как они появились и как мы их будем латать – Москва 24, 02.05.2020
Кто виноват в появлении озоновых дыр и сможем ли мы их теперь залатать – в колонке обозревателя Николая Гринько.
Фото: Роскосмос
На днях Международная служба мониторинга атмосферы Земли сообщила, что озоновая дыра над Арктикой, образовавшаяся несколько недель назад, самостоятельно затянулась. Внимательный читатель насторожится: погодите, как же так? Ведь долгие годы нам сообщали о том, что озоновый слой разрушается над Антарктидой, то есть над южным, а не над северным полюсом планеты!
Все верно. Северная озоновая дыра появилась впервые в истории наблюдений и исчезла так же неожиданно, как образовалась. Удивительно, но в ее возникновении ученые винят вовсе не человека, а природу, в частности сильный полярный вихрь. Нет заслуги человечества и в ее исчезновении: как только атмосфера успокоилась, количество озона в ней восстановилось.
А вот на противоположном полюсе Земли ситуация вовсе не такая успокаивающая, хотя в ней и наметились положительные изменения.
Видео: YouTube/euronews (en español)
Когда в прошлом веке над Антарктидой было обнаружено сильное снижение количества озона, исследователи довольно быстро выяснили причину этого явления. Дело в том, что озон образуется в атмосфере под воздействием ультрафиолета, и именно этот процесс вызывает поглощение наиболее жесткой части ультрафиолетового излучения, опасного для живых организмов. Но во время полярных ночей солнце не освещает полюса. А раз нет ультрафиолета, значит, не появляется нового озона взамен распавшегося.
Когда наступает полярный день, весь жесткий ультрафиолет проходит через озоновую дыру и достигает поверхности Земли.Поначалу казалось, что это естественный процесс, но позже выяснилось, что хлор- и фторсодержащие фреоны, попадая в атмосферу, выступают катализаторами распада озона, во много раз ускоряя этот процесс. А ветра над Антарктидой во время полярной ночи движутся по замкнутой траектории, почти не допуская сюда атмосферу из других участков Земли. То есть полгода над континентом собирается фреон со всей планеты, а во время полярной зимы он концентрируется над полюсом, «прогрызая» в небе озоновую дыру.
Как только эти исследования были опубликованы, разразилась настоящая буря: экологи обрушились на производителей фреонов, обвиняя их в варварском отношении к природе, а химические предприятия тратили миллионы долларов на защиту фреонов в прессе. Производители хладагентов, спреев и аэрозолей во главе с компанией DuPont – одной из крупнейших химических компаний в мире – в один голос заявляли, что теория разрушения озона – «это научная фантастика, куча мусора и полная ерунда».
Фото: AP/Michel Euler
К счастью, здравый смысл все-таки победил. В 1985 году была согласована Венская конвенция об охране озонового слоя, а в 1989 году вступил в силу Монреальский протокол, в котором изложены цели и методы сокращения разрушающих озон веществ. К 2013 году протокол ратифицировали все страны ООН и Европейский союз. Фреоны попали под запрет. Правда, не все и не полностью, но корпорации теперь обязаны заменять их веществами, не наносящими вреда природе. За соблюдением этих условий строго следят международные комиссии, и в результате выброс фреонов в атмосферу постоянно сокращается.
Но на мгновенное восстановление озонового слоя Земли рассчитывать не стоит. За прошедшие десятилетия в атмосфере накоплен огромный объем фреонов, которые распадаются десятками и даже сотнями лет. Даже по самым оптимистичным прогнозам исчезновение озоновой дыры стоит ожидать не раньше 2050 года. Если, конечно, к этому моменту человечество не найдет новый способ уничтожения атмосферного озона.
Хотя…
Гринько Николай
наука
причины образования, места возникновения, последствия
2 637 5 0
Озоновые дыры – локальное сокращение концентрации озона в верхнем слое земной атмосферы. Все живые организмы, живущие под озоновой дырой, находятся в опасности. Им вредит солнечная радиация, которая свободно попадает на поверхность нашей планеты, создавая серьезные проблемы. Много лет геофизики пытаются найти истинные причины появления данной аномалии.
Содержание:
- 1 Что такое озоновые дыры
- 2 Причины образования озоновых дыр
- 3 Места возникновения озоновых дыр
- 4 Самые большие озоновые дыры на планете
- 5 Последствия для человека и природы
- 6 Способы восстановления озонового слоя
- 7 Распространенные мифы
Что такое озоновые дыры
На сегодняшний день ситуация образования озоновых дыр остается для геофизиков и общественности одной из наименее непонятных. Слово «дыра» используется учеными как метафора области, в которой резко сокращается содержание озона (ниже установленного значения в 220 единиц Добсона). Благодаря подобной метафоре ученые могут описать размер и глубину озоновых дыр.
Иными словами, озоновая дыра – это разрушение защитного слоя озона в стратосфере. Благоприятная жизнь на Земле без слоя озона не представляется возможной, ведь он поглощает вредные УФ-лучи. Живые организмы, обитающие в местах формирования озоновых дыр, находятся в группе риска. Сильное солнечное излучение может стать причиной серьезных проблем со здоровьем (например, повреждение глаз, рак кожи).
Причины образования озоновых дыр
Неуклонное истончение слоя озона в атмосфере ученые стали отмечать в 70-х годах. В ходе многочисленных метеорологических исследований выявлено, что разрушение озоносферы происходит не только в местах обитания человека, но и далеко за их пределами, например, в Антарктиде и Арктике. Исходя из этого можно сделать вывод о воздействии двух групп факторов возникновения озоновых дыр: естественных и антропогенных.
Как выяснилось, группы факторов, способствующие образованию озоновых дыр, не связаны друг с другом. Естественные причины в основном проявляются в областях полюсов Земли, на остальной поверхности – антропогенные. Как бы там ни было и какой бы ни была причина, она приводит к критическому содержанию озона в атмосфере, что приводит к появлению дыр.
Естественные факторы
Причины естественного характера сложно поддаются контролю человеком. Это природные явления, наблюдающиеся в приполярных областях нашей планеты. Объяснение простое: в период полярной ночи, когда солнце не появляется на горизонте, нет осадков, прекращается выработка озона, формируются хлорные облака. В связи с высоким содержанием хлора снижается концентрация озона. Затягивается дыра с наступлением полярного дня.
В некоторых зонах на количество концентрации озона влияет и вулканическая активность. Во время взрыва вулкана в воздух выделяются продукты горения, которые разрушающе воздействуют на озоновые молекулы.
Однако в последние десятилетия стремительное снижение концентрации озона стало носить масштабный характер, что объясняется антропогенным воздействием.Антропогенные факторы
Главной причиной истончения слоя, защищающего от излишнего солнечного излучения, считают хлорфторуглероды. Для человека они не опасны, но при взаимодействии с воздухом приводят к распаду молекул озона. Яркий пример – фреоны, используемые в качестве доступного хладагента в холодильниках. Сегодня уверенно можно говорить о том, что антропогенные факторы являются причиной появления 80% озоновых дыр.
Действие фреоновых установок – далеко не единственная причина возникновения дыр. Пагубное воздействие оказывают и выхлопные газы воздушного транспорта. В составе топлива есть такие элементы, как хлор, двуокись углерод, оксид азота. Выделяясь в виде газа данные элементы начинают взаимодействовать с озоном, что провоцирует небольшие разрушения защитного слоя.
Еще одна антропогенная причина – использование в сельском хозяйстве веществ с содержанием азота. Такие удобрения человек применяет с конца XX века, но на сегодняшний день масштабы их применения приобрели угрожающий характер. При разложении вещества выделяют окислы азота, вступающими в реакцию с озоном, разрушая его. Чаще используют:
- сульфид аммония;
- карбонат аммония;
- аммофос и диаммофос;
- сульфат аммония;
- хлористый аммония.
Места возникновения озоновых дыр
Образование гигантских озоновых дыр в районах Южного и Северного полюсов объясняется особенностями формирования защитного слоя. Она образуется за счет поглощения УФ-лучей, «питаясь» ими.
С наступлением полярных ночей солнце перестает освещать полюса. Данный фактор становится причиной критического содержания озона вплоть до полного его исчезновения.
Различный размер между полюсами объясняется отличием в характере вихревых потоков и движения облаков, которые благоприятствуют исчезновению защитного слоя. Возникновению озоновой дыры над Китаем (Тибетская) способствовали антропогенные факторы, а именно, развитие промышленной сферы. Небольшие дыры обнаружены в Томской области, Омской и Кемеровской, Алтайском крае, Хакасии, Тюмени.
Самые большие озоновые дыры на планете
Впервые истончение озоносферы было выявлено в 80-х годах над Антарктидой. Если брать данные за 70-е годы, то концентрация озона в этом месте уменьшилась на 40%. В дальнейшем были исследованы и другие части озоносферы над Антарктидой, что помогло узнать о существовании гигантской озоновой дыры.
Другая гигантская дыра находится в Арктике. Ее площадь периодически меняется. Третья крупнейшая озоновая дыра – Тибетская. Точных данных о ее размерах нет, по некоторым данным она достигает 20 млн. кв. км. Большая озоновая дыра образовалась и над Западной Сибирью. В регионе концентрация озона снижена на 50%. Здесь сосредоточены «вредные» производства, из-за деятельности которых исчезает озоновый слой.
Последствия для человека и природы
Последствия от разрушения озоносферы сказываются не только на отдельных организмах, но и общем состоянии климата. Сильное ультрафиолетовое излучение опасно для жизни человека. Лучи УФ-А способствуют выработке витамина D. Лучи УФ-B и УФ-C пагубны для здоровья. Излишнее облучение провоцирует:
- раздражительность;
- головную боль;
- сонливость;
- задержку роста;
- ожоги;
- поражение иммунной системы;
- рак кожи и др.
Экология нашей планеты также страдает из-за нарушения озонового слоя. Особенно данная аномалия плохо сказывается на морских обитателях. Из-за чрезмерного ультрафиолетового излучения может погибнуть фитопланктон, который является пищей для рыб и морских обитателей. Растительный мир также страдает от излишнего ультрафиолета. Меняется форма и размер растений, заметно сокращается срок их жизни.
Способы восстановления озонового слоя
После обнаружения озоновых дыр человек старается предпринимать все возможное, чтобы защитить и сохранить озоносферу. В 1987 году государствами был утвержден Монреальский протокол, согласно которому государства обязаны предпринимать меры по снижению пагубного воздействия на атмосферу. Обязанности нашего государства по данному вопросу закреплены в федеральном законе ФЗ-7 в ст. 54.
Разрушение защитного слоя происходит под влиянием химических реакций расщепления в процессе выброса вредных компонентов. Ученые предложили вариант восстановления защитного слоя путем обратной реакции соединения молекул. В атмосферу должны попадать «полезные» выбросы. Взаимодействуя с кислородом, они должны образовывать трехатомные соединения. Это возможно при рассеивании с высоты жидких реагентов с содержанием кислорода и водорода.
Другой вариант – сократить использование фреона в промышленности и быту. Вещество выделяется не только при эксплуатации холодильных устройств, но и в случае распыления аэрозольного баллончика. Для этого необходимо заменить фреон на другие вещества, которые позволяют сохранить свойства устройств и товаров. Например, можно использовать углекислый газ, аммиак, нетоксичный пропан, изобутан.
Распространенные мифы
На сегодняшний день проблема появления озоновых дыр никуда не делась и по-прежнему остается актуальной, поэтому появилось множество домыслов и заблуждений вокруг нее. Один из распространенных мифов – появление озоновых дыр возможно лишь над промышленными зонами, а не над Антарктидой. Данное заключение было бы возможным если бы воздух в атмосфере не перемешивался бы.
Другой распространенный среди населения миф – пагубное воздействие фреона на озоновый слой не что иное, как вымысел, придуманный производителями более дорогостоящих хладагентов. Тем временем фреоны значительно дешевле и их без проблем при необходимости можно применять в технологическом процессе. Благодаря научным исследованиям данный миф легко опровергается.
Еще один миф – фреоны тяжелые и подняться в атмосферу не могут. Они тяжелые, но в ходе регулярного перемещения воздушных масс фреоны равномерно распределяются в атмосфере. За определенный промежуток времени они попадают и в стратосферу. Если признать это утверждение, то, например, углекислота, которая тяжелее воздуха, образовывала бы мощный приземный слой. Результат – на планете было бы невозможно жить.
Сегодня ученые планеты собираются на различных конференциях для решения ситуации касаемо образования озоновых дыр. Вопросы экологии регулярно обсуждаются и главами государств. Для того чтобы жизнь на планете сохранилась, необходимо постоянно предпринимать действия по исключению антропогенных факторов, которые являются основной причиной снижения уровня озона.
Антарктическая озоновая дыра занимает 13-е место в истории наблюдений и, как ожидается, сохранится до ноября
Основные направления:
Исследования
Климат
Темы:
озоновая дыра
>
Лейтенант Тимоти Холланд, корпус NOAA, выходит из станции сборки аэростатов с озонозондом, прикрепленным к метеозонду, прежде чем запустить его над Южным полюсом. (Изображение предоставлено Джозайей Хорнеман, помощником врача станции, Контракт на поддержку Антарктики)
Антарктическая озоновая дыра 2021 года достигла максимальной площади 7 октября и занимает 13-е место по величине с 1979 года, сообщили сегодня ученые из NOAA и НАСА. В этом году озоновая дыра образовалась так же, как и в прошлом году: более холодная, чем обычно, зима в Южном полушарии привела к образованию глубокой и большей, чем в среднем, дыры, которая, вероятно, сохранится до ноября или начала декабря.
«Это большая озоновая дыра из-за более холодных, чем в среднем, стратосферных условий 2021 года, и без внешней связи Монреальского протокола она была бы намного больше», — сказал Пол Ньюман, главный научный сотрудник отдела наук о Земле в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. .
То, что мы называем озоновой дырой, представляет собой истончение защитного озонового слоя в стратосфере (верхний слой атмосферы Земли) над Антарктидой, которое начинается каждый сентябрь. Хлор и бром, полученные из соединений, произведенных человеком, высвобождаются в результате реакций на высокогорных полярных облаках. Затем химические реакции начинают разрушать озоновый слой, когда в Антарктиде восходит солнце в конце зимы.
На этой визуализации изображена максимальная протяженность озоновой дыры над Антарктидой 7 октября 2021 г. Ученые определяют «озоновую дыру» как область, в которой уровень озона падает ниже 220 единиц Добсона (темно-синий, отмечен черным треугольником на цветной полосе). . (Климат.gov)Загрузить изображение
Размер имеет значение. Но как измерить дыру в атмосфере?
Исследователи NOAA и NASA обнаруживают и измеряют рост и разрушение озоновой дыры с помощью спутниковых инструментов на борту спутников Aura, Suomi-NPP и NOAA-20.
В этом году спутниковые наблюдения НАСА определили, что озоновая дыра достигла максимальной площади 9,6 миллиона квадратных миль (24,8 миллиона квадратных километров) — примерно столько же, сколько площадь Северной Америки, — прежде чем в середине октября она начала уменьшаться. Более низкие, чем в среднем, температуры и сильные ветры в стратосфере вокруг Антарктиды способствовали размеру дыры.
Ученые NOAA на станции Южного полюса регистрируют толщину озонового слоя, выпуская метеозонды с приборами для измерения озона, называемыми озонозондами, которые измеряют различные концентрации озона по мере того, как шар поднимается в стратосферу.
Когда восходит полярное солнце, ученые NOAA также проводят измерения с помощью спектроферометра Добсона, оптического прибора, который регистрирует общее количество озона между поверхностью и краем космоса, известное как общее содержание озона в столбе. В этом году ученые зафиксировали самое низкое значение общего содержания озона в 102 единицы Добсона 7 октября, что является 8-м самым низким значением с 19 октября.86. На высотах от 8 до 13 миль (от 14 до 21 километра) озон почти полностью отсутствовал во время максимального размера озоновой дыры.
На этой диаграмме показана средняя протяженность антарктической озоновой дыры в пик сезона истощения озонового слоя с 1979 года по настоящее время. Ученые заявили, что озоновая дыра 2021 года была бы на 1,5 миллиона квадратных миль больше, если бы уровень хлора в атмосфере сегодня был таким же высоким, как в начале 2000-х годов. (НАСА)Загрузить изображение
Хорошие новости
Хотя антарктическая озоновая дыра 2021 года больше среднего, она значительно меньше озоновых дыр, измеренных в конце 1990-х и начале 2000-х годов.
Озоновая дыра восстанавливается благодаря Монреальскому протоколу и последующим поправкам, запрещающим выброс вредных озоноразрушающих химических веществ, называемых хлорфторуглеродами или ХФУ. Если бы уровень содержания хлора в атмосфере от фреонов сегодня был таким же высоким, как в начале 2000-х годов, озоновая дыра в этом году, вероятно, была бы больше примерно на 1,5 миллиона квадратных миль (около четырех миллионов квадратных километров) при тех же погодных условиях.
Узнайте больше об исследованиях антарктического озона NOAA.
Вернуться к началуОзоновая дыра и глобальное потепление
Деятельность человека
Деятельность человека вызывает истощение озона и глобальное потепление
Истощение озона (O 3 ) не вызывает глобального потепления, но обе эти экологические проблемы имеют общую причину : видов деятельности человека, в результате которых в атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества, изменяющие ее.
Глобальное потепление вызвано в первую очередь выбросом слишком большого количества углекислого газа в атмосферу, когда уголь, нефть и природный газ сжигаются для производства электроэнергии или для работы наших автомобилей.
Углекислый газ распространяется по планете подобно одеялу и является одним из основных газов, отвечающих за поглощение инфракрасного излучения (ощущаемого как тепло), которое составляет основную часть солнечной энергии.
Истощение озонового слоя происходит, когда в атмосферу выбрасываются хлорфторуглероды (ХФУ) и галоны — газы, ранее находившиеся в аэрозольных баллончиках и хладагентах (подробности см. ниже).
Озон находится в верхних слоях атмосферы и поглощает ультрафиолетовое излучение, еще один вид солнечной энергии, вредный для людей, животных и растений. ХФУ и галоны вызывают химические реакции, которые разрушают молекулы озона, снижая способность озона поглощать ультрафиолетовое излучение.
Как работает озон
Как работает озон
Солнце излучает электромагнитное излучение с разной длиной волны, то есть с разной интенсивностью. Атмосфера действует как многослойный щит, защищающий Землю от опасного солнечного излучения.
Озон находится в двух разных частях нашей атмосферы. Приземный или «плохой» озон является раздражителем здоровья человека и компонентом смога. Он находится в нижних слоях атмосферы (тропосфере) и не имеет никакого отношения к «озоновой дыре».
Высокий уровень или «хороший» озон встречается в стратосфере и составляет большую часть атмосферного озона.
Стратосферный озоновый слой поглощает ультрафиолетовое (УФ) излучение, предотвращая попадание опасных ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли и нанесение вреда живым организмам. УФ-лучи нельзя увидеть или почувствовать, но они очень мощные и изменяют химическую структуру молекул.
УФ-излучение играет небольшую роль в глобальном потеплении, потому что его количества недостаточно, чтобы вызвать избыточное тепло, оставшееся в атмосфере. УФ-излучение представляет собой небольшой процент солнечной энергии и не сильно поглощается или рассеивается в атмосфере, особенно по сравнению с другими длинами волн, такими как инфракрасное излучение. Но истощение озона также вызывает беспокойство, потому что оно напрямую влияет на здоровье людей и других живых организмов.
Озоновая дыра
Озоновая дыра
Термин «озоновая дыра» относится к истощению защитного озонового слоя в верхних слоях атмосферы (стратосфере) над полярными регионами Земли. Людям, растениям и животным, живущим под озоновой дырой, вредит солнечная радиация, которая в настоящее время достигает поверхности Земли, вызывая проблемы со здоровьем, от поражения глаз до рака кожи.
Стратосферный озон постоянно образуется в результате действия солнечного ультрафиолетового излучения на молекулы кислорода (известного как фотохимические реакции). Хотя озон создается в основном в тропических широтах, крупномасштабные модели циркуляции воздуха в нижней стратосфере перемещают озон к полюсам, где его концентрация возрастает.
В дополнение к этому глобальному движению сильные зимние полярные вихри также важны для концентрации озона на полюсах. Во время непрерывно темной полярной зимы воздух внутри полярных вихрей становится чрезвычайно холодным, что является необходимым условием для образования полярных стратосферных облаков.
Полярные стратосферные облака создают условия для резкого разрушения озона, обеспечивая поверхность для перехода хлора в озоноразрушающую форму. Обычно они длятся до восхода солнца весной.
В 1980-х годах ученые обнаружили, что озоновый слой истончается в нижних слоях стратосферы, особенно с резкой потерей озона — известной как «озоновая дыра» — антарктической весной (сентябрь и октябрь).
Ученые также обнаружили, что истончение озонового слоя было вызвано увеличением концентрации озоноразрушающих химических веществ – хлорфторуглеродов или CFC (соединений с хлором и/или фтором, присоединенных к углероду) и, в меньшей степени, галонов (аналогичных соединений с бромом или йод). Эти химические вещества могут оставаться в атмосфере от десятилетий до более века.
На полюсах ХФУ прикрепляются к частицам льда в облаках. Когда полярной весной снова выходит солнце, частицы льда тают, высвобождая молекулы, разрушающие озоновый слой, с поверхности ледяных частиц.
После высвобождения эти разрушающие озон молекулы делают свою грязную работу, разрывая молекулярные связи в озоне, поглощающем УФ-излучение.
Монреальский протокол
Монреальский протокол
ХФУ обычно встречались в хладагентах, растворителях, пропеллентах и пенообразователях до того, как в 1980-е годы – международное обязательство по поэтапному отказу от озоноразрушающих химических веществ, которое было повсеместно ратифицировано всеми странами, входящими в ООН.
Монреальский протокол создал важный прецедент, но многое еще предстоит сделать. Маловероятно, что уменьшение количества озоноразрушающих веществ само по себе приведет к восстановлению стратосферного озонового слоя до уровня его концентрации до 1980 года из-за конкурирующих и неопределенных последствий дальнейшего изменения климата.
Вызывает тревогу тот факт, что после экстремально холодной зимы в начале 2011 г. впервые сокращение содержания озона в Арктике было сопоставимо с уменьшением содержания озона в Антарктике.
Стратосферный озон также имеет естественные процессы, удаляющие его из атмосферы. Крошечные частицы сульфатов (аэрозоли), выброшенные в стратосферу в результате извержения вулкана Пинатубо в 1991 г., вызвали заметное уменьшение содержания озона в течение нескольких лет после извержений.
Стратосферный озоновый слой
Влияет ли глобальное потепление на стратосферный озоновый слой?
С 1960-х годов наблюдается тенденция к увеличению потепления нижних слоев атмосферы и охлаждению верхних слоев атмосферы. Эта динамика потепления-охлаждения создает условия, которые приводят к потере озона.
Наблюдения показывают, что по мере увеличения количества парниковых газов, что приводит к нагреву в нижних слоях атмосферы (тропосфере), в верхних слоях атмосферы (стратосфере) происходит охлаждение. Во многом потому, что тепло с поверхности Земли, которое обычно проходит через тропосферу и стратосферу и в конечном итоге уходит в космос, теперь задерживается (или ограничивается тропосферой).
Повышение температуры на поверхности Земли и понижение температуры в верхних слоях атмосферы можно частично объяснить, используя аналогию с покровом.
Углекислый газ и другие удерживающие тепло газы поднимаются в атмосферу и распространяются по земному шару, как одеяло, окутывающее Землю. Это одеяло согревает поверхность Земли и защищает ее от холодного воздуха над ней.
Повышенная концентрация улавливающих тепло газов делает одеяло некомфортно более толстым. Завернутая теперь в более толстое одеяло, поверхность Земли нагревается, нагревает само одеяло и удерживает больше тепла в нижних слоях атмосферы.
Одеяло также предотвращает перемещение тепла из нижних слоев атмосферы в стратосферу, в результате чего стратосфера охлаждается.
Другими словами, удерживающие тепло газы способствуют созданию условий охлаждения в атмосфере, которые приводят к разрушению озонового слоя. Парниковые газы поглощают тепло на относительно низких высотах и нагревают поверхность, но на больших высотах они оказывают противоположный эффект, поскольку препятствуют подъему тепла.