Озоновый слой земли

ВВЕДЕНИЕ

Озон - вещество, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Химическая формула озона - O3. В нормальных условиях озон представляет собой голубой газ. При сжижении превращается в жидкость цвета индиго. В твёрдом виде образует тёмно-синие, практически чёрные кристаллы.

Озон обладает характерным запахом, который легко почувствовать после грозы. В 1785 году озон впервые был получен искусственным путем. Это сделал голландский физик М. ван Марум, пропуская через воздух электрические искры. Однако ван Марум решил, что получил не новое вещество, а особую «электрическую материю».

Термин озон, образованный от древнегреческого глагола «озо» - «пахну», предложил в 1840 г. немецкий химик X.Ф. Шёнбейном, часто именно его называют первооткрывателем озона.

Роль, которую играет озон для человека и для всего живого на Земле стала ясна с открытием озонового слоя. В 1912 году французским физикам Шарлю Фабри и Анри Буиссону с помощью спектроскопических измерений удалось доказать, что в отдалённых слоях атмосферы существует озон, предохраняющий поверхность планеты от губительного воздействия ультрафиолетового солнечного излучения.

Атмосферный озон играет важную роль, защищая растения и животных. Однако тропосферный озон является загрязнителем, который может угрожать здоровью людей и животных, а также повреждать растения.

Высота озонового слоя составляет от 12 до 50 км над поверхностью Земли. Озон в относительно высокой концентрации (около 8 мл/м 3) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и тем самым защищает живые организмы от губительного излучения. По мнению современных исследователей, лишь существование озонового слоя позволило живым организмам выбраться из океанов, заселить сушу и впоследствии развиться до высокоорганизованных форм, таких как млекопитающие, и в конце концов - человек.

Наиболее плотная часть озонового слоя Земли расположена на высоте около 20-25 км, при этом наибольшая часть в общем объёме наблюдается на высоте 40км. Толщина озонового слоя Земли измеряется в единицах Добсона (DU). 1 DU - это толщина слоя газа, равная 10 мкм при нормальном атмосферном давлении. Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, то есть, сжатый под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой, толщиной 3 мм.
 

1.ДЫРЫ В ОЗОНОВОМ СЛОЕ ЗЕМЛИ

Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70-80-х годах прошлого столетия. Вред, который наносит озоновому слою утечка в атмосферу таких веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), был обнаружен почти случайно.

В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина (Mario Molina) и Фрэнк Шервуд Роланд (Frank Sherwood Rowland) предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества - закиси азота - выступил голландский физик Пол Крутцен (Paul Crutzen).

К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. Было достоверно установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; от ультрафиолета гибнет фитопланктон - кормовая база обитателей Мирового океана; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека - растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК.

Однако связь этих воздействий с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Более того, производители хладагентов и часть ученых выступили с жесткой критикой гипотезы, предполагавшей такую связь, отрицая само существование проблемы озоновых дыр.

Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году.

Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь - первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями.

«Я думаю, что во многом мы обязаны простой удаче, как и в случае многих других научных открытий. Нашу группу убедил график минимальных значений 11 дневных средних измерений, на котором было четко видно, что весеннее снижение концентрации носит систематический характер», - сказал Джонатан Шанклин (Jonatan Shanklin), который вместе со своими коллегами из Антарктического управления Великобритании, Джо Фарманом (Joe Farman) и Брайаном Гардинером (Brian Gardiner), собрал основные полевые данные. Фарман разработал в общих чертах химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений, и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных».

Результаты исследований, говорящие о существовании озоновой дыры в атмосфере, оказались пугающими и, в некоторой степени, невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено.

Уже тогда ученым было понятно: чтобы из атмосферы исчезли озоноразрушающие вещества и проблема озоновых дыр на Земле была бы решена, потребуются десятилетия, поскольку процессы разложения ОРВ идут медленно: так, срок жизни в атмосфере хладагента R12, одного из самых распространенных ХФУ, - около 100 лет. Ждать окончательного подтверждения этой теории было слишком опасно, и осознание этого побудило международное сообщество к принятию незамедлительных мер.

атмосферный тропосферный озоновый ультрафиолетовый

2.ОХРАНА И ЗАЩИТА ОЗОНОВОГО СЛОЯ ЗЕМЛИ

С 1985 года охрана озонового слоя стала одним из важных направлений деятельности для многих стран мира. Поиски консенсуса в ходе продолжительных и трудных переговоров и консультаций завершились 16 сентября 1987 года, когда тридцать шесть стран подписали документ, получивший название «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». В последующие годы были приняты четыре поправки к Монреальскому протоколу, скорректировавшие (в сторону ужесточения) обязательства, вытекающие из этого международного документа. По состоянию на сегодняшний день сторонами Венской конвенции и Монреальского протокола являются 197 стран, Лондонской поправки (1990 г.) - 196 стран, Копенгагенской поправки (1992 г.) - 195 страны, Монреальской поправки (1997 г.) - 188 страна, Пекинской поправки (1999 г. - 175 стран.

Монреальский протокол учитывает технологический и экономический уровни различных стран. Поскольку принятие мер по защите озонового слоя (прежде всего - отказ от ОРВ), требовало много времени и средств, развивающимся странам была предоставлена отсрочка. Тем не менее, вещества с наибольшим озоноразрушающим потенциалом (ОРП) - хлорфторуглероды (ХФУ) и галлоны (бромхладоны) - практически полностью выведены из обращения.

Все это время не прекращались наблюдения за стратосферным озоном, позволившие сделать вывод о действенности предпринятых мер по охране озонового слоя. Минимум концентрации был достигнут в 1997 году, что вполне объяснимо - газы из нижних слоев атмосферы попадают в верхние ее слои с задержкой в несколько лет. После 1997 года начал наблюдаться постепенный рост концентрации озона. При этом, максимум концентрации хлора в атмосфере был отмечен в 1993 году, и за последние годы его содержание снизилось на 15%. Конечно, об отсутствии ХФУ в атмосфере и полном восстановлении озонового слоя говорить еще рано - например, время жизни в атмосфере R12, производство которого прекратилось только к 1 января 2010 года, а заправленное им оборудование продолжает работать, составляет около ста лет. Тем не менее, наблюдения дают понять, что сохранение озонового слоя - задача выполнимая при условии участия в ее решении всех государств планеты.

В 2007 году Сторонами Монреальского протокола было принято решение об ускорении вывода из обращения ГХФУ. Изначально предполагавшийся график поэтапного вывода из оборота ГХФУ был «ускорен», в результате чего все развитые страны (включая Российскую Федерацию) должны к 2015 году сократить объем производства и потребления ГХФУ на 90% от базового уровня, что составит для нашей страны предельный уровень в 399,6 т ОРП.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во все звенья природной системы проникли несовместимые с ней чужеродные вещества, угрожающие во многих случаях самому существованию экосистемы. Возникла необходимость принятия срочных мер, чтобы спасти природу, т.е. резко сократить истощение естественных природных ресурсов и ограничить применение вредных для природы веществ

Но это не означает, что техника, химия, хозяйственная деятельность и экономика должны вернуться к каменному веку; наоборот, это означает необходимость продвижения к новым научным достижениям, опирающимся на познание, когда возникает общность с природой, в которой человек обретет долголетие.

Человечество должно сознавать, что мы только гости природы.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.Сайт: Проект по выводу ГХФУ в Российской Федерации

2.А.Д. Стрижевский. Свет. Природа и человек 4/92

3.Г. Фелленберг. Загрязнение природной среды. М. Мир 1997