экрана, так и причин образования озоновых дыр. Увы, реальность, как обычно, прозаичнее и в чем-то страшнее выдумок конспирологов. Подробнее

На замену ГХФУ должны прийти вещества, которые не только не разрушают озоновый экран планеты, но и не приводят к парниковому эффекту и не наносят иного вреда окружающей среде. Подробнее

«Аммиак как хладагент» — это название новой рубрики журнала «ЮНИДО в России» и нового раздела портала www.ozoneprogram.ru. В них мы хотим поделиться богатым международным опытом использования аммиака, который во многих случаях может стать энергоэффективной и экологически безопасной альтернативой гидрофторуглеродным хладагентам (ГФУ). Подробнее

Вступление в силу Монреальского протокола явилось стимулом для бурного роста производства ГХФУ и ГФУ, предлагавшихся в качестве замены ХФУ. Концентрации ГФУ и ГХФУ в атмосфере увеличивались со скоростью 15–20% в год. Страны Европейского Союза, озабоченные воздействием этих веществ на климат планеты, разработали и внедрили меры по регулированию оборота фторсодержащих газов. При подготовке концепции Проекта ЮНИДО/ГЭФ – Минприроды России этот опыт был учтен, и при осуществлении конверсии на озонобезопасные вещества предполагается использовать альтернативы, не содержащие фтор. Подробнее

Фильм «Антарктика. Озоновая дыра» Подробнее

Наверх

где находится, значение и функции, толщина и истощение

1 373

5

1

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.

Каково текущее состояние озонового слоя?

Озоновый слой находится в стратосфере на высоте от 15 до 30 км над землей и защищает нас и другие живые существа от вредного солнечного ультрафиолетового излучения. Истощение озонового слоя может иметь серьезные последствия для здоровья человека и окружающей среды.

• С 1986 года во всем мире было достигнуто значительное сокращение потребления озоноразрушающих веществ (ОРВ).87 Монреальский протокол Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП).
• Наибольшая историческая площадь озоновой дыры — 28,4 млн км² — образовалась в сентябре 2000 года. Эта площадь почти в семь раз превышает территорию ЕС.
• В конце сентября 2022 года антарктическая озоновая дыра достигла максимальной площади в 24,5 млн км².
• Вплоть до начала ноября 2022 года озоновая дыра в Антарктике была такой же большой и продолжительной, как и те, что были зарегистрированы в 2021 и 2020 годах9.0006

Истощение стратосферного озона происходит в обоих полушариях Земли. Однако это явление более выражено в Южном полушарии (Антарктика), чем в Северном полушарии (Арктика). Дело в том, что образование озоновой дыры напрямую связано с температурой стратосферы. Когда температура падает ниже -78°C, образуются полярные стратосферные облака, которые усугубляют разрушение озонового слоя. В Антарктике длительное присутствие низких температур в стратосфере стимулирует их формирование, тогда как для Арктики характерна большая межгодовая метеоизменчивость.

Обычно озоновая дыра определяется как область, в которой значения озонового столба составляют 220 единиц Добсона (ЕД) или менее, отмечена толстой контурной линией и представлена ​​синим цветом на рисунке 1. Это видно только на Южное полушарие. Здесь наибольший исторический размер озоновой дыры 28,4 млн км² (рисунки 1 и 2) произошел в сентябре 2000 года. Эта площадь более чем в шесть раз превышает территорию ЕС.

Рис. 1. Максимальная протяженность озоновой дыры над южным полушарием с 1979 по 2022 год

Примечание: Copernicus анализ 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 2000 г. озоновая дыра достигла своего максимального размера с 1979 г. и перестала увеличиваться в размерах в последующие годы, что связано с поэтапным отказом от озоноразрушающих веществ в соответствии с Монреальским протоколом (дополнительную информацию см. показатель «Потребление озоноразрушающих веществ»). С 2001 года, когда выбросы ОРВ находятся под контролем, озоновый слой демонстрирует признаки восстановления с колебаниями размера между годами, которые в значительной степени обусловлены стратосферной температурой, при этом более высокие температуры приводят к уменьшению озоновой дыры, например, в 2019 году.(для получения дополнительной информации посетите веб-сайт службы мониторинга атмосферы Copernicus).

Однако это нельзя напрямую отнести к антропогенному изменению климата, поскольку парниковые газы в целом оказывают охлаждающее действие в стратосфере, а в тропосфере способствуют глобальному потеплению. Это стратосферное охлаждение положительно влияет на восстановление озона , за исключением полярных регионов. Здесь очень низкие температуры могут привести к увеличению образования полярных стратосферных облаков, которые облегчают разрушение озонового слоя . На озоновую дыру также могут периодически воздействовать извержения вулканов и лесные пожары, 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

Примечание: Озоновая дыра представляет собой область исключительно обедненного озона в стратосфере над Антарктикой. Все цифры указаны в миллионах квадратных километров. Тренд является результатом полиномиальной функции 3-й степени с R2, равным 0,765.

Источник данных: Служба мониторинга атмосферы Copernicus (CAMS).

В этом году озоновая дыра над Южным полушарием показала максимальную площадь 24,5 млн км² 26 сентября (рис. 2) и напоминает дыру 2021 года (24,8 млн км²). По словам исследователей из Службы мониторинга атмосферы Copernicus, озоновая дыра 2022 по размеру и продолжительности была аналогична дырам 2021 и 2020 годов из-за сильного и продолжительного полярного вихря в те годы. Причем размер в 2022 году был больше, чем в среднем за последние пять и десять лет (21,3 и 21,9млн км² соответственно). В Северном полушарии разрушение озона обычно гораздо более ограничено по сравнению с Южным полушарием. Однако весной 2020 года в Арктике измерения озонового зонда показали истощение озонового слоя, которое произошло из-за необычно сильных и продолжительных низких температур в стратосфере.

Озоновая дыра 2019 года была очень маленькой и недолговечной, что в основном было вызвано необычными метеорологическими условиями. В частности, август и сентябрь 2019 г. показали исключительно высокие температуры на высотах от 20 до 30 км над Антарктидой, 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 разрушения озонового слоя по-прежнему является очень хрупким, и научные данные свидетельствуют о том, что по-прежнему требуются дополнительные действия для устранения нагрузки на озоновый слой, вызванной озоноразрушающими веществами (ОРВ).

Обратитесь к онлайн-просмотрщику данных ЕЭЗ для получения дополнительной информации и данных, предоставленных компаниями в соответствии с Регламентом по озону.

Озоновый слой

Озоновый слой — это один слой стратосферы, второй слой атмосферы Земли. Стратосфера — это масса защитных газов, цепляющихся за нашу планету.

Стратосфера получила свое название потому, что она стратифицирована или состоит из слоев: по мере увеличения высоты стратосфера становится теплее. Стратосфера нагревается с высотой, потому что газы озона в верхних слоях поглощают интенсивное ультрафиолетовое излучение Солнца.

Озон — это всего лишь следовый газ в атмосфере — всего около трех молекул на каждые 10 миллионов молекул воздуха. Но выполняет очень важную работу. Подобно губке, озоновый слой поглощает частички солнечного излучения, попадающего на Землю. Несмотря на то, что нам нужно некоторое количество солнечного излучения, чтобы жить, слишком большое его количество может повредить живым существам. Озоновый слой действует как щит для жизни на Земле.

Озон хорошо улавливает тип излучения, называемый ультрафиолетовым излучением, или ультрафиолетовым светом, который может проникать через защитные слои организмов, такие как кожа. Затем это может повредить молекулы ДНК растений и животных. Существует два основных типа ультрафиолетового излучения: UVB и UVA.

UVB является причиной кожных заболеваний, таких как солнечные ожоги, и рака, такого как базально-клеточная карцинома и плоскоклеточная карцинома.

Раньше люди думали, что УФ-А излучение, используемое в соляриях, безвредно, потому что не вызывает ожогов. Однако теперь ученые знают, что свет UVA даже более вреден, чем UVB, проникая глубже и вызывая смертельный рак кожи, меланому и преждевременное старение. Озоновый слой, солнцезащитный крем Земли, поглощает около 98 процентов этого разрушительного ультрафиолетового излучения.

Озоновый слой становится тоньше. Химические вещества, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), являются причиной того, что озоновый слой утончается. CFC представляет собой молекулу, которая содержит элементы углерода, хлора и фтора. ХФУ есть везде, в основном в хладагентах и ​​пластмассовых изделиях. Предприятия и потребители используют их, потому что они недороги, не загораются и обычно не отравляют живые существа. Но фреоны начинают разъедать озоновый слой, как только их выбрасывает ветром в стратосферу.

Молекулы озона, состоящие из трех соединенных атомов кислорода, всегда естественным образом разрушаются и восстанавливаются.