почему об озоновом слое стали меньше говорить?

Озоновая дыра над Антарктидой. Фото: WMO

Уже не первое десятилетие жителей Земли пугают развернувшейся над Антарктидой озоновой дырой. Сообщения СМИ на этот счет путаны и тревожны: озоновая дыра то затягивается, то расширяется до очередных рекордных размеров. А на фоне оптимистичных прогнозов время от времени появляются сообщения и о других дырах в атмосфере, в том числе над Россией. 

Такой информационный фон неизбежно приводит к дезориентации и появлению разнообразнейших, порой весьма странных, мифов. Даже концентрация внимания на зияющей дыре в озоновом слое над Антарктидой — это упрощение, пусть и яркое и образное. Озоновая дыра, а вернее дыры, — это только места значительного снижения концентрации озона, до 30 % от нормы. Но важно понимать, что истощение защиты Земли произошло повсеместно. 

Что такое озоновый слой? 

Озоновый слой образовался 1,85-0,85 млрд. лет назад, после так называемой кислородной революции, когда морские растения в процессе фотосинтеза образовали огромное количество кислорода, изменив состав атмосферы. Собственно озон (O₃) — легкий голубоватый газ с характерным запахом (его можно почувствовать после грозы). Он формируется из кислорода (O₂) под воздействием сильных электрических разрядов (например молний), либо исходящего от Солнца ультрафиолетового излучения в стратосфере на высоте 15–30 км, где он образует озоновый слой. Во время этого процесса поглощается часть наиболее жесткого излучения, смертельно опасного для людей, животных и растений. Остальное излучение поглощается самим озоном, в результате чего он сам распадается. 

Атмосфера Земли. Фото: NASA

Этот сложный процесс, происходящий на протяжении многих миллионов лет, обеспечивает саму возможность существования большинства организмов на нашей планете. Озоновый слой изначально нестабилен и неоднороден, так как озон легко вступает в реакции со многими химическими элементами. Он разрушается, например, при взаимодействии с газами, вырывающимися во время извержения вулканов. В отсутствии солнечного света — а значит, и ультрафиолетового излучения — озон прекращает формироваться, поэтому в районах Северного и Южного полюсов во время полярной ночи озоновый слой истощается, а полярные вихри препятствуют притоку озона из других регионов. Только ближе к лету концентрация озона начинает восстанавливаться.

Исследования ученых показали, что 360 млн. лет назад озоновый слой уже истощился в результате резкого потепления. Несколько тысячелетий ультрафиолетовые лучи проникали сквозь истончившуюся защиту, приведя к массовому вымиранию множества видов растений и животных. Тот период не смогли пережить, например, доминировавшие тогда пластинокожие рыбы. Наши же предки, очевидно, выжили и стали более устойчивыми к вредоносному излучению, а когда озоновый слой восстановился, переселились на сушу и счастливо продолжили эволюционировать.

Новая угроза

Плохие новости пришли во второй половине XX века. В 1974 году, химики Франк Шервуд Роуленд и Марио Молина, изучавшие циркуляцию в атмосфере хлорфторуглеродов (ХФУ) выдвинули гипотезу о том, что эти соединения способны разрушать озоновый слой, опубликовав статью на две страницы в журнале Nature. Точнее, они предположили, что озон уничтожается хлором, выделяющимся при распаде ХФУ. В 1985 году британские ученые обнаружили значительное истощение озонового слоя над Антарктидой площадью 1 000 км² (сейчас размеры дыры могут превышать 20 000 000 км²). 

В том же году была принята Венская конвенция об охране озонового слоя, а через два года знаменитый Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, дополнявшийся впоследствии семь раз. К 2013 году его ратифицировали все страны ООН, острова Кука и Святой престол. Последним из подписавших Протокол стал Южный Судан, получивший независимость в 2011 году.

Позиция ученых сводится к тому, что выбрасываемые в результате промышленной деятельности человечества вещества, циркулируя в атмосфере и вступая в реакцию с озоном, разрушают его, лишая нас защиты от солнечного излучения в обмен на сиюминутный комфорт. Монреальский протокол обязывает все государства сокращать производство озоноразрущающих веществ, вплоть до полного отказа от них. На сегодняшний день под запретом находится более 100 веществ.

Первый удар был нанесен по уже знакомым нам хлорфторуглеродам, использовавшимся в аэрозолях и холодильных установках. Не смотря на громогласные протесты и крокодиловы слезы корпораций, не желавших вкладываться в исследования и модернизацию производства, запрет удалось не только принять законодательно, но и реализовать по всему миру. 

Опасность миновала?

Концентрация ХФУ начала падать в 1990-х годах, однако тогда же начался рост содержания гидрохлорфторуглеродов, несколько менее опасных для озонового слоя — именно на них первоначально перешли производители. В 2016 году в столице Руанды Кигали было подписано соглашение и разработана программа поэтапного сокращения потребления и этих веществ.

Уже к 2000 году наметилось снижение уровня хлора в атмосфере, а в 2018 году Всемирная метеорологическая организация выпустила оптимистичный доклад, посвященный неиллюзорным достижениям Монреальского протокола.  

Если к концу 1990-х годов разрушение озонового слоя составило порядка 10 %, то сейчас, по словам ученых, озоновый слой «восстанавливается со скоростью 1-3 процента в десять лет и при таких темпах должен полностью восстановиться над Северным полушарием к 2030-м годам, над Южным полушарием — к 2050-м, и над полюсами — к 2060 году.» 

Эти достижения стали возможны благодаря нескольким важным факторам: грамотной научной экспертизе, политической воле в реализации принятых решений и качественному мониторингу исполнения этих решений. Хочется надеяться, что все это станет надежной основой для претворения в жизнь и Парижского соглашения.

Почему нельзя забывать об озоновом слое

Однако поводы для тревоги тоже есть. На озоновый слой негативно влияют разнообразные выбросы ТЭЦ и заводов, продукты сгорания в реактивных двигателях самолетов, минеральные удобрения в почве. 

Кроме того, не все компании добросовестно выполняют решения Монреальского протокола — в 2018 году были обнаружены 20 фабрик на востоке Китая, производившие запрещенные вещества. После того как ученые с удивлением обнаружили стремительный рост трихлорфторметана в атмосфере, была составлена и «отмотана назад» климатическая модель, которая помогла локализовать источник выбросов — им оказалась Восточная Азия. Отправившиеся в регион активисты из Агентства экологических расследований обнаружили нарушающие закон фабрики и даже проникли на них под видом заинтересованных клиентов.

Рабочий завода «ТН-Алабуга» по производству строительной химии «Boerner» на производстве монтажной пены. Производство монтажной пены — один из основных источников трихлорфторметана в атмосфере. Фото: Максим Богодвид / РИА Новости

В 2019 году ООН заявила о продолжении роста концентрации целого ряда парниковых газов, в том числе опасных для озона метана (достигшего 259 % от доиндустриального уровня) и закиси азота (129 %). А падение уровня промышленного производства в связи с пандемией не оказало заметного влияния на состояние озонового слоя. Более того, в 2020 году тревогу ученых вызвало рекордное истощение озонового слоя над Арктикой, где озоновая дыра достигла порядка 6 000 000 км² , при снижении концентрации озона на 90 %. Последние исследования показывают озоноразрушающее влияние от антропогенных выбросов йода в атмосферу. Это объясняет медленное и неравномерное восстановление концентрации озона в стратосфере. Глобальное потепление даже не собирается останавливаться, что также влияет на состояние озонового слоя.

Так что несмотря на достижения Монреальского протокола в борьбе за будущее планеты, впереди еще много усилий. Поддержание озонового слоя — необходимое условие сохранения жизни на Земле. А его истощение — не пустая угроза, как об этом говорят скептики, а реальная опасность, напрямую связанная с деятельностью человека.

Антарктическая озоновая дыра – кто виноват?

: 13 Мар 2017 , Сердечных дел мастера , том 73, №1

Значительным научным открытием 2016 г. было признано установление факта начала «заживления» знаменитой антарктической озоновой дыры. Многие считают эту аномалию «раной», нанесенной озоновому слою нашей планеты деятельностью человека. Однако есть и другой, альтернативный взгляд на этот феномен, подкрепленный точными фактическими данными, но на сегодня известный лишь в узком научном кругу. Еще в конце прошлого века было высказано предположение, что такие нарушения в озоновом «покрывале» планеты могут быть вызваны естественными причинами и носить систематический характер. Красноярским исследователям удалось раскрыть механизм образования озоновых дыр с помощью оригинального метода слежения за движениями воздушных потоков

Стратосферный озон задерживает ультрафиолетовое (короче 0,29 мкм) солнечное излучение, являясь важным климатическим и экологическим фактором. Так как УФ-излучение губительно действует на белки и нуклеиновые кислоты, уменьшение концентрации озона в атмосфере представляет опасность для всех биологических систем, включая человека.

Содержание озона в стратосфере меняется в течение года. Известно, что озон в большом количестве образуется в стратосфере тропических и, частично, средних широт за счет фотохимических реакций. Из тропиков весной озон переносится в сторону средних и высоких широт. Поэтому, например, в Южном полушарии годовой максимум озона наблюдается в октябре–ноябре. В период с января по июль концентрация озона достигает здесь своего минимума, так как с декабря по апрель средние и высокие широты хорошо освещаются Солнцем, что способствует разрушению озона при фотохимических реакциях деструкции, катализаторами которых могут выступать различные соединения, образующиеся в атмосфере или попадающие туда из разных источников.

Считается, что озоновый слой сформировался в атмосфере около 400–450 млн лет назад в результате постепенного накопления в ней свободного кислорода. К настоящему времени общая масса озона составляет всего 0,64×10^–6 от массы всей атмосферы. Наибольшее количество озона содержится на высотах 19–25 км, т. е. в нижней стратосфере

В любом случае нарушение динамического равновесия процессов образования и деструкции озона может ослабить экранирующую роль озонового слоя. Большой научный и общественный интерес к этой теме, возникший во второй половине прошлого века, был вызван тремя причинами: выявлением долговременной тенденции к уменьшению суммарного озона в ХХ в., сезонным появлением знаменитой антарктической озоновой дыры (АОД) в период «озонового максимума» (в октябре–ноябре) и возникновением гипотезы об антропогенном разрушении озоносферы.

В результате обсуждение озоновой проблемы вышло далеко за пределы научного сообщества, приобретя не только социальную, но и ярко выраженную экономическую «окраску». Она обросла легендами и заблуждениями и вызвала острую, зачастую совершенно «ненаучную» полемику.

Война с фреонами

На сегодня наиболее распространенная теория, объясняющая убыль озона, базируется на представлениях о его фотохимическом разрушении с участием веществ естественного и антропогенного происхождения. Еще в 1973 г. американские химики Ш. Роуланд и М. Молина в эксперименте обнаружили, что продукты распада хлорфторуглеродов (фреонов) могут разрушать озон.

Этот результат, полученный «в пробирке», был практически сразу использован для объяснения процессов планетарного масштаба, в том числе возникновения антарктической озоновой дыры.

Уже через три года Всемирная метеорологическая организация запустила проект по глобальным исследованиям и мониторингу озонового слоя, а в 1985 г. была подписана Венская конвенция об его охране. Еще через два года в действие вступил Монреальский протокол к этой конвенции, предусматривающий контроль за озоноразрушающими соединениями и прекращение производства и использования фреонов. СССР, а затем и Российская Федерация присоединились к Венской конвенции и подписали Монреальский протокол, что закреплено в статье 54 Закона РФ «Об охране окружающей среды».

На Земле существует сеть из полутора сотен наземных озонометрических станций, но наиболее подробную информацию об озоновом слое дают искусственные спутники Земли. Они используют оптические методы регистрации озона, поэтому спутниковые данные о полярном озоне в зимнее время отсутствуют

Запрет на производство и потребление озоноразрушающих веществ имел большие экономические и политические последствия. Руководители крупной химической промышленности, в частности, в США, вначале выступили против. Однако в 1986 г. запрет поддержал «кит» американской химической промышленности, концерн «Дюпон» (DuPont), который разработал новые хладагенты – гидрофторуглероды – как альтернативу фреонам. Начался «бум» по замене холодильников и кондиционеров, в результате чего компании, первыми начавшие применять новые хладагенты, получили громадные прибыли. Появилось даже мнение, что сама озоносберегающая политика была инициирована владельцами химических корпораций типа «Дюпон» с целью вытеснить национальных производителей и монополизировать международный рынок (Maduro & Schauerhammer, 1992).

Как же повел себя озоновый слой после введения в действие Монреальского протокола и его поправок, которые на сегодняшний день ратифицировали почти две сотни стран? До конца прошлого века стратосферный озон продолжал убывать в глобальном масштабе. Так, в умеренных широтах Южного полушария его концентрация уменьшалась примерно на 1 % за каждые 10 лет, а Северного полушария – на 2,9 % (Кашкин, Романов, Рублева, 2009). Однако с началом нового века ситуация изменилась: в 2005–2016 гг. рост содержания озона в атмосфере в Южном и Северном полушарии составил 1,52 % и 1,97 %, соответственно (Кашкин, Романов, Рублева, 2016).

В материалах Всемирной метеорологической организации за 2006 г. указывается, что прогноз состояния озонового слоя в целом остается неопределенным, так как существующие химические модели не позволяют точно воспроизвести наблюдаемые вариации общего содержания озона. Другими словами, несмотря на большое количество экспериментальных и теоретических исследований, реальные причины как убыли, так и наблюдаемого в настоящее время роста содержания озона до сих пор окончательно не установлены. Хотя для объяснения этого явления была выдвинута не одна гипотеза.

От антропогенной гипотезы – к динамической

Символично, что официальное «открытие» озоновой дыры над Антарктидой состоялось в 1985 г. – в год подписания Венской конвенции, хотя имеются свидетельства, что она возникала там и в предыдущие десятилетия. АОД была признана результатом разрушения озона в фотохимических реакциях, в том числе с участием фреонов (Farman, Gardiner, Shanklin, 1985). В дальнейшем большинство исследований этого феномена было направлено на доказательство его антропогенного происхождения. Интересно, что в этих работах активно участвовала С. Соломон, которая вместе с коллегами из Массачусетского технологического института и сообщила в 2016 г. о признаках «заживления» антарктической озоновой дыры.

Озон в большом количестве образуется в стратосфере тропических широт за счет фотохимических реакций. Оттуда он переносится в сторону средних и высоких широт, где нисходящими движениями воздуха транспортируется в нижнюю стратосферу. Помимо мощного притока озона с экватора, в средних широтах образуется «свой» озон за счет фотохимических реакций, идущих на месте. А вот озона в районе полюса относительно меньше, причем он весь «импортного происхождения», так как солнечные лучи здесь падают под малым углом, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути

Современная статья Соломон и ее коллег основана на анализе результатов спутниковых и наземных измерений общего содержания озона (ОСО).

Основываясь на расчетах с использованием математических моделей, описывающих химию полярного озона, поведение аэрозоля и вулканогенных газов, ученые сделали выводы, что с сентября 2000 г. в полярной зоне Южного полушария начало увеличиваться ОСО, произошли изменения в вертикальных профилях озона, а площадь антарктической озоновой дыры несколько уменьшилась за последние годы.

Со дня подписания Монреальского протокола прошло 30 лет, но при всей своей оптимистичности эта публикация показывает, насколько незначительны, применительно к АОД, успехи от его реализации. А главное, антропогенная химическая теория доныне не может ответить на вопрос: почему озоновая аномалия «появилась» в свое время в Южном полушарии, хотя фреоны вырабатывались преимущественно в Северном? И, наконец, почему антарктическая озоновая дыра вообще вновь появилась в том же 2016 г., хотя производство фреонов давно запрещено? Ведь при инициации Монреальского протокола было продекларировано, что она должна исчезнуть еще шесть лет назад.

И здесь мы подходим к альтернативной гипотезе возникновения антарктической озоновой дыры, согласно которой она является естественным образованием, обусловленным динамическими процессами в стратосфере (Кашкин, Рублева, Хлебопрос, 2007).

В центре вихря

В 1986 г. – за год до вступления в действие Монреальского протокола – было обнаружено, что общее содержание озона в период 1979–1982 г. в направлении от 44 ° ю. ш. к Южному полюсу оставалось практически неизменным с августа по ноябрь, а его снижение в сентябре вблизи Южного полюса компенсировалось увеличением в средних широтах (Stolarski, Schoeberl, 1986). Такие результаты свидетельствовали, что вариации ОСО вызваны динамическим перераспределением озона, а вовсе не химическими процессами. Однако это открытие, подрывавшее антропогенную теорию возникновения озоновых дыр, не было воспринято научным сообществом, и, судя по полному отсутствию на западе публикаций по динамической теории возникновения АОД, вопрос был закрыт. А спустя десятилетие Ш.

 Роуланду, М. Молине и Р. Круцену была присуждена Нобелевская премия по химии за установление роли газообразных хлорфторуглеродов в истощении озонового слоя Земли.

Но история динамической теории на этом не закончилась: ответить на ряд вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков, предложенного красноярским исследователем В. Б. Кашкиным (Кашкин, Сухинин, 2001; Kashkin et al., 2002). Ведь озон, по сути, также можно представить в виде огромного «облака» над поверхностью Земли. И если мы будем измерять его содержание в точках пространственной решетки с определенным временным интервалом (например, каждые сутки), то можем оценить угол его поворота, направление и скорость движения.

С помощью нового метода была исследована динамика озонового слоя в 2000 г., когда над Антарктидой наблюдалась рекордно большая озоновая дыра (Kashkin et al., 2002). Для этого использовались спутниковые данные о содержании озона по всему Южному полушарию, от экватора до полюса. Оказалось, что содержание озона было минимально в центре воронки так называемого циркумполярного вихря, которая образовалась над полюсом.

Что же представляет собой типичная антарктическая озоновая дыра, если мы взглянем на нее под таким углом? Это аномалия (углубление в озоновом слое) с минимальными значениями ОСО, окруженная «кольцом» диаметром несколько тыс. км с необычно высоким для Южного полушария содержанием озона. И все это по периферии огибает гигантский вихрь, вращающийся с запада на восток.

За период наблюдений максимальная площадь озоновой дыры менялась с течением времени. В 1979 г. (в начале регулярных спутниковых исследований озонового слоя) ее площадь составила 1,14 млн км², а затем ее размеры резко возросли. В 2000 г. площадь «дыры» достигла 29,86 млн км², а в 2015 г. – лишь немногим меньше.

САМ СЕБЕ УЧЕНЫЙ Справедливость подхода к озоновым дырам как к природному феномену проверить несложно – с этим могут справиться даже школьники.
На сайте NASA наряду с цифровыми картами содержания озона приводятся так называемые зональные средние (zonal means). Площадь земного шара в направлении от одного полюса до другого разбивается на кольца шириной в 5 °, для каждого кольца приводится среднее значение ОСО.

Используя обычные программы (например, EXСEL) можно построить графики зависимости зональных средних от широты. Удобнее использовать среднюю широту кольца – это значение записано во второй строке.
Из графика, построенного на основе зональных средних за 26 августа, 17 сентября и 17 октября 2015 г., видно, что с течением времени количество озона уменьшается в полярной зоне, но возрастает в средних широтах. Налицо существование переноса озона –так образуется «озоновая дыра». Ее появление приходится на время максимального содержания озона в Южном полушарии. Частичная деструкция озона за счет воздействия озоноразрушающих веществ возможна, но этот процесс не является определяющим.
Аналогично можно построить график обратного процесса – заполнения озоновой дыры.

Такие практически не востребованные научной общественностью данные могут стать основой для увлекательных научных исследований школьников. Например, можно изучать озон тропических, умеренных и высоких широт в обоих полушариях от 1978 г. до наших дней, влияние на озоновый слой геофизических явлений, например, крупных извержений вулканов. И конечно, одним из самых интересных объектов изучения остается озоновая дыра. Исследования помогут расширить кругозор школьников в области экологии, физики, химии, географии. Для работы достаточно быть любознательным и иметь компьютер с выходом в интернет

Причинами роста АОД в период 1979–1984 гг. могли стать значительные изменения циркуляции атмосферы в Южном полушарии. Кроме того, в это время резко усилилась и активность антарктического вулкана Эребус. Так, в сентябре—декабре 1984 г. там происходило до десятка и более извержений в сутки, а скорость выброса газов достигала 700 км/ч. Все это привело к поступлению в стратосферу большого объема продуктов извержения, способных вызывать разрушение озона (Зуев, Зуева, 2011).

Есть мнение, что главная методологическая ошибка разработчиков Монреальского протокола состоит в том, что важнейшая геофизическая и геохимическая проблема планеты была «отдана на откуп лабораторным химикам», которых поддерживали крупные химические корпорации.

Что же касается современных хладагентов – гидрофторуглеродов, то они давно известны как мощные парниковые газы, которые, в принципе, могут ускорить глобальное потепление. Поэтому в октябре 2016 г. страны, которые ратифицировали Монреальский протокол, договорились о расширении его действия. Похоже, история повторяется, и нам вновь придется заменять холодильники и кондиционеры на новые.

Литература

Кашкин В. Б., Рублева Т. В., Хлебопрос Р. Г. Озоновые дыры – «дети» стратосферных вихрей // НАУКА из первых рук. 2007. № 1. Т. 13. С. 70—77.

Кашкин В. Б. , Романов А. А., Рублева Т. В. Исследование трендов спутниковых оценок общего содержания озона с использованием сингулярного спектрального анализа // Исследование Земли из космоса. 2009. № 4. С. 9–16.

Кашкин В. Б., Рублева Т. В., Хлебопрос Р. Г. Cтратосферный озон: вид с космической орбиты. Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2015. 184 с.

Кашкин В. Б., Романов А. А., Рублева Т. В. Тренды общего содержания озона в 2005–2015 гг. по данным дистанционного зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2016. Т. 29. № 9. С. 752–757.

Зуев В. В., Зуева Н. Е. Вулканогенные возмущения стратосферы – главный регулятор долговременного поведения озоносферы в период с 1979 по 2008 гг. // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24. № 1. С. 30–34.

Elliott S., Rowland F. S. Comment on ‘‘Further interpretation of satellite measurements of Antarctic total ozone’’ // Geophys. Res. Lett. 1988. V. 15. N 2. P. 196—197.

Molina M. J., Rowland F.  S. Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: Chlorine atom catalyzed destruction of ozone // Nature. 1974. V. 249. P. 810–812.

Solomon S., Ivy D. J., Kinnison D. et al. Emergence of healing in the Antarctic ozone layer // Science. 2016. 10.1126/science.aae0061.

Stolarski R. S., Schoeberl M. R. Further interpretation of satellite measurements of Antarctic total ozone // Geophys. Res. Lett. 1986. V. 13. N 12. P. 1210—1212.

: 13 Мар 2017 , Сердечных дел мастера , том 73, №1

Часто задаваемые вопросы об озоновом слое

Ключевые ресурсы

Научная оценка разрушения озонового слоя: 2014

Двадцать вопросов и ответов об озоновом слое

• Что такое озоновый слой?
• Почему важен озоновый слой?
• Что такое истощение озонового слоя и как оно происходит?
• Что такое озоновая дыра?
• Какая связь между разрушением озонового слоя и изменением климата?
• Откуда мы знаем, что природные источники не несут ответственности за разрушение озонового слоя?
• Что делается в отношении истощения озонового слоя?
• Есть ли общее согласие среди ученых в науке об истощении озонового слоя?
• Восстановится ли озоновый слой? Можем ли мы сделать больше озона, чтобы заполнить дыру?

Что такое озоновый слой?

Озоновый слой Область стратосферы, содержащая основную часть атмосферного озона. Озоновый слой находится примерно на высоте 15-40 километров (10-25 миль) над поверхностью Земли, в стратосфере. Истощение этого слоя озоноразрушающими веществами (ОРВ) приведет к повышению уровня УФ-В, что, в свою очередь, приведет к увеличению числа случаев рака кожи и катаракты, а также к потенциальному повреждению некоторых морских организмов, растений и пластмасс. Научная страница (http://www.epa.gov/ozone/science/index.html) предлагает более подробную информацию о науке об истощении озонового слоя. представляет собой концентрацию молекул озона в стратосфера Область атмосферы выше тропосферы. Стратосфера простирается на высоте от 10 до 50 км. Коммерческие авиалинии летают в нижней стратосфере. Стратосфера становится теплее на больших высотах. На самом деле это потепление вызвано тем, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение. Теплый воздух остается в верхних слоях стратосферы, а холодный воздух остается внизу, поэтому вертикальное перемешивание в этой области гораздо меньше, чем в тропосфере. Около 90 процентов озона планеты находится в озоновом слое. Слой атмосферы Земли, который нас окружает, называется 9-м.0031 тропосфера Ближайшая к Земле область атмосферы. Тропосфера простирается от поверхности примерно до 10 км в высоту, хотя эта высота меняется в зависимости от широты. Почти вся погода происходит в тропосфере. Гора Эверест, самая высокая гора на Земле, имеет высоту всего 8,8 км. Температура в тропосфере снижается с высотой. По мере того, как теплый воздух поднимается вверх, он охлаждается, опускаясь обратно на Землю. Этот процесс, известный как конвекция, означает, что существуют огромные движения воздуха, которые очень эффективно перемешивают тропосферу. Стратосфера, следующий более высокий слой, простирается примерно от 6 до 31 миль (или от 10 до 50 километров) над поверхностью Земли. Узнайте больше об озоновом слое.

Почему так важен озоновый слой?

Стратосферный озон представляет собой природный газ, который фильтрует ультрафиолетовое излучение Солнца ( УФ Ультрафиолетовое излучение представляет собой часть электромагнитного спектра с длинами волн короче видимого света. Солнце производит УФ излучение, которое обычно делится на три диапазона: УФА, УФВ , и UVC. UVA не поглощается озоном. UVB в основном поглощается озоном, хотя некоторые достигают Земли. UVC полностью поглощается озоном и обычным кислородом. НАСА предоставляет дополнительную информацию на своем веб-сайте (http://www.nas .nasa.gov/About/Education/Ozone/radiation.html).) радиация. Уменьшение озонового слоя позволяет большему количеству УФ-излучения достигать поверхности Земли. У людей чрезмерное воздействие УФ-лучей может привести к раку кожи, катаракте и ослаблению иммунной системы. Повышенное ультрафиолетовое излучение также может привести к снижению урожайности и нарушению морской пищевой цепи. Узнайте о последствиях истощения озонового слоя для здоровья и окружающей среды.

Что такое разрушение озонового слоя и как оно происходит?

Молекулы озона в стратосфере постоянно образуются и разрушаются под воздействием различных типов солнечного УФ-излучения. В норме производство и разрушение сбалансированы, поэтому количество озона в стратосфере в любой момент времени стабильно. Однако ученые обнаружили, что некоторые химические вещества реагируют с УФ-излучением в стратосфере, что приводит к их распаду и высвобождению атомов хлора или брома. Эти атомы, в свою очередь, разрушают молекулы озона.

Озоноразрушающие вещества ( ОРВ Соединение, способствующее разрушению стратосферного озона. ОРВ включают хлорфторуглероды (ХФУ), гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), галоны, бромистый метил, четыреххлористый углерод, гидробромфторуглероды, хлорбромметан и метилхлороформ. ОРВ обычно представляют собой очень стабильны в тропосфере и разлагаются только под интенсивным ультрафиолетовым излучением в стратосфере.При распаде они выделяют атомы хлора или брома, которые затем разрушают озон.Подробный список (http://www.epa.gov/ozone/science /ods/index.html) веществ класса I и класса II с указанием их ODP, GWP и номеров CAS.), включая хлорфторуглероды Газы, подпадающие под действие Монреальского протокола 1987 года и используемые для охлаждения, кондиционирования воздуха, упаковки, изоляции, растворителей или аэрозольных пропеллентов. Поскольку они не разрушаются в нижних слоях атмосферы, ХФУ дрейфуют в верхние слои атмосферы, где при подходящих условиях разрушают озон. Эти газы заменяются другими соединениями: гидрохлорфторуглеродами, временной заменой ХФУ, которые также подпадают под действие Монреальского протокола, и гидрофторуглеродами, подпадающими под действие Киотского протокола. Все эти вещества также являются парниковыми газами. См. гидрохлорфторуглероды, гидрофторуглероды, перфторуглероды, вещества, разрушающие озоновый слой. (ХФУ) и Гидрофторуглероды Соединения, содержащие только атомы водорода, фтора и углерода. Они были введены в качестве альтернативы озоноразрушающим веществам для удовлетворения многих промышленных, коммерческих и личных потребностей. ГФУ выбрасываются как побочные продукты промышленных процессов, а также используются в производстве. Они незначительно разрушают озоновый слой стратосферы, но являются мощными парниковыми газами с потенциалом глобального потепления от 140 (ГФУ-152a) до 11 700 (ГФУ-23). (ГХФУ) когда-то широко использовались в хладагентах, изоляционных пенах, растворителях и других применениях. Все эти вещества выделяют атомы хлора в стратосферу. Один атом хлора может расщепить более 100 000 молекул озона.

Другие химические вещества, разрушающие озоновый слой, включают бромистый метил Соединение, состоящее из углерода, водорода и брома. Метилбромид — эффективный пестицид, используемый для фумигации почвы и многих сельскохозяйственных продуктов. Поскольку он содержит бром, он разрушает стратосферный озон и имеет озоноразрушающий потенциал 0,6. Производство бромистого метила было прекращено 31 декабря 2004 г., за исключением допустимых исключений. Доступно гораздо больше информации (http://www.epa.gov/ozone/mbr/index.html). (используется как пестицид), галоны Соединения, также известные как бромфторуглероды, которые содержат бром, фтор и углерод. Они обычно используются в качестве средств пожаротушения и вызывают разрушение озонового слоя. Бром во много раз эффективнее разрушает стратосферный озон, чем хлор. См. вещество, разрушающее озоновый слой. (используется в огнетушителях) и метилхлороформ Соединение, состоящее из углерода, водорода и хлора. Метилхлороформ используется в качестве промышленного растворителя. Его озоноразрушающий потенциал составляет 0,11. (используется в качестве растворителя в промышленных процессах). Когда бромистый метил и галоны распадаются, они высвобождают атомы брома, которые в 60 раз более разрушительны для молекул озона, чем атомы хлора.

Атмосферные уровни этих ОРВ быстро увеличивались до введения в действие Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, и его последующих пересмотров и поправок. Однако за последние два десятилетия атмосферные уровни почти всех этих веществ существенно снизились.

Что такое озоновая дыра?

Одним из примеров истощения озонового слоя является ежегодная озоновая «дыра» над Антарктидой, которая образуется во время антарктической весны с начала 19 века. 80-е годы. На самом деле это не дыра в озоновом слое, а большая область стратосферы с крайне низким содержанием озона.

Важно понимать, что разрушение озонового слоя не ограничивается районом над Южным полюсом. Исследования показали, что истощение озонового слоя происходит на широтах, включающих Северную Америку, Европу, Азию и большую часть Африки, Австралии и Южной Америки.

Какая связь между разрушением озонового слоя и изменением климата?

ОРВ и многие их заменители, не разрушающие озоновый слой, являются сильнодействующими парниковыми газами, которые способствуют изменению климата. Некоторые ОРВ и заменители ОРВ обладают потенциалом глобального потепления, в несколько тысяч раз превышающим потенциал двуокиси углерода. Недавно стали доступны альтернативы ОРВ с более низким потенциалом глобального потепления. Узнайте больше об усилиях Агентства по охране окружающей среды по обеспечению безопасного и плавного перехода от ОРВ к заменителям, оказывающим меньшее воздействие на изменение климата.

Откуда мы знаем, что природные источники не ответственны за разрушение озонового слоя?

Хотя вулканы и океаны действительно выделяют большое количество хлора, хлор из этих источников легко растворяется в воде и вымывается из атмосферы дождем. Напротив, CFC не разлагаются в нижних слоях атмосферы и не растворяются в воде. Хотя они тяжелее воздуха, в конечном итоге они уносятся в стратосферу. Ученые используют воздушные шары, самолеты и спутники для измерения состава стратосферы. Эти измерения показывают заметное увеличение содержания стратосферного хлора с 1985. Время этого увеличения соответствует увеличению выбросов ХФУ и других ОРВ, вызванных деятельностью человека.

Что делается для защиты озонового слоя?

В соответствии с Разделом VI Закона о чистом воздухе Агентство по охране окружающей среды отвечает за разработку и реализацию программ по защите озонового слоя. EPA установило правила защиты. Узнайте больше об усилиях EPA по защите озонового слоя.

Есть ли среди ученых общее согласие относительно науки об истощении озонового слоя?

Да, возник международный консенсус в отношении причин и последствий разрушения озонового слоя. Под эгидой Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) и Всемирной метеорологической организации (ВМО) научное сообщество выпускает периодические доклады о науке об истощении озонового слоя. Более 300 ученых со всего мира подготовили и рассмотрели самый последний анализ «современного состояния науки» «Научная оценка истощения озонового слоя ВМО/ЮНЕП: 2014».

Восстановится ли озоновый слой?

Ожидается, что озоновый слой вернется к нормальному уровню примерно к 2050 году. Но очень важно, чтобы мир соблюдал Монреальский протокол; задержки с прекращением производства и использования озоноразрушающих веществ могут нанести дополнительный ущерб озоновому слою и затянуть его восстановление. Узнайте больше о текущем состоянии озонового слоя.

Рекордная озоновая дыра 2020 года закрывается

Рекордная антарктическая озоновая дыра 2020 года, наконец, закрылась в конце декабря после исключительного сезона из-за естественных метеорологических условий и продолжающегося присутствия озоноразрушающих веществ в атмосфере.

Антарктическая озоновая дыра 2020 года быстро росла с середины августа и достигла своего пика примерно в 24,8 миллиона квадратных километров 20 сентября 2020 года, распространившись на большую часть антарктического континента.

Это была самая продолжительная и одна из самых больших и глубоких дыр с момента начала мониторинга озонового слоя 40 лет назад. Он был вызван сильным, стабильным и холодным полярным вихрем и очень низкими температурами в стратосфере (слой атмосферы на высоте от 10 до 50 км). Те же метеорологические факторы также способствовали образованию рекордной озоновой дыры в Арктике в 2020 году.

Это контрастирует с необычно маленькой и недолговечной озоновой дырой в Антарктике в 2019 году.

«Последние два сезона озоновых дыр демонстрируют годовую изменчивость озоновой дыры и улучшают наше понимание факторов, ответственных за ее формирование, масштабы и серьезность», — сказала Оксана Тарасова, руководитель Отдела исследований атмосферной среды ВМО, который курирует сеть станций мониторинга Глобальной службы атмосферы ВМО. «Нам нужны дальнейшие международные действия для обеспечения соблюдения Монреальского протокола по химическим веществам, разрушающим озоновый слой. В атмосфере по-прежнему достаточно озоноразрушающих веществ, чтобы ежегодно вызывать разрушение озонового слоя», — сказала д-р Тарасова.

Программа ВМО «Глобальная служба атмосферы» тесно сотрудничает со Службой мониторинга атмосферы «Коперник», НАСА, Министерством окружающей среды и изменения климата Канады и другими партнерами в целях мониторинга озонового слоя Земли, который защищает нас от вредных ультрафиолетовых лучей Солнца.

Сильный полярный вихрь

Истощение озонового слоя напрямую связано с температурой в стратосфере, которая представляет собой слой атмосферы на высоте от 10 до 50 км над уровнем моря. Это связано с тем, что полярные стратосферные облака, играющие важную роль в химическом разрушении озона, образуются только при температурах ниже -78°C.

Эти полярные стратосферные облака содержат кристаллы льда, которые могут превращать нереакционноспособные соединения в реактивные, которые затем могут быстро разрушать озон, как только становится доступным солнечный свет для запуска химических реакций. Эта зависимость от полярных стратосферных облаков и солнечной радиации является основной причиной того, что озоновая дыра наблюдается только в конце зимы/начале весны.

Во время весеннего сезона в Южном полушарии (август-октябрь) озоновая дыра над Антарктидой увеличивается в размерах, достигая максимума в период с середины сентября по середину октября (изображение NASA Ozone Watch 2020 года на пике озоновой дыры в сентябре, изображенное слева) . Когда в конце весны в Южном полушарии температура высоко в атмосфере (стратосфере) начинает повышаться, истощение озонового слоя замедляется, полярный вихрь ослабевает и, наконец, разрушается, и к концу декабря уровни озона возвращаются к норме.

Однако в 2020 году сильный, стабильный и холодный полярный вихрь поддерживал постоянную низкую температуру озонового слоя над Антарктидой, предотвращая смешивание обедненного озоном воздуха над Антарктидой с богатым озоном воздухом из более высоких широт.

На протяжении большей части сезона 2020 г. концентрации стратосферного озона на высоте от 20 до 25 км (50–100 гПа) достигали почти нулевых значений, а толщина озонового слоя составляла всего 94 единицы Добсона (единица измерения), или приблизительно одна трети своего нормального значения.

Служба атмосферного мониторинга ЕС Copernicus сообщила, что анализ озона показал, что озоновая дыра закрылась 28 декабря.

Каждый сезон за появлением озоновой дыры и ее эволюцией следят с помощью спутников и ряда наземных станций наблюдения. Характеристики озоновой дыры, интерактивные карты, временные ряды, текущее состояние и прогноз готовятся и отслеживаются большим сообществом по озону с помощью услуг различных организаций, таких как Служба мониторинга атмосферы Коперника (CAMS), программа наблюдения за озоном НАСА, NOAA, KNMI, ЕКЦ и другие.

Монреальский протокол

Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой – это знаковое многостороннее природоохранное соглашение, которое регулирует производство и потребление почти 100 химических веществ, называемых озоноразрушающими веществами (ОРВ).