Что такое озоновые дыры? Причины их появления.
Озоновая дыра — это истончение защитного озонового слоя в стратосфере (верхнем слое земной атмосферы). Всем живым существам, живущим под озоновой дырой, вредит солнечная радиация, которая достигает поверхности Земли, вызывая множество проблем.
Озоновый слой защищает жизнь на Земле, поглощая ультрафиолетовое излучение, которое повреждает ДНК растений, животных, людей и приводит к солнечным ожогам и раку кожи. Озон действует как солнцезащитный крем, защищая поверхность Земли от ультрафиолетового излучения.
До 1979 года ученые не наблюдали концентрацию атмосферного озона ниже 220 единиц Добсона . Но в начале 1980-х годов благодаря сочетанию наземных и спутниковых измерений ученые начали понимать, что естественный солнцезащитный экран Земли над Южным полюсом каждую весну резко истончается. Это истончение озонового слоя над Антарктидой стало известно как озоновая дыра.
В последние десятилетия деятельность человека стала причиной того, что озон разрушается гораздо быстрее, чем он может образоваться, тем самым создавая и увеличивая озоновую дыру.
Озон также может образовываться на уровне земли, образуя «фотохимический смог»; и, поскольку озон является токсичным газом, существует опасность для здоровья, когда озон достигает высоких уровней. Эта проблема возникает в основном летом в городах с интенсивным движением, когда солнечный свет взаимодействует с выхлопными газами автомобилей, содержащими оксиды азота.
Есть ирония в том, что деятельность человека разрушает озон в верхних слоях атмосферы там, где нам это необходимо, и создает озон на уровне земли там, где нам это не нужно!
Появление озоновых дыр
Озоновая дыра образуется каждый год, по причине резкого снижения общего содержания озона над большей частью Антарктиды в течение примерно трех месяцев (сентябрь-ноябрь) в Южном полушарии.
Это происходит в результате разрушения стратосферного озона газами, содержащими хлор и бром, источниками которых в основном являются галоидоуглеродные газы, производимые человеком.
Причина появления озоновой дыры над Антарктидой
Земная атмосфера постоянно перемешивается по земному шару ветрами. В результате, озоноразрушающие газы смешиваются во всей атмосфере, включая Антарктиду, независимо от того, где они выбрасываются. Из-за особых метеорологических условий в Антарктиде эти газы более эффективно разрушают озоновый слой, чем где-либо еще.
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.
Что такое озоновая дыра? Суть
Если вы спросите кого-нибудь наугад что такое озоновая дыра, есть большая вероятность, что они уже слышали об этой проблеме, но смогут ли они объяснить, что это такое и почему это происходит?
Несмотря на широкую известность, проблема озоновых дыр остается одной из наименее понятных общественности экологических проблем.
Ученые используют слово «дыра» как метафору области, в которой концентрация озона падает ниже исторического порога в 220 единиц Добсона (названа так из-за спектрофотометра Добсона, который используется для проведения измерений). Используя эту метафору, они могут описать размер и глубину отверстия.
Другими словами, озоновая дыра — это истончение защитного озонового слоя в стратосфере (верхнем слое земной атмосферы). Людям, растениям и животным, живущим под озоновой дырой, вредит солнечная радиация, которая достигает поверхности Земли, вызывая проблемы со здоровьем, от повреждения глаз до рака кожи.
Озоновый слой очень важен для жизни на Земле, поскольку он обладает свойством поглощать такую опасную форму УФ – излучения. Он постоянно формируется и разрушается, и его распределение по планете неравномерно и не постоянно.
Озоновая дыра. Причина возникновения
Озоновая дыра образовалась из-за того, что люди загрязнили атмосферу химическими веществами, содержащими хлор и бром. Основными участвующими химическими веществами являются хлорфторуглероды (сокращенно ХФУ), галоны и четыреххлористый углерод. ХФУ имеют широкий спектр применений, включая охлаждение, кондиционирование воздуха, пенопластовую упаковку и изготовление аэрозольных баллончиков.
Озоновая дыра фактически открыла миру глаза на такой процесс, как глобальное влияние деятельности человека на атмосферу. Ученые обнаружили, что у хлорфторуглеродов (ХФУ) — долгоживущих химических веществ, которые использовались в холодильниках и аэрозольных баллончиках с 1930-х годов — есть и темная сторона. В ближайшем к Земле слое атмосферы (тропосфере) ХФУ циркулировали десятилетиями, не разлагаясь и не вступая в реакцию с другими химическими веществами. Однако когда они достигли стратосферы, их поведение изменилось. В верхних слоях стратосферы (за пределами защиты озонового слоя) ультрафиолетовое излучение вызвало расщепление хлорфторуглеродов с выделением хлора, очень реактивного атома, многократно катализирующего разрушение озона.
Образование озоновых дыр. Где происходит такое явление?
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 тех пор, как 40 лет назад начался мониторинг озонового слоя. Причина такого явления была в сильном, стабильном и холодным полярном вихре 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.
Во время весеннего сезона в Южном полушарии (август-октябрь) озоновая дыра над Антарктикой увеличивается в размерах, достигая максимума в период с середины сентября по середину октября. 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 и дыра закрывается.
Возникновение и расширение озоновых дыр
В начале 1980-х годов естественный солнцезащитный слой Земли над Южным полюсом каждую весну стал резко истончаться и там начала создаваться озоновая дыра.
С 1980 по начало 1990-х гг. истончение озонового слоя над Антарктидой быстро росло по площади и глубине. Более холодные условия этого региона приводят к большей площади и более низким значениям озона в центре отверстия.
В течение нескольких лет минимальные концентрации держались на уровне 190, но затем минимумы быстро углублялись: 173 е.д. в 1982 г., 154 в 1983 г., 124 в 1985 г.
К 1991 г. был пройден новый порог, так как концентрация озона упала ниже 100 е.Д. в первый раз. С тех пор концентрации ниже 100 стали более распространенными. Самая глубокая озоновая дыра образовалась в 1994 году, когда 30 сентября концентрация упала до 73 е.д.
В начале 21 века годовые озоновые дыры немного стабилизировались.
Озоновые дыры в атмосфере
В атмосфере по-прежнему достаточно озоноразрушающих веществ, чтобы ежегодно вызывать разрушение озонового слоя.
Истощение озона также напрямую связано с температурой стратосферы, которая представляет собой слой атмосферы на высоте от 10 до 50 км над уровнем моря. Такой процесс связан 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 превращают нереакционноспособные соединения в реактивные, которые затем быстро разрушают 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.
Озоновая дыра над Антарктидой
Естественный солнцезащитный покров Земли над Южным полюсом каждую весну резко истончается. Это истончение озона над Антарктидой известно, как озоновая дыра.
Такой факт, что большая часть истощения озонового слоя происходит именно в этом регионе, требует некоторого объяснения. ХФУ и другие озоноразрушающие газы поступают из разных регионов планеты, но именно в южной полярной стратосфере условия становятся наиболее благоприятными для разрушения озона. Ключевым фактором является наличие стратосферных облаков и отсутствие смешения атмосферы между южными полярными широтами и воздухом из других мест в течение южной зимы и ранней весны.
Обычно в стратосфере нет облаков, и причина этому та, что на такой высоте очень мало водяного пара. Однако во время южно-полярной зимы воздух в стратосфере над Антарктидой опускается до температуры ниже -80°С ; достаточно, чтобы образовались тонкие облака. Пока темно, ничего не происходит; но когда наступает весна, УФ – излучение Солнца достигает Южного полярного круга и запускает процесс выделения хлора и разрушения озона. Это продолжается до тех пор, пока стратосферные облака не исчезнут из-за потепления южной полярной атмосферы по мере приближения лета.
К летнему времени стратосферный воздух более низких широт способен проникать в полярные широты и тем самым ставать причиной появления более плотного озонового слоя над Антарктидой. Следовательно, существует сезонный цикл озоновой дыры над Антарктидой, при этом самые низкие уровни озона регистрируются в конце сентября и начале октября.
Хотя те же самые процессы ведут к истощению озонового слоя в Арктике в противоположное время года, проблема не так серьезна, как на юге, по причине того, что стратосфера над Арктикой имеет тенденцию не становиться такой холодной, как стратосфера над Антарктикой. Поэтому образование стратосферных облаков не так часто и широко распространено в Арктике, это в основном связано с различиями в распределении суши и моря между двумя районами.
Последствия и влияние озоновых дыр. Чем они опасны?
Последствия уничтожения озонового слоя для человека и окружающей среды разрушительны.
Истощение озона вызывает появление повышеного уровня УФ – излучения на поверхности Земли, что наносит ущерб здоровью человека. Отрицательные эффекты включают распространение некоторых видов рака кожи, катаракты глаз и иммунодефицитных состояний.
УФ – излучение также становяться причиной изменения роста пищевых цепей и биохимических циклов. Водная жизнь непосредственно под поверхностью воды, являющаяся основой пищевой цепи, особенно сильно страдает от высоких уровней УФ – излучения.
УФ – лучи также влияют на рост растений, снижая продуктивность сельского хозяйства. Это может привести к замедлению роста растений, меньшему размеру листьев, слабому цветению и фотосинтезу растений, ухудшению качества урожая для человека. А снижение продуктивности растений, в свою очередь, повлияет на эрозию почвы и углеродный цикл.
Планктон и зоопланктон сильно страдают от воздействия УФ – лучей. Они стоят на первых звеньях водной пищевой цепи. Если численность планктона уменьшится, это, вероятно, будет иметь далеко идущие последствия для всей морской жизни в низших звеньях пищевой цепи.
Экологическая проблема озоновых дыр. Глобальные вопросы
Главным аспектом экологической проблемы озоновой дыры является ее связь с глобальным потеплением, то есть изменением климата в результате увеличения выбросов парниковых газов. Обе проблемы являются результатом загрязнения атмосферы, но причины и последствия каждой из них очень разные.
Несмотря на различия, существуют и некоторые связи между этими двумя проблемами. Например, ХФУ (хлорфторуглероды) являются парниковыми газами и вызывают разрушение озонового слоя, поэтому поэтапный отказ от производства ХФУ помогает бороться с изменением климата, а также восстанавливать озоновый слой.
Давайте рассмотрим глобальные проблемы, связанные с разрушением озона.
Озоновый слой защищает жизнь от вредного УФ – излучения, которое может вызывать рак и замедлять рост растений. УФ – излучение также может проникать на поверхность океана, поэтому морские организмы (особенно фитопланктон) тоже страдают от этого влияния. Если человечество продолжит разрушать озоновый покров, фотосинтез растений будет нарушен, экосистемы перестанут нормально функционировать, поэтому в наших интересах защитить и возобновить озон для предотвращения образования и расширения новых дыр.
Когда в 1985 году стали очевидны масштабы истощения озонового слоя над Антарктидой, международному сообществу не потребовалось много времени, чтобы прийти к консенсусу в отношении того, что необходимо делать. Если бы не быстрые политические действия, химические вещества, разрушающие озоновый слой, продолжали бы накапливаться в атмосфере, увеличивая размер антарктической озоновой дыры, а также истончая озоновый слой в других местах на юге, таких как Новая Зеландия и Австралия.
Озоновые дыры и парниковый эффект
Группа парниковых газов, включая хлорфторуглероды (ХФУ) несут ответственность за разрушение озонового слоя, поскольку они атакуют и разрушают молекулы озона. ХФУ используется в аэрозолях, например, в баллончиках лака для волос, в холодильниках и при производстве пенопластов.
Образовавшиеся озоновые дыры пропускают вредное ультрафиолетовое излучение и усиливают парниковый эффект.
Транспортные средства также выделяют большое количество парниковых газов, которые приводят к глобальному потеплению, парниковому эффекту, а также к истощению озонового слоя. Поэтому необходимо переходить на другие виды транспорта и альтернативные экологические виды топлива.
Кислотные дожди
При сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасываются оксиды серы и азота. Когда двуокись серы и двуокись азота смешиваются с каплями воды в атмосфере, образуя серную и азотную кислоты, образуются кислотные дожди. Ветры переносят эти загрязняющие вещества на тысячи миль, затем они выпадают на поверхность Земли в виде кислотных дождей, которые повреждают листья растительности, повышают кислотность почвы и воды и ежегодно приводят к гибели около 500 человек.
Здания и другие сооружения также страдают от кислотных дождей, которые ежегодно наносят материальный ущерб на сумму около пяти миллиардов долларов. Каменные элементы на здании рушатся и повреждаются.
Кислотные дожди растворяют раствор между кирпичами, делают каменные фундаменты неустойчивыми и разрушают древние здания и статуи, сделанные из мрамора или известняка.
Загрязнение озоновых дыр
Дикая природа и люди испытывают многие негативные последствия загрязнения воздуха. Повреждение дыхательной системы является наиболее частым последствием у людей и животных, но также распространены неврологические проблемы и раздражение кожи.
Растения и сельскохозяйственные культуры меньше растут при длительном воздействии загрязненного воздуха. Загрязнение озоном наносит вред растениям, повреждая структуры, называемые устьицами, которые представляют собой крошечные поры на нижней стороне листьев, которые позволяют растению «дышать». Некоторые виды растений могут защитить себя, временно закрыв устьица или, вырабатывая антиоксиданты, но другие особенно чувствительны к повреждениям.
В период с 1980 по 2011 год в США были потеряны соевые бобы и кукуруза на девять миллиардов долларов в результате загрязнения озоном. Когда кислотные дожди, токсичность свинца и воздействие оксидов азота изменяют химическую природу почвы, растения лишаются питательных веществ, необходимых им для роста и выживания. Это влияет на сельское хозяйство, леса и пастбища.
Как предупредить? Решение
В 1987 году для решения проблемы разрушения озонового слоя международное сообщество приняло Монреальский протокол, соглашение о поэтапном прекращении производства озоноразрушающих химических веществ. Это был первый международный договор, подписанный всеми странами мира, и он считается величайшим успехом в области охраны окружающей среды в истории Организации Объединенных Наций.
Цель Монреальского протокола – сократить производство и потребление озоноразрушающих веществ, чтобы уменьшить их присутствие в атмосфере.
Мировое потребление этих веществ сократилось примерно на 98% с тех пор, как страны начали принимать меры в соответствии с Монреальским протоколом. В результате снижается концентрация в атмосфере наиболее агрессивных видов озоноразрушающих веществ и появляются первые признаки восстановления озонового слоя.
Каждый человек также должен принимать меры для предотвращения истощения озонового слоя. Следует избегать использования пестицидов и переходить на естественные методы избавления от вредителей вместо использования химикатов. Транспортные средства выделяют большое количество парниковых газов, которые приводят к глобальному потеплению, а также к истощению озонового слоя. Поэтому использование транспортных средств должно быть сведено к минимуму. Большинство чистящих средств содержат химические вещества, влияющие на озоновый слой. Мы должны заменить их экологически чистыми продуктами. Контролируйте работу кондиционеров, так как их неисправность приводит к выбросу ХФУ в атмосферу.
Ученые уже получили первое окончательное доказательство восстановления озонового слоя, наблюдая 20-процентное уменьшение разрушения озона в зимние месяцы с 2005 по 2016 год. Модели предсказывают, что озоновый слой Антарктики восстановится к 2040 году.
P.S.
Если Вам понравилась и была полезна данная информация, поделитесь ею в соц. сетях со своими друзьями и знакомыми. Так вы поддержите наш проект “Экология жизни“ и сделаете свой вклад в сохранение окружающей среды!
- Аренда однокомнатной квартиры в Кемерово - 20.03.2024
- Амброзия растение - 19.03.2024
- Растения семейства злаковых - 18.03.2024
