Как исправить озоновые дыры

Что такое озоновые дыры

Озоновые дыры — это локальное утончение озонового слоя. Этот слой особенно важен для Земли, потому что он выполняет функцию солнцезащитного крема: не дает ультрафиолетовому излучению от Солнца доходить до тропосферы в полном объеме. Оберегая Землю от излучения, озоновый слой спасает растения, животных и людей от солнечных ожогов и множества болезней, в том числе рака кожи [1].

Как видно по спутниковым снимкам, озоновые дыры — это не буквальные дыры. Ученые используют этот термин как метафору для мест, где концентрация озона крайне низкая. Толщину озонового слоя измеряют «единицами Добсона» (1 единица Добсона равна слою озона в 10 мкм). Озоновые дыры — это места, где содержание озона — 220 единиц Добсона или ниже [2].

Первая озоновая дыра появилась в начале 1980-х. Тогда благодаря наземным и спутниковым измерениям ученые из Британской антарктической службы (BAS) увидели, что каждую весну естественный солнцезащитный экран Земли над Южным полюсом резко истончается [3]. Такое изменение назвали озоновой дырой. С тех пор изучение озоновых дыр продолжается. За ними следят:

• Всемирная метеорологическая организация (WMO);
• Программа ООН по окружающей среде (UNEP);
• Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA);
• Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA);
• Российский Арктический и антарктический научно-исследовательского институт (ААНИИ).

Изменения в озоновом слое изучают локально и дистанционно. При местных измерениях воздух закачивают в озонозонд (прибор для измерений вертикального распределения озона в атмосфере) и в зависимости от того, сколько УФ-лучей или электрического тока поглотил воздух, вычисляется, сколько в нем озона. Озонозонды запускаются на небольших воздушных шарах, чтобы они могли достигнуть стратосферы. Иногда для этих же целей используют исследовательские самолеты. [4]

Дистанционные измерения тоже основаны на главном качестве озона — умении поглощать УФ-лучи. Источником ультрафиолетового излучения в исследовании может быть не только Солнце, но и лазеры или звездный свет. Например, спутники используют солнечные УФ-лучи, которые поглощает атмосфера Земли, чтобы ежедневно замерять уровень озона почти по всему земному шару. А на наземных исследовательских станциях часто используют лазер, который светит на дальние расстояния.

Где находятся озоновые дыры

Самая известная озоновая дыра расположена над Антарктидой. Спутниковые измерения NOAA показали, что общая площадь полярной озоновой дыры достигла своего пика 7 октября 2021 года [5]. На тот момент ее размер составил 24,8 млн км². Это примерно соответствует размеру Северной Америки. Ниже на карте NOAA озоновая дыра выделена темно-синим цветом.

В июле 2022 года канадские ученые из Университета Ватерлоо в Онтарио обнаружили еще одну озоновую дыру в тропиках. Здесь в центре дыры количество озона истощено примерно на 80% по сравнению с нормальным содержанием, а по размеру она сравнима с полярной антарктической дырой. Правда, ее площадь примерно в семь раз больше. [6]

Международное сообщество ученых спорит, насколько достоверным является исследование канадских коллег. «Никакой тропической озоновой дыры не существует», — считает Пол Янг, специалист по атмосферным явлениям из Ланкастерского университета в Англии и один из авторов доклада «Научная оценка разрушения озонового слоя 2022», который совместно подготовили ВМО и ООН.

Недоверие к ученым связано с новым определением озоновой дыры, которое вводят в докладе канадские метеорологи. «Автор исследования нашел тропическую озоновую дыру, потому что он смотрит на то, как изменилось количество озона в процентах, а не на абсолютные изменения. А последние как раз более важны для подсчетов вредного ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли», — убежден Янг. Таким образом получается, что по старому подходу тропической озоновой дыры не существует, в то время как по процентным потерям, исходя из измерений, утончение озонового слоя все-таки есть. [7]

Как образуются озоновые дыры

Естественные причины

359 млн лет назад на стыке девона и каменноугольного геологического периода произошло необъяснимое массовое вымирание на Земле. А недавно в восточной Гренландии ученые нашли деформированные споры наземных растений того времени. Они изучили их под микроскопом и увидели темные пятна и шипы на спорах, которых не может быть у здорового растения. Такое изменение внешнего вида говорит о том, что вымирание совпало с повышенным уровнем УФ-B-излучения (средневолнового ультрафиолета) [8]. Такое возможно только при ослаблении озонового слоя Земли.

В отличие от других массовых вымираний, в этот период не было катаклизмов, которые могли бы так повлиять на уровень озона. Например, извержений вулканов планетарного масштаба. Но было другое — сильное потепление общего климата, которое положило конец ледниковому периоду. Следовательно, потеря озона при быстром потеплении — это естественное и неизбежное свойство Земли.

Солнечные пятна, стратосферные ветры или извержение вулканов продолжают и сегодня влиять на озоновый слой. Но это не разрушает его так сильно. В то время, как глобальные изменения климата и использование химических веществ, за которые ответственен человек, оказывают более разрушительное влияние [9].

Антропогенные причины

В 1974 году Марио Молина и Шервуд Роуленд выяснили, что хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, после контакта с солнечными лучами запускают химическую реакцию и разрушают озон [10]. Раньше такие вещества использовали в аэрозолях и холодильниках. Но после открытия Молины и Роуленда международное сообщество задумалось о том, чтобы собрать дополнительную информацию о ХФУ.

В 1976 году академия наук США провела собственные исследования и подтвердила выводы ученых [11]. А В 1985 году Британская антарктическая служба получила данные о снижении концентрации озона над антарктической станцией Халли Бэй (Hally Bay) [12]. В химическом составе стратосферы обнаружили неожиданно высокое содержание хлора. Так стало ясно, что истончение озонового слоя действительно происходит.

Как бороться с озоновыми дырами

Когда влияние ХФУ было подтверждено спутниковыми снимками и дополнительными исследованиями, был разработан Монреальский Протокол 1987 года: договор о поэтапном прекращении производства озоноразрушающих химических веществ. Позже появились дополнительные документы с рекомендациями, как сократить использование ХФУ.

Постепенный отказ от вредных для озона веществ действительно произошел и несколько лет назад ООН подтвердила, что у этого есть эффект [13]. В мае 2020 года озоновая дыра над Антарктикой даже закрылась, но спустя некоторое время открылась снова. Концентрация фреонов в атмосфере рядом с полюсами все еще слишком высокая, поэтому пока трудно говорить о стабильности. Здесь существуют особые климатические условия, которые из-за полярных вихрей и перламутровых облаков не дают озону восстанавливаться быстрее.

В целом у озоновых дыр есть способность исчезать или уменьшаться. Изменения в их размерах связано не только с деятельностью человека, но и с климатическими особенностями. Например, из-за того, что озон образуется благодаря кислороду и ультрафиолету, во время полярной ночи его количество надолго уменьшается, но потом восстанавливается само во время полярного дня. Дыра может образоваться и затянуться за несколько недель, но иногда на это уходят месяцы. [14]

Озоновая дыра — обман?

Некоторые ученые предполагают, что озоновые дыры не так страшны, как о них говорят. Бен Либерман, бывший старший сотрудник Института исследований экономической политики Томаса А. Роу в области энергетики и окружающей среды, убежден, что в Монреальском протоколе не было особой необходимости, а проблема озоновых дыр сильно преувеличена: «Истончение озонового слоя, которое происходило на протяжении 1980-х годов, по-видимому, прекратилось в начале 1990-х годов. Это слишком рано, чтобы приписывать это Монреальскому протоколу».

Он также считает, что связь между разрушением озонового слоя и повышением рисков для здоровья человека, животных и растений слишком натянута: «Разрушение озонового слоя само по себе не наносит вреда здоровью человека или окружающей среде. ВМО признает, что никаких статистически значимых долгосрочных тенденций обнаружено не было. Поэтому можно сказать, что влияние толщины озонового слоя на УФ-излучение над населенными районами настолько мало, что его даже трудно обнаружить». [15]

Похожего мнения придерживается французский ученый Гарун Тазиев. Он считает, что появление озоновых дыр абсолютно нормально, и с этим не нужно ничего делать: «Озоновая дыра — это естественная дыра, которая появляется над Антарктидой в начале октября и исчезает к концу декабря. В Европе, я думаю, я единственный человек, который опровергает основную версию, но мне никогда официально не противоречили ни экологи, ни ученые». [16]

Он утверждает, что озоновые дыры могут быть частью большой политической игры. Мнимые проблемы, которые поддерживают политики, по его мнению, привели к тому, что миллионы фунтов были направлены на «экологические ветряные мельницы», а не на реальные угрозы загрязнения.

Эти и другие ученые высказываются о недостаточной изученности проблемы. Они говорят о том, что многие страшные предсказания о последствиях озоновых дыр не сбылись или вовсе были основаны на мифах. Например, в 1992 году газета New-York Times сообщила, что разрушение озонового слоя над южной частью Чили стало причиной проблем со зрением у овец и кроликов [17]. Эта история повторялась потом и в других источниках, в том числе на телевидении. А позже книга Эла Гора «Земля на волоске» еще раз пересказала этот миф: «В Патагонии охотники теперь сообщают о том, что нашли слепых кроликов, а рыбаки ловят слепого лосося» [18]. Миф разоблачили, когда группа из Университета Джонса Хопкинса доказала, что слепота животных была связана с обычным конъюнктивитом [19].

Озоновая дыра — прогнозы

Судя по исследовательским моделям NASA, концентрация хлора и других озоноразрушающих веществ в стратосфере не вернется к уровню 1980-х, по крайней мере до середины XXI века. Не способствует решению проблемы и сельское хозяйство, где до сих пор продолжают использовать закись азота — мощный озоноразрушающий парниковый газ. [20]

Есть также и другие виды человеческой деятельности, влияние которых мы еще не до конца понимаем, но которые могут представлять риски. Это, например, запуски ракет и сульфатная геоинженерия — идея, о том, что мы сможем предотвратить худшие последствия глобального потепления, закачивая в стратосферу аэрозоль для охлаждения температуры и заставляя солнечный свет отражаться от этих аэрозольных частиц. [21]

В то же время видна и временная положительная динамика. В 2019 году аномальные погодные условия в верхних слоях атмосферы над Антарктидой резко ограничили разрушение озонового слоя. Это привело к самой маленькой дыре с 1982 года, но ученые предсказывают, что озоновый слой Антарктики полностью восстановится скорее к 2040 году [22]. Основная задача человечества сейчас — не прекращать исследования и следить за состоянием не только озоновых дыр, но и климата в целом.

Проблема озоновых дыр стала актуальной в середине XX века. Наблюдения ученых подтвердили их наличие и опасность, которую несет такое явление. В частности, уже с 70-х годов специалисты обратили внимание, что наблюдается устойчивое снижение озона в стратосфере, которая состоит из озонового слоя. А именно последний предотвращает попадание чрезмерного ультрафиолетового излучения на поверхность Земли. Также отмечалось, что больше всего этоn слой разрушен на полюсах – южном и северном.

Причины возникновения озоновых дыр в атмосфере

Ученые установили, что основной причиной озоновой дыры являются газы, которые содержат хлорфторуглероды (ХФУ), галоны и фреоны. Обнаруженные обычно в аэрозольных баллончиках и выпускаемые многими электронными приборами, они снижают уровень озона в стратосфере. Все эти газы содержат хлор, который является основной причиной истончения озонового слоя.

Как образуются озоновые дыры?

Разрушение озонового слоя вызвано тем, что количество газов, содержащих хлор, начинает увеличиваться в окружающей среде. Когда эти газы поднимаются, они подвергаются воздействию ультрафиолета. Это вызывает химическую реакцию, которая создает атомы хлора. Они влияют на атомы озона и вызывают истощение озонового слоя.

Хотя этот процесс длится в течение нескольких лет, у озонового слоя есть свойство восстанавливался естественным образом. При заметном увеличении выбросов этих газов озоновая дыра над Антарктидой не восстанавливается, становится постоянной частью слоя. Для его восстановления в этом месте потребуется несколько десятилетий и значительное сокращения выбросов.

ХФУ не вымываются обратно на землю и даже не разрушаются в
результате реакции с другими химическими веществами. А значит они могут
оставаться в атмосфере в течение длительного периода времени, который может
составлять от 20 до 120 лет и более. В результате они транспортируются
обратно в стратосферу, где в конечном итоге разрушаются ультрафиолетовыми
лучами солнца, высвобождая свободный хлор.

Каковы последствия расширения озоновых дыр?

Истончение озонового слоя увеличивает непосредственный контакт с
ультрафиолетовыми лучами, которые могут вызвать рак или раздражение кожи. А это
может привести к смерти. Уменьшение на 1% озонового слоя может привести к
5% увеличению случаев рака кожи.

Воздействие ультрафиолетовых лучей также увеличило количество случаев катаракты, что, в свою очередь, влияет на зрение людей и может привести к увеличению слепоты. Расширение озоновых дыр приводит к повреждению ДНК, последствия которого может быть катастрофическими.

Водные растения и животные тоже подвержены опасному
воздействию. Ультрафиолетовые лучи могут проникать через воду и убивать
маленькие растения и животных. Если озоновая дыра продолжит расширяться,
растительность постепенно исчезнет, уменьшая количество пищи во всем мире. Итог
– гибель всего живого на планете.

Последствия озоновых дыр, причиненные ими повреждения до сих пор не очень хорошо поняты. Помимо постепенного уменьшения озонового слоя во всем мире, имеется мало поддающихся количественной оценке свидетельств появления новых дыр. Несмотря на это, ряд стран работает над уменьшением ущерба.

Как предупредить дальнейшее разрушение озонового слоя?

Борьба с этим явлением заключается в том, что ХФУ были запрещены,
особенно в аэрозольных баллончиках и различных электрических
приборах. Было заключено много соглашений, направленных на то, чтобы
постепенно прекращать использование газов. Тем не менее, это встретило
большое сопротивление со стороны отраслей промышленности, которые основаны на производстве
и использовании газов.

Одновременно началась масштабная акция, направленная на
информирование общества об экологических проблемах, стоящих перед
планетой. В результате закладывается основа для общественного мнения и
соответствующих действий по таким вопросам,
как загрязнение, парниковые газы, глобальное
потепление и климатический кризис.

Финансируются исследования ученых, которые ищут ответ на вопрос, как
погодные условия и природные явления могут быть нарушены небольшими изменениями
в атмосфере. Разрушение озона не так серьезно, как когда-то, но тем не
менее оно оказало влияние на планету.

Стоит обратить внимание, что в XXI веке озоновые дыры появляются и расширяются с меньшими темпами, чем в прошлом столетии. Озоновый слой больше не подвергается такой яростной атаке газов, приводящих его к истончению. Причина – большинство правительств и природоохранных ведомств на законодательном уровне добились сокращения выбросов ХФУ. Были введены ограничения, направленные на то, как предупредить появление озоновых дыр.

Этого оказалось достаточно на этом этапе, чтобы предотвратить глобальную катастрофу, заложило основу для дальнейшей работы по сокращению опасных выбросов.

Озоновыми дырами принято считать участки значительного снижения уровня озона в нижних слоях атмосферы. В таких местах потоку солнечной радиации легче проникать к поверхности планеты и оказывать негативное воздействие на все живые организмы, живущие на ней.

Две самые крупные озоновые дыры были зафиксированы у полюсов Земли — над Антарктидой и Арктикой. Позже подобные бреши были зафиксированы над территорией Канады, Гренландии, Китая и России. Появление озоновых дыр не носит постоянный характер: со временем они затягиваются и могут образоваться в других регионах.

Механизм образования

В то время, когда на полюсах наступает долгая полярная ночь, из-за резкого снижения температуры формируются стратосферные облака с ледяными кристалликами. Как следствие, под такими облаками накапливается молекулярный хлор, бром, водород и другие вещества, с которыми вступает в реакцию химически активный озон. Дыра, образовавшаяся в озоновом слое, затягивается тогда, когда наступает полярный день. В это время под действием солнечного света к полюсам направляются потоки воздуха с новыми порциями озона.

Причины появления

Существует много причин образования озоновых дыр, но один из основных факторов, приводящий к падению концентрации озона — это загрязнение окружающей среды в результате хозяйственной деятельности человека.

Химические соединения, обладающие высоким озоноразрушающим потенциалом, это:

• простые атомы (водорода, хлора, брома);
• неорганические вещества (хлороводород, моноксид азота);
• органические вещества (метан, фреоны).

Выбросы промышленных объектов

Отсутствие или низкая эффективность очистительных сооружений на тепловых электростанциях и промышленных объектах приводят к значительному загрязнению атмосферы газодымовыми выбросами. Уголь высокой зольности, который сжигают тепловые электростанции, приводит к образованию углекислого и сернистого газов. От комбинатов по производству химических реагентов, удобрений, пестицидов в атмосферу поступают соединения хлора и фтора.

Ядерные испытания

В результате ядерных испытаний в атмосфере образовывалось огромное количество оксидов азота, способных вступать в реакцию с озоном и разрушать его структуру. И хоть ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, но экологическая проблема, вызванная ими, существует по сей день.

Полёты реактивных самолётов

Запуски космических ракет и полёты сверхзвуковых реактивных самолётов провоцируют выброс в воздушное пространство значительного количества оксидов азота. Это происходит после сгорания топлива в турбинах.

Чем больше мощность турбореактивного двигателя, тем выше температура в камерах его сгорания, и, соответственно, больше азотных окислов выбрасывает это воздушное судно в атмосферу. Согласно подсчётам учёных, ежегодный объём азота, выбрасываемого в воздух, составляет 1 миллион тонн, из них одна треть приходится на воздушный транспорт.

Негативное влияние на озоновую оболочку планеты оказывает и запуск ракетных установок.

Использование минеральных удобрений

Использование минеральных удобрений в сельском хозяйстве служит предпосылкой для формирования в атмосфере окислов азота. Попадая в грунт, компоненты минеральных удобрений вступают в реакции с почвенными бактериями, что приводит к образованию закиси азота, из которой образуются окислы.

Где располагается большинство озоновых дыр

Первая большая брешь в озоновом слое была зафиксирована английским учёным Джо Фарменом над Антарктидой в 1985 году. Дыра увеличивалась в августе и исчезала к наступлению зимнего сезона, к декабрю. Вторая аномальная зона была замечена над Арктикой в 1992 году.

На сегодняшний день значительная по размерам озоновая дыра расположилась над Китаем. Нарушения озонового слоя существуют и над Западной Сибирью — над Хакасией и Тюменью, а также над Омской, Кемеровской, Томской областями и Алтайским краем.

Следует отметить, что со временем озоновые дыры способны затягиваться и образовываться в совершенно иных местах.

Последствия явления

Ослабление озонового слоя усиливает губительное воздействие солнечного излучения на растения, животных и людей.

Увеличение случаев кожных и онкологических заболеваний у людей

Даже незначительные бреши в озоновом пространстве влекут за собой ухудшение сопротивляемости человека к различным заболеваниям, поражения органов зрения. Учёные полагают, что при уменьшении озонового слоя лишь на 1% число заболеваний раком кожи увеличится в тысячу раз. Дело в том, что при увеличении ультрафиолетового облучения меланоциты, находящиеся в коже человека, начинают лавинообразно делиться. Это даёт начало росту меланомы — опасной злокачественной болезни.

Увеличение смертности среди представителей флоры и фауны

Растения оказываются самыми чувствительными к вредному воздействию ультрафиолета. Нарушение функции образования хлорофилла приводит в итоге к исчезновению некоторых видов растений. Это влечёт за собой уменьшение поголовья травоядных животных. Без озоновой защиты поток солнечной радиации, попадая в поверхностные слои воды, вызывает гибель планктона. Это провоцирует недостаток пищи для рыб и млекопитающих, популяция которых так же может стремительно уменьшаться.

Пути решения проблемы

Чтобы приостановить процесс разрушения защитного озонового слоя, необходимы кардинально новые научные пути решения проблемы. Они должны позволить производить, отапливать и летать без применения веществ с высоким озоноразрушающим потенциалом.

Мероприятия по восстановлению озонового слоя

Чтобы запустить процесс восстановления озонового слоя, необходимо:

• уменьшать поступление в атмосферу веществ с высоким озоноразрушающим потенциалом;
• использовать хладагенты, не содержащие хлора;
• проводить высадки зелёных насаждений;
• производить подпитку озоном — распылять в стратосфере искусственно созданный озон.

Усовершенствование очистных сооружений на промышленных объектах

Так как большинство крупных промышленных предприятий было построено ещё в середине — конце прошлого века, их очистные сооружения устарели и нуждаются в модернизации. К примеру, на дымоотводящие трубы должны быть установлены специальные фильтры.

Использование альтернативных источников энергии

Проблема дыр в озоновом экране частично будет решена при переходе на более экологичный образ жизни. Необходимо на мировом уровне осуществлять переход на электромобили, которые должны прийти на смену автомобилям с вредными выхлопными газами. В качестве альтернативных источников энергии нужно рассматривать природную силу ветра, солнца, воды.

Также необходимо расширять возможности применения биоэнергии, вырабатываемой микроорганизмами, растениями и водорослями.

ООН в конце прошлого года объявила о постепенном восстановлении озонового слоя Земли. Одновременно спутниковые наблюдения показывают, что сезон озоновых дыр в Антарктиде последние годы продолжается аномально долго. «Хайтек» разбирается, что происходит с защитной частью стратосферы и достиг ли Монреальский протокол успеха.

В 2022 году Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и Программа ООН по окружающей среде представили отчет о результатах оценки истощения озонового слоя Земли. Подобное исследование проводится раз в четыре года для оценки достижения целей Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Результаты долгосрочных наблюдений показывают постепенное восстановление защитного слоя земной атмосферы.

Одновременно исследователи из Службы мониторинга атмосферы европейской космической программы «Коперник» сообщили, что озоновая дыра над Антарктидой в 2022 году стала 12-й крупнейшей за 43 года наблюдений. При этом вот уже три года подряд озоновая дыра над южным полюсом Земли закрывается аномально поздно: только в конце декабря.

Что такое озоновый слой и озоновая дыра?

Озон — бесцветный газ, распространенный во всех слоях атмосферы. Это аллотропная модификация кислорода, в которой соединяются три атома этого химического элемента. Озон — очень мощный окислитель: он намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород, и вступает в химическое взаимодействие практически со всеми металлам и неметаллами, многими неорганическими и органическими веществами.

Большая часть озона земной атмосферы (около 90%) находится в стратосфере. Это часть газовой оболочки Земли, которая начинается на высоте около 10–16 км (в зависимости от широты) над поверхностью планеты и простирается до высоты около 50 км. Озон в стратосфере защищает жизнь на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения.

Озоновая дыра — это область, как правило, в полярных регионах, в которой общее содержание озона в атмосферном столбе (столбе воздуха площадью 1 м²) опускается ниже 220 единиц Добсона. Одна такая единица равна слою озона 10 мкм при стандартных давлении и температуре. 

Как правило, когда говорят об озоновых дырах, имеют в виду истончение озонового слоя над Антарктидой. Это связано с тем, что особые метеорологические и химические условия, формирующиеся над южным полюсом, усиливают антропогенное воздействие на стратосферу. 

Низкие температуры полярной ночи и разница между полюсами холода и более теплыми умеренными зонами приводит к формированию стратосферного полярного вихря. Он состоит из сильных воздушных потоков, циркулирующих высоко в атмосфере над Антарктидой, изолирующих холодный воздух над и позволяющих накапливать химические вещества, разрушающие озоновый слой. В результате каждую весну в южном полушарии над регионом формируется озоновая дыра.

Тем не менее, это не единственный известный подобный объект. Аналогичные (хоть из-за близости к горным массивам материка и менее регулярные и менее устойчивые) процессы можно наблюдать и у северного полюса. А канадский исследователь в прошлом году сообщил об открытии крупной озоновой дыры в тропическом регионе. 

Как изменялась озоновая дыра в 2022 году?

Как и каждый год, приход австралийского лета (в южном полушарии весна начинается с сентября, а лето в декабре) с относительно более высокими стратосферными температурами приводит к тому, что полярный вихрь распадается. В результате более высокая концентрация озона в средних широтах перемещается к южному полярному региону, заполняя истощенную область и закрывая дыру.  

Но в то время, как средняя площадь озоновой дыры обычно быстро уменьшается в октябре и еще быстрее в ноябре, в последние три года исследователи наблюдают, что озоновая дыра сохраняется до ноября и закрывается только в декабре. Данные многолетних наблюдений показывают, что раньше это происходило в конце октября или ноябре, а в 2022 году озоновая дыра закрылась только в середине декабря. При этом самая продолжительная за всю историю наблюдений озоновая дыра в 2020 году просуществовала еще дольше и закрылась только 28 декабря.

Исследование со спутника показало, что в 2022 году максимальная площадь озоновой дыры составила почти 25 млн км². Это 12-й результат за всю историю наблюдений с 1979 года. При этом ранее исследователи фиксировали долгосрочный тренд на сокращение площади дыры с 2000 года, только последние три года нарушают эту тенденцию. 

Восстановление озонового слоя или рост дыр?

Как отмечается в исследовании ООН и ВМО, концентрации разрушающих озон веществ в стратосфере хоть и медленно, но изменяется: она снижается с конца 1990-х годов. Это связано, как полагают исследователи, с принятием Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Этот документ, принятый в 1987 году и вступивший в силу в 1989 году, определил перечень мер по защите озонового слоя. Прежде всего ввел поэтапное ограничение на производство и применение хлорфторуглеродов.

Тем не менее, тот факт, что этот продолжительный «сезон озоновых дыр» повторяется в третий раз подряд, предполагает, что в стратосфере Южного полюса могут действовать дополнительные факторы. Исследователи из службы мониторинга атмосферы европейской космической программы «Коперник» называют три возможных фактора, два из которых постоянны, а третий — характерен только для 2022 года.

Во-первых, размер и продолжительность жизни озоновой дыры может зависеть от силы полярного вихря. Формирующаяся под действием множества климатических факторов область низкого атмосферного давления накапливает большее количество вредных веществ. Например, развитие озоновой дыры в 2019 году было резко остановлено внезапным стратосферным потеплением над Антарктикой в сентябре, которое разрушило полярный вихрь.

Кроме того, область с истощением озонового слоя создает петлю обратной связи через радиационный эффект, замедляя весеннее потепление стратосферы и, следовательно, продлевая срок жизни озоновой дыры.

Во-вторых, глобальное потепление оказывает охлаждающий эффект в средней и верхней стратосфере: парниковый эффект снижает обмен между различными слоями земной атмосферы (более теплые воздушные массы остаются «запертыми» в нижних слоях). Как полагают исследователи, снижение температуры стратосферы влияет на рост и увеличение «продолжительности жизни» озоновых дыр.

Наконец, в 2022 году произошло мощное извержение вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай. Выброс огромного массива аэрозолей и частиц пепла привел к одним из самых масштабных возмущений в стратосфере за многие годы. Хотя влияние выброса на состояние озонового слоя пока мало изучено, исследователи полагают, что он мог привести к увеличению размера и срока жизни озоновой дыры.

Все это свидетельствует о том, что локальные изменения год к году в Антарктиде не противоречат глобальному тренду на восстановление озонового слоя в целом в атмосфере Земли. Тем не менее, из-за высокой продолжительности жизни химических веществ, которые разрушают озон, потребуется еще несколько десятилетий. 

ООН и ВМО в своем отчете прогнозируют, что в приполярных областях Антарктиды концентрация озона вернется к уровням до 1980-х годов только к 2066 году. При этом прогноз для Арктики более позитивный — 2045 год, а в среднем для большей части земного шара в зоне, расположенной между 60° с.ш. и 60° ю.ш., — примерно к 2040 году.

Читать далее:

Гигантское солнечное пятно поворачивается к Земле. Его видно невооруженным взглядом

Ученые придумали, как восстановить сердце после приступа

TESS открыл «новую Землю»: каменная планета с водой находится в обитаемой зоне

Земля — особенная планета, с неповторимой природой. От остальных планет Земля отличается тем, что она одна пригодна для жизни людей, животных, насекомых и растений. Сохранение экосистемы считается основной задачей современности. В 90-х годах XX столетия экологи приступили к изучению озоновых дыр. Чтобы осознать насколько глобальная проблема, ее надо изучить со всех сторон.

Что такое озоновые дыры?

Газовая оболочка требуется для обеспечения жизнедеятельности. Это составляющая экосистемы разрушается из-за нагрузки, создаваемой человеком. Разрушение происходит не по всей области земного шара, а локально. Последствия, которые грозят человечеству, заставляют каждого углубиться в исследования.

Озон — голубое газообразное вещество, обладающее специфическим запахом. Он располагается на уровне до 50 км от поверхности земли, но большая часть расположена в пределах 25 км.

Многие полагают, что дыра в стратосфере это некая брешь. Такое рассуждение неправильное. Озоновая дыра — снижение концентрации этого газа. Ощутить запах можно после дождя. Причины возникновения волнует геофизиков на протяжении долгих лет.

История открытия озоновых дыр в атмосфере

Первооткрывателем такого явления, как озоновые дыры заслуженно считают английского ученого Джо Фармена. В 1985 году он установил ее местонахождение в Южной части планеты. Учеными выявлена цикличность появления брешей. Она разрасталась в конце лета — в августе и исчезала к наступлению зимнего сезона, к декабрю. В момент обнаружения концентрация газа упала на 40%. Следом, в 1992 году вторая аномальная зона была зафиксирована в Северной части земного шара.

Причины озоновых дыр

Возникновение озоновых дыр — результат процессов, заложенных в природе.

Антропогенной причиной появления считается ежедневно разрастающееся количество производственных предприятий. Проблема в том, что в результате действий человека в атмосферу постоянно производятся выбросы агрессивных компонентов:

• хлор;
• водород;
• бром;
• фреон;
• хлороводород;
• азотосодержащие вещества;
• метан и другие газы.

Восстановление стратосферы займёт не один десяток лет. Это объясняется огромным уровнем фреонов которые накопились в природе. Агрессивные компоненты способны существовать десятилетиями, а другие столетиями. Попадая в стратосферу, они контактируют с озоном, вызывая разрушительную реакцию.

Еще один фактор: участившиеся полеты в космос на ракетах и эксплуатация самолетов на большой высоте.

Основные регионы возникновения озоновых дыр

Первые упоминания о природной аномалии появились с момента обнаружения озоновой дыры над Антарктидой, следом ее обнаружили над Арктикой. Эти две озоновые дыры признаны самыми большими и периодически достигают критических отметок. С тех пор геофизики обнаруживают их в разных уголках света.

Особое внимание привлекает озоновая дыра, которая находится над Китаем. Она образовалась и разрастается из-за выбросов четыреххлористого углерода и тетрахлорметана. Установленные стандарты игнорируются страной, а выбросы озоноразрушающих компонентов увеличились. Несмотря на постоянное отслеживание экологической ситуации, еще неизвестно какое предприятие нарушает стандарты.

Значительная по размерам дыра расположилась над Западной Сибирью. Она накрыла Томскую, Омскую, Кемеровскую области, Алтайский край, территорию Хакасии и Тюмени. Снижение уровня озона на сибирской территории достигает 50%.

Следует отметить, что расположение их непостоянно. С течением времени они могут затягиваться и образовываться в совершенно новых местах. Отслеживание их образования стало гораздо более доступным нежели в конце XX века.

Гипотезы о естественном происхождении озоновой дыры

Изучением и сбором доказательной базы о естественном образовании озоновых дыр занимались А.П.Капица и А.А.Гаврилов. Труды ученых изложены в 1999 году в издании «Тайфун». Они доказали, что количество фактов, подтверждающих естественное образование, постоянно возрастает.

Гипотезы подтверждаются фактом образования озоновых дыр в Антарктиде еще задолго до их изучения. Критически низкие значения концентрации озона установлены в 1957-59 годах. Эти факты являются основополагающими для геофизиков при изучении вопроса.

Как образуются озоновые дыры?

Изучения естественных процессов выявили 2 гипотезы:

1. В недрах Земли постоянно происходят процессы, в результате которых через слои почвы пробираются сложные органические соединения. Они разрушают слой, а также являются основным последствием расширения озоновых дыр. В периоды вулканической активности происходят самые объемные выбросы продуктов сгорания. Они разрушают стратосферу.
2. Также учеными разработана вторая теория. В атмосфере идет постоянный обмен молекулами. Тяжелые молекулы газа опускаются на землю и разрушаются под естественным атмосферным давлением. Далее озон преобразуется из кислорода в тяжелый газ, путем воздействия на него ультрафиолетового излучения от солнца. Но полярная ночь не дает возможности для работы слаженного механизма. Это приводит к образованию дыр. Вторая теория объясняет появление на полюсах.

Последствия озоновых дыр

Солнце — источник тепла и света на планете Земля. Благодаря Солнцу в природе происходит постоянное развитие живого и нового. Но воздействие яркой звезды может стать губительным без озонового слоя.

Основная задача стратосферы — обеспечение защитных функций от негативного ультрафиолетового излучения. Этот слой является фильтром. Расширение озоновых дыр приводит к повышению температуры, что провоцирует парниковый эффект и пагубно влияет на здоровье человека. Многие живые организмы погибнут из-за прямого воздействия лучей солнца.

Разрушение озонового слоя может привести к увеличению числа онкологических заболеваний. Для животных, растений, насекомых и даже бактерий это воздействие окажется не менее губительным. Наиболее страшным последствием образования озоновых дыр является вымирание живых существ и организмов на Земле. Данной участи нельзя избежать и морским обитателям.

Дыра, расположенная над территорией Австралии уже привела к засухе и упадку сельскохозяйственной деятельности.

Способы решения проблемы

Образование озоновых дыр относится к важным экологическим вопросам. Обсуждение темы происходит на мировом уровне. Чтобы действия имели успех нужно изменить подход к научной, производственной и сельскохозяйственной деятельности. Выделяется 3 фактора, которые замедлят губительный процесс в стратосфере:

• установка очистного оборудования на дымоотводящие трубы;

• замена удобрений, содержащих химические вещества, на органические;

• замена традиционного топлива электричеством.

Благотворное влияние на разрешение природной проблемы имеет переход на альтернативные источники питания. Используются сила ветра и солнце.

Можно ли восстановить озоновые дыры?

Чтобы предупредить появление озоновых дыр проще не допустить их появления. Но когда проблема уже существует, то надо принимать меры для восстановления верхних слоев газовой оболочки.

Первым этапом для стабилизации экологической ситуации стало установление в 1985 году Венской конвенции об охране озонового слоя. После этого, в 1987 году утвержден Монреальский протокол. В нем описан перечень озоноразрущающих элементов и рекомендации относительно регулирования выбросов в атмосферу, указана необходимость сокращения количества транспортных средств. Стоит отметить, что Китай в последнем пункте преуспел. Правительство ввело квоты на изготовление и выпуск автотранспортных средств.

Сегодня уже заметно восстановление озонового слоя. Показательным является пример с антарктической озоновой дырой. При обнаружении в 1985 году диаметр превышал 1000 км. После начала восстановительных действий над проблемой в начале 21 века видна положительная динамика в разрешении вопроса. Размер сократился на площадь, сравнимую с территорией Индии.

Ученые разработали план по восстановлению стратосферы. Согласно нему на высоте 12-30 км над уровнем Земли при помощи специального оборудования распыляют кислород или искусственно выработанный озон. Но данный способ требует ощутимых вложений. К тому же сама транспортировка — опасное мероприятие.

Обсуждение проблемы происходит ежегодно в рамках Парижской конференции. Прогнозы ученых звучат оптимистично. По их мнению аномалия над Антарктидой нейтрализуется уже к 2021 году.

Последствия необдуманного воздействия человечества на природу уже сегодня влияют на качество жизни и кроют в себе опасность. Осознав глобальность такого вопроса как “озоновая дыра”, человечество начинает ежедневно оценивать действия и бороться с возможными последствиями. Если о планете заботится только один человек или небольшая группа, то результатов достичь невозможно. Обсуждение проблемы надо поднимать на мировой уровень.

Озоновые дыры

Земля — это единственная планета в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Существование живых организмов возможно потому, что планету защищает от смертоносного солнечного излучения озоновый слой, расположенный в стратосфере (10 – 50 км от планетарной поверхности). Озон – газ голубоватого цвета, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Его название в переводе с греческого языка означает «пахнущий». Действительно, после грозы, глубоко вдохнув воздух, можно почувствовать, как пахнет газ.

Без озонового слоя планета буквально сгорит под ультрафиолетовым воздействием Солнца. Однако человечество так и не научилось быть благодарным за возможность жить на Земле. Озоновые дыры существовали на планете всегда. Они то появляются, то исчезают по естественным причинам. Однако в результате антропогенной деятельности отмечается опасное расширение незащищенных озоном участков атмосферы, из-за чего Земля становится все более подверженной воздействию ультрафиолета.

Что такое озоновые дыры?

Не стоит думать, что озоновая дыра – пространство в атмосфере, полностью лишенное защитного газа. В действительности озон на этом участке присутствует, но в меньшей концентрации. Сквозь такой участок атмосферы ультрафиолетовому излучению легче пробиться к земной поверхности. В пределах озоновой дыры концентрация голубого газа может составлять всего 30% от нормы.

Первую и самую большую озоновую дыру, в диаметре достигающую 1000 км, выявили в 1985 году над Антарктидой. Концентрация газа в этом пространстве была ниже нормы на 50%, причем наибольшее истощение озонового слоя отмечалось на расстоянии 15 – 20 км от планетарной поверхности.

Для дыры над южной приполярной областью характерна сезонность появления и исчезновения. Существенное снижение концентрации газа отмечается в конце зимы и ранней весной (в южном полушарии это август и сентябрь). Обусловлено такое явление особенностями приполярного климата.

В период антарктической зимы вследствие понижения температуры воздуха формируется вихрь. Воздушная масса в составе вихря циркулирует вокруг южного полюса. Смешивание с воздушными массами других широт слабое, либо вообще отсутствует. В период полярной зимы планетарная поверхность лишена солнечного света, формирование озона остановлено. А накопившийся летом газ постепенно разрушается, так как молекулы вещества не отличаются стабильностью. Когда заканчивается полярная ночь, возвращается антарктическое лето, концентрация озона начинает медленно расти и к концу лета достигает максимального значения.

Аналогичная сезонная дыра, но не такая крупная, находится над Северным Ледовитым океаном. Образования меньшего размера выявляются исследователями по всему земному шару.

Причины разрушения озонового слоя

Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов:

• естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха);
• антропогенные (обусловленные влиянием человека).

Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.

Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.

Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет вулканическая активность. При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.

Однако в последние десятилетия нарушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.

Основные источники загрязнения атмосферного пространства:

• заводы и фабрики, не снабженные или недостаточно снабженные очистными установками;
• ТЭЦ;
• вносимые в обрабатываемые земли минеральные удобрения;
• реактивные самолеты;
• ядерные взрывы.

При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.

Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.

Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.

Последствия озоновых дыр

Уменьшение озонового слоя приводит к усилению воздействия солнечного излучения на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана несет смертельную опасность для живых организмов.

Главным последствием разрушения озонового слоя Земли станет вымирание всех представителей животного и растительного мира. Уже сегодня ученые отмечают массовую гибель морских планктонных видов и глубоководных обитателей вследствие усилившегося негативного воздействия ультрафиолета.

Что касается влияния на человека, то повышение солнечной радиации отрицательно сказывается на состоянии кожного покрова, становится причиной возрастания случаев меланомы – рака кожи. Если количество поступающего на Землю ультрафиолета будет расти, то возрастет заболеваемость и другими онкологическими патологиями. Так, если уровень голубого газа в стратосфере понизится еще на 1%, то количество раковых больных будет повышаться на 7 тысяч в год.

Способы решения проблемы

Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.

Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:

• усовершенствование очистительных конструкций на заводских трубах;
• сокращение применения минеральных удобрений;
• создание транспортных средств, работающих не на горючем топливе, а на электричестве и иных источниках энергии.

Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.

В 1985 году принята Венская конвекция о защите озонового слоя. В 1987 году создан Монреальский протокол, в котором перечислены самые вредные летучие вещества, появляющиеся в воздушном пространстве в результате человеческой деятельности. Страны-участницы обязались сократить выбросы этих веществ, а к началу 21 века исключить.

Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.

Источник

Истощение озонового слоя: причины и последствия

Озоновый слой (его ещё называют «озоносферой») — часть атмосферы нашей планеты. Он пролегает между стратосферой и тропосферой на высоте 25-30 км в тропических широтах, 20-25 — в умеренных, и 15-25 — на полярном круге. Как ясно из названия, по большей части он состоит из озона — одной из модификаций хорошо знакомого нам кислорода, образующейся при воздействии на него ультрафиолетового излучения от солнца.

Без озонового слоя появление столь многочисленной и разнообразной фауны на нашей планеты было бы невозможным: как и кислород, озон поглощает часть ультрафиолетового излучения и солнечной радиации, защищая человека и животных от вредоносного воздействия. Кроме того, излишнее количество ультрафиолета затрудняло бы фотосинтез в растениях и снижало бы продуктивность сельского хозяйства. Важно понимать, что озон абсорбирует ультрафиолет и радиацию, однако почти не поглощает видимый свет и оставляет растениям достаточное количество солнечной энергии для фотосинтеза.

Кроме того, озоновый слой выполняет такие функции:

• Нейтрализует углекислый газ;
• Отражает космическое излучение;
• Регулирует температуру на поверхности Земли;
• Удерживает кислород.

Что такое озоновые дыры и откуда они берутся

Озоновой дырой называют падение концентрации озона на конкретном участке атмосферы. Впервые это явление заметили британские учёные Джон Шанклин, Джо Фармен и Брайан Гардинер. В своей статье известному научному журналу Nature они описали свои наблюдения, суть которых заключалась в том, что каждый год (как правило, в августе) над Арктикой появляются многочисленные озоновые дыры общей площадью более двух миллионов квадратных километров. Продолжительность их существования в среднем — семь дней.

После продолжительных исследований учёные смогли установить причину этого явления. Во время наступления продолжительной «полярной ночи», солнце прячется за горизонт, из-за чего резко падает температура и сокращается поступление ультрафиолета в атмосферу. Как результат — в стратосфере появляются облака, состоящие из кристаллов льда. В таких кристаллах накапливается хлор, который, после череды сложных химических реакций превращает озон (который, как мы помним, лишь модификация кислорода) обратно в кислород. Одна молекула хлора способна уничтожить миллион молекул озона.

По окончании полярной ночи и наступлении полярного дня, эти дыры затягиваются, ультрафиолет снова начинает взаимодействовать с кислородом и превращать его в озон.

Причины разрушения озонового слоя

Вопреки распространённому мнению, человек — не единственный виновник возникновения озоновых дыр, к этому явлению приводят и некоторые природные факторы. Прежде всего — газы, заключённые в земной коре, в породах или в воде, в растворённом виде. Относительно недавно учёные установили, что, к примеру, во время извержения вулкана, из пород поднимается большой объём газа, содержащего фторуглеводороды, расщепляющие озон.

Современная наука, однако, считает главной причиной появления озоновых дыр всё-таки антропологический фактор, то есть человека. Озон — неустойчивый газ, и он легко разрушается, взаимодействуя со многими веществами, который человек выбрасывает в воздух в результате своей жизнедеятельности: бром, хлор, фреоны, водород.

Главными источниками подобных выбросов являются:

• Промышленные предприятия — фабрики и заводы без очистных сооружений;
• Минеральные удобрения;
• Теплоэлектростанции;
• Ядерные взрывы;
• Запуск ракет в космос;
• Реактивные самолёты.

Тем не менее, основная причина разрушения озонового слоя — фреоны (хлорфторуглероды или ХФУ), на которых стоит остановиться подробнее. Это целая группа веществ-хладагентов, которые используются, в первую очередь, при изготовлении холодильников и морозильных камер, — раньше для этих задач использовали токсичные вещества вроде аммиака или сернистого газа. Кроме того, хлорфторуглероды используются при изготовлении аэрозолей, растворителей, вспенивателей, а также в парфюмерии и пищевой промышленности.

При всей своей полезности фреоны наносят вред озоновому слою: при воздействии солнечной радиации они разлагаются на вещества, которые расщепляют озон, превращая его в кислород. Когда учёные заметили эту реакцию и забили тревогу, ООН по окружающей среде вместе со Всемирной Метеорологической Организацией организовали подписание так называемого Монреальского протокола. Промышленники, дипломаты, политики и учёные со всего мира собрались в канадском городе Монреаль и подписали договорённость о том, что в их странах начнётся постепенный отказ от фреонов и поиск новых, безопасных ему альтернатив. Протокол был подписан в 1987-м году, начал действовать — два года спустя, в 1989-м.

Мифы об озоновых дырах

Несмотря на то, что истончение озонового слоя — вполне реальная проблема, чреватая реальными проблемами, нужно признать: для многих людей, не проявляющих особенного внимание к науке, она может казаться мифичной и абстрактной. Как результат — множество ненаучных теорий, созданных конспирологами и невнимательными журналистами, охотно их подхватывающих в попытке раздуть «сенсацию». Вот лишь некоторые из подобных теорий:

1. Фреоны не влияют на образование озоновых дым, потому что они слишком тяжёлые и не могут достичь стратосферы. Да, фреоны действительно тяжелее кислорода и азота, однако нужно понимать, что газы в атмосфере расположены не слоями, а перемешиваются вместе. Как результат — и фреоны, и тяжёлые инертные газы, и прочие загрязняющие вещества равномерно распределяются в атмосфере, достигая и стратосферы, — примерно, за пять лет, как показывают эксперименты и исследования.

Вот самый очевидный аргумент, с которым сторонники этой теории поспорить не могут: если бы в атмосфере нашей планеты газы не смешивались, входящие в её состав углекислый газ и аргон образовали бы слой толщиной в несколько десятков метров. Такие условия лишили бы Землю возможности стать обитаемой.

2. Урон озоновому слою от хлорфторуглеродов (ХФУ) — вымысел, пролоббированный промышленниками, которым выгодно продавать более дорогие хладагенты. Токсичные хлорфторуглероды — довольно дешёвое вещество, которое активно использовали (а некоторые продолжают использовать) при создании аэрозолей, изоляционных материалов, пенопласта, хладагентов для холодильников.

Приведённое выше утверждения легко опровергается простой исторической справкой и логикой. В семидесятых были опубликованы первые данные о вредоносном воздействии фреонов на стратосферу нашей планеты. Вскоре, в июле 1975-го года, глава крупной американской компании DuPont написал для журнала Chemical Week статью, в которой резко критиковал приведённые данные, называя теорию о разрушении озонового слоя «научной фантастикой» и «бессмысленным вздором». Нетрудно угадать, что бытовые хладагенты из хлорфторуглеродов изготавливала, в том числе, DuPont.

На самом деле, альтернативой ХФУ стали куда более дешёвые газы природного происхождения, которые не нужно было синтезировать в дорогостоящих лабораторных условиях: в аэрозолях стали использовать бутан и пропан, в качества хладагента для холодильников — углеводород, а для теплоизоляции — циклопентан.

3. Озоновая дыра должна находиться не над Антарктикой, а над населёнными территориями, — там, где активно используют фреоны. И снова нам стоит вернуться к физическим свойствам атмосферы и вспомнить, что газы в ней перемешиваются. Фреоны перемешиваются вместе с другими газами в стратосфере и тропосфере и из-за низкой реакционной способности могут находиться там годами, а то и десятилетиями, перемещаясь и распространяясь над всей территорией планеты.

Нужно понимать, что озоновая дыра — это не «дыра» в прямом смысле, у неё нет чётких территориальных границ. Это абстрактное явление, подразумевающее сниженную концентрацию озона. Обычно его замечают в Антарктике, но лишь потому, что только здесь бывает полярная ночь, когда долго нет солнца и тепла, из-за чего уровень озона падает до рекордно низких значений.

Последствия истончения озонового слоя

Как мы уже говорили выше, озон абсорбирует значительную часть ультрафиолетового излучения от солнца. Очевидно, что при снижении концентрации озона в атмосфере человек получает повышенную дозу ультрафиолета. Учёные установили, что это приводит к возникновению рака кожи и злокачественной меланомы, а также к серьёзными заболеваниям глаз — к катаракте и помутнению глазного хрусталика.

Сниженная концентрация озона в атмосфере — серьёзная проблема для морской фауны. Фитопланктон, важнейшее звено в пищевых цепочках морских обитателей, живёт в верхних слоях водной толщи. Учёными установлено, что чрезмерное солнечное излучение мешает ему ориентироваться в пространстве, и, собственно говоря, жить, — исследования подтвердили зависимость интенсивности ультрафиолетовых лучей и выживаемости фитопланктона.

Чрезмерное количество ультрафиолета оказывает негативное влияние и на растения, которые обычно куда проще свыкаются с внешними факторами, чем любые другие живые организмы. Ультрафиолет может влиять на форму и размер растений, продолжительность жизни, вторичный метаболизм, изменять способ распределения питательных веществ внутри растения.

Если бы человечество вовремя не осознало серьёзность такой проблемы как истощение озонового слоя, последствия были бы куда серьёзнее: уже к середине двадцать первого века исчезло бы более 60% озоносферы нашей планеты, в результате чего ультрафиолетовое излучение, достигающее поверхности Земли стало бы таким сильным, что было бы способным вызывать у человека солнечные ожоги за считанные минуты, а вероятность мутации под воздействием солнечной радиации увеличилось бы более, чем в шесть раз.

Пути решения проблемы разрушения озонового слоя

К счастью, однако, описанная выше ситуация — это антиутопия, вряд ли ждущая человечество в действительности. Начиная с семидесятых годов, силами активистов и некоммерческих компаний, во всём мире начали активно бороться за защиту озонового слоя. Значительно снижено потребление и производство веществ и соединений, негативно влияющей на озоносферу. Им были найдены безопасные природные альтернативы: пропан, изобутан, аммиак, углекислый газ. Удивительно, но практически все страны мира согласились с необходимостью подобных мер и вот уже несколько десятилетий неукоснительно им следуют. Один из немногих случаев серьёзного нарушения был зафиксирован в 2018-м году в Китае, где 18 фабрик признались в использовании фреонов.

В России охрана озонового слоя и контроль за его истончением закреплены на законодательном уровне. Регламентированы такие защитные мероприятия по охране озонового слоя:

• Организация постоянного наблюдения за состоянием озонового слоя;
• Постоянный контроль за изменениями климата;
• Контроль за соблюдением промышленными предприятиями нормативов по выбросам вредных веществ в атмосферу;
• Контроль и регуляция производства химических веществ и соединений, оказывающих вредоносное влияние на озоновый слой;
• Применение санкций (штрафов и проч.) в случае несоблюдения описанных выше требований.

На самом деле, сделать свой вклад в защиту озонового слоя может каждый из нас, достаточно лишь следовать нескольким простым (и известным) правилам: при возможности — переходить на экологически чистые виды топлива и правильно утилизировать токсичные отходы (батарейки, бытовая химия). Если каждый (или хотя бы большинство) из нас будет помнить, каковы причины и последствия разрушения озонового слоя, а крупные промышленники — следовать международным договоренностям, то уже к 60-м годам 21-го века экологическая проблема истощение озонового слоя может быть закрыта навсегда.

Источник

Озоновый слой находится в стратосфере Земли и защищает все живое от ультрафиолетового и космического излучения. С конца 1970-х гг. ученые сообщают о постепенном разрушении защитной оболочки. Причины разрушения озонового слоя и последствия этого процесса до конца не изучены.

Что такое озоновый слой

Озон (О3) – это аллотропная модификация кислорода. Молекула этого вещества состоит из трех атомов кислорода. Наибольшие концентрации О3 образуют в стратосфере слой толщиной несколько десятков километров. Если бы все количество этого вещества, находящегося в стратосфере, сжать до нормального атмосферного давления, получилась бы тонкая прослойка толщиной 3 мм.

Озоновый экран был открыт в 1913 г. французскими учеными Ш. Фабри и А. Бюиссоном. Изучение активности Солнца показали, что излучение, которое достигает поверхности Земли, соответствует спектру абсолютно черного тела при температуре 5,5 – 6 тыс. градусов по Кельвину, за исключением отсутствующих волн в ультрафиолетовой части спектра с длиной волны менее 310 нм. Ученые сделали предположение, что в атмосфере есть вещество, поглощающее эти волны. Дальнейшие исследования показали, что недостающая часть спектра сопоставляется с озоном.

Свойства О3 были детально изучены метеорологом Дж. Добсоном. Этот ученый разработал спектрофотометр – прибор для определения количества стратосферного озона.

Как образуется озоновый слой

Образование озонового экрана началось примерно 1,85 млрд. лет назад и продолжается до сих пор. Озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций воздействия ультрафиолетового излучения на молекулу кислорода О2. Благодаря распаду атомарного кислорода и образовании впоследствии озона поглощается «ближний» – наиболее опасный для здоровья ультрафиолет.

Химически цикл образования озона можно показать так:

Где находится озоновый слой

Он находится в нижней части стратосферы на высоте 15 – 35 км. Концентрация озона на этих высотах – не более 10 частей на миллион частей молекул (для сравнения: концентрация газа во всей атмосфере – не более 0,3 частей на миллион).

Толщина озонового слоя

Толщина этой части стратосферы изменяется во всем мире. Она ниже над экватором и выше над полюсами. Причины таких вариаций связаны с атмосферной циркуляцией и интенсивностью солнечного излучения.

Значительная часть озона образуется над тропиками и переносится в полярную область.

В результате циркуляции Брюера-Добсона в северном полушарии слой озона самый массивный весной и тонкий осенью. В южном полушарии наиболее массивный слой стратосферного озона осенью, а самый низкий – летом.

Для того, чтобы охарактеризовать содержание озона в земной атмосфере, используют единицы Добсона. Слой озона в 3 мм соответствует 300 единицам. Толщина озонового слоя может колебаться от 100 до 600 единиц Добсона.

Озоновый слой и ультрафиолетовое излучение

Озон важен для сохранения жизни на планете, поскольку поглощает опасные ультрафиолетовые лучи, исходящие из Солнца. Все они делятся на три категории:

• УФ-А (с длиной 400–315 нм);
• УФ-В (315 – 280 нм);
• УФ-С (длина этих волн менее 280 нм).

Ультрафиолет С вреден для всего живого на планете.

Часть УФ-В излучения, достигающего поверхности планеты, способна вызывать раковые заболевания кожи, катаракту. Однако некоторые лучи из этой части спектра важны для выработки кожей витамина D.

Озон пропускает практически всю часть УФ-А спектра. Оно менее вредно для ДНК, хотя потенциально способно вызвать преждевременное старение и рак кожи, генетические мутации.

Технический прогресс и озоновые дыры

Озоновая дыра (или аномалия) – это снижение концентрации озона в стратосфере над определенным районом планеты. Наиболее известна антарктическая озоновая дыра. Когда после полярной ночи здесь наступает весна, над значительной частью Антарктиды наблюдается снижение общего содержания озона до 220, иногда даже до 80 единиц Добсона. Одновременно с этим в нижних слоях стратосферы наблюдаются температуры ниже –80 градусов и стратосферные полярные облака. Ученые полагают, что на поверхности этих облаков происходят реакции, разрушающие озон. Катализаторами этого процесса выступают фтор- и хлорсодержащие вещества.

Вещества, разрушающие озон, попадают в воздух из выбросов теплоэлектростанций, заводов, фабрик. Молекулы О3 ввиду своей активности могут реагировать с ними. Таким образом, деятельность человека способствует истощению слоя этого газа.

В осенний и зимний период над Арктикой также образуются озоновые дыры. Однако они имеют меньшую площадь. Время их «жизни» – не более недели.

История обнаружения

Вред, наносимый озоновому экрану хлорфторуглеродами, гирохлорфторуглеродами был обнаружен случайно. В 1974 г. химики Марио Молина и Фрэнк Роланд, работающие в Калифорнийском университете, высказали предположение, что хлорфторуглероды способны разрушать озон. С подобной гипотезой выступил П. Крутцен, исследуя свойства закиси азота.

Но такая связь человеческой деятельности и разрушения озонового слоя была на то время неочевидной. Более того, производители фреонов жестко критиковали ученых. Доказательства о существовании озоновых дыр и связи с ними человеческой деятельности были получены в 1985 г.

В этом году впервые группой британских ученых была обнаружена озоновая дыра над Антарктидой диаметром более 1 тыс. км. Тогда же была опубликована статья об этом в журнале Nature. Дыра появлялась каждый август, а в декабре «затягивалась». Вскоре были установлены некоторые закономерности этого процесса.

Результаты исследований оказались пугающими. Американские ученые, проводившие спутниковые исследования, подтвердили наличие озоновой аномалии. В дальнейшем обнаружено ее увеличение. Стало очевидно, что на решение проблемы разрушения озонового слоя могут уйти десятилетия, и то при условии, что использование озоноразрушающих веществ полностью прекратится.

 Механизм образования

Во время полярной ночи озон не образуется, потому что ультрафиолет не может воздействовать на молекулы кислорода. В свою очередь молекулы озона опускаются и разрушаются, потому что являются неустойчивыми в нормальных условиях. Препятствовать проникновению озона из приполярных широт могут полярные вихри и образование стратосферных облаков. Все это – естественные механизмы образования озоновых дыр.

Химические вещества – фреоны, закись азота и некоторые другие вещества разлагают озон, способствуют увеличению озоновой дыры.

Это – антропогенный фактор в разрушении озонового слоя.

 Антарктическая озоновая дыра

Эта озоновая аномалия образуется в течение продолжительных полярных ночей. Однако в результате техногенных выбросов площадь озоновой дыры заметно увеличилась. Впервые ученые с тревогой заговорили о ней в середине 1980-х гг.

В последние годы размеры антарктической озоновой дыры значительно увеличился. В октябре 2020 года ее площадь составила примерно 24 млн. км2. Это тревожная тенденция: дальнейшее истощение озоновой защиты грозит жизни на Земле.

Распространенные мифы

Многие люди считают, что причины и последствия разрушения озонового экрана не являются проблемой.

В результате этого появились многочисленные ненаучные мифы, поддерживаемые конспирологами. Вот наиболее распространенные заблуждения относительно озоновых дыр.

1. Фреоны тяжелые, а поэтому не достигают стратосферы. Действительно, они тяжелые, однако они в результате постоянного движения воздушных потоков равномерно распределяются в атмосферной оболочке, достигая за определенное время стратосферы. Если бы эта теория была правильной, то, к примеру, углекислота, являющаяся тяжелее воздуха, образовала бы мощный приземный слой, и жизнь на планете была бы невозможной.
2. Вред от фреонов – вымысел, поддерживаемый производителями более дорогих хладагентов. В то же время фреоны дешевые, и их можно активно использовать в технологическом процессе. Этот миф легко опровергается результатами научных исследований.
3. Озоновые дыры должны быть не над Антарктидой, а над промышленными центрами. Это было бы правильно, если бы воздух в атмосфере не перемешивался бы.

Причины разрушения озонового слоя

Современная наука считает, что главная причина разрушения озонового слоя – это деятельность человека. Основной вредитель защиты всего живого от ультрафиолета – это фреоны. Эти вещества применяются для производства хладагентов, аэрозолей, растворителей и проч.

Естественные факторы

Без солнечного излучения озон не может образовываться. В период полярных ночей ультрафиолета нет, следовательно, не может образовываться О3. Между тем, процессы его разрушения сохраняются. Озоновый слой истончается из-за атмосферных вихрей, стратосферных облаков.

В результате извержений вулканов в атмосферу попадает пепел, в котором содержится большое количество веществ, разрушающих озоновый слой.

Антропогенные факторы

Озон истончается по причине выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов. Для человека эти вещества неопасны. Однако они способствуют разрушению молекулы О3.

Выбросы фреона в атмосферу

Фреоны используются в производстве холодильной техники, для получения аэрозолей. Они не ядовиты и устойчивы при высоких температурах. Вещества не встречаются в природе.

Молекулы фреонов содержат атомы хлора, способные разрушать нестабильный озон. В течение ста лет (именно столько времени существует атомарный хлор) один его атом способен уничтожить до ста тысяч молекул О3. Ранее ученые считали, что именно фреоны являются виновниками ослабления защиты от ультрафиолетового и космического излучения. Сегодня же очевидно, что возникновению аномалии способствуют другие факторы.

Запуск спутников и ракет

Двигатели ракет-носителей выделяют огромные количество газов, разрушающих озоновый экран. Подсчитано, что 330 запусков ракеты «Шаттл» хватило бы для того, чтобы полностью уничтожить его. Особую опасность представляют ракетные двигатели на твердом топливе: они выбрасывают соединения хлора.

Использование авиатранспорта на больших высотах

Гражданские самолеты летают на высотах до 13 км. Еще выше поднимается военная авиация. Во время работы двигатель самолета выделяет соединения азота. Поскольку самолеты летают в стратосфере, недалеко нижней границы образования озонового экрана, газы немедленно реагируют с нестабильным озоном, разрушая его.

Применение азотных удобрений

Масштабы использования азотных удобрений представляют угрозу для атмосферы, вернее, ее газового состава. Такие соединения, как аммофос, карбонат, сульфат или сульфид аммония, а также хлористый аммоний в результате разложения выделяют оксиды азота. Они являются опасными для молекул озона.

Вещества, разрушающие озоновый слой

Озоновый слой разрушается из-за воздействия таких веществ:

• хлорфторуглероды;
• окись и закись азота;
• четыреххлористый углерод;
• метилхлороформ;
• хлор;
• бром.

Другие причины

Исследование причин разрушения озонового слоя Земли продолжается. Вполне вероятно, ученые вскоре смогут обнаружить новые факторы, влияющие на толщину защитной оболочки атмосферы. В настоящее время окончательно неясно, насколько влияют на толщину озонового слоя современные вещества, применяемые в производстве холодильной техники.

Возможные последствия истончения озонового слоя

Озон задерживает значительную часть вредного и убийственного ультрафиолета, поступающего от Солнца. При этом страдает все живое на планете. Последствия разрушения озонового слоя катастрофичны. Резкое снижение количества озона или его полное отсутствие сделали бы жизнь на планете невозможной.

Воздействие на человека

Интенсивное ультрафиолетовое излучение поражает человеческий организм. Лучи УФ-А положительно воздействуют на него, способствуют загару и выработке витамина D. В то же время УФ-В и УФ-С губительны для здоровья. Чрезмерное облучение из-за истончения озонового слоя вызывает:

• головную боль;
• сонливость;
• раздражительность;
• нарушение состава крови;
• задержку роста;
• поражение иммунной системы;
• ожоги;
• раковые поражения кожи;
• помутнение хрусталика;
• фотоофтальмию (поражение роговицы и конънктивы).

Воздействие на экологию

Нарушение озонового слоя неблагоприятно воздействует на экологию. Это серьезнейшая проблема для морских обитателей. Фитопланктон является важной пищевой цепью для рыб и других жителей морей и океанов. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение разрушает фитопланктон, разрывая пищевые цепочки.

Жесткий ультрафиолет отрицательно влияет на растительный мир.

Оно изменяет форму, размер растений, снижают продолжительность их жизни, неблагоприятно сказывается на распределении питательных веществ. Все это приводит к снижению количества растительной массы, неблагоприятно сказывается на процессах фотосинтеза.

Полное отсутствие

Полное исчезновение озона в земной атмосфере невозможно, так как в ней присутствует кислород, являющийся источником озона.

Иными словами, пока светит солнце и в атмосфере есть кислород, будет существовать О3.

Однако можно допустить значительное уменьшение количества озона в атмосфере. Это может случиться, если человек продолжит столь безответственно использовать природные богатства, отравлять окружающую среду, выбрасывать в атмосферу газы, разрушающие озон. В таком случае погибнет значительная часть растений, а также микроорганизмов. Фотосинтез на планете почти прекратится, что повлечет резкое увеличение концентрации углекислоты и повышение температуры планеты.

Животные, люди будут получать сильные солнечные ожоги даже после нескольких минут пребывания под солнцем. В результате этого люди будут массово болеть раком, а животные – умирать. В итоге планетарная экосистема будет разрушена. Неконтролированное повышение температуры превратит Землю в безжизненную пустыню.

По расчетам ученых, уже к середине 21 века исчезло бы более 60 % стратосферного озона, если бы человечество не одумалось и не принимало меры по недопущению разрушения защитного экрана. В таком случае человек получал бы сильные ожоги всего лишь за несколько минут. Этого точно не произойдет, потому что действует несколько международных договоров, призванных защищать озоновый экран.

Меры по восстановлению озонового слоя

Для недопущения развития климатической катастрофы и восстановления озонового слоя мир наработал ряд защитных мер. Они призваны ограничивать использование веществ, губительных для озона, использовать экологически чистое топливо, охранять леса. Все это делается для недопущения гибели всего живого на планете.

Монреальский протокол

Этот протокол был разработан в 1985 г. и полностью подготовлен в 1987 г. Документ вступил в силу в 1989 г. Протокол пересматривался всего 7 раз, последний раз в 1999 г. Подписан 197 странами. Предполагается, что если все страны, которые подписали документ, будут придерживаться его, то озоновый экран может восстановиться к 2050 г.

Протокол предполагает постепенное снятие с производства фторхлоруглеродов. В результате к 2010 году производители полностью отказались от наиболее опасных фреонов. Отказ от менее опасных веществ произойдет до 2030 г. Анализ содержания атмосферы показал, что концентрация озоноразрушающих веществ в воздухе действительно начала снижаться.

Производство озона

Устройства, производящие озон, называются озонаторами. Теоретически, если запустить большое количество таких «фабрик» по всему миру и создав «запас» О3, можно замедлить разрушение защитной оболочки. Существуют такие способы производства озона:

• применение искусственного ультрафиолетового излучения;
• выработка О3 электроразрядами;
• электролиз хлорной кислоты;
• окисление пинена (одного из компонентов скипидара, эфирных масел многих растений).

Однако эти способы малопроизводительны, дорогостоящи, потребляют большое количество энергии.

Использование экологически чистого топлива

Использование топлива на основе нефти повышают концентрацию в воздухе веществ, разрушающих озон. Внедрение электромоторов и двигателей, работающих на биодизеле, отходах жизнедеятельности способствуют уменьшению использования минералов, горючих полезных ископаемых.

Пока что применение экологически чистого топлива в ракетах маловероятно из-за неэкологичности и несовершенства современных технологий.

Высадка лесов

Высадка лесовых насаждений в городах и на месте разрушенных лесных массивов – перспективный метод борьбы с загрязнением атмосферы. Растения выделяют значительное количество кислорода, который в дальнейшем превращается в озон.

Прочие методы борьбы с проблемой

Для решения проблемы истощения озонового слоя отдельные ученые предлагают выводить на орбиту спутники, оснащенные лазерными излучателями. Каждый излучатель – это конвектор, работающий на солнечной энергии. Он накапливает ее и превращает в электрическую. Электричество тратится на работу лазеров, вырабатывающих озон. Пока что такой проект является фантастическим.

Защита озонового слоя в России

Россия соблюдает все условия Монреальского протокола. Также отдельную статью об охране озонового слоя содержит статья 54 Закона «Об охране окружающей среды». Законодательные акты запрещают выбрасывать в окружающий воздух вредных веществ больше, чем указано в перечне.

Международный день охраны озонового слоя

Этот день отмечается ежегодно 16 июля. Его провозгласила Генеральная Ассамблея ООН в 1994 году. Именно 16 июля был подписан Монреальский протокол. В этот же день 2009 года этот документ, а также Венская конвенция стали первыми документами в истории Организации Объединенных Наций со всеобщей ратификацией.

Озоновый слой важен для сохранения всего живого на планете. В результате естественных процессов над полюсами могут образовываться зоны аномального содержания этого вещества в воздухе. Как правило, они появляются в условиях недостатка солнечного излучения. На фоне деятельности человека количество атмосферного озона стремительно сокращается с конца 1970-х гг. Выполнение требований Монреальского протокола, забота каждого жителя планеты о своем доме помогут предотвратить катастрофу и восстановить озоновый экран.