Озоновый слой в атмосфере чем полезен

Если Вы получали солнечный ожог, значит, Вы испытали на себе агрессивное воздействие ультрафиолетового излучения. Чтобы защититься от УФ-лучей, мы чаще всего используем солнцезащитный крем. Для нашей планеты роль крема от загара играет озоновый слой. Без этого «щита» мы бы не просто загорели — на Земле бы со временем не осталось ничего живого.

Ученые предполагают, что возникновение озонового экрана Земли произошло четыреста миллионов лет назад. Именно этот процесс, по их мнению, позволил микроорганизмам подняться со дна океана и выйти на сушу. Так на Земле появилась жизнь.

Содержание:

Что такое озоновый слой
Озоновый слой и УФ-излучение
Разрушение озонового слоя
Озоновые дыры
Мир без озонового слоя
Заключение

Что такое озоновый слой

Озоновый слой — это самый легкий и тонкий слой в атмосфере, который содержит относительную концентрацию озона (до 0,001%). Озоновый слой защищает нашу планету от опасного ультрафиолетового излучения, которое способно причинить значительный ущерб жизни на Земле.

Однако озоновый слой не только покрывает нашу планету. Его также можно найти и на поверхности земли — он используется для таких целей, как отбеливание бумажной целлюлозы, обеззараживание питьевой воды и удаление неприятных запахов из продуктов.

Как образуется озоновый слой

Озон — это аллотропная модификация кислорода. Ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулы кислорода, превращая О2 в О+О. После расщепления О присоединяется к другим молекулам кислорода, образуя озон (О3=О+О2).

Аллотропными модификациями называют вещества, сходные по составу, но отличающиеся по химическому строению и, соответственно, физическим свойствам.

О3 и молекулы кислорода «поглощают» около 97–99% вредного ультрафиолетового излучения, преобразовывая его в тепло.

Где находится озоновый слой

Озоновый слой находится на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли, в верхних слоях атмосферы. Озоносфера (или озоновый экран) в разных широтах планеты находится на разных уровнях. В тропических широтах озоновый слой находится на расстоянии от 25 до 30 км, в умеренных — от 20 до 25 км, в полярном круге расстояние еще меньше — от 15 до 25 км.

Толщина озонового слоя

Озоновый слой считается самым тонким в атмосфере. Концентрация озона в верхних слоях измеряется в единицах Добсона. Одна единица Добсона составляет 10 микрометров чистого озона при температуре 0 °C и стабильном атмосферном давлении. Нормальной концентрацией озона считается 300 единиц. Отсюда следует, что толщина озонового слоя составляет всего 3 000 микрометров (3 миллиметра).

Гордон Миллер Борн Добсон — британский физик и метеоролог XX века. Он посвятил свою жизнь изучению озона в атмосфере и сконструировал первый озоновый спектрометр.

Озоновый слой и УФ-излучение

Главная задача озонового слоя — оберегать планету от опасной солнечной радиации.

УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.

В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, желтухи, экземы и рахита. При лечении также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование данного излучения происходит под четким медицинским наблюдением.

Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний кожи, глаз и иммунной системы.

Солнечные ожоги случаются в результате долгого влияния УФ-излучения на кожу. Оно способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.

Озоновый слой служит естественным щитом Земли и спасает человечество от ультрафиолетовой радиации, которая также вызывает мутации ДНК.

Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:

УФ-А (от 320 до 400 нанометров): не поглощаемая озоном длина, так как находится на безопасном расстоянии.
УФ-В (от 280 до 320 нанометров): большая часть поглощается озоном, но данная длина излучения может быть вредна для чувствительной кожи.
УФ-С (менее 280 нанометров): полностью поглощается озоном. Наиболее опасная длина, потому что она самая короткая и может уничтожить добрую часть нашей экосистемы.

Разрушение озонового слоя

Годы изучения защитного экрана показали, что над поверхностью Земли в некоторых районах озоновый слой начал истончаться. Первую «брешь» обнаружили над Антарктидой.

Причиной повреждения и истончения озоносферы Земли были признаны синтетические и искусственные вещества, образованные в результате промышленной деятельности.

Причина разрушения озона — хлорфторуглерод, группа органических соединений, включающих атомы фтора, хлора и углерода. Эти соединения не токсичны, стабильны и, взаимодействуя с воздухом, не образуют взрывоопасных веществ.

Фреон (хладагент) — яркий представитель этих соединений и включает в себя более 40 различных веществ. Область применения фреона захватывает практически все сферы жизнедеятельности человека. Впервые хлорфторуглероды стали использовать в работе холодильных устройств (холодильники, кондиционеры), заменив ими токсичные и взрывоопасные аммиак и сернистый газ. Позже хлорфторуглероды стали широко эксплуатировать в аэрозольных баллонах, вспенивателях, растворителях, а также в пищевой и парфюмерной отраслях.

Однако сейчас известно, что под воздействием солнечной радиации хлорфторуглероды разлагаются в атмосфере и образуют вещества, которые эффективно разрушают молекулы озона. И если на Земле фреон не представляет опасности для жизни, в стратосфере он активно разрушает защитную систему нашей планеты.

Монреальский протокол

В 1987 году Всемирная Метеорологическая Организация и Программа ООН по окружающей среде собрали вместе ученых, дипломатов, защитников окружающей среды, членов правительства, представителей промышленности и коммерческие организации для заключения соглашения о поэтапном отказе от химических веществ. В январе 1989 года вступил в силу Монреальский протокол, первое в мире международное соглашение о регулировании химических загрязнителей.

В рамках протокола было решено постепенно сокращать производство и использование озоноразрушающих химических веществ, в первую очередь был введен запрет на использование ХФУ (хлорфторуглерод) в распылительных аэрозольных баллончиках.

Озоновые дыры

В 1985 году над Антарктидой обнаружили озоновую «дыру» диаметром более 1 000 км. По сей день она является самой большой и занимает площадь чуть меньше 20 млн кв. км.

К счастью, как таковой дыры нет. На самом деле, когда ученые и популярные средства массовой информации ссылаются на дыру в озоновом слое, речь идет об области с низкой концентрацией озона. Толщина озоновой оболочки в этой местности меняется в зависимости от времени года.

Почему дыра образовалась именно над Антарктидой, если главная причина в опасных выбросах?

Ученые объясняют этот феномен тем, что хлорфторуглероды переносятся в Антарктику воздушными потоками. Особенные климатические условия, а конкретно — крайне низкие температуры (до −80 °C) способствуют формированию стратосферных облаков.

В этих облаках происходит серия химических реакций. Хлор, содержащийся в ХФУ, отделяется от других веществ, кристаллизуется и в течение всего холодного периода сохраняется в таком состоянии. С приходом весны интенсивность ультрафиолетовых лучей усиливается, атомы хлора высвобождаются, разрушая молекулы озона. В итоге образуется озоновая дыра.

Мир без озонового слоя

Озоновая дыра над Антарктидой не единственная. Количество дыр растет с каждым годом по всему миру. Поток солнечной радиации увеличивается и вызывает вспышки раковых заболеваний кожи и катаракту, причем дети этому явлению подвержены сильнее.

Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда (НАСА), чтобы доказать значение озонового слоя, смоделировали ситуацию стремительного разрушения защитного экрана Земли.

Группа ученых начала работу с создания модели атмосферной циркуляции земной системы, которая учитывает химические реакции в атмосфере, колебания температуры и ветра, изменения солнечной энергии, а также другие элементы глобального изменения климата. Потери озона изменяют температуру в разных частях атмосферы, и эти изменения способствуют или подавляют химические реакции.

Затем исследователи увеличили выброс ХФУ и подобных соединений на 3% в год, что примерно вдвое меньше, чем в начале 1970-х годов, когда хлорфторуглероды активно использовались в производстве и быту. Ученые позволили моделируемому миру развиваться с 1970 по 2065 год.

Год 2065. Почти две трети озоносферы Земли исчезло. У самой большой озоновой дыры над Антарктидой появился двойник над Северным полюсом. Ультрафиолетовое излучение, падающее на города средних широт (например, Вашингтон), настолько сильное, что способно вызвать солнечный ожог всего за пять минут. Из-за высокого уровня радиации вероятность мутации ДНК увеличивается на 650%.

Усиление ультрафиолетового излучения спровоцирует гибель планктона в океанах и, следовательно, уменьшит рыбные запасы. Также ультрафиолет может оказать неблагоприятное воздействие на рост растений, что приведет к полному увяданию сельского хозяйства.

Решение есть

Увидев мир без озонового слоя, ученые пришли к выводу, что разрушение стратосферного озона можно остановить. Альтернативные вещества, которые не навредят защитному экрану Земли, существуют. К ним относятся углекислый газ, нетоксичный пропан, аммиак и изобутан (природный хладагент).

Как отмечают экологи, озоновый щит планеты уже сейчас восстанавливается на 1–3% в десятилетие. При благоприятных прогнозах озоновые дыры могут исчезнуть по всей планете к 2060 году. Команда ученых НАСА предполагает, что восстановление озонового слоя связано с Монреальским протоколом.

Специалисты из Национального управления океанических и атмосферных исследований США в 2018 году обнаружили крупные выбросы в атмосферу озоноразрушающего газа — трихлорфторметана.

Было установлено, что эпицентр выбросов находится в Восточной Азии, а позже более 18 производственных фабрик в Китае сами признались в незарегистрированном использовании фреона.

Экологи считают, что повлиять на целостность озонового слоя могут сами люди на бытовом уровне. Озоновый экран планеты также подвергается атакам парниковых газов и токсичных выбросов воздушного и наземного транспорта. Использование экологически чистого топлива, сохранение ресурсов земли и правильная утилизация вредных отходов сыграет значительную роль в спасении Земли.

Стоит начать очищение окружающей среды с маленького островка — своей квартиры. Через открытые окна в наше жилище поступает большое количество пыли, вредных испарений, ядовитых выбросов и неприятных запахов. В этой ситуации поможет бризер: благодаря трехступенчатой системе фильтрации устройство препятствует проникновению в комнату вредных веществ, бактерий, аллергенов и вирусов с улицы. Бризер борется с духотой в квартире и создает все условия для комфортной жизни и спокойного сна.

Заключение

Проблема разрушения озонового слоя планеты тесно связана с угрозой глобального потепления. Есть предположение, что восстановление озоновой оболочки замедлит таяние льдов

Правительство и многие крупные промышленные корпорации играют большую роль в том, как мы используем ресурсы Земли. Если сохранение окружающей среды станет первоочередной задачей каждого из государств, возможно, разрушительное влияние на нашу среду обитания достигнет минимума.

Автор: Полина Тарасова

Источник

Озоновый слой в атмосфере

Абсорбция ультрафиолетового излучения озоновым слоем. По горизонтальной оси отложена концентрация озона в единицах Добсона (DU) на километр высоты. По вертикальной оси — высота в километрах. Показано также поглощение в трёх диапазонах ультрафиолета (см. текст)

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20), с наибольшим содержанием озона (вещества, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода, O3), образующегося в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца на молекулярный кислород (O2). При этом с наибольшей интенсивностью, именно благодаря процессам диссоциации кислорода, атомы которого затем образуют озон, происходит поглощение ближней (к видимому свету) части ультрафиолета солнечного спектра. Кроме того, диссоциация озона под воздействием ультрафиолетового излучения приводит к поглощению наиболее жёсткой его части.

Около 90 % атмосферного озона находится в стратосфере, главным образом на высоте от 20 до 40 км над поверхностью Земли. Его концентрация в стратосфере составляет от 2 до 8 частей на миллион. Общее количество озона в атмосфере таково, что если бы можно было весь его переместить на уровень моря и сконцентрировать до атмосферного давления при температуре 0 °C, он занял бы слой высотой всего 3 мм (это соответствует 300 единицам Добсона, или 300×2,69×1016 молекул озона на квадратный сантиметр поверхности Земли). Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км. Озоновый слой поглощает от 97 до 99 % солнечного излучения в области длин волн от 200 до 315 нм.

Очень опасный ультрафиолет в диапазоне UV-c (100—280 нм) практически полностью поглощается кислородом (< 200 нм с образованием монокислорода и далее озона) и озоном (200—280 нм) в самых верхних слоях атмосферы, выше 35 км. Диапазон UV-b (280—315 нм), вызывающий загар и рак кожи, поглощается озоном почти полностью, до поверхности Земли доходит лишь несколько процентов, причём в длинноволновой части этого диапазона, тогда как на длине волны 290 нм коэффициент поглощения озонового слоя составляет 3,5×108. Диапазон UV-a (315—400 нм), ближайший к видимому свету (400—700 нм) почти не поглощается (см. рис.)[1].

Благодаря нагреванию воздуха вследствие поглощения озоном солнечных лучей возникает температурная инверсия, то есть повышение температуры с высотой. Таким образом, тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой и смешивание воздуха между этими слоями атмосферы затруднено.

Озоновый слой образовался в атмосфере Земли 1,85—0,85 млрд лет назад, когда в ней вследствие фотосинтеза накопилось достаточно кислорода[2]. Лишь после образования озонового слоя жизнь (включая растения) смогла выйти из океанов[3]; без этого высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.

История открытия озонового слоя[править | править код]

Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.

Благодаря данным ультрафиолетового спектрометра, работавшего на борту орбитального зонда Venus Express, астрономы обнаружили озоновый слой в атмосфере Венеры[4][5].

Механизм Чепмена[править | править код]

Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сидни Чепменом в 1930 году и носит его имя.

Реакции образования озона:

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175—200 нм и до 242 нм.

Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом:

Пути гибели озона[править | править код]

Стратосферная химия озона

Кроме реакций, входящих в механизм Чепмена, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чепмена), водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами.

Азотный цикл (NOx):

Водородный цикл (HOx):

Хлорный цикл (ClOx):

Доля в расходовании озона различных химических семейств на разных высотах:[6]

Давление, гПа	азотное	кислородное	водородное	галогеновое
1,31	0,10	0,26	0,41	0,21
3,78	0,50	0,14	0,11	0,25
8,93	0,68	0,11	0,08	0,13
21,9	0,46	0,12	0,19	0,20
55,8	0,12	0,03	0,48	0,14

Доля галогенового пути распада стратосферного озона увеличилась в результате деятельности человека, что привело к возникновению озоновых дыр. Генеральная ассамблея ООН в 1994 году провозгласила 16 сентября ежегодным Международным днём охраны озонового слоя.

Единица измерения толщины озонового слоя[править | править код]

Единицей измерения толщины озонового слоя служит единица Добсона (DU).

Примечания[править | править код]

См. также[править | править код]

Озоновая дыра
Монреальский протокол
Международный день охраны озонового слоя

Ссылки[править | править код]

Озоновый слой Земли.
Химия озонового слоя.

Статьи и обзоры[править | править код]

Озон в атмосфере. Озоновый слой — ультрафиолетовый щит Земли
Химия и алхимия озонового слоя
Охрана озонового слоя в мире

Международные соглашения[править | править код]

Венская конвенция об охране озонового слоя
Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой

Источник

Озон — газ, состоящий из кислорода (одна молекула содержит три атома), наполняет атмосферу, создавая защитный слой для биосферы планеты. Значение озонового слоя для Земли и всего живого велико. Об этом учат в школах, рассказывают в детских садах, написано много книг, сняты документальные фильмы.

Функции озонового слоя

На высоте 20-30 километров от поверхности Земли «живой» газ создаёт уникальную защиту. Озон необходим для жизни на Земле, поскольку поддерживает температурный режим на планете и выполняет роль фильтра в атмосфере.

Планета регулярно подвергается воздействию ультрафиолетовых лучей солнца, космического излучения. Если внешнее влияние полностью будет достигать поверхности Земли, это негативно скажется на живых организмах. «Защитное поле» становится частичной преградой для вредных факторов, влияющих на планету извне.

Озоновый слой справляется с внешней и внутренней угрозой. Регулярно предприятиями и транспортом выбрасывается множество газов в атмосферу (в том числе углекислый). Трёхатомный кислород нейтрализует опасные вещества, очищая воздух. Помимо нейтрализации, вредных примесей, озоновый слой удерживает кислород внутри атмосферы, не позволяя ему в больших количествах «вылетать» в открытый космос.

Нейтрализация углекислого газа

Причиной парникового эффекта становятся газы. На Земле ответственным за это явление считается углекислый газ, источниками которого являются природные (жизнедеятельность биосферы, извержения вулканов, пожары вследствие засухи, гниение биомассы) и антропогенные (сжигание биомассы, горение пород или топлива, промышленное производство, изготовление цемента) факторы.

Если исключить неестественное образование газа, то растения поглощают большую часть двуокиси углерода. При чрезмерном образовании вещества из-за техногенного влияния, остаток попадает в атмосферу. Молекулы озона разрушают органические соединения, в том числе углерод и его производные, нейтрализуя излишки опасного газа.

Роль озонового слоя при взаимодействии с углекислым газом — восстановление баланса веществ, наполняющих атмосферу. Состав воздуха меняется в зависимости от климатических, погодных и антропогенных условий. Реакции проходят постоянно в разных участках «щита».

Удержание кислорода

Значение озонового слоя для биосферы выражено также удерживанием нужного уровня кислорода. Озон образуется под воздействием ультрафиолетовых лучей, но содержимое защитного барьера динамично, поскольку:

озон тяжелее воздуха, после реакции спускается ниже;
ветер перемещает газ в разных направлениях;
интенсивность УФ-излучения переменчива.

Для озонового слоя, имеющего небольшой объём О3, нормально постоянно менять количество содержащегося внутри газа. Озон, «покидающий» защитный барьер, замещается кислородом. После поглощения и химических реакций О2 становится О3. Озоновый слой предохраняет атмосферу от критического снижения уровня кислорода.

Отражение космического и частично ультрафиолетового излучения

Озоновый слой атмосферы предохраняет всё живое на Земле от действия космической радиации, излишка опасных солнечных лучей. В малой концентрации длинные волны ультрафиолета полезны для людей, животных и растений. Естественный фильтр планеты защищает человека и другие организмы от электромагнитного излучения солнца разной длины (больше 90%). Но губительны для всего живого именно короткие волны. Они вызывают:

ожоги кожи разной степени тяжести;
мутации;
новообразования (злокачественные, доброкачественные);
ожог роговицы глаза;
высыхание слизистых, тканей;
снижение защитных сил организма;
при больших дозах и частом воздействии — летальный исход.

Озоновый слой выполняет роль преграды для ближнего ультрафиолета, обеспечивая безопасность для живых организмов. Это обусловлено тем, что защитный барьер планеты Земля обладает экранирующими свойствами, отражает УФ-излучение.

Ещё один опасный для жизни на планете внешний фактор — космическое излучение, которое также «фильтруется» озоновым слоем.

Значение озонового слоя, как терморегулятора атмосферы

Роль газового барьера на планете не только в экранировании и поглощении опасного излучения (космического, ультрафиолетового), но и поддержании температурного режима Земли.

Озоновый слой частично пропускает тепло в открытый космос, не давая «утекать» массово. Озон задерживает двадцать процентов тепловой энергии Земли. Это требуется, чтобы внутри биосферы сохранялась требуемая для живых организмов температура.

Если барьер будет абсолютно непроницаем, то возникнет парниковый эффект. При потери большего количества тепла, атмосфера недостаточно прогреется, что приведёт к гибели растений и животных. Частично могут сохраниться организмы, живущие на дне Мирового океана или внутри глубокого грунта.

Значение озонового слоя для человека и других организмов

Газ озон необходимая и опасная составляющая атмосферы. В нижних слоях атмосферы чрезмерное количество этого вещества опасно для живых организмов, поскольку озон токсичен. У людей О3 вызывает патологии:

усиление аллергической реакции;
повреждение слизистых оболочек;
нарушение работы органов дыхания;
повышение риска атеросклероза;
в больших дозах ведёт к бесплодию.

Но на высоте 20 км 3 миллиметровый барьер О3 становится жизненно необходимым, поскольку роль озонового слоя в атмосфере велика:

Защита всего живого от опасных коротких ультрафиолетовых лучей.
Отражение космической радиации.
Терморегулирование внутри биосферы.

Главное значение озонового слоя для Земли состоит в том, что он не только экранирует внешнее воздействие, но и удерживает баланс газов и температур внутри атмосферы. Снижение концентрации О3 на десятую часть приводит к:

уменьшению урожая сельскохозяйственных растений;
сокращению популяций животных;
изменению внутри наземных экосистем;
развитию нетипичных патологий у животных, людей;
обострению хронических заболеваний;
мутациям живых организмов на генетическом уровне.

Монреальский протокол

Озоновый слой и проблемы его сохранения изучаются учёными и руководителями государств со второй половины двадцатого столетия. Научно-исследовательские институты разных стран, международные экспедиции, объединения учёных работают над определением факторов, влияющих на толщину и формирование защитного барьера. Значение озонового слоя Земли велико, поэтому на государственных и международном уровнях создаются мониторинговые комиссии, утверждаются законы, пишутся программы, призванные защитить экранирующий щит планеты.

Один из агрессивных факторов воздействия на озон — фреон. Газ постепенно разрушает естественную защиту Земли, истончая её. Поэтому в 1989 году странами-членами Организации Объединённых Наций подписан «Монреальский протокол». Документ содержит договорённость о прекращении производства фреона и иных газов, разрушающих озоновый слой. Согласно протоколу процесс остановки проходит постепенно. Прогнозируемая дата восстановления озонового барьера, по мнению учёных – 2050 год при условии соблюдения достигнутых договорённостей.

Неоспоримое, подтверждённое значение озонового слоя в том, что он поглощает опасную для всего живого космическую радиацию и ультрафиолетовое коротковолновое излучение. Природный О3 на высоте двадцати километров от поверхности Земли защищает людей и другие живые организмы от внешних факторов, обеспечивая баланс температур, полезных и вредных газов в атмосфере.

Источник