Czym jest dziura ozonowa. Dziury ozonowe – przyczyny i skutki

Z tlenu pod wpływem promieni ultrafioletowych. Atmosfera ziemska posiada warstwę ozonową na wysokości około 25 kilometrów: warstwa tego gazu szczelnie otacza naszą planetę, chroniąc ją przed wysokim stężeniem promieniowania ultrafioletowego. Gdyby nie ten gaz, intensywne promieniowanie mogłoby zabić całe życie na Ziemi.

Warstwa ozonowa jest dość cienka, nie jest w stanie całkowicie chronić planety przed przenikaniem promieniowania, które ma szkodliwy wpływ na kondycję i powoduje choroby. Ale przez długi czas to wystarczyło, aby chronić Ziemię przed niebezpieczeństwem.

W latach 80-tych XX wieku odkryto, że w warstwie ozonowej znajdują się obszary, w których zawartość tego gazu jest znacznie zmniejszona – tzw. dziury ozonowe. Pierwszą dziurę odkryli nad Antarktydą brytyjscy naukowcy, byli zaskoczeni skalą zjawiska – obszar o średnicy ponad tysiąca kilometrów nie miał prawie żadnej warstwy ochronnej i był narażony na silniejsze promieniowanie ultrafioletowe.

Później odkryto inne dziury ozonowe, mniejsze, ale nie mniej niebezpieczne.

Przyczyny powstawania dziury ozonowej

Mechanizm powstawania warstwy ozonowej w atmosferze ziemskiej jest dość złożony, a różne przyczyny mogą prowadzić do jego zakłócenia. Początkowo naukowcy proponowali wiele wersji: wpływ cząstek powstałych podczas wybuchów atomowych i wpływ erupcji wulkanu El Chicon, wyrażano nawet opinie na temat działalności kosmitów.

Przyczynami zubożenia warstwy ozonowej może być brak promieniowania słonecznego, powstawanie chmur stratosferycznych, wiry polarne, jednak najczęściej stężenie tego gazu spada na skutek jego reakcji z różnymi substancjami, które mogą być zarówno naturalne, jak i antropogeniczne . Cząsteczki ulegają zniszczeniu pod wpływem wodoru, tlenu, chloru i związków organicznych. Na razie naukowcy nie są w stanie jednoznacznie stwierdzić, czy powstawanie dziur ozonowych jest spowodowane głównie działalnością człowieka, czy też jest zjawiskiem naturalnym.

Udowodniono, że freony uwalniane podczas pracy wielu urządzeń powodują utratę ozonu na średnich i wysokich szerokościach geograficznych, nie wpływają jednak na powstawanie polarnych dziur ozonowych.

Jest prawdopodobne, że do powstania dziur ozonowych doprowadziło połączenie wielu czynników ludzkich i naturalnych. Z jednej strony wzrosła aktywność wulkaniczna, z drugiej strony ludzie zaczęli poważnie wpływać na przyrodę - warstwa ozonowa może zostać uszkodzona nie tylko przez uwolnienie freonu, ale także przez zderzenia z uszkodzonymi satelitami. Dzięki zmniejszeniu liczby wybuchających wulkanów od końca XX wieku i ograniczeniom w stosowaniu freonów sytuacja zaczęła się nieco poprawiać: naukowcy niedawno odnotowali niewielką dziurę nad Antarktydą. Bardziej szczegółowe badania nad zubożeniem warstwy ozonowej pozwolą zapobiec powstaniu tych obszarów.

Warstwa ozonowa- jest to warstwa atmosfery (stratosfera) o dużej zawartości ozonu. Rozpoczyna się na wysokości około 8 km nad biegunami (lub 17 km nad równikiem) i rozciąga się na wysokość 50 km. Stężenie ozonu w warstwie jest bardzo niskie, a jeśli zostanie on wyizolowany w czystej postaci i sprężony do gęstości, jaką ma powietrze przy powierzchni Ziemi, wówczas grubość warstwy ozonowej nie przekroczy 5 mm.

Ozon- forma alotropowa (w przypadku, gdy pierwiastek ma kilka prostych substancji (składają się z atomów tego samego typu, nazywane są formami alotropowymi) tlenu (z greckiego „pachnącego”), jego cząsteczka składa się z trzech atomów tlenu (O3 ). Ozon powstaje z tlenu pod wpływem promieniowania ultrafioletowego:

Ozon pochłania twarde (krótkofalowe) promieniowanie ultrafioletowe Słońca, chroniąc organizmy żywe przed jego szkodliwym działaniem. Dlatego zniszczenie warstwy ozonowej doprowadzi do zwiększenia poziomu promieniowania ultrafioletowego na powierzchni Ziemi, co przyczyni się do wzrostu zachorowań na nowotwory skóry u ludzi, mutacje u roślin itp.

W 1985 roku brytyjscy badacze opublikowali dane z ośmiu lat obserwacji. Odkryli obszary atmosfery nad biegunem północnym i południowym o niskiej zawartości ozonu (do 50%) – „dziury ozonowe”. Obecnie większość naukowców doszła do wniosku, że warstwę ozonową Ziemi niszczą tzw. freony – chlorofluorowęglowodory (CFC), niezwykle odporne chemicznie substancje stosowane jako czynniki chłodnicze w lodówkach i wypełniacze w opakowaniach aerozolowych. Ze względu na odporność chemiczną freonów nic w przyrodzie nie jest w stanie ich zniszczyć (przetworzyć). Dyfundując w atmosferze, pary freonu docierają do warstwy ozonowej i tam pod wpływem promieniowania ultrafioletowego wchodzą w interakcję z ozonem i „wyjadają” dziurę w warstwie ozonowej.

W połowie września 1987 r. przedstawiciele dwudziestu czterech krajów zebrali się w Montrealu i podpisali porozumienie, na mocy którego zobowiązali się do zmniejszenia o połowę do 1999 r. stosowania CFC zubożających warstwę ozonową. Jednakże w związku z pogarszającą się sytuacją w 1990 roku w Londynie przyjęto poprawki do Protokołu Montrealskiego, zgodnie z którymi do listy regulowanych CFC dodano dziesięć kolejnych substancji. Podjęto decyzję o stopniowym wycofywaniu CFC, halogenów i czterochlorku węgla (CCl4) do 2000 r. oraz chloroformu metylu do 2005 r.

W wyniku wszystkich tych zakazów „dziury ozonowe” niestety nie zniknęły ani nawet się nie zmniejszyły. Możliwe, że to nie freony są winne ich istnienia, ale przyczyny naturalne: cykliczna aktywność Słońca, proces odgazowania Ziemi itp. W każdym razie „dziury ozonowe” stanowią zagrożenie dla ludzkości i wymagają stałego monitoringu (nadzór) ich środowiska.

Kolejnym problemem związanym z ozonem, ale niezwiązanym z niszczeniem warstwy ozonowej, jest smog fotochemiczny: powstający na świetle podczas reakcji tlenków azotu z węglowodorami, ozon gromadzący się w dolnych warstwach atmosfery (troposferze), stanowi integralny część smogu.

Obecność ozonu w troposferze przyspiesza niszczenie wyrobów gumowych, tekstyliów, powłok malarskich itp., zmniejsza produktywność upraw rolnych, spowalnia fotosyntezę w roślinach i osłabia je. I tak, zdaniem ekspertów, w Stanach Zjednoczonych roczne straty w kukurydzy, pszenicy, soi i orzeszkach ziemnych spowodowane przez ozon wahają się od 1,9 do 4,5 miliarda dolarów.

Tę ogromną dziurę w warstwie ozonowej Ziemi odkryto w 1985 roku i pojawiła się ona nad Antarktydą. Ma ponad tysiąc kilometrów średnicy i około dziewięć milionów kilometrów kwadratowych powierzchni.

Co roku w sierpniu dziura znika i dzieje się tak, jakby ta ogromna luka ozonowa nigdy nie istniała.

Dziura ozonowa – definicja

Dziura ozonowa to spadek lub całkowity brak stężenia ozonu w warstwie ozonowej Ziemi. Według raportu Światowej Organizacji Meteorologicznej i ogólnie przyjętej teorii naukowej, znaczne zmniejszenie warstwy ozonowej spowodowane jest stale narastającym czynnikiem antropogenicznym - uwalnianiem freonów zawierających brom i chlor.

Istnieje inna hipoteza, według której sam proces powstawania dziur w warstwie ozonowej jest naturalny i w żaden sposób nie powiązany ze skutkami działalności cywilizacji ludzkiej.

Splot czynników powoduje spadek stężenia ozonu w atmosferze. Jednym z głównych jest niszczenie cząsteczek ozonu podczas reakcji z różnymi substancjami pochodzenia naturalnego i antropogenicznego, a także brak światła słonecznego i promieniowania podczas zimy polarnej. Obejmuje to wir polarny, który jest szczególnie stabilny i zapobiega przenikaniu ozonu z okołobiegunowych szerokości geograficznych, oraz powstałe w ten sposób stratosferyczne chmury polarne, których powierzchnia cząstek działa jak katalizator reakcji rozpadu ozonu.

Czynniki te są typowe dla Antarktydy, natomiast w Arktyce wir polarny jest znacznie słabszy ze względu na brak tam powierzchni kontynentalnej. Temperatura tutaj jest o pewien wyższa, w przeciwieństwie do Antarktydy. Polarne chmury stratosferyczne są mniej powszechne w Arktyce i mają tendencję do rozpadania się wczesną jesienią.

Co to jest ozon?

Ozon jest substancją toksyczną i szkodliwą dla człowieka. W małych ilościach ma bardzo przyjemny zapach. Aby się o tym przekonać, podczas burzy możesz wybrać się na spacer do lasu – wtedy będziesz cieszyć się świeżym powietrzem, ale później poczujesz się bardzo źle.

W normalnych warunkach na dnie ziemskiej atmosfery praktycznie nie ma ozonu - substancja ta występuje w dużych ilościach w stratosferze, zaczynając gdzieś około 11 kilometrów nad ziemią i sięgając 50-51 kilometrów. Warstwa ozonowa leży na samej górze, czyli około 51 kilometrów nad ziemią. Warstwa ta pochłania śmiercionośne promienie słoneczne i tym samym chroni życie nasze i nie tylko.

Przed odkryciem dziur ozonowych ozon był uważany za substancję zatruwającą atmosferę. Uważano, że atmosfera jest wypełniona ozonem i to właśnie on jest główną przyczyną „efektu cieplarnianego”, z którym trzeba coś zrobić.

Wręcz przeciwnie, obecnie ludzkość próbuje podjąć kroki w celu przywrócenia warstwy ozonowej, ponieważ warstwa ozonowa staje się cieńsza na całej Ziemi, a nie tylko nad Antarktydą.

Jednym z najbardziej niezwykłych „zielonych” mitów jest twierdzenie, że dziury ozonowe nad biegunami Ziemi powstają w wyniku emisji do atmosfery niektórych substancji wytwarzanych przez człowieka. Tysiące ludzi wciąż w to wierzy, choć każdy uczeń, który nie opuścił lekcji chemii i geografii, może obalić ten mit.

Mit mówiący, że działalność człowieka powoduje powiększanie się tzw. dziury ozonowej, jest niezwykły pod wieloma względami. Po pierwsze, jest niezwykle prawdopodobny, czyli oparty na faktach. Takich jak sama obecność dziury ozonowej oraz fakt, że szereg substancji wytwarzanych przez człowieka może zniszczyć ozon. A jeśli tak, to niespecjalista nie ma wątpliwości, że za zubożenie warstwy ozonowej odpowiada działalność człowieka – wystarczy spojrzeć na wykresy wzrostu dziury i wzrostu emisji odpowiednich substancji do atmosfery.

I tu pojawia się kolejna cecha mitu o „ozonie”. Z jakiegoś powodu ci, którzy wierzą w powyższe dowody, zupełnie zapominają, że samo zbieżność dwóch wykresów nic nie znaczy. W końcu może to być tylko wypadek. Aby mieć niezaprzeczalne dowody na antropogeniczną teorię pochodzenia dziur ozonowych, należy zbadać nie tylko mechanizm niszczenia ozonu przez freony i inne substancje, ale także mechanizm późniejszej odbudowy warstwy.

Cóż, nadchodzi zabawna część. Gdy tylko zainteresowany niespecjalista zacznie studiować wszystkie te mechanizmy (dla których nie trzeba całymi dniami siedzieć w bibliotece - wystarczy przypomnieć sobie kilka akapitów ze szkolnych podręczników do chemii i geografii), od razu rozumie, że ta wersja jest nic więcej niż mit. I pamiętając wpływ, jaki ten mit wywarł na gospodarkę światową poprzez ograniczenie produkcji freonów, od razu rozumie, po co on powstał. Jednak spójrzmy na sytuację od samego początku i po kolei.

Z zajęć z chemii pamiętamy, że ozon jest alotropową modyfikacją tlenu. Jego cząsteczki zawierają nie dwa atomy O, ale trzy. Ozon może powstawać na różne sposoby, ale najpowszechniejszy w przyrodzie jest taki, że tlen pochłania część promieniowania ultrafioletowego o długości fali 175–200 nm i 280–315 nm i przekształca się w ozon. Dokładnie tak tworzyła się warstwa ochronna ozonu w starożytności (gdzieś 2-1,7 miliarda lat temu) i tak tworzy się do dziś.

Swoją drogą z powyższego wynika, że ​​prawie połowa niebezpiecznego promieniowania UV jest tak naprawdę pochłaniana przez tlen, a nie ozon. Ozon jest jedynie „produktem ubocznym” tego procesu. Jego wartość polega jednak na tym, że pochłania także część ultrafioletu – tego, którego długość fali wynosi od 200 do 280 nm. Ale co dzieje się z samym ozonem? Zgadza się – zamienia się z powrotem w tlen. Tak więc w górnych warstwach atmosfery zachodzi pewien cykliczny proces równowagi - ultrafiolet jednego rodzaju sprzyja przemianie ozonu w tlen, a on, pochłaniając promieniowanie UV innego typu, ponownie zamienia się w O2.

Z tego wszystkiego wynika prosty i logiczny wniosek – aby całkowicie zniszczyć warstwę ozonową, musimy pozbawić naszą atmosferę tlenu. Przecież niezależnie od tego, ile wytwarzanych przez człowieka freonów (węglowodorów zawierających chlor i brom, stosowanych jako czynniki chłodnicze i rozpuszczalniki), metan, chlorowodór i tlenek azotu niszczą cząsteczki ozonu, promieniowanie ultrafioletowe tlenu ponownie przywróci warstwę ozonową - w końcu substancje te nie są „wyłączone”! Oprócz zmniejszenia ilości tlenu w atmosferze, gdyż drzewa, trawy i glony produkują go setki tysięcy razy więcej niż ludzkość – wspomniane niszczyciele ozonu.

Jak więc widać, żadna substancja stworzona przez człowieka nie jest w stanie zniszczyć warstwy ozonowej, o ile w atmosferze ziemskiej występuje tlen, a Słońce emituje promieniowanie ultrafioletowe. Ale dlaczego w takim razie powstają dziury ozonowe? Chcę od razu powiedzieć, że samo określenie „dziura” nie jest do końca poprawne - mówimy tylko o przerzedzaniu się warstwy ozonowej w niektórych częściach stratosfery, a nie o jej całkowitym braku. Aby jednak odpowiedzieć na pytanie, wystarczy przypomnieć sobie, gdzie dokładnie na planecie znajdują się największe i najbardziej trwałe dziury ozonowe.

I tu nie ma o czym pamiętać: największa ze stabilnych dziur ozonowych znajduje się bezpośrednio nad Antarktydą, a druga, nieco mniejsza, znajduje się nad Arktyką. Wszystkie inne dziury ozonowe na Ziemi są niestabilne, powstają szybko, ale równie szybko ulegają „zniszczeniu”. Dlaczego w obszarach polarnych od dawna utrzymuje się przerzedzenie warstwy ozonowej? Tak, po prostu dlatego, że w tych miejscach noc polarna trwa sześć miesięcy. W tym czasie atmosfera nad Arktyką i Antarktydą nie otrzymuje wystarczającej ilości światła ultrafioletowego, aby przekształcić tlen w ozon.

Otóż ​​O 3 pozostawiony bez „uzupełnienia” zaczyna szybko się rozpadać – w końcu jest to substancja bardzo niestabilna. Dlatego warstwa ozonowa nad biegunami ulega znacznemu przerzedzeniu, chociaż proces ten zachodzi z pewnym opóźnieniem – widoczna dziura pojawia się na początku lata i znika do połowy zimy. Jednak gdy nadchodzi dzień polarny, ozon zaczyna ponownie wytwarzać się, a dziura ozonowa powoli się zapełnia. To prawda, że ​​​​nie do końca - mimo wszystko czas intensywnego odbioru promieniowania UV w tych częściach jest krótszy niż okres jego niedoboru. Dlatego dziura ozonowa nie znika.

Ale dlaczego w tym przypadku mit został stworzony i powielony? Odpowiedź na to pytanie jest nie tylko prosta, ale bardzo prosta. Faktem jest, że obecność trwałej dziury ozonowej nad Antarktydą po raz pierwszy udowodniono w 1985 roku. Pod koniec 1986 roku specjaliści amerykańskiej firmy DuPont (czyli DuPont) rozpoczęli produkcję nowej klasy czynników chłodniczych - fluorowęglowodorów niezawierających chloru. To znacznie obniżyło koszty produkcji, ale nową substancję nadal trzeba było promować na rynku.

I tu DuPont finansuje szerzenie w mediach mitu o złych freonach psujących warstwę ozonową, który stworzyła na jego zlecenie grupa meteorologów. W rezultacie przerażona opinia publiczna zaczęła domagać się podjęcia przez władze działań. A takie działania podjęto pod koniec 1987 roku, kiedy w Montrealu podpisano protokół ograniczający produkcję substancji zubożających warstwę ozonową. Doprowadziło to do ruiny wielu firm produkujących freony, a także do tego, że DuPont stał się na wiele lat monopolistą na rynku czynników chłodniczych.

Swoją drogą to właśnie szybkość, z jaką kierownictwo firmy DuPont podjęło decyzję o wykorzystaniu dziury ozonowej do własnych celów, doprowadziła do tego, że mit okazał się na tyle niedokończony, że mógł go zdemaskować zwykły uczeń, który to zrobił nie opuszczaj zajęć z chemii i geografii. Widzisz, gdyby mieli więcej czasu, ułożyliby bardziej przekonującą wersję. Niemniej jednak nawet to, co naukowcy ostatecznie „urodzili” na prośbę DuPont, było w stanie przekonać wiele osób.

Atmosfera ziemska składa się z kilku warstw znajdujących się na różnych wysokościach. Jedną z najważniejszych jest warstwa ozonowa, znajdująca się w stratosferze. Aby dowiedzieć się, czym jest dziura ozonowa, musisz zrozumieć funkcję tej warstwy i znaczenie jej istnienia dla życia na planecie.

Opis

Wysokość warstwy ozonowej zmienia się w zależności od reżimu temperaturowego danego obszaru, na przykład w tropikach waha się od 25 do 30 km, a na biegunach - od 15 do 20 km. Ozon gazowy powstaje, gdy cząsteczki tlenu są wystawione na działanie promieniowania słonecznego. Proces dysocjacji ozonu prowadzi do absorpcji większości niebezpiecznego promieniowania ultrafioletowego emitowanego przez Słońce.
Grubość warstwy mierzy się zwykle w jednostkach Dobsona, z których każda jest równa warstwie ozonowej o grubości 10 mikrometrów, pod normalnym ciśnieniem i temperaturą. Za minimalną grubość, poniżej której warstwa przestaje istnieć, uważa się 220 jednostek. Dobsona. Obecność warstwy ozonowej ustalili francuscy fizycy Charles Fabry i Henri Buisson na początku XX wieku za pomocą analizy spektroskopowej.

Dziury ozonowe

Istnieje wiele teorii na temat tego, co dokładnie powoduje zmniejszanie się warstwy ozonowej planety. Niektórzy naukowcy obwiniają za to czynniki antropogeniczne, inni uważają, że jest to proces naturalny. Dziury ozonowe to zmniejszenie lub całkowity zanik tego gazu ze stratosfery. Zjawisko to zostało po raz pierwszy zaobserwowane w 1985 roku i zlokalizowane było na obszarze około 1 tys. km2 w rejonie Antarktyki.
Pojawienie się tej dziury miało charakter cykliczny, pojawiała się w sierpniu i znikała w grudniu. W tym samym czasie w rejonie Arktyki pojawiła się kolejna, nieco mniejsza dziura. Wraz z rozwojem technologii możliwe stało się rejestrowanie powstawania luk w warstwie ozonowej w czasie rzeczywistym i obecnie naukowcy mogą śmiało powiedzieć, że na planecie jest ich kilkaset. Największe z nich znajdują się na biegunach.

Przyczyny i skutki dziur ozonowych

Istnieje teoria, że ​​dziury ozonowe powstają z przyczyn naturalnych. Według niej, skoro przemiana tlenu w ozon następuje w wyniku ekspozycji na promieniowanie słoneczne, to w przypadku jego braku podczas zimy polarnej gaz ten nie jest wytwarzany. Podczas długiej nocy powstały już ozon ze względu na swoją dużą masę opada do dolnych warstw atmosfery, gdzie ulega zniszczeniu pod wpływem ciśnienia. Ta wersja doskonale wyjaśnia pojawienie się dziur nad biegunami, ale w żaden sposób nie wyjaśnia powstawania ich analogów na dużą skalę na terytoriach Kazachstanu i Rosji, gdzie nie obserwuje się nocy polarnych.
Niedawno społeczność naukowa zgodziła się, że istnieją zarówno naturalne, jak i spowodowane przez człowieka przyczyny pękania warstwy ozonowej. Czynnik antropogeniczny obejmuje wzrost stężenia niektórych substancji chemicznych w atmosferze ziemskiej. Ozon ulega zniszczeniu w wyniku reakcji z chlorem, wodorem, bromem, chlorowodorem, podtlenkiem azotu, metanem, a także freonem i jego pochodnymi. Przyczyny i skutki dziur ozonowych nie zostały jeszcze do końca poznane, jednak niemal każdy rok przynosi nowe odkrycia w tym zakresie.

Dlaczego dziury ozonowe są niebezpieczne?

Ozon pochłania niezwykle niebezpieczne promieniowanie słoneczne, uniemożliwiając mu przedostanie się do powierzchni planety. Kiedy warstwa tego gazu staje się cieńsza, wszystko na Ziemi jest narażone na normalne promieniowanie radioaktywne. To powoduje rozwój raka, zlokalizowanego głównie na skórze. Dla roślin szkodliwy jest również zanik ozonu, występują u nich różne mutacje genetyczne i ogólny spadek żywotności. W ostatnim czasie ludzkość staje się coraz bardziej świadoma zagrożeń, jakie dziury ozonowe stanowią dla życia na Ziemi.

Wniosek

Zdając sobie sprawę z niebezpieczeństwa zniszczenia ozonu, społeczność międzynarodowa podjęła szereg działań mających na celu ograniczenie negatywnego wpływu na atmosferę. W 1987 r. W Montrealu podpisano protokół, który zobowiązuje do minimalizacji użycia freonu w przemyśle, ponieważ to właśnie ten gaz powoduje powstawanie dziur poza regionami polarnymi. Jednakże freon uwolniony już do atmosfery będzie rozkładał się około stu lat, zatem jest mało prawdopodobne, aby w najbliższej przyszłości liczba dziur ozonowych w atmosferze ziemskiej zmniejszyła się.