Apariția găurilor de ozon duce la problema găurilor de ozon

„Putem, poate, să spunem că scopul omului este, ca să zicem, să-și distrugă rasa, făcând mai întâi globul de nelocuit.”

J.B. Lamarck.

De la formarea unei societăți extrem de industrializate, intervenția umană periculoasă în natură a crescut brusc, a devenit mai diversă și amenință să devină un pericol global pentru umanitate. O amenințare reală a unei crize de mediu globale planează asupra lumii, înțeleasă de întreaga populație a planetei. Adevărata speranță pentru prevenirea acesteia constă în educația continuă pentru mediu și iluminarea oamenilor.

Principalele motive care duc la dezastrul de mediu pot fi identificate:

· poluare;

· otrăvirea mediului;

· epuizarea atmosferei în oxigen;

· formarea de „găuri” de ozon.

Acest mesaj rezumă câteva date din literatură despre cauzele și consecințele distrugerii stratului de ozon, precum și modalitățile de rezolvare a problemei formării „găurilor de ozon”.

Caracteristicile chimice și biologice ale ozonului

Ozonul este o modificare alotropică a oxigenului. Natura legăturilor chimice din ozon determină instabilitatea acestuia (după un anumit timp, ozonul se transformă spontan în oxigen: 2O 3 → 3O 2) și capacitatea de oxidare ridicată. Efectul oxidativ al ozonului asupra substanțelor organice este asociat cu formarea de radicali: RH + O 3 → RО 2. +OH.

Acești radicali inițiază reacții radicale în lanț cu molecule bioorganice (lipide, proteine, acizi nucleici), ceea ce duce la moartea celulelor. Aplicarea ozonului pentru sterilizare apă potabilă bazat pe capacitatea sa de a ucide germenii. Ozonul este, de asemenea, important pentru organismele superioare. Expunerea prelungită la medii care conțin ozon (de exemplu, kinetoterapie și iradiere cu cuarț) poate provoca afectare severă sistemul nervos. Prin urmare, ozonul în doze mari este un gaz toxic. Concentrația maximă admisă în aer zona de lucru– 0,1 mg/m3.

Există foarte puțin ozon, care miroase atât de minunat în timpul unei furtuni, în atmosferă - 3-4 ppm (per mille) - (3-4) * 10 -4%. Cu toate acestea, prezența sa este extrem de importantă pentru flora și fauna planetei. La urma urmei, viața care își are originea în adâncurile oceanului a putut să se „târască” pe uscat numai după ce scutul de ozon a fost format acum 600-800 de milioane de ani. Absorbind radiația ultravioletă solară biologic activă, acesta și-a asigurat nivelul sigur pe suprafața planetei. Viața pe Pământ este de neconceput fără stratul de ozon, care protejează toate viețuitoarele de nocive radiații ultraviolete Soare. Dispariția ozonosferei ar duce la consecințe imprevizibile - un focar de cancer de piele, distrugerea planctonului din ocean, mutații ale florei și faunei. Prin urmare, este atât de important să înțelegem cauzele „găurii” de ozon peste Antarctica și scăderea nivelului de ozon în emisfera nordică.

Ozonul se formează în stratosfera superioară (40-50 km) în timpul reacțiilor fotochimice care implică oxigen, azot, hidrogen și clor. Ozonul atmosferic este concentrat în două zone - stratosfera (până la 90%) și troposfera. În ceea ce privește stratul de ozon troposferic distribuit la o altitudine de 0 până la 10 km, tocmai datorită emisiilor industriale necontrolate acesta devine din ce în ce mai abundent. În stratosfera inferioară (10-25 km), unde ozonul este cel mai ridicat, rol principal procesele de transfer al masei de aer joacă un rol în schimbările sezoniere și pe termen lung ale concentrației acestuia.

Grosimea stratului de ozon de deasupra Europei scade într-un ritm rapid, ceea ce nu poate decât să îngrijoreze mintea oamenilor de știință. În ultimul an, grosimea „acoperirii” cu ozon a scăzut cu 30%, iar rata de deteriorare a reținere a atins cel mai înalt nivel din ultimii 50 de ani. S-a stabilit că reactii chimice Emisiile care epuizează stratul de ozon apar pe suprafața cristalelor de gheață și a oricăror alte particule prinse în stratosfera înaltă deasupra regiunilor polare. Ce pericol prezintă acest lucru pentru oameni?

Subţire strat de ozon(2-3 mm atunci când este distribuit pe tot globul) nu poate împiedica pătrunderea razelor ultraviolete cu unde scurte, care provoacă cancer de piele și sunt periculoase pentru plante. Prin urmare, astăzi, datorită activității mari a soarelui, plaja a devenit mai puțin utilă. În general, centrele de mediu ar trebui să dea recomandări populației cu privire la modul de acționare în funcție de activitatea soarelui, dar la noi nu există un astfel de centru.

Schimbările climatice sunt asociate cu o scădere a stratului de ozon. Este clar că schimbările vor avea loc nu numai în zona peste care se „întinde” gaura de ozon. Reacția în lanț va implica schimbări în multe procese profunde ale planetei noastre. Acest lucru nu înseamnă că încălzirea globală rapidă va începe peste tot, deoarece ne sperie în filmele de groază. Totuși, acesta este un proces prea complex și consumator de timp. Dar pot apărea și alte dezastre, de exemplu, numărul taifunurilor, tornadelor și uraganelor va crește.

S-a stabilit că „găuri” în stratul de ozon apar peste Arctica și Antarctica. Acest lucru se explică prin faptul că la poli se formează nori acizi, distrugând stratul de ozon. Se pare că găurile de ozon apar nu din activitatea soarelui, așa cum se crede în mod obișnuit, ci din activitățile zilnice ale tuturor locuitorilor planetei, inclusiv tu și mine. Apoi, „lacunele de acid” se schimbă, cel mai adesea în Siberia.

Folosind noi model matematic A fost posibil să se conecteze datele din observațiile de la sol, prin satelit și aeronave cu nivelurile probabile viitoare ale emisiilor de compuși care epuizează stratul de ozon în atmosferă, momentul transportului lor în Antarctica și vremea la latitudinile sudice. Folosind modelul, a fost obținută o prognoză conform căreia stratul de ozon de deasupra Antarcticii se va recupera în 2068, și nu în 2050, așa cum se credea.

Se știe că în prezent nivelul de ozon din stratosferă în zonele departe de poli este cu aproximativ 6% sub normal. În același timp, în perioada de primavara Nivelurile de ozon din Antarctica ar putea scădea cu 70% față de media anuală. Model nou face posibilă prezicerea cu mai multă acuratețe a nivelurilor de gaze care epuizează stratul de ozon peste Antarctica și dinamica lor temporală, care determină dimensiunea „găurii” de ozon.

Utilizarea substanțelor care diminuează stratul de ozon este limitată de Protocolul de la Montreal. Se credea că acest lucru ar duce la o „înăsprire” rapidă a găurii de ozon. Cu toate acestea, noi cercetări au arătat că, în realitate, rata declinului va deveni vizibilă abia în 2018.

Istoria cercetării ozonului

Primele observații ale ozonului datează din 1840, dar problema ozonului a primit o dezvoltare rapidă în anii 20 ai secolului trecut, când au apărut stații terestre speciale în Anglia și Elveția.

O modalitate suplimentară de a studia conexiunile dintre transferul de ozon și stratificarea atmosferică a fost deschisă prin sondaje ale avioanelor de ozon atmosferic și eliberări de sonde de ozon. Eră nouă marcat de aspect sateliți artificiali Pământ, observând ozonul atmosferic și oferind o mulțime de informații.

În 1986, a fost semnat Protocolul de la Montreal pentru a limita producția și consumul de substanțe care epuizează stratul de ozon. Până în prezent, 189 de țări au aderat la Protocolul de la Montreal. Au fost stabilite termene limită pentru încetarea producției de alte substanțe care epuizează stratul de ozon. Conform prognozelor model, dacă se va respecta Protocolul, nivelul clorului din atmosferă va scădea până în 2050 până la nivelul din 1980, ceea ce ar putea duce la dispariția „găurii de ozon” antarctice.

Motive pentru formarea „găurii de ozon”

Vara și primăvara, concentrațiile de ozon cresc. Este întotdeauna mai mare peste regiunile polare decât peste cele ecuatoriale. În plus, se schimbă pe un ciclu de 11 ani, care coincide cu ciclul activității solare. Toate acestea erau deja bine cunoscute în anii 1980. Observațiile au arătat că peste Antarctica are loc o scădere lentă, dar constantă a concentrațiilor de ozon stratosferic de la an la an. Acest fenomen a fost numit „gaura de ozon” (deși, desigur, nu a existat nicio gaură în sensul propriu al cuvântului).

Mai târziu, în anii 90 ai secolului trecut, aceeași scădere a început să se producă și peste Arctica. Fenomenul „găurii de ozon” antarctice nu este încă clar: dacă „gaura” a apărut ca urmare a poluării antropice a atmosferei sau dacă este un proces geoastrofizic natural.

Printre versiunile de formare a găurilor de ozon se numără:

influența particulelor emise în timpul explozii atomice;

· zboruri de rachete și avioane de mare altitudine;

· reacţiile anumitor substanţe produse de instalaţiile chimice cu ozonul. Acestea sunt în primul rând hidrocarburi clorurate și în special freoni - clorofluorocarburi, sau hidrocarburi în care toți sau majoritatea atomilor de hidrogen sunt înlocuiți cu atomi de fluor și clor.

Clorofluorocarburile sunt utilizate pe scară largă în frigiderele moderne de uz casnic și industriale (de aceea sunt numite „freoni”), în cutii de aerosoli, ca agenti chimici de curatare, pentru stingerea incendiilor in transport, ca agenti de spumare, pentru sinteza polimerilor. Producția mondială a acestor substanțe a ajuns la aproape 1,5 milioane de tone/an.

Fiind foarte volatile și destul de rezistente la influențele chimice, clorofluorocarburile intră în atmosferă după utilizare și pot rămâne în ea până la 75 de ani, atingând înălțimea stratului de ozon. Aici, sub influența luminii solare, se descompun, eliberând clor atomic, care servește drept principalul „perturbator al ordinii” în stratul de ozon.

Utilizarea pe scară largă a resurselor fosile este însoțită de eliberarea în atmosferă mase mari diverse compuși chimici. Majoritatea surselor antropice sunt concentrate în orașe, ocupând doar o mică parte din teritoriul planetei noastre. Ca urmare a deplasării maselor de aer din partea sub vânt marile orase se formează un penaj de poluare de mai mulți kilometri.

Sursele de poluare a aerului sunt:

1) Transport rutier. Se poate presupune că contribuția transportului la poluarea aerului va crește odată cu creșterea numărului de mașini.

2) Productie industriala. Produsele de bază ale sintezei organice de bază sunt etilena (aproape jumătate din toate substanțele organice sunt produse pe baza acesteia), propilena, butadiena, benzenul, toluenul, xilenii și metanolul. În emisiile de produse chimice și industria petrochimică Există o gamă largă de poluanți: componente ale materiei prime, intermediare, produse secundare și produse de sinteză țintă.

3) Aerosoli. Clorofluorocarburile (freoni) sunt utilizate pe scară largă ca componente volatile (propulsoare) în pachetele de aerosoli. Aproximativ 85% din freoni au fost folosiți în aceste scopuri și doar 15% în unități frigorificeși instalații climatice artificiale. Specificul utilizării freonilor este de așa natură încât 95% din cantitatea acestora intră în atmosferă la 1-2 ani de la producție. Se crede că aproape întreaga cantitate de freon produsă trebuie să intre mai devreme sau mai târziu în stratosferă și să fie inclusă în ciclul catalitic al distrugerii ozonului.

Scoarța terestră conține diferite gaze în stare liberă, absorbite de diferite roci și dizolvate în apă. Unele dintre aceste gaze ajung la suprafața Pământului prin defecte și fisuri adânci și difuzează în atmosferă. Existența respirației hidrocarburilor în scoarța terestră este indicată de conținutul crescut de metan în stratul terestre de aer deasupra bazinelor de petrol și gaze comparativ cu fondul global.

Studiile au arătat că gazele vulcanilor din Nicaragua conțin cantități vizibile de HF. Analiza probelor de aer prelevate din craterul vulcanului Masaya a arătat, de asemenea, prezența freonilor împreună cu alți compuși organici. Halocarburile sunt de asemenea prezente în gazele din gurile hidrotermale. Aceste date au necesitat dovezi că hidrofluorocarburile detectate nu erau de origine antropică. Și astfel de dovezi au fost obținute. Freoni au fost descoperiți în bule de aer din gheața din Antarctica veche de 2.000 de ani. Specialiștii NASA au întreprins un studiu unic al aerului dintr-un sicriu de plumb închis ermetic, descoperit în Maryland și datat în mod sigur din secolul al XVII-lea. În el s-au găsit și freoni. O altă confirmare a existenței unei surse naturale de freoni a fost „ridicat” de pe fundul mării. CFCl 3 a fost găsit în apa recuperată în 1982 de la o adâncime de peste 4000 de metri în regiunea ecuatorială Oceanul Atlantic, la fundul șanțului Aleutian și la o adâncime de 4500 de metri în largul coastei Antarcticii.

Concepții greșite despre găurile de ozon

Există mai multe mituri larg răspândite cu privire la formarea găurilor de ozon. În ciuda naturii lor neștiințifice, ele apar adesea în mass-media - uneori din ignoranță, alteori susținute de teoreticienii conspirației. Unele dintre ele sunt enumerate mai jos.

1) Principalii distrugători de ozon sunt freonii. Această afirmație este valabilă pentru latitudini medii și înalte. În rest, ciclul clorului este responsabil pentru doar 15-25% din pierderile de ozon din stratosferă. De remarcat faptul că 80% din clor este de origine antropică. Adică, intervenția umană crește foarte mult aportul ciclului clorului. Înainte de intervenția umană, procesele de formare și distrugere a ozonului erau în echilibru. Dar freoni emis în timpul activitatea umană, a deplasat acest echilibru către o scădere a concentrației de ozon. Mecanismul distrugerii ozonului în regiunile polare este fundamental diferit de cel de la latitudini mai înalte, etapa cheie este conversia formelor inactive de substanțe care conțin halogen în oxizi, care apare pe suprafața particulelor norilor stratosferici polari. Și ca urmare, aproape tot ozonul este distrus în reacțiile cu halogenii (clorul este responsabil pentru 40-50% și bromul este responsabil pentru aproximativ 20-40%).

2) Freonii sunt prea grei pentru a ajunge în stratosferă .

3) Principalele surse de halogeni sunt naturale, nu antropice

Surse de clor în stratosferă

Se crede că sursele naturale de halogeni, cum ar fi vulcanii sau oceanele, sunt mai semnificative pentru procesul de distrugere a ozonului decât cele produse de oameni. Fără a pune la îndoială contribuția sursele naturaleîn echilibrul general al halogenilor, trebuie remarcat faptul că, în general, nu ajung în stratosferă datorită faptului că sunt solubili în apă (în principal ionii de clorură și clorură de hidrogen) și sunt spălați din atmosferă, căzând sub formă de ploaie pe sol.

4) Orificiul de ozon trebuie situat deasupra surselor de freoni

Dinamica schimbărilor în dimensiunea găurii de ozon și a concentrației de ozon în Antarctica în funcție de an.

Motivele pentru care se formează gaura de ozon în Antarctica sunt legate de clima locală. Temperaturi scăzute Iernile antarctice duc la formarea unui vortex polar. Aerul din interiorul acestui vârtej se mișcă în principal de-a lungul traiectoriilor închise în jurul Polului Sud. În acest moment, regiunea polară nu este iluminată de Soare, iar ozonul nu apare acolo. Odată cu venirea verii, cantitatea de ozon crește și revine la nivelul anterior. Adică, fluctuațiile concentrației de ozon peste Antarctica sunt sezoniere. Cu toate acestea, dacă urmărim dinamica medie anuală a modificărilor concentrației de ozon și dimensiunea găurii de ozon în ultimele decenii, atunci există o tendință strict definită de scădere a concentrației de ozon.

5) Ozonul este distrus doar peste Antarctica

Dinamica modificărilor stratului de ozon peste Arosa, Elveția

Acest lucru nu este adevărat și nivelul de ozon scade în atmosferă. Acest lucru este demonstrat de rezultatele măsurătorilor pe termen lung ale concentrațiilor de ozon în diferite părți ale planetei. Puteți privi graficul modificărilor concentrației de ozon peste Arosa (Elveția).

Modalități de rezolvare a problemelor

Pentru a începe recuperarea globală, este necesar să se reducă accesul în atmosferă al tuturor substanțelor care distrug foarte rapid ozonul și sunt depozitate acolo pentru o lungă perioadă de timp. Oamenii trebuie să înțeleagă acest lucru și să ajute natura să înceapă procesul de refacere a stratului de ozon, în special, sunt necesare noi plantații de pădure.

Pentru a restabili stratul de ozon, acesta trebuie reîncărcat. La început, în acest scop, s-a planificat crearea mai multor fabrici de ozon la sol și „aruncarea” ozonului în straturile superioare ale atmosferei pe avioanele de marfă. Cu toate acestea, acest proiect (probabil a fost primul proiect care a „tratat” planeta) nu a fost implementat. O modalitate diferită este propusă de consorțiul rus Interozon: producerea ozonului direct în atmosferă. În viitorul apropiat, împreună cu compania germană Daza, este planificată ridicarea baloanelor cu lasere în infraroșu la o înălțime de 15 km, cu ajutorul cărora acestea pot produce ozon din oxigen diatomic. Dacă acest experiment se dovedește a fi de succes, în viitor se plănuiește să se folosească experiența rusului stație orbitală„Mir” și creați mai multe platforme spațiale cu surse de energie și lasere la o altitudine de 400 km. Fasciculele laser vor fi direcționate în partea centrală a stratului de ozon și o vor completa în mod constant. Sursa de energie poate fi panouri solare. Astronauții de pe aceste platforme vor fi solicitați doar pentru inspecții și reparații periodice.

Timpul va spune dacă grandiosul proiect de pace va fi realizat.

Ținând cont de urgența situației, pare necesar:

Extinderea complexului de cercetări teoretice și experimentale privind problema conservării stratului de ozon;

Crearea unui Fond Internațional pentru Conservarea Stratului de Ozon prin mijloace active;

Organiza Comitetul Internațional să dezvolte o strategie de supraviețuire a umanității în condiții extreme.

Referințe

1. (ru -).

2. ((cite web - | url = http://www.duel.ru/200530/?30_4_2 - | title = „Duel” Merită? - | accessdate = 07/3/2007 - | lang = ru -))

3. I.K.Larin. Stratul de ozon și clima Pământului. Erorile minții și corectarea lor.

4. Academia Națională de ȘtiințeHalocarburi: Efecte asupra ozonului stratosferic. - 1976.

5. Agenții frigorifici Babakin B. S.: istoric de apariție, clasificare, aplicare.

6. Revista „Ecologie și viață”. Articol de E.A. Zhadina, candidat la științe fizice și matematice.

Introducere

O gaură de ozon cu un diametru de peste 1000 km a fost descoperită pentru prima dată în 1985 în emisfera sudică a Antarcticii de către un grup de oameni de știință britanici. În fiecare august a apărut, încetând să mai existe până în decembrie sau ianuarie. O altă gaură mai mică se forma peste emisfera nordică din Arctica.

gaura de ozon- scăderea locală a concentrației de ozon în stratul Pământului. Conform teoriei general acceptate în comunitatea științifică, în a doua jumătate a secolului XX, impactul din ce în ce mai mare factor antropic sub forma eliberării de freoni care conțin clor și brom a condus la o subțiere semnificativă a stratului de ozon, a se vedea, de exemplu, raportul Organizației Meteorologice Mondiale:

Acestea și alte date științifice recente întăresc concluzia evaluărilor anterioare că preponderența dovezilor științifice indică faptul că pierderea observată de ozon la latitudini medii și înalte se datorează în primul rând compușilor antropici care conțin clor și brom.

Potrivit unei alte ipoteze, procesul de formare a „găurilor de ozon” poate fi în mare parte natural și nu asociat doar cu efectele nocive ale civilizației umane.

Mecanismul educației

O combinație de factori duce la scăderea concentrației de ozon în atmosferă, principala fiind moartea moleculelor de ozon în reacții cu diferite substanțe de origine antropică și naturală, absența radiației solare în timpul iernii polare, un polar deosebit de stabil. vortex care împiedică pătrunderea ozonului de la latitudini subpolare și formarea norilor stratosferici polari (PSC), a căror suprafață particulele catalizează reacțiile de descompunere a ozonului. Acești factori sunt caracteristici în special pentru Antarctica în Arctica, vortexul polar este mult mai slab din cauza absenței unei suprafețe continentale, temperatura este cu câteva grade mai mare decât în Antarctica, iar PSO-urile sunt mai puțin frecvente și tind să se dezintegrați; începutul toamnei. Fiind active din punct de vedere chimic, moleculele de ozon pot reacționa cu mulți compuși anorganici și organici. Principalele substanțe care contribuie la distrugerea moleculelor de ozon sunt substanțele simple (hidrogen, atomi de oxigen, clorură de brom), anorganice (acid clorhidric, monoxid de azot) și compuși organici (metan, fluorclor și fluorobromofreoni, care eliberează atomi de clor și brom). Spre deosebire, de exemplu, de hidrofluorofreoni, care se descompun în atomi de fluor, care, la rândul lor, reacționează rapid pentru a forma hidrogen fluor stabil. Astfel, fluorul nu participă la reacțiile de descompunere a ozonului, de asemenea, iodul nu distruge ozonul stratosferic, deoarece substanțele organice care conțin iod sunt consumate aproape complet în troposferă. Principalele reacții care contribuie la distrugerea ozonului sunt date în articolul pro-ozon.

Consecințele

Slăbirea stratului de ozon crește fluxul de radiații solare pe pământ și determină o creștere a numărului de cancere de piele la oameni. Plantele și animalele suferă, de asemenea, de niveluri crescute de radiații.

Refacerea stratului de ozon

Deși omenirea a luat măsuri pentru a limita emisiile de freoni care conțin clor și brom prin trecerea la alte substanțe, cum ar fi freonii care conțin fluor , procesul de refacere a stratului de ozon va dura câteva decenii. În primul rând, acest lucru se datorează volumului imens de freoni deja acumulați în atmosferă, care au o durată de viață de zeci și chiar sute de ani. Prin urmare, gaura de ozon nu ar trebui să se închidă până în 2048.

Concepții greșite despre gaura de ozon

Există mai multe mituri larg răspândite cu privire la formarea găurilor de ozon. În ciuda naturii lor neștiințifice, ele apar adesea în mass-media - uneori din cauza ignoranței, alteori susținute de susținători teorii ale conspirației. Unele dintre ele sunt enumerate mai jos.

Freonii sunt principalii distrugători de ozon

Această afirmație este valabilă pentru latitudini medii și înalte. În rest, ciclul clorului este responsabil pentru doar 15-25% din pierderile de ozon din stratosferă. De remarcat faptul că 80% din clor este de origine antropică. (pentru mai multe detalii despre contribuția diferitelor cicluri, vezi art. strat de ozon). Adică, intervenția umană crește foarte mult aportul ciclului clorului. Și cu tendința existentă de creștere a producției de freoni înainte de intrarea în vigoare Protocolul de la Montreal(10% pe an) 30 până la 50% din pierderea totală de ozon în 2050 s-ar datora expunerii la CFC. Înainte de intervenția umană, procesele de formare și distrugere a ozonului erau în echilibru. Dar freonii emiși de activitatea umană au deplasat acest echilibru către o scădere a concentrației de ozon. În ceea ce privește găurile de ozon polar, situația aici este complet diferită. Mecanismul distrugerii ozonului este fundamental diferit de cel al latitudinilor superioare, etapa cheie fiind conversia formelor inactive de substanțe care conțin halogen în oxizi, care are loc la suprafața particulelor norilor stratosferici polari. Și ca urmare, aproape tot ozonul este distrus în reacțiile cu halogenii, clorul este responsabil pentru 40-50% și bromul este responsabil pentru aproximativ 20-40%.

DuPont a inițiat o interdicție a vechilor și tranziția la noi tipuri de freoni, deoarece brevetul lor expira

DuPont, după ce a publicat date despre participarea freonilor la distrugerea ozonului stratosferic, a luat această teorie cu ostilitate și a cheltuit milioane de dolari într-o campanie de presă pentru a proteja freonii. Președintele DuPont a scris într-un articol din Chemical Week din 16 iulie 1975, că teoria epuizării stratului de ozon era științifico-fantastică, aiurea și nu avea sens. Cu excepția lui DuPont o serie intreaga companiile din întreaga lume au produs și produc diverse tipuri de freoni fără plăți de redevențe

Freonii sunt prea grei pentru a ajunge în stratosferă

Uneori se susține că, deoarece moleculele de freon sunt mult mai grele decât azotul și oxigenul, ele nu pot ajunge în stratosferă în cantități semnificative. Cu toate acestea, gazele atmosferice sunt complet amestecate și nu sunt separate sau sortate în funcție de greutate. Estimările timpului necesar pentru stratificarea prin difuzie a gazelor în atmosferă necesită timpi de ordinul a miilor de ani. Desigur, într-o atmosferă dinamică acest lucru este imposibil. Procesele de transfer vertical de masă, convecție și turbulență amestecă complet atmosfera de sub turbopauză mult mai repede. Prin urmare, chiar și gazele grele precum freonii inerți sunt distribuite uniform în atmosferă, inclusiv ajungând în stratosferă. Măsurătorile experimentale ale concentrațiilor lor în atmosferă confirmă acest lucru, vezi, de exemplu, în dreapta, graficul distribuției freonului CFC-11 în funcție de înălțime. Măsurătorile arată, de asemenea, că este nevoie de aproximativ cinci ani pentru ca gazele eliberate pe suprafața Pământului să ajungă în stratosferă, vezi al doilea grafic din dreapta. Dacă gazele din atmosferă nu s-ar amesteca, atunci gaze atât de grele din compoziția sa, cum ar fi dioxidul de carbon, ar forma un strat gros de câteva zeci de metri pe suprafața Pământului, ceea ce ar face suprafața Pământului nelocuabilă. Din fericire, nu este cazul. Ikryptonul, cu o masă atomică de 84, și heliul, cu o masă atomică de 4, au aceeași concentrație relativă, atât în apropierea suprafeței, cât și până la 100 km altitudine. Desigur, toate cele de mai sus sunt valabile numai pentru gazele care sunt relativ stabile, cum ar fi freonii sau gazele inerte. Substanțele care reacționează și sunt, de asemenea, supuse diferitelor influențe fizice, de exemplu, se dizolvă în apă, au o dependență de concentrație de altitudine.

Principalele surse de halogeni sunt naturale, nu antropice

Se crede că sursele naturale de halogeni, cum ar fi vulcanii și oceanele, sunt mai semnificative pentru procesul de distrugere a ozonului decât cele produse de oameni. Fără a pune sub semnul întrebării contribuția surselor naturale la echilibrul general al halogenilor, trebuie remarcat că, în general, nu ajung în stratosferă datorită faptului că sunt solubili în apă (în principal ionii de clorură și clorura de hidrogen) și sunt spălați din atmosferă, căzând ca ploaia pe pământ. De asemenea, compușii naturali sunt mai puțin stabili decât freonii, de exemplu, clorura de metil are o durată de viață atmosferică de numai aproximativ un an, comparativ cu zeci și sute de ani pentru freoni; Prin urmare, contribuția lor la distrugerea ozonului stratosferic este destul de mică. Chiar și erupția rară a Muntelui Pinatubo din iunie 1991 a provocat o scădere a nivelului de ozon nu datorită eliberării de halogeni, ci datorită formării. masa mare aerosoli de acid sulfuric, a căror suprafață a catalizat reacții de distrugere a ozonului. Din fericire, după doar trei ani, aproape întreaga masă de aerosoli vulcanici a fost îndepărtată din atmosferă. Astfel, erupțiile vulcanice sunt factori relativ de scurtă durată care afectează stratul de ozon, spre deosebire de freoni, care au durate de viață de zeci și sute de ani.

Orificiul de ozon trebuie să fie situat deasupra surselor de freoni

Mulți oameni nu înțeleg de ce se formează gaura de ozon în Antarctica când principalele emisii de CFC au loc în emisfera nordică. Cert este că freonii sunt bine amestecați în troposferă și stratosferă. Datorită reactivității reduse, practic nu sunt consumate în straturile inferioare ale atmosferei și au o durată de viață de câțiva ani sau chiar decenii. Prin urmare, ajung cu ușurință în straturile superioare ale atmosferei. „Gaura de ozon” din Antarctica nu există pentru totdeauna. Apare la sfârșitul iernii - începutul primăverii. Motivele pentru care se formează gaura de ozon în Antarctica sunt legate de clima locală. Temperaturile scăzute din iarna antarctică duc la formarea unui vârtej polar. Aerul din interiorul acestui vârtej se mișcă în principal de-a lungul traiectoriilor închise în jurul Polului Sud. În acest moment, regiunea polară nu este iluminată de Soare, iar ozonul nu apare acolo. Odată cu venirea verii, cantitatea de ozon crește și revine la nivelul anterior. Adică, fluctuațiile concentrației de ozon peste Antarctica sunt sezoniere. Cu toate acestea, dacă urmărim dinamica medie anuală a modificărilor concentrației de ozon și dimensiunea găurii de ozon în ultimele decenii, atunci există o tendință strict definită de scădere a concentrației de ozon.

Ozonul este distrus doar peste Antarctica

Dinamica modificărilor stratului de ozon peste Arosa, Elveția

Acest lucru nu este adevărat și nivelul de ozon scade în atmosferă. Acest lucru este demonstrat de rezultatele măsurătorilor pe termen lung ale concentrațiilor de ozon în diferite părți ale planetei. Puteți privi graficul concentrațiilor de ozon peste Arosa în Elveția din dreapta.

Primul lucru care trebuie clar este că gaura de ozon, contrar numelui său, nu este o gaură în atmosferă. Molecula de ozon diferă de o moleculă de oxigen obișnuită prin aceea că este formată nu din doi, ci din trei atomi de oxigen conectați unul la altul. În atmosferă, ozonul este concentrat în așa-numitul strat de ozon, la o altitudine de aproximativ 30 km în stratosferă. În acest strat, razele ultraviolete emise de Soare sunt absorbite, altfel radiația solară ar putea provoca mare rău viata pe suprafata Pamantului. Prin urmare, orice amenințare la adresa stratului de ozon merită să fie luată foarte în serios. În 1985, oamenii de știință britanici care lucrau la Polul Sud au descoperit că în timpul primăverii antarctice, nivelul de ozon din atmosferă era semnificativ sub normal. În fiecare an, în același timp, cantitatea de ozon a scăzut – uneori într-o măsură mai mare, alteori într-o măsură mai mică. Găuri de ozon similare, dar mai puțin pronunțate, au apărut și peste Polul Nord în timpul primăverii arctice.

În anii următori, oamenii de știință și-au dat seama de ce apare gaura de ozon. Când soarele apune și începe noaptea polară lungă, temperaturile scad și se formează nori stratosferici înalți care conțin cristale de gheață. Apariția acestor cristale determină o serie de reacții chimice complexe care duc la acumularea de clor molecular (o moleculă de clor este formată din doi atomi de clor uniți). Când apare soarele și începe primăvara antarctică, sub influența razelor ultraviolete, legăturile intramoleculare sunt rupte, iar un flux de atomi de clor se năpustește în atmosferă. Acești atomi acționează ca catalizatori pentru reacțiile care transformă ozonul în oxigen simplu, procedând conform următoarei scheme duale:

Cl + O 3 -> ClO + O 2 și ClO + O -> Cl + O 2

Ca rezultat al acestor reacții, moleculele de ozon (O 3) sunt transformate în molecule de oxigen (O 2), atomii de clor inițiali rămânând în stare liberă și participând din nou la acest proces (fiecare moleculă de clor distruge un milion de molecule de ozon înainte de a fi sunt îndepărtate din atmosferă prin alte reacții chimice). Ca urmare a acestui lanț de transformări, ozonul începe să dispară din atmosferă peste Antarctica, formând o gaură de ozon. Cu toate acestea, în curând, odată cu încălzirea, vortexurile antarctice sunt distruse, aer curat(conținând ozon nou) se repezi în zonă și gaura dispare.

În 1987, Conferinta internationala, concentrat pe amenințarea la adresa stratului de ozon, iar țările industrializate au convenit să reducă și, în cele din urmă, să oprească producția hidrocarburi clorurate și fluorurate (clorofluorocarburi, CFC) - substanțe chimice care distrug stratul de ozon. Până în 1992, înlocuirea acestor substanțe cu altele sigure a fost atât de reușită încât s-a luat decizia de a le distruge complet până în 1996. Astăzi, oamenii de știință cred că în aproximativ cincizeci de ani stratul de ozon va fi complet restaurat.

Nu este un secret pentru nimeni faptul că planeta noastră este unică sistem solar, deoarece este singura planetă pe care există viață. Iar originea vieții pe Pământ a fost posibilă datorită unei mingi speciale de protecție de ozon, care acoperă planeta noastră la o altitudine de 20-50 km. Ce este ozonul și de ce este necesar? Cuvântul „ozon” în sine este tradus din greacă ca „miros”, deoarece este mirosul după care îl putem simți. Ozonul este un gaz albastru format din molecule triatomice, în esență oxigen și mai concentrat. Importanța ozonului este enormă deoarece este cel care protejează Pământul de efectele nocive ale razelor ultraviolete care vin de la Soare. Din păcate, noi oamenii nu apreciem ceea ce a fost creat de natură (sau Dumnezeu) de-a lungul miliardelor de ani, iar unul dintre rezultatele activității umane distructive a fost apariția găurilor de ozon, despre care vom vorbi în articolul de astăzi.

Ce sunt găurile de ozon?

Pentru început, să definim însuși conceptul de „găuri de ozon” și ce este acesta. Faptul este că mulți oameni își imaginează în mod eronat gaura de ozon ca un fel de gaură în atmosfera planetei noastre, un loc în care bila de ozon este complet absentă. De fapt, acest lucru nu este în întregime adevărat, nu este că este complet absent, doar că concentrația de ozon la locul găurii de ozon este de câteva ori mai mică decât ar trebui să fie. Ca urmare, este mai ușor ca razele ultraviolete să ajungă la suprafața planetei și să își exercite efectul distructiv tocmai în zonele găurilor de ozon.

Unde sunt găurile de ozon?

Ei bine, în acest caz, întrebarea firească va fi despre locația găurilor de ozon. Prima gaură de ozon din istorie a fost descoperită în 1985 peste Antarctica, conform oamenilor de știință, diametrul acestei găuri de ozon a fost de 1000 km. Mai mult, această gaură de ozon are un comportament foarte ciudat: apare de fiecare dată în august și dispare până la începutul iernii, pentru a apărea din nou în august.

Puțin mai târziu, peste Arctica a fost descoperită o altă gaură de ozon, deși de dimensiuni mai mici. În zilele noastre, au fost descoperite multe mici găuri de ozon locuri diferite, dar gaura de ozon de peste Antarctica ocupă primul loc ca dimensiune.

Fotografie cu gaura de ozon de deasupra Antarcticii.

Cum se formează găurile de ozon?

Cert este că la poli, din cauza temperaturii scăzute de acolo, se formează nori stratosferici care conțin cristale de gheață. Atunci când acești nori intră în contact cu clorul molecular care intră în atmosferă, apare o serie întreagă de gaze de clor, al căror rezultat este distrugerea moleculelor de ozon, reducând cantitatea acestuia în atmosferă. Și, ca rezultat, se formează o gaură de ozon.

Cauzele găurilor de ozon

Care sunt cauzele găurilor de ozon? Există mai multe motive pentru acest fenomen, iar cel mai important dintre ele este poluarea. mediu. Multe fabrici, fabrici, centrale electrice de gaze arse emit în atmosferă, inclusiv clorul nefericit, iar acesta, intrând deja în reacții chimice, face un boom în atmosferă.

De asemenea, apariția găurilor de ozon a fost mult facilitată de testele nucleare efectuate în ultimul secol. La explozii nucleare Oxizii de azot intră în atmosferă, care, intrând în reacții chimice cu ozonul, îl distrug și ei.

Avioanele care zboară în nori contribuie, de asemenea, la apariția găurilor de ozon, deoarece fiecare dintre zborurile lor este însoțită de eliberarea aceluiași oxid de azot în atmosferă, care este distructiv pentru mingea noastră de ozon protectoare.

Consecințele găurilor de ozon

Consecințele extinderii găurilor de ozon, desigur, nu sunt cele mai roz - din cauza radiațiilor ultraviolete crescute, numărul persoanelor cu cancer de piele poate crește. În plus, imunitatea generală a unei persoane scade, ceea ce duce la multe alte boli. Cu toate acestea, nu numai oamenii, ci și, de exemplu, rezidenții pot suferi de radiația ultravioletă crescută care trece prin gaura de ozon. straturile superioare ocean: creveți, crabi, alge. De ce sunt găurile de ozon periculoase pentru ei? Toate aceleași probleme cu imunitatea.

Cum să faci față găurilor de ozon

Oamenii de știință au propus următoarea soluție la problema găurilor de ozon:

Începeți să reglementați emisiile care epuizează stratul de ozon elemente chimiceîn atmosferă.
Începeți să restaurați individual cantitatea de ozon de la locul găurilor de ozon. Fă-o astfel, folosind aeronave la o altitudine de 12-30 km, pulverizați ozon în atmosferă. Dezavantajul acestei metode este necesitatea unor costuri economice semnificative, iar o cantitate semnificativă de ozon trebuie pulverizată în atmosferă la un moment dat. tehnologii moderne, vai, imposibil.

Găuri de ozon, video

Și în sfârșit interesant documentar despre găurile de ozon.

O gaură de ozon este o scădere locală a concentrației de ozon în stratul de ozon al Pământului. Inițial, experții au sugerat că concentrația de ozon tinde să se schimbe din cauza particulelor care sunt emise în timpul oricărei explozii atomice.

Multă vreme, avioanele și navele spațiale la altitudine mare au fost considerate vinovate pentru apariția găurilor de ozon în atmosfera Pământului.

Cu toate acestea, numeroase studii și experimente au arătat că nivelurile de ozon pot varia calitativ datorită anumitor poluanți naturali. mediul aerian conţinând azot.

Principalele cauze ale găurilor de ozon

S-a stabilit de mult timp că cea mai mare parte a ozonului natural se găsește la o altitudine de 15 până la 50 de kilometri deasupra suprafeței Pământului - în stratosferă. Cel mai mare beneficiu ozonul aduce prin absorbția unor cantități semnificative de radiații ultraviolete de la soare, care altfel ar fi distructive pentru organismele vii de pe planeta noastră. O scădere a concentrației de ozon într-o anumită locație se poate datora a două tipuri de poluare a aerului. Acestea includ:

Procese naturale care provoacă poluarea aerului.
Poluarea antropică a atmosferei Pământului.

În mantaua Pământului au loc în mod constant procese de degazare, în urma cărora o varietate de compuși organici. Vulcanii noroiosi și gurile hidrotermale pot genera aceste tipuri de gaze.

În plus, în scoarța terestră există anumite gaze care se află în stare liberă. Unii dintre ei sunt capabili să ajungă suprafata pamantuluiși difuzează în atmosferă prin crăpăturile din scoarța terestră. Prin urmare, aerul sol peste bazinele de petrol și gaze conține adesea nivel crescut metan Aceste tipuri de poluare pot fi clasificate drept naturale – apar în legătură cu fenomene naturale.

Poluarea aerului antropică poate fi cauzată de lansări rachete spațialeși zboruri cu reacție supersonică. Asemenea număr mare o varietate de compuși chimici sunt eliberați în atmosferă în timpul extracției și procesării a numeroase minerale din intestinele pământului.

Marile orașe industriale, care sunt surse antropogenice unice, joacă, de asemenea, un rol semnificativ în poluarea aerului. Masele de aer din astfel de zone sunt poluate prin debit extins transport rutier, precum și din cauza emisiilor de la diverse întreprinderi industriale.

Istoria descoperirii găurilor de ozon în atmosferă

Gaura de ozon a fost descoperită pentru prima dată în 1985 de un grup de oameni de știință britanici conduși de Joe Farman. Diametrul găurii era de peste 1000 de kilometri și era situat deasupra Antarcticii - în emisfera sudică. Apărând anual în august, această gaură de ozon a dispărut între decembrie și ianuarie.

Anul 1992 a fost marcat pentru oamenii de știință prin faptul că o altă gaură de ozon, cu un diametru mult mai mic, s-a format peste emisfera nordică din Antarctica. Și în 2008, diametrul primului fenomen de ozon descoperit în Antarctica a atins dimensiunea maximă record - 27 de milioane de kilometri pătrați.

Consecințele posibile ale extinderii găurilor de ozon

Deoarece stratul de ozon este conceput pentru a proteja suprafața planetei noastre de un exces de radiație solară ultravioletă, găurile de ozon pot fi considerate un fenomen cu adevărat periculos pentru organismele vii. O scădere a stratului de ozon crește semnificativ fluxul de radiații solare, ceea ce poate influența creșterea bruscă a numărului de cancere. boli de piele. Apariția găurilor de ozon nu este mai puțin distructivă pentru plante și animale de pe Pământ.

Datorită atenției publice, Convenția de la Viena pentru Protecția Stratului de Ozon a fost adoptată în 1985. Apoi a venit așa-numitul Protocol de la Montreal, adoptat în 1987 și care definea o listă a celor mai periculoase clorofluorocarburi. În același timp, țările producătoare a acestor poluanți atmosferici s-au angajat să limiteze emisiile lor și, până în 2000, să le oprească cu totul.

Ipoteze despre originea naturală a găurii de ozon

Dar oamenii de știință ruși au publicat confirmarea ipotezei despre originea naturală a găurii de ozon din Antarctica. În 1999, la Universitatea de Stat din Moscova, NPO Typhoon a publicat o lucrare științifică în care, conform calculelor geofizicienilor A.P. Kapitsa și A.A. Gavrilova, gaura de ozon din Antarctica a existat înainte de a fi descoperită prin metode experimentale directe în 1982, ceea ce, conform oamenilor de știință ruși, confirmă ipoteza originii naturale a găurii de ozon de peste Antarctica.

Autorii acestui munca stiintifica au fost A.P. Kapitsa (membru corespondent al RAS) b A.A. Gavrilov (Moscova Universitatea de Stat). Acești doi oameni de știință au reușit să stabilească că numărul de fapte care contrazic ipoteza antropogenă a originii găurii de ozon din Antarctica este în continuă creștere, iar după ce au demonstrat că datele de valori anormal de scăzute continut general ozon în Antarctica în 1957-1959 sunt corecte, a devenit evident că cauza găurilor de ozon este diferită de antropică.

Rezultatele cercetării lui Kapitsa și Gavrilov au fost publicate în Rapoartele Academiei de Științe, 1999, volumul 366, nr. 4. 543-546