Ozónová vrstva je široký atmosférický pás siahajúci 10 až 50 km nad zemský povrch. Chemicky je ozón molekula zložená z troch atómov kyslíka (molekula kyslíka obsahuje dva atómy). Koncentrácia ozónu v atmosfére je veľmi nízka a malé zmeny v množstve ozónu vedú k veľkým zmenám v intenzite ultrafialového žiarenia dopadajúceho na zemský povrch. Na rozdiel od bežného kyslíka je ozón nestabilný, ľahko sa transformuje na diatomickú, stabilnú formu kyslíka. Ozón je oveľa silnejšie oxidačné činidlo ako kyslík, a preto je schopný zabíjať baktérie a brzdiť rast a vývoj rastlín. Vďaka svojej nízkej koncentrácii v povrchových vrstvách vzduchu za normálnych podmienok tieto vlastnosti prakticky neovplyvňujú stav živých systémov.

Oveľa dôležitejšia je jeho ďalšia vlastnosť, vďaka ktorej je tento plyn absolútne potrebný pre všetok život na súši. Táto vlastnosť je schopnosť ozónu absorbovať tvrdé (krátkovlnné) ultrafialové (UV) žiarenie zo Slnka. Tvrdé UV kvanta majú energiu dostatočnú na prerušenie niektorých chemických väzieb, preto sa nazýva ionizujúce žiarenie. Rovnako ako ostatné žiarenia tohto druhu, röntgenové a gama žiarenie, spôsobuje v bunkách živých organizmov početné poruchy. Ozón je generovaný vysokoenergetickým slnečným žiarením, ktoré stimuluje reakciu medzi O2 a voľnými atómami kyslíka. Keď je vystavený strednému žiareniu, rozkladá sa a absorbuje energiu tohto žiarenia. Tento cyklický proces teda „požiera“ nebezpečné ultrafialové svetlo.

Molekuly ozónu sú podobne ako kyslík elektricky neutrálne, t.j. nenoste elektrický náboj. Preto samotné magnetické pole Zeme neovplyvňuje distribúciu ozónu v atmosfére. Horná vrstva atmosféry - ionosféra, sa prakticky zhoduje s ozónovou vrstvou.

V polárnych zónach, kde sú siločiary magnetického poľa Zeme uzavreté na svojom povrchu, sú deformácie ionosféry veľmi významné. Počet iónov vrátane ionizovaného kyslíka v horných vrstvách atmosféry polárnych zón je znížený. Hlavným dôvodom nízkeho obsahu ozónu v oblasti pólov je však nízka intenzita slnečného žiarenia, ktoré klesá aj počas polárneho dňa v malých uhloch k horizontu a počas polárnej noci úplne chýba. Oblasť polárnych „dier“ v ozónovej vrstve je spoľahlivým indikátorom zmien celkového ozónu v atmosfére.

Obsah ozónu v atmosfére kolíše v dôsledku mnohých prírodných príčin. Periodické výkyvy sú spojené s cyklami slnečnej aktivity; mnoho zložiek sopečných plynov je schopných ničiť ozón, preto zvýšenie vulkanickej aktivity vedie k zníženiu jeho koncentrácie. Látky poškodzujúce ozónovú vrstvu sa prenášajú na veľké plochy kvôli vysokým, preťaženým rýchlostiam vzduchu v stratosfére. Prenášajú sa nielen ničiče ozónu, ale aj samotný ozón, preto sa narušenie koncentrácie ozónu rýchlo šíri na veľké plochy a miestne malé „diery“ v ozónovom štíte, spôsobené napríklad štartom rakety, sa pomerne rýchlo utiahnu. Iba v polárnych oblastiach je vzduch neaktívny, v dôsledku čoho zmiznutie tamojšieho ozónu nie je kompenzované jeho posunom z iných zemepisných šírok a polárne „ozónové diery“, najmä na južnom póle, sú veľmi stabilné.

Zdroje vyčerpania ozónu. Medzi ničitele ozónovej vrstvy patria:

1) Freóny.

Ozón sa ničí pôsobením zlúčenín chlóru známych ako freóny, ktoré, tiež zničené slnečným žiarením, uvoľňujú chlór, ktorý „odtrhne“ „tretí“ atóm z molekúl ozónu. Chlór netvorí zlúčeniny, ale slúži ako katalyzátor „roztrhnutia“. Jeden atóm chlóru je teda schopný „zabiť“ veľa ozónu. Verí sa, že zlúčeniny chlóru môžu zostať v atmosfére 50 až 1 500 rokov (v závislosti od zloženia látky) Zeme. Pozorovania ozónovej vrstvy planéty uskutočňujú antarktické expedície od polovice 50. rokov.

Ozónová diera nad Antarktídou, ktorá sa na jar zvyšuje a na jeseň klesá, bola objavená v roku 1985. Objav meteorológov spôsobil reťazec ekonomických následkov. Faktom je, že existenciu „diery“ mal na svedomí chemický priemysel, ktorý vyrába látky obsahujúce freóny, ktoré prispievajú k ničeniu ozónu (od dezodorantov po chladničky).

V otázke, do akej miery je človek zodpovedný za tvorbu „ozónových dier“, neexistuje jednotný názor.

Na jednej strane áno, absolútne vinný. Produkcia zlúčenín, ktoré vedú k úbytku ozónu, by mala byť minimalizovaná alebo ešte lepšie úplne zastavená. To znamená opustiť celý priemyselný sektor s obratom mnohých miliárd dolárov. A ak neodmietnete, preneste ho na „bezpečné“ koľajnice, čo tiež stojí peniaze.

Hľadisko skeptikov: vplyv človeka na atmosférické procesy, napriek všetkej jeho deštrukcii na miestnej úrovni, v planetárnom meradle, je zanedbateľný. Anti-freónska kampaň „zelených“ má úplne transparentné ekonomické a politické pozadie: s jej pomocou veľké americké korporácie (napríklad DuPont) dusia svojich zahraničných konkurentov, ukladajú dohody o „ochrane životného prostredia“ na úrovni štátu a násilne zavádzajú nové technologické kolo, ktoré je ekonomicky slabšie štáty nie sú schopné vydržať.

2) Vysokohorské lietadlá.

Deštrukciu ozónovej vrstvy uľahčujú nielen freóny uvoľňované do atmosféry a vstupujúce do stratosféry. Na ničení ozónovej vrstvy sa podieľajú aj oxidy dusíka, ktoré vznikajú pri jadrových výbuchoch. Ale oxidy dusíka sa tvoria aj v spaľovacích komorách prúdových motorov výškových lietadiel. Oxidy dusíka sa tvoria z dusíka a kyslíka, ktoré sa tam nachádzajú. Čím vyššia je teplota, tým vyššia je rýchlosť tvorby oxidov dusíka, to znamená, čím vyšší je výkon motora.

Dôležitá je nielen sila leteckého motora, ale aj nadmorská výška, v ktorej letí a uvoľňuje ozóny poškodzujúce oxidy dusíka. Čím vyššie sa oxid alebo oxid dusný tvorí, tým je pre ozón deštruktívnejší.

Celkové množstvo oxidu dusnatého, ktoré sa ročne vypustí do atmosféry, sa odhaduje na 1 miliardu ton. Asi tretinu z tohto množstva emitujú lietadlá nad priemernou tropopauzou (11 km). Pokiaľ ide o lietadlá, najškodlivejšie sú emisie z vojenských lietadiel, ktorých počet sa pohybuje v desaťtisícoch. Lietajú hlavne vo výškach ozónovej vrstvy.

3) Minerálne hnojivá.

Ozón v stratosfére môže tiež klesať v dôsledku skutočnosti, že oxid dusný N2O vstupuje do stratosféry, ktorá vzniká pri denitrifikácii dusíka viazaného pôdnymi baktériami. Rovnakú denitrifikáciu viazaného dusíka produkujú mikroorganizmy v hornej vrstve oceánov a morí. Denitrifikačný proces priamo súvisí s množstvom viazaného dusíka v pôde. Môžeme si byť teda istí, že so zvýšením množstva minerálnych hnojív aplikovaných na pôdu sa množstvo vytvoreného oxidu dusného N2O zvýši rovnako. Oxidy dusíka sa ďalej tvoria z oxidu dusného, ​​čo vedie k deštrukcii stratosférického ozónu.

4) Jadrové výbuchy.

Jadrové výbuchy uvoľňujú veľa energie vo forme tepla. Teplota rovnaká ako 60 000 K je stanovená v priebehu niekoľkých sekúnd po jadrovom výbuchu. Toto je energia ohnivej gule. Vo vysoko zahriatej atmosfére dochádza k takýmto transformáciám chemických látok, ktoré za normálnych podmienok buď nenastanú, alebo postupujú veľmi pomaly. Pokiaľ ide o ozón, jeho zmiznutie, najnebezpečnejšie pre neho sú oxidy dusíka vytvorené počas týchto transformácií. V období od roku 1952 do roku 1971 sa teda v dôsledku jadrových výbuchov v atmosfére vytvorili asi 3 milióny ton oxidov dusíka. Ich ďalší osud je nasledujúci: v dôsledku miešania atmosféry padajú do rôznych výšok, vrátane atmosféry. Tam vstupujú do chemických reakcií za účasti ozónu, čo vedie k jeho zničeniu. ekosystém stratosféry ozónovej diery

5) Spaľovanie paliva.

Oxid dusný sa nachádza aj v spalinách z elektrární. V skutočnosti je už dlho známe, že v produktoch spaľovania je prítomný oxid dusičitý a oxid dusičitý. Tieto vyššie oxidy však neovplyvňujú ozón. Samozrejme, že znečisťujú atmosféru, prispievajú k tvorbe smogu v nej, ale z troposféry sa rýchlo odstránia. Ako už bolo uvedené, oxid dusný je pre ozón nebezpečný. Pri nízkych teplotách vzniká pri týchto reakciách:

N2 + O + M = N2O + M,

2NH3 + 2O2 = N20 = 3H2.

Rozsah tohto javu je veľmi významný. Týmto spôsobom sa v atmosfére ročne vytvoria asi 3 milióny ton oxidu dusného! Tento údaj naznačuje, že tento zdroj vyčerpania ozónu je významný.

Ozónová diera nad Antarktídou

Významný pokles celkového obsahu ozónu oproti Antarktíde bol prvýkrát zaznamenaný v roku 1985 britským antarktickým prieskumom na základe analýzy údajov z ozonometrickej stanice Halley Bay (76 stupňov S). Pokles ozónu zaznamenala táto služba aj na Argentínskych ostrovoch (65 stupňov S).

Od 28. augusta do 29. septembra 1987 bolo vykonaných 13 letov laboratórneho lietadla nad Antarktídou. Experiment umožnil zaregistrovať pôvod ozónovej diery. Získali sa jeho rozmery. Štúdie ukázali, že najväčší pokles množstva ozónu nastal vo výškach 14-19 km. Tu nástroje zaznamenali najväčšie množstvo aerosólov (aerosólové vrstvy). Ukázalo sa, že čím viac aerosólov je v danej výške, tým je ozónu menej. Lietadlo - laboratórium zaregistrovalo pokles ozónu o 50%. Pod 14 km. zmeny v ozóne boli nevýznamné.

Začiatkom októbra 1985 ozónová diera (minimálne množstvo ozónu) pokrýva úrovne s tlakmi od 100 do 25 hPa a v decembri sa rozsah výšok, v ktorých sa pozoruje, rozširuje.

V mnohých experimentoch sa meralo nielen množstvo ozónu a ďalších malých zložiek atmosféry, ale aj teplota. Bol vytvorený najužší vzťah medzi množstvom ozónu v stratosfére a teplotou vzduchu na tom istom mieste. Ukázalo sa, že povaha zmeny množstva ozónu úzko súvisí s tepelným režimom stratosféry nad Antarktídou.

Britskí vedci pozorovali vznik a vývoj ozónovej diery v Antarktíde a v roku 1987 na jar sa celkový obsah ozónu znížil o 25%.

Americkí vedci vykonali v Antarktíde v zime a na začiatku jari 1987 ozón a ďalšie menšie atmosférické zložky (HCl, HF, NO, NO2, HNO3, ClONO2, N2O, CH4) pomocou špeciálneho spektrometra. Tieto merania nám umožnili vymedziť oblasť okolo južného pólu, v ktorej je znížené množstvo ozónu. Ukázalo sa, že táto oblasť sa takmer presne zhoduje s extrémnym polárnym stratosférickým vírom. Pri prekročení okraja víru sa množstvo nielen ozónu, ale aj ďalších malých zložiek, ovplyvňujúcich ničenie ozónu, prudko zmenilo. V ozónovej diere (alebo inými slovami v polárnom stratosférickom víre) bola koncentrácia HCl, NO2 a kyseliny dusičnej výrazne nižšia ako mimo víru. Je to preto, že chlóry počas chladnej polárnej noci ničia ozón v zodpovedajúcich reakciách, pričom v nich pôsobia ako katalyzátory. V katalytickom cykle za účasti chlóru dochádza k hlavnému zníženiu koncentrácie ozónu (najmenej 80% tohto poklesu).

Tieto reakcie prebiehajú na povrchu častíc, ktoré tvoria polárne stratosférické oblaky. To znamená, že čím väčšia je plocha tohto povrchu, to znamená, čím viac častíc stratosférických oblakov, a teda aj samotných oblakov, tým rýchlejšie sa ozón rozpadá, a preto aj účinnejšie vzniká ozónová diera.

Ozónové diery - „deti“ stratosférických vírov

Aj keď v modernej atmosfére nie je veľa ozónu - nie viac ako jedna tri miliónta zvyšku plynov - jeho úloha je mimoriadne dôležitá: inhibuje tvrdé ultrafialové žiarenie (časť slnečného spektra s krátkou vlnovou dĺžkou), ktoré ničí proteíny a jadrá kyseliny. Stratosférický ozón je navyše dôležitým klimatickým faktorom, ktorý určuje krátkodobé a lokálne zmeny počasia.

Rýchlosť reakcií ničenia ozónu závisí od katalyzátorov, ktorými môžu byť prírodné atmosférické oxidy aj látky, ktoré sa do atmosféry dostávajú v dôsledku prírodných katastrof (napríklad silné sopečné erupcie). V druhej polovici minulého storočia sa však zistilo, že látky priemyselného pôvodu môžu slúžiť aj ako katalyzátory reakcií ničenia ozónu a ľudstvo sa vážne znepokojovalo ...

Ozón (O 3) je pomerne vzácna molekulárna forma kyslíka, ktorá sa skladá z troch atómov. Aj keď v modernej atmosfére nie je veľa ozónu - nie viac ako jedna tri miliónta zvyšku plynov - jeho úloha je mimoriadne dôležitá: zachytáva tvrdé ultrafialové žiarenie (časť slnečného spektra s krátkou vlnovou dĺžkou), ktoré ničí proteíny a nukleové kyseliny. Preto pred príchodom fotosyntézy - a teda voľného kyslíka a ozónovej vrstvy v atmosfére - mohol život existovať iba vo vode.

Stratosférický ozón je navyše dôležitým klimatickým faktorom, ktorý určuje krátkodobé a lokálne zmeny počasia. Absorbovaním slnečného žiarenia a prenosom energie do iných plynov ozón ohrieva stratosféru a tým reguluje povahu planetárnych tepelných a kruhových procesov v celej atmosfére.

Nestabilné molekuly ozónu v prírodných podmienkach sa tvoria a rozkladajú pod vplyvom rôznych faktorov živej a neživej prírody a v priebehu dlhej evolúcie tento proces dospel k určitej dynamickej rovnováhe. Rýchlosť reakcií ničenia ozónu závisí od katalyzátorov, ktorými môžu byť prírodné atmosférické oxidy aj látky, ktoré sa do atmosféry dostávajú v dôsledku prírodných katastrof (napríklad silné sopečné erupcie).

V druhej polovici minulého storočia sa však zistilo, že látky priemyselného pôvodu môžu slúžiť aj ako katalyzátory ničenia ozónu, a ľudstvo sa vážne znepokojovalo. Verejnú mienku obzvlášť vzrušil objav takzvanej ozónovej „diery“ nad Antarktídou.

„Diera“ nad Antarktídou

Znateľný pokles ozónovej vrstvy nad Antarktídou - ozónovou dierou - bol prvýkrát objavený v roku 1957, v Medzinárodnom geofyzikálnom roku. Jej skutočný príbeh sa začal o 28 rokov neskôr článkom v májovom čísle časopisu Príroda kde sa navrhlo, že príčinou minima anomálneho jarného minima TOC nad Antarktídou je priemyselné (vrátane freónu) znečistenie atmosféry (Farman a kol., 1985).

Zistilo sa, že ozónová diera nad Antarktídou sa vyskytuje spravidla každé dva roky, trvá asi tri mesiace a potom zmizne. Nie je to priechodná diera, ako by sa mohlo zdať, ale priehlbina, takže je správnejšie hovoriť o „prehĺbení ozónovej vrstvy“. Bohužiaľ, všetky ďalšie štúdie o ozónovej diere boli zamerané predovšetkým na dokázanie jej antropogénneho pôvodu (Roan, 1989).

Dnes existujú rôzne hypotézy týkajúce sa chemických a dynamických mechanizmov tvorby ozónovej diery. Mnoho známych faktov však nezapadá do chemickej antropogénnej teórie. Napríklad zvýšenie obsahu stratosférického ozónu v určitých geografických oblastiach.

Tu je naj "naivnejšia" otázka: prečo sa diera vytvára na južnej pologuli, aj keď na severnej strane sa tvoria freóny, zatiaľ čo nie je známe, či medzi hemisférami v súčasnej dobe existuje letecká komunikácia?

Žiadna z existujúcich teórií nie je založená na rozsiahlych podrobných meraniach TOC a štúdiách procesov vyskytujúcich sa v stratosfére. Na otázku miery izolácie polárnej stratosféry nad Antarktídou, ako aj na mnohé ďalšie otázky súvisiace s problémom tvorby ozónových dier bolo možné odpovedať iba pomocou novej metódy sledovania pohybov. prúdov vzduchu navrhnutých VB Kashkinom (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kashkin a kol., 2002).

Vzduchové prúdy v troposfére (až do nadmorskej výšky 10 km) sú už dlho sledované pozorovaním translačných a rotačných pohybov mrakov. Ozón je v skutočnosti tiež obrovský „oblak“ na celom povrchu Zeme a zmeny jeho hustoty je možné použiť na posúdenie pohybu vzdušných hmôt nad 10 km, rovnako ako smer vetra poznáme pohľadom pri zatiahnutej oblohe v zamračený deň. Na tieto účely by sa hustota ozónu mala merať v bodoch vesmírnej siete so špecifickým časovým intervalom, napríklad každých 24 hodín. Sledovaním toho, ako sa zmenilo ozónové pole, je možné odhadnúť uhol jeho rotácie za deň, smer a rýchlosť pohybu.

Nová metóda bola použitá na štúdium dynamiky ozónovej vrstvy v roku 2000, keď bola nad Antarktídou (Kashkin) pozorovaná rekordne veľká ozónová diera a kol., 2002). Na tento účel použili satelitné údaje o hustote ozónu na celej južnej pologuli, od rovníka po pól. Výsledkom bolo zistenie, že obsah ozónu je minimálny v strede takzvaného cirkumpolárneho víru, ktorý sa vytvoril nad pólom, o čom budeme podrobnejšie diskutovať nižšie. Na základe týchto údajov bola predložená hypotéza o prirodzenom mechanizme tvorby ozónových „dier“.

Globálna dynamika stratosféry: hypotéza

Cirkumpolárne víry sa tvoria, keď sa stratosférické vzduchové hmoty pohybujú v meridionálnom a latitudeovom smere. Ako sa to stane? Stratosféra je vyššia na teplom rovníku a nižšia na studenom póle. Vzduchové prúdy (spolu s ozónom) sa valia zo stratosféry ako šmykľavka a od rovníka k pólu sa pohybujú stále rýchlejšie. K pohybu zo západu na východ dochádza pod vplyvom Coriolisovej sily spojenej s rotáciou Zeme. Výsledkom je, že vzdušné prúdy sa vinú ako vlákna na vretene na južnej a severnej pologuli.

„Vreteno“ vzduchových hmôt sa otáča počas celého roka na oboch pologuliach, ale je výraznejšie na konci zimy a skoro na jar, pretože výška stratosféry na rovníku sa v priebehu roka takmer nemení a na póloch je vyššia v lete a nižšie v zime, keď je obzvlášť chladno.

Ozónová vrstva v stredných šírkach je vytváraná silným prílivom z rovníka, ako aj fotochemickými reakciami prebiehajúcimi in situ. Ale ozón v pólovej oblasti vďačí za svoj pôvod predovšetkým dodávkam z rovníka a zo stredných šírok a jeho obsah je tam dosť nízky. Fotochemické reakcie na póle, kde slnečné lúče dopadajú pod nízkym uhlom, postupujú pomaly a značná časť ozónu prichádzajúceho z rovníka sa má na ceste zničiť.

Ale vzduchové masy sa nie vždy pohybujú takto. V najchladnejších zimách, keď sa stratosféra nad pólom potápa veľmi nízko nad zemským povrchom a „šmykľavka“ je obzvlášť strmá, sa situácia mení. Stratosférické prúdy sa valia tak rýchlo, že efekt pozná každý, kto sledoval, ako voda odteká dierou vo vani. Po dosiahnutí určitej rýchlosti sa voda začne rýchlo otáčať a okolo otvoru sa vytvorí charakteristický lievik vytvorený odstredivou silou.

Niečo podobné sa deje v globálnej dynamike stratosférických tokov. Keď stratosférické prúdy vzduchu získajú dostatočne vysokú rýchlosť, odstredivá sila ich začne tlačiť z pólu do stredných šírok. V dôsledku toho sa vzduchové hmoty pohybujú od rovníka a od pólu k sebe, čo vedie k vytvoreniu rýchlo rotujúceho vírového „hriadeľa“ v oblasti strednej šírky.

Výmena vzduchu medzi rovníkovou a polárnou oblasťou sa zastaví, ozón z rovníka a zo stredných šírok nepríde na pól. Ozón zostávajúci na póle je podobne ako v odstredivke odstredivou silou vytlačený do stredných šírok, pretože je ťažší ako vzduch. Výsledkom je, že koncentrácia ozónu vo vnútri lievika prudko klesá - nad pólom sa vytvorí ozónová „diera“ a v stredných šírkach - oblasť s vysokým obsahom ozónu, ktorá zodpovedá „napučaniu“ cirkumpolárneho víru.

Na jar sa antarktická stratosféra otepľuje a stúpa vyššie - lievik zmizne. Obnoví sa letecká komunikácia medzi strednými a vysokými zemepisnými šírkami a urýchlia sa fotochemické reakcie tvorby ozónu. Ozónová diera zmizne pred ďalšou obzvlášť chladnou zimou na južnom póle.

A čo Arktída?

Aj keď je dynamika stratosférických tokov, a teda aj ozónová vrstva na severnej a južnej pologuli, vo všeobecnosti podobná, ozónová diera sa príležitostne objavuje iba nad južným pólom. Ozónové diery sa nad severným pólom neobjavujú, pretože zimy sú tam miernejšie a stratosféra nikdy neklesne tak nízko, aby prúdy vzduchu nabrali rýchlosť potrebnú na vytvorenie víru.

Je tu ešte jeden dôležitý rozdiel. Na južnej pologuli sa cirkumpolárny vír otáča takmer dvakrát rýchlejšie ako na severnej pologuli. A to nie je prekvapujúce: Antarktída je obklopená morami a okolo nej je cirkumpolárny morský prúd - v skutočnosti sa obrovské masy vody a vzduchu otáčajú spoločne. Obraz je na severnej pologuli odlišný: v stredných šírkach sa nachádzajú kontinenty s pohoriami a trenie vzduchovej hmoty o zemský povrch neumožňuje cirkumpolárnemu víru získať dostatočne vysokú rýchlosť.

V stredných šírkach severnej pologule sa však niekedy objavia malé „diery“ ozónu iného pôvodu. Odkiaľ prišli? Pohyb vzduchu v stratosfére stredných šírok hornatej severnej pologule pripomína pohyb vody v plytkom prúde so skalnatým dnom, keď sa na vodnej hladine vytvoria početné víry. V stredných šírkach severnej pologule zohrávajú úlohu reliéfu spodného povrchu teplotné poklesy na hranici kontinentov a oceánov, pohorí a nížin.

Prudká zmena teploty na povrchu Zeme vedie k tvorbe zvislých prúdov v troposfére. Stratosférický vietor, ktorý zasahuje tieto prúdy, vytvára víry, ktoré sa môžu otáčať v oboch smeroch s rovnakou pravdepodobnosťou. V ich vnútri sa objavujú oblasti s nízkym obsahom ozónu, to znamená ozónové diery, ktoré sú oveľa menšie ako na južnom póle. A treba poznamenať, že takéto víry s rôznymi smermi otáčania boli zistené hneď pri prvom pokuse.

Dynamika stratosférických prúdov vzduchu, ktorú sme sledovali pozorovaním ozónového oblaku, nám teda umožňuje podať hodnoverné vysvetlenie mechanizmu vzniku ozónovej diery nad Antarktídou. K takýmto zmenám v ozónovej vrstve, spôsobeným aerodynamickými javmi v stratosfére, podľa všetkého došlo dlho pred objavením sa človeka.

Všetko vyššie uvedené vôbec neznamená, že freóny a iné plyny priemyselného pôvodu nemajú deštruktívny účinok na ozónovú vrstvu. Vedci však ešte musia zistiť, aký je pomer prírodných a antropogénnych faktorov ovplyvňujúcich tvorbu ozónových dier - je neprijateľné vyvodzovať unáhlené závery o takýchto dôležitých otázkach.

Kazanská národná technologická univerzita pre výskum

Abstraktné poškodenie ozónu

Vyplnil: študent gr. 5111-41 Garifullin I.I. Skontrolovala: Fatykhova L.A.

Kazaň 2015

1. Úvod

2. Hlavná časť:

a) Stanovenie ozónu

b) Príčiny „ozónových dier“

c) Hlavné hypotézy deštrukcie ozónovej vrstvy

d) Environmentálne a biomedicínske dôsledky poškodenia ozónovej vrstvy

3. Záver

4. Zoznam použitej literatúry

Úvod.

V XXI storočí. Medzi mnohými globálnymi ekologickými problémami biosféry zostáva veľmi naliehavý problém deštrukcie ozónovej vrstvy a s tým súvisiace zvýšenie biologicky nebezpečného ultrafialového žiarenia na zemskom povrchu. V budúcnosti sa z toho môže vyvinúť nezvratná katastrofa, deštruktívna pre ľudstvo. V posledných desaťročiach mnohé štúdie stanovili stabilný trend smerom k zníženiu obsahu ozónu v atmosfére. Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) každé 1% zníženie ozónu v atmosfére (a podľa toho zvýšenie UV žiarenia o 2%) vedie k 5% nárastu počtu rakovín.

Moderná kyslíková atmosféra Zeme je jedinečným javom medzi planétami slnečnej sústavy a táto funkcia je spojená s prítomnosťou života na našej planéte.

Problém ekológie pre ľudí je teraz nepochybne najdôležitejší. Zničenie ozónovej vrstvy Zeme naznačuje realitu ekologickej katastrofy. Ozón, triatomická forma kyslíka, vzniká v horných vrstvách atmosféry pod vplyvom tvrdého (krátkovlnného) ultrafialového žiarenia zo Slnka.

Dnes ozón znepokojuje každého, dokonca aj tých, ktorí predtým nemali podozrenie na existenciu ozónovej vrstvy v atmosfére, ale verili iba tomu, že vôňa ozónu je znakom čerstvého vzduchu. (Niet divu, že ozón v preklade z gréčtiny znamená „vôňa“.) Tento záujem je pochopiteľný - hovoríme o budúcnosti celej biosféry Zeme vrátane človeka samotného. V súčasnej dobe je potrebné urobiť pre všetkých určité záväzné rozhodnutia, ktoré by umožnili zachovanie ozónovej vrstvy. Na to, aby boli tieto rozhodnutia správne, sú však potrebné úplné informácie o faktoroch, ktoré menia množstvo ozónu v zemskej atmosfére, ako aj o vlastnostiach ozónu, o tom, ako na tieto faktory reaguje. Preto považujem tému, ktorú som si vybral, za relevantnú a potrebnú na zváženie.

Hlavná časť: Stanovenie ozónu

Je známe, že ozón (O3) - modifikácia kyslíka - má vysokú chemickú reaktivitu a toxicitu. Ozón sa tvorí v atmosfére z kyslíka počas elektrických výbojov počas búrok a pod vplyvom ultrafialového žiarenia zo Slnka v stratosfére. Ozónová vrstva (ozónová clona, ​​ozonosféra) sa nachádza v atmosfére vo výške 10-15 km s maximálnou koncentráciou ozónu v nadmorskej výške 20-25 km. Ozónová clona spomaľuje prienik najzávažnejšieho UV žiarenia (vlnová dĺžka 200-320 nm) na zemský povrch, ktorý je deštruktívny pre všetky živé veci. V dôsledku antropogénnych vplyvov však unikol ozónový „dáždnik“ a začali sa v ňom objavovať ozónové diery so znateľne zníženým (až o 50% a viac) obsahom ozónu.

Príčiny „ozónových dier“

Ozónové (ozónové) diery sú len časťou komplexného environmentálneho problému poškodzovania ozónovej vrstvy Zeme. Začiatkom osemdesiatych rokov minulého storočia. bol zaznamenaný pokles celkového obsahu ozónu v atmosfére nad oblasťou vedeckých staníc v Antarktíde. V októbri 1985. objavili sa správy, že koncentrácia ozónu v stratosfére nad anglickou stanicou Halley Bay klesla o 40% z jej minimálnych hodnôt a nad japonskou stanicou - takmer 2 -krát. Práve týmto javom sa vybudovala „ozónová diera“. Ozónové diery značnej veľkosti nad Antarktídou vznikli na jar 1987, 1992, 1997, keď bol zaznamenaný pokles celkového obsahu stratosférického ozónu (TO) o 40 - 60%. Na jar 1998 dosiahla ozónová diera nad Antarktídou rekordnú rozlohu 26 miliónov metrov štvorcových. km (3 -násobok územia Austrálie). A vo výške 14-25 km došlo v atmosfére k takmer úplnému zničeniu ozónu.

Podobné javy boli zaznamenané v Arktíde (najmä od jari 1986), ale veľkosť ozónovej diery tu bola takmer dvakrát menšia ako nad Antarktídou. V marci 1995. arktická ozónová vrstva sa vyčerpala asi o 50%a nad severnými oblasťami Kanady a Škandinávskeho polostrova, Škótskych ostrovov (Veľká Británia) sa vytvorili „mini diery“.

V súčasnosti je na svete asi 120 ozonometrických staníc, vrátane 40, ktoré sa objavili od 60. rokov. XX storočie na ruskom území. Pozorovacie údaje z pozemných staníc naznačujú, že v roku 1997 bol na takmer celom kontrolovanom území Ruska pozorovaný pokojný stav celkového obsahu ozónu.

Na objasnenie príčin vzniku silných ozónových dier v cirkumpolárnych priestoroch na konci dvadsiateho storočia. Vykonali sa vyšetrenia (pomocou lietajúcich laboratórnych lietadiel) ozónovej vrstvy nad Antarktídou a Arktídou. Zistilo sa, že okrem antropogénnych faktorov (emisie freónov, oxidov dusíka, metylbromidu atď.) Do atmosféry zohrávajú významnú úlohu aj prírodné vplyvy. Na jar 1997 bol teda v niektorých oblastiach Arktídy zaznamenaný pokles obsahu ozónu v atmosfére až o 60%. Okrem toho v priebehu niekoľkých rokov rýchlosť úbytku ozonosféry v Arktíde rástla, a to dokonca aj v podmienkach, keď v nej koncentrácia chlórfluórovaných uhľovodíkov (CFC) alebo freónov zostala konštantná. Tvrdí to nórsky vedec K. Henriksen Počas posledného desaťročia sa v spodných vrstvách arktickej stratosféry formoval stále sa rozširujúci vír studeného vzduchu. Vytvorilo to ideálne podmienky na deštrukciu molekúl ozónu, ku ktorej dochádza hlavne pri veľmi nízkych teplotách (asi -80 * C). Podobný lievik nad Antarktídou je príčinou vzniku ozónových dier. Príčinu procesu poškodzujúceho ozón vo vysokých zemepisných šírkach (Arktída, Antarktída) teda môžu do značnej miery spôsobiť prírodné vplyvy.

Táto obrovská diera v ozónovej vrstve Zeme bola objavená v roku 1985 a objavila sa nad Antarktídou. V priemere je to viac ako tisíc kilometrov a v oblasti asi deväť miliónov kilometrov štvorcových.

V auguste každý rok diera zmizne a stane sa, akoby táto obrovská ozónová medzera nikdy neexistovala.

Ozónová diera - definícia

Ozónová diera je pokles alebo úplná absencia koncentrácie ozónu v ozónovej vrstve Zeme. Podľa správy Svetovej meteorologickej organizácie a teórie všeobecne uznávanej vo vede je výrazný pokles ozónovej vrstvy spôsobený stále rastúcim antropogénnym faktorom - uvoľňovaním freónov obsahujúcich bróm a chlór.

Existuje ešte jedna hypotéza, podľa ktorej je samotný proces vytvárania dier v ozónovej vrstve prirodzený a nijako nesúvisí s výsledkami činnosti ľudskej civilizácie.

Pokles koncentrácie ozónu v atmosfére je spôsobený kombináciou faktorov. Jednou z hlavných je deštrukcia molekúl ozónu počas reakcií s rôznymi látkami prírodného a antropogénneho pôvodu, ako aj absencia slnečného svetla a žiarenia počas polárnej zimy. Patrí sem polárny vír, ktorý je obzvlášť stabilný a zabraňuje prenikaniu ozónu zo zemepisných šírok subpolárnej oblasti, a formujúce sa stratosférické polárne oblaky, ktorých povrch častíc funguje ako katalyzátor reakcie rozkladu ozónu.

Tieto faktory sú pre Antarktídu charakteristické a v Arktíde je polárny vír oveľa slabší, pretože neexistuje kontinentálny povrch. Teplota je tu na rozdiel od Antarktídy o určité množstvo vyššia. Polárne stratosférické oblaky v Arktíde sú menej časté a majú tendenciu sa rozpadať na začiatku jesene.

Čo je to ozón?

Ozón je jedovatá látka, ktorá je škodlivá pre ľudí. V malých množstvách má veľmi príjemnú vôňu. Aby ste sa o tom presvedčili, môžete sa vybrať na prechádzku lesom, búrkovým poľom - časom si užijeme čerstvý vzduch, ale neskôr sa budeme cítiť veľmi zle.

Za normálnych podmienok nie je na dne zemskej atmosféry prakticky žiadny ozón - táto látka je v stratosfére prítomná vo veľkom množstve, začína niekde okolo 11 kilometrov nad zemou a siaha až do 50 - 51 kilometrov. Ozónová vrstva leží tesne nad sumcom, to znamená asi 51 kilometrov nad zemou. Táto vrstva absorbuje smrtiace slnečné lúče a tým chráni náš život, a nielen náš.

Pred objavením ozónových dier bol ozón považovaný za látku, ktorá otravuje atmosféru. Verili, že atmosféra je plná ozónu a že je to práve on, kto je hlavným vinníkom „skleníkového efektu“, s ktorým treba niečo robiť.

V súčasnosti sa naopak ľudstvo pokúša podniknúť kroky na obnovu ozónovej vrstvy, pretože ozónová vrstva sa stáva tenšou na celej Zemi, nielen na Antarktíde.

OZONOVAYA HOLE je medzera v ozonosfére (v priemere viac ako 1 000 km), ktorá vznikla nad Antarktídou a presúva sa do osídlených oblastí Austrálie. Mnohí nechápu, prečo sa v Antarktíde vytvára ozónová diera, keď sa hlavné emisie freónov vyskytujú na severnej pologuli. Ozónová diera s priemerom viac ako 1000 km bola prvýkrát objavená v roku 1985 na južnej pologuli nad Antarktídou skupinou britských vedcov pod vedením Georga Farmana.

Ozónová diera je miestny pokles koncentrácie ozónu v ozónovej vrstve Zeme. Nad severnou pologuľou v Arktíde sa vytvorila ďalšia diera, ale menšej veľkosti. V tejto fáze ľudského vývoja svetoví vedci dokázali, že na Zemi je obrovské množstvo ozónových dier. Ale najnebezpečnejší a najväčší sa nachádza nad Antarktídou.

Ako sa prejavujú ozónové diery? Ako ich opraviť?

Rowland a Molina tvrdili, že atómy chlóru môžu spôsobiť stratu veľkého množstva ozónu v stratosfére. Niekedy sa tvrdí, že keďže molekuly freónu sú oveľa ťažšie ako dusík a kyslík, nemôžu sa dostať do stratosféry vo významnom množstve. Preto sú aj také ťažké plyny, ako sú inertné alebo freóny, rovnomerne rozložené v atmosfére, vrátane dosahu do stratosféry.

Vďaka svojej nízkej reaktivite sa prakticky nekonzumujú v nižších vrstvách atmosféry a majú životnosť niekoľko rokov alebo dokonca desaťročí. V tejto dobe nie je polárna oblasť osvetlená Slnkom a nevzniká tam ozón.

Objaviteľmi ozónovej vrstvy boli francúzski fyzici Charles Fabri a Henri Buisson. V roku 1912 sa im podarilo pomocou spektroskopických meraní ultrafialového žiarenia dokázať existenciu ozónu vo vrstvách atmosféry ďaleko od Zeme. V roku 1985 bol prijatý Viedenský dohovor o ochrane ozónovej vrstvy, v roku 1987 - Montrealský protokol. Niektoré z nich sú schopné dosiahnuť zemský povrch a prasklinami difundovať do atmosféry.

1992 bol pre vedcov poznačený skutočnosťou, že už nad severnou pologuľou v Antarktíde sa vytvorila ďalšia ozónová diera s oveľa menším priemerom. A v roku 2008 dosiahol priemer prvého ozónového javu objaveného v Antarktíde maximálnu rekordnú veľkosť - 27 miliónov kilometrov štvorcových. Pretože je ozónová vrstva navrhnutá tak, aby chránila povrch našej planéty pred nadbytkom ultrafialového slnečného žiarenia, možno ozónové diery považovať za skutočne nebezpečný jav pre živé organizmy.

V atmosfére sa nachádza vrstva ozónu 20-50 kilometrov nad zemským povrchom. Ozón je špeciálna forma kyslíka. Ozónová vrstva atmosféry je veľmi tenká. Ak všetok dostupný ozón atmosféry rovnomerne zaberá plochu 45 kilometrov štvorcových, dostanete vrstvu s hrúbkou 0,3 centimetra.

Čo je to ozónová vrstva a prečo je jej deštrukcia škodlivá?

V roku 1978 vláda Spojených štátov amerických (USA) na základe údajov o vplyve freónov na ozónovú vrstvu atmosféry zakázala výrobu a predaj aerosólov obsahujúcich freóny. Je pravda, že výrobcovia aerosólov a s nimi aj mnohí vedci považujú teóriu vyčerpania ozónovej vrstvy za nepresvedčivú. V roku 1985 urobili britskí vedci prekvapivý objav. Na Antarktíde objavili obrovskú „dieru“ v ozónovej vrstve. Táto diera veľkosti USA sa objavuje každoročne na jar.

Rozloha takzvanej ozónovej diery, ktorá sa každoročne tvorí v stratosfére nad Antarktídou, je podľa Národného meteorologického úradu Japonska 1,7-násobkom rozlohy samotnej pevniny. Ozónová diera vzniká deštrukciou ozónovej vrstvy pod vplyvom plynov, ako je freón, a vzniká každý rok od augusta do decembra.

Ozónové diery - príčiny a dôsledky

Objavoval sa každý rok v auguste a prestal existovať v decembri až januári. Fluór sa teda nezúčastňuje na reakciách degradácie ozónu. Jód tiež neničí stratosférický ozón, pretože organické látky obsahujúce jód sú takmer úplne spotrebované dokonca aj v troposfére.

Halogénované uhľovodíky sú prítomné aj v plynoch z hydrotermálnych prieduchov. Pevné častice, ktoré sa dostali do stratosféry v roku 1991 počas erupcie hory Pinatubo na Filipínskych ostrovoch, stále prispievajú k tvorbe ozónových dier. Ozónová diera predstavuje nebezpečenstvo pre živé organizmy, pretože ozónová vrstva chráni povrch Zeme pred nadmernými dávkami ultrafialového žiarenia zo Slnka.

História objavu ozónových dier v atmosfére

Ozónová „diera“ (pokles koncentrácie ozónu v atmosfére) neustále existuje nad Antarktídou; v zime sa zvyšuje, na jar maximálne. A nemôže dôjsť ani k „úplnej obnove ozónovej vrstvy“. Treba poznamenať, že ozón je nestabilný plyn, jeho molekuly sa dosť rýchlo rozpadajú. Antarktická ozónová diera je nepretržite monitorovaná od roku 1987; zistilo sa, že jeho rozmery sú približne stabilné - od 21 do 30 miliónov kilometrov štvorcových.

Ozónová vrstva sa nachádza v stratosfére vo výške asi 25 kilometrov od zemského povrchu. A opäť ľudia môžu za vzhľad ozónových dier. Nie, samozrejme, doslova nevybuchli ozónovú vrstvu.

V dôsledku nedostatku slnečného žiarenia sa počas polárnych nocí nevytvára ozón. Toto tvrdenie platí pre stredné a vysoké zemepisné šírky. Vo zvyšku je chlórový cyklus zodpovedný iba za 15-25% strát ozónu v stratosfére. DuPont, po zverejnení údajov o účasti freónov na ničení stratosférického ozónu, vzal túto teóriu nepriateľsky a minul milióny dolárov na tlačovú kampaň na ochranu freónov.

Experimentálne merania ich koncentrácií v atmosfére to potvrdzujú, pozri napríklad napravo graf rozloženia freónu CFC-11 nad výšku. Ale nie je tomu tak. Kryptón s atómovou hmotnosťou 84 aj hélium s atómovou hmotnosťou 4 majú rovnakú relatívnu koncentráciu, ktorá sa nachádza blízko povrchu, ktorý je vysoký až 100 km.

Táto ozónová diera, ktorá sa každoročne objavuje v auguste, zmizla v období od decembra do januára. Na rozdiel napríklad od hydrofluórfreónov, ktoré sa rozkladajú na atómy fluóru a tie zase rýchlo reagujú s vodou za vzniku stabilného fluorovodíka. Faktom je, že freóny sú dobre zmiešané v troposfére a stratosfére. Na mieste takejto interakcie je ozónová vrstva zničená - zmizne. Ozónovú dieru prvýkrát objavila v roku 1985 skupina vedcov z Veľkej Británie na čele s Joeom Farmanom.