В каком слое атмосферы содержится наибольшее количество озона
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
В предыдущей статье я рассказала об озоновом слое, который защищает все живые организмы на Земле от губительного жесткого (коротковолнового) излучения, об озоновых дырах, которые периодически появляются. Этот слой располагается в стратосфере на высоте около 30 км.
Тропосферный озон
Но озон содержится и в нижнем слое атмосферы − тропосфере (слой от земли до 10-16 км по высоте). Если стратосферный озон периодически уменьшается, то количество тропосферного озона растет, и это очень беспокоит ученых.
Дело в том, что, в тропосфере озон является одной из малых составляющих атмосферы. Однако, его роль в атмосфере довольно велика. Как парниковый газ, он оказывает влияние на климат. К тому же озон − химически активная примесь, он определяет химический состав атмосферы, воздействует на различные вещества и материалы.
Озон токсичен, и его увеличение в тропосфере имеет негативные последствия. Концентрация озона 100 млрд-1 (сто частей на миллиард) уже является повышенной и вызывает необратимые изменения в органах дыхания человека через 1 час. При концентрациях более 50 млрд-1 озон оказывает угнетающее действие на растения. В последние десятилетия интерес к проблеме атмосферного озона растет, поскольку постоянно увеличивается его количество в тропосфере и периодически уменьшается в стратосфере. Первоначально предполагалось, что основным источником тропосферного озона является перенос из стратосферы.
Изображение Clker-Free-Vector-Images с сайта Pixabay
Позднее, в 70-х годах XX в. было обнаружено, что в определенных условиях может происходить активная генерация озона в загрязненном воздухе, и это вносит существенный вклад в баланс озона в тропосфере. За последнее столетие концентрация озона в тропосфере увеличилась в Северном полушарии более чем в 2 раза.
Кроме антропогенных, есть и природные источники озона, например, в России это огромные лесные массивы и увлажненные равнины.
Считается, что крупнейшим одиночным генератором тропосферного озона на Земле являются молнии Кататумбо. В Венесуэле над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо происходит необычное природное явление: возникает множество молний непрерывно в течение длительного времени, в основном ночью (максимумы приходятся на май и октябрь). Вероятность удара молнии в этом районе — наивысшая в мире: 250 молний на квадратный километр в год. В пике активности, который приходится на время от 19 до 4 часов, наблюдается до 28 молний в минуту.
Изображение Keli Black с сайта Pixabay
Проблема озона и его влияния на климат и на человека сложным образом связана с процессами его образования и разрушения в результате фотохимических реакций, с его действием на биосферу, с процессами переноса воздушных масс в тропосфере.
В последние годы ведется работа по анализу и систематизации данных наблюдений. Установлено, что в летний период концентрация озона выше, чем зимой. Как правило, в сельской местности озона больше, чем в городах. В воздухе, содержащем продукты горения биомассы, также может происходить интенсивное образование озона. Однако, предстоит узнать еще очень много, прежде, чем человек поймет механизм пространственного распределения озона.
Спасибо, что дочитали статью! Если понравилось, не забудьте поставить палец вверх и подписаться на канал.
Источник
ОЗО́НОВЫЙ СЛОЙ, часть атмосферы Земли, где эксперим. методами удаётся обнаружить озон. Занимает пространство от земной поверхности до выс. 70–80 км над уровнем моря. В более узком смысле О. с. (или озоносферой) называют всю стратосферу или (иногда) её слой от 20 до 30 км, в котором находится наибольшее количество озона.
Вертикальная структура озонового слоя: r3 – отношение смеси озона, р3 – парциальное давление озона, Т – температура воздуха, Н – высота над уровнем моря.
Если бы во всей атмосфере соблюдались нормальные условия и её можно было бы разделить на слои, каждый из которых содержал бы только один газ, то вся атмосфера заняла бы слой толщиной ок. 8 км, а слой озона имел бы толщину ок. 3 мм. Толщина этого гипотетич. слоя озона над конкретным местом определяет важнейшую характеристику О. с. – общее содержание озона (ОСО), измеряемое в единицах Добсона, названных в честь брит. метеоролога лорда Г. М. Б. Добсона; приведённая толщина слоя озона в 3 мм соответствует 300 единицам Добсона. При удалении от экватора ОСО обычно возрастает; макс. ОСО наблюдается в начале весны, минимальное – осенью. Эта зависимость неверна для Антарктиды (см. Озоновая дыра). ОСО может изменяться от 80 единиц Добсона (над Антарктидой в период весенней озоновой аномалии) до 650 единиц Добсона (над Дальним Востоком в конце зимы – начале весны). На рис. показана вертикальная структура О. с.: здесь ОСО пропорционально площади между вертикальной осью и кривой парциального давления. Осн. часть атмосферного озона находится в стратосфере, менее 1% – в мезосфере, 10–15% – в тропосфере. В атмосфере молекулы озона постоянно перемещаются, преим. в сторону уменьшения т. н. отношения смеси озона (отношения числа молекул озона к общему числу молекул в единице объёма воздуха; r3 на рис.) и вступают в химич. реакции. Гл. источником озона в атмосфере является верхняя стратосфера, где он образуется из молекулярного кислорода под действием УФ-излучения Солнца.
Наличие О. с. в атмосфере приводит к поглощению УФ-излучения с длинами волн менее 310 нм, губительного для всего живого на Земле. Поэтому мировое сообщество чрезвычайно обеспокоено глобальным уменьшением ОСО, наблюдавшимся с кон. 1970-х гг. Сильное уменьшение ОСО имело место над полярными районами, особенно над Антарктидой; над тропиками ОСО практически не изменялось. Было установлено, что уменьшение ОСО связано как с наблюдаемыми климатич. изменениями, так и с увеличением содержания в атмосфере хлорфторуглеродов (большинство из них более известны как фреоны). Поэтому в 1987 заключено Междунар. соглашение по запрещению произ-ва и применения озоноразрушающих соединений (Монреальский протокол). В 1994 Генеральная ассамблея ООН провозгласила 16 сентября Междунар. днём охраны О. с. Наименьшее содержание озона в атмосфере наблюдалось в кон. 20 в. (в умеренных широтах Сев. полушария весной оно было примерно на 5% ниже нормы), в нач. 21 в. фиксируется медленный рост ОСО; ожидается, что к 2050–2080 гг. О. с. восстановится.
В нижнюю атмосферу озон поступает из стратосферы, а также генерируется в результате фотохимич. реакций с участием оксидов азота и легколетучих органич. соединений. Озон в концентрации св. 80 млрд–1 губителен для дыхательных клеток разл. организмов. Такая концентрация приземного озона иногда наблюдается в тёплый сезон (особенно при темп-рах выше 28 °С) во всех промышленно развитых странах, в т. ч. в России. Считается, что из-за воздействия приземного озона только США ежегодно недобирают с.-х. продукции на неск. млрд. долларов. Из-за глобального потепления и увеличения выбросов загрязняющих веществ концентрация приземного озона в ряде стран постоянно растёт (со скоростью ок. 0,3% в год), что представляет угрозу для человечества. Особенно сильное увеличение концентрации приземного озона ожидается для Индии, Китая и стран Юго-Вост. Азии.
Источник