A Föld légköre több, különböző magasságban elhelyezkedő rétegből áll. Az egyik legfontosabb az ózonréteg, amely a sztratoszférában található. Ahhoz, hogy megtudja, mi az ózonlyuk, meg kell értenie ennek a rétegnek a funkcióját és létezésének jelentőségét a bolygó életében.

Leírás

Az ózonréteg magassága az adott terület hőmérsékleti rendszerétől függően változik, például a trópusokon 25 és 30 km közötti, a pólusokon pedig 15 és 20 km között van. Az ózon olyan gáz, amely a napsugárzás oxigénmolekulákra gyakorolt ​​hatására keletkezik. Az ózon disszociációs folyamata a Nap által kibocsátott veszélyes ultraibolya sugárzás nagy részének elnyeléséhez vezet.
A réteg vastagságát általában Dobson-egységekben mérik, amelyek mindegyike 10 mikrométeres ózonréteggel egyenlő, normál nyomás és hőmérséklet mellett. A minimális vastagság, amely alatt a réteg megszűnik, 220 egység. Dobson. Az ózonréteg jelenlétét Charles Fabry és Henri Buisson francia fizikusok állapították meg a 20. század elején spektroszkópiai elemzéssel.

Ózon lyukak

Számos verzió létezik arról, hogy pontosan mi váltja ki a bolygó ózonrétegének elvékonyodását. Egyes tudósok az antropogén tényezőket okolják ezért, míg mások természetes folyamatnak tartják. Ózon lyukak egy adott gáz redukciója vagy teljes eltűnése a sztratoszférából. Ezt a jelenséget először 1985-ben rögzítették, körülbelül 1 ezer négyzetkilométeres területen helyezték el az Antarktisz régiójában.
Ennek a lyuknak a megjelenése ciklikus volt, augusztusban jelent meg és decemberben tűnt el. Ezzel egy időben egy másik, valamivel kisebb lyuk is megjelent az Északi-sarkvidéken. A technológia fejlődésével lehetővé vált az ózonréteg-törések kialakulásának valós időben történő rögzítése, és mára a tudósok magabiztosan állíthatják, hogy több száz ilyen van a bolygón. A legnagyobbak a pólusoknál helyezkednek el.

Az ózonlyukak okai és következményei

Van egy elmélet, hogy az ózonlyukak természetes okokból keletkeznek. Eszerint mivel az oxigén ózonná alakulása a napsugárzás hatására megy végbe, így ennek hiányában a sarki tél során ez a gáz nem termelődik. A már kialakult ózon egy hosszú éjszaka során nagy tömege miatt leszáll a légkör alsóbb rétegeibe, ahol a nyomás hatására elpusztul. Ez a változat tökéletesen megmagyarázza a lyukak megjelenését a sarkok felett, de nem tisztázza nagyszabású megfelelőik kialakulását Kazahsztán és Oroszország területein, ahol a sarki éjszakákat nem figyelik meg.
A közelmúltban a tudományos közösség egyetértett abban, hogy az ózonréteg károsodásának természetes és ember által előidézett okai is vannak. Az antropogén faktor magában foglalja bizonyos koncentrációjának növekedését vegyi anyagok a Föld légkörében. Az ózon tönkremegy klórral, hidrogénnel, brómmal, hidrogén-kloriddal, nitrogén-monoxiddal, metánnal, valamint freonnal és származékaival. Az ózonlyukak okai és következményei még nem teljesen tisztázottak, de szinte minden év hoz új felfedezéseket ezen a területen.

Miért veszélyesek az ózonlyukak?

Az ózon elnyeli a rendkívül veszélyes napsugárzást, megakadályozva, hogy elérje a bolygó felszínét. Amikor ennek a gáznak a rétege elvékonyodik, a Földön minden szokásos radioaktív besugárzásnak van kitéve. Ez provokálja a rákos megbetegedések növekedését, elsősorban a bőrön. A növények számára az ózon eltűnése is káros, különböző genetikai mutációk és általános vitalitáscsökkenés lép fel bennük. Az elmúlt években az emberiség egyre jobban tudatában van annak, hogy az ózonlyukak milyen veszélyesek a földi életre.

Következtetés

A nemzetközi közösség felismerve az ózon pusztításának veszélyét, számos intézkedést hozott annak csökkentésére negatív hatás a légkörhöz. 1987-ben Montrealban jegyzőkönyvet írtak alá, amely kötelezi a freon ipari felhasználásának minimalizálását, mivel ez a gáz provokálja a lyukak megjelenését a sarki régiókon kívül. A már légkörbe került freon lebomlása azonban körülbelül száz évbe telik, így a Föld légkörében lévő ózonlyukak száma valószínűleg nem fog csökkenni a közeljövőben.

Számos hipotézis próbálja megmagyarázni az ózonkoncentráció csökkenését. A Föld légkörében bekövetkezett ingadozásának okai a következőkhöz kapcsolódnak:

• · a Föld légkörében végbemenő dinamikus folyamatokkal (belső gravitációs hullámok, Azori-szigeteki anticiklon stb.);
• A Nap hatására (tevékenységének ingadozásai);
• geológiai folyamatok eredményeként létrejövő vulkanizmussal (az ózonréteg pusztításában részt vevő vulkánokból freonok kiáramlása, variációk mágneses mező Föld stb.)
• · a Föld felső héjain végbemenő természetes folyamatokkal, beleértve a nitrogéntermelő mikroorganizmusok tevékenységét, a tengeri áramlatokat (El Niño jelenség), erdőtüzeket stb.;
• · az emberi gazdasági tevékenységhez kapcsolódó antropogén tényezővel, amikor jelentős mennyiségű ózonréteget lebontó vegyület kerül a légkörbe.

BAN BEN az elmúlt évtizedek az antropogén tényezők hatása drámaian megnőtt, ami a kialakulásához vezetett környezetvédelmi kérdések amelyeket maguk az emberek váratlanul globálissá változtattak: üvegházhatás, savas esők, erdőirtás, területek elsivatagosodása, a környezet káros anyagokkal való szennyezése, a bolygó biológiai sokféleségének csökkentése.

Egyes tudósok úgy vélik, hogy igen gazdasági aktivitás Az emberiség nagymértékben megnövelte a sztratoszférikus ózon halogénbomlási útvonalának arányát, ami ózonlyukak kialakulását váltotta ki.

Az 1987-es Montreali Jegyzőkönyv betiltotta a hűtőközegek gyártását, amely az elmúlt fél évszázadban lehetővé tette az élelmiszerek tartósítását, és ezáltal nemcsak az emberi életet tette kényelmesebbé, hanem sok millió ember életét mentette meg, akik élelmiszer-ellátási bizonytalanságban szenvedtek. Mivel az olcsó hűtőközegeket betiltották, a fejletlen országok nem tudtak drága hűtőszekrényeket vásárolni. Ezért nem tudják tárolni mezőgazdasági termékeiket. Az "ózonlyukak elleni küzdelem" kezdeményezőinek országaiban kifejlesztett drága import berendezések jelentős bevételt hoznak számukra. A hűtőközegek betiltása hozzájárult a halandóság növekedéséhez a legszegényebb országokban.

Ma már bátran kijelenthetjük, hogy nincs szigorúan tudományosan bizonyított bizonyíték a mesterségesen létrehozott klór-fluor-szénhidrogén molekuláknak a bolygó ózonrétegére gyakorolt ​​pusztító hatására. De a tudományos közösségben az az álláspont uralkodik, amely szerint a 20. század második felében az ózonréteg vastagságának csökkenésének oka az antropogén tényező, amely klór- és brómtartalmú freonok felszabadulásának formájában az ózonréteg jelentős elvékonyodásához vezetett.

A freonok telített szénhidrogének (főleg metán és etán) fluortartalmú származékai, amelyeket hűtőszekrényekben hűtőközegként használnak. A freonmolekulák a fluoratomokon kívül általában klóratomokat, ritkábban brómatomokat tartalmaznak. Több mint 40 különböző freon ismert. Legtöbbjüket az ipar állítja elő.

Freon 22 (Freon 22) - a 4. veszélyességi osztályba tartozó anyagokra vonatkozik. 400°C feletti hőmérséklet hatására lebomolhat erősen mérgező termékek képződésével: tetrafluor-etilén (4. veszélyességi osztály), hidrogén-klorid (2. veszélyességi osztály), hidrogén-fluorid (1. veszélyességi osztály).

A kapott adatok tehát sok (de nem mindegyik!) kutató azon következtetését erősítették meg, hogy a középső és magas szélességi körökben megfigyelt ózonvesztés elsősorban az antropogén klór- és brómtartalmú vegyületeknek köszönhető.

De más elképzelések szerint az "ózonlyukak" kialakulása nagyrészt természetes, időszakos folyamat, amely nem kizárólag az emberi civilizáció káros hatásaihoz köthető. Ma már nem sokan osztják ezt az álláspontot, nemcsak az érvek hiánya miatt, hanem azért is, mert a „globális utópiák” nyomán jövedelmezőbbnek bizonyult követni. Sok tudós, pénzeszközök hiányában Tudományos kutatás, a "globális környezeti sovinizmus" eszméit és az ebben való haladás bűnösségét alátámasztó támogatások áldozataivá váltak és válnak.

Mint G. Krucsenyickij, Oroszország vezető ózonspecialistája, A. Khrgian rámutat, gyakorlatilag ő hívta fel a figyelmet arra, hogy az északi féltekén az ózonlyukak kialakulása és eltűnése a légkör-dinamikával korrelál, és nem. kémiai folyamatok. Az ózontartalom két-három napon belül több tíz százalékkal változhat. Vagyis nem az ózonréteget lebontó anyagokban van a lényeg, hanem magában a légkör dinamikájában.

E. Borisenkov, a légkör tanulmányozásának kiemelkedő szakembere kilenc nyugat-európai állomás huszonhárom éves adatainak feldolgozása alapján 11 éves ciklusok közötti összefüggést állapított meg. naptevékenységés a Föld légkörének ózontartalmának változásai.

Az ózonlyukak kialakulásának okai többnyire a Föld légkörének sztratoszférikus rétegébe behatoló, antropogén vegyületforrásokhoz köthetők. Van azonban egy fogás. Abból áll, hogy az ózonréteget lebontó vegyületek fő forrásai nem a poláris (déli és északi) szélességi körökben találhatók, hanem az Egyenlítőhöz közelebb koncentrálódnak, és szinte teljes egészében az északi féltekén találhatók. Míg az ózonréteg elvékonyodásának (az ózonlyukak tényleges megjelenésének) leggyakrabban előforduló jelenségei az Antarktiszon (a déli féltekén) és ritkábban az Északi-sarkvidéken figyelhetők meg.

Vagyis az ózonréteget lebontó vegyületek forrásainak gyorsan és jól el kell keveredniük a Föld légkörében. Ugyanakkor gyorsan elhagyják a légkör alsó rétegeit, ahol az ózon részvételével történő reakcióikat is megfigyelni kell. Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy a troposzférában sokkal kevesebb ózon van, mint a sztratoszférában. Ezen túlmenően ezeknek a vegyületeknek az "élettartama" több évet is elérhet. Ezért a légtömegek és a hő domináns függőleges mozgása mellett elérhetik a sztratoszférát. De itt jön a nehézség. Mivel a hő- és tömegátadással kapcsolatos fő mozgások (hő + szállított légtömeg) pontosan a troposzférában valósulnak meg. És mivel a levegő hőmérséklete már 11-10 km magasságban is állandó és -50°C körül van, ezt a hő- és tömegátadást a troposzférikus rétegből a sztratoszférába le kell lassítani. Az ózonréteget pusztító antropogén források részvétele pedig nem biztos, hogy olyan jelentős, mint azt eddig hitték.

A következő tény, amely csökkentheti az antropogén tényező szerepét a Föld ózonrétegének pusztításában, az ózonlyukak megjelenése, többnyire tavasszal vagy télen. Ez azonban először is ellentmond annak a feltételezésnek, hogy az ózonréteget lebontó vegyületek gyorsan keveredhetnek a Föld légkörében, és behatolhatnak a magas ózonkoncentrációjú sztratoszférikus rétegbe. Másodszor, az ózonréteget lebontó vegyületek antropogén forrása állandó. Következésképpen az ózonlyukak tavasszal és télen, sőt a sarki szélességi körökben történő megjelenésének oka nehezen magyarázható antropogén okkal. Másrészt a sarki telek jelenléte és a napsugárzás természetes csökkenése télen kielégítően magyarázza az ózonlyukak előfordulásának természetes okát az Antarktisz és az Északi-sark felett. Például a Föld légkörének ózonkoncentrációja nyáron 0 és 0,07%, télen 0 és 0,02% között változik.

Az Antarktiszon és az Északi-sarkon az ózonréteg károsodásának mechanizmusa alapvetően eltér a magasabb szélességi körökétől. Itt elsősorban a halogéntartalmú anyagok inaktív formáinak oxidokká történő átalakulása megy végbe. A reakció poláris sztratoszférikus felhők részecskéinek felületén megy végbe. Ennek eredményeként szinte az összes ózon elpusztul a halogénekkel való reakciókban. Ugyanakkor a klór 40-50%, a bróm pedig körülbelül 20-40%.

A sarki nyár beköszöntével az ózon mennyisége növekszik, és ismét eléri korábbi normáját. Vagyis az ózonkoncentráció ingadozása az Antarktisz felett szezonális. Ezt mindenki felismeri. De ha ennek ellenére az ózonkárosító vegyületek antropogén forrásainak korábbi támogatói hajlamosak voltak azt állítani, hogy az év során az ózonkoncentráció folyamatosan csökkent, akkor később ez a dinamika az ellenkezőjére vált. Az ózonlyukak zsugorodni kezdtek. Bár véleményük szerint az ózonréteg helyreállítása több évtizedet vesz igénybe. Mivel azt hitték, hogy a légkörben hatalmas mennyiségű antropogén forrásból származó freon halmozódott fel, amelynek élettartama több tíz, sőt több száz év volt. Ezért az ózonlyuk szűkülésére 2048 előtt nem kell számítani. Mint látható, ez a jóslat nem vált be. Másrészt a freongyártás mennyiségének csökkentésére tett erőfeszítések kardinálissá váltak.

szervezet ultraibolya ózon tengeri

Ózonlyukak - a sztratoszférikus örvények "gyermekei".

Bár a modern atmoszférában nincs sok ózon - a többi gáz legfeljebb egy hárommilliomodik része - szerepe rendkívül nagy: késlelteti a kemény ultraibolya sugárzást (rövidhullámú rész). nap spektruma), amely lebontja a fehérjéket nukleinsavak. Emellett a sztratoszférikus ózon fontos éghajlati tényező, amely meghatározza a rövid távú és helyi időjárási változásokat.

Az ózonpusztulási reakciók sebessége a katalizátoroktól függ, amelyek lehetnek természetes légköri oxidok és természeti katasztrófák (például erős vulkánkitörések) következtében a légkörbe kerülő anyagok. A múlt század második felében azonban felfedezték, hogy az ipari eredetű anyagok az ózonpusztító reakciók katalizátoraiként is szolgálhatnak, és az emberiség komolyan aggódott ...

Az ózon (O 3) az oxigén viszonylag ritka molekuláris formája, amely három atomból áll. Bár a modern légkörben kevés az ózon – nem több, mint a többi gáz egy-három milliomod része –, szerepe rendkívül nagy: késlelteti a kemény ultraibolya sugárzást (a napspektrum rövidhullámú részét), amely elpusztítja a fehérjéket és a nukleinsavakat. Ezért a fotoszintézis – és ennek megfelelően a légkör szabad oxigénje és ózonrétege – megjelenése előtt csak a vízben létezhetett élet.

Emellett a sztratoszférikus ózon fontos éghajlati tényező, amely meghatározza a rövid távú és helyi időjárási változásokat. Az ózon elnyeli a napsugárzást és energiát ad át más gázoknak, felmelegíti a sztratoszférát, és ezáltal szabályozza a bolygón zajló termikus és körkörös folyamatokat a légkörben.

Az instabil ózonmolekulák természetesen képződnek és bomlanak le a hatásuk alatt különféle tényezőkélő és élettelen természet, és egy hosszú fejlődés során ez a folyamat bizonyos dinamikus egyensúlyba jutott. Az ózonpusztulási reakciók sebessége a katalizátoroktól függ, amelyek lehetnek természetes légköri oxidok és természeti katasztrófák (például erős vulkánkitörések) következtében a légkörbe kerülő anyagok.

A múlt század második felében azonban kiderült, hogy az ipari eredetű anyagok is katalizátorként szolgálhatnak az ózonpusztító reakciókhoz, ezért az emberiség komolyan aggódott. Különösen közvélemény izgatta az Antarktisz feletti úgynevezett ózon "lyuk" felfedezését.

"Hole" az Antarktisz felett

Az ózonréteg észrevehető csökkenését az Antarktisz felett – az ózonlyukat – először 1957-ben fedezték fel, a Nemzetközi Geofizikai Év során. Valódi története 28 évvel később kezdődött a folyóirat májusi számában megjelent cikkel Természet, ahol azt javasolták, hogy a TO rendellenes tavaszi minimumának oka az Antarktisz felett az ipari (ideértve a freonokat is) légköri szennyezés (Farman) et al., 1985).

Megállapították, hogy az Antarktisz feletti ózonlyuk általában kétévente fordul elő, körülbelül három hónapig tart, majd eltűnik. Nem átmenő lyukról van szó, mint amilyennek látszik, hanem bemélyedésről van szó, így helyesebb "ózonréteg megereszkedésről" beszélni. Sajnos az ózonlyuk minden további vizsgálata elsősorban az antropogén eredet bizonyítására irányult (Roan, 1989).

EGY MILLIÉTER ÓZON A légköri ózon a Föld felszíne felett körülbelül 90 km vastagságú gömbréteg, melyben az ózon egyenetlenül oszlik el. Ennek a gáznak a nagy része a trópusokon 26–27 km magasságban, a középső szélességeken 20–21 km magasságban, a sarkvidékeken pedig 15–17 km magasságban koncentrálódik.
A teljes ózontartalmat (TOS), azaz az ózon mennyiségét a légköri oszlopban egy adott ponton a napsugárzás elnyelésével és kibocsátásával mérjük. Mértékegységként az úgynevezett Dobson-egységet (D.U.) használják, amely megfelel a tiszta ózonréteg normál nyomáson (760 Hgmm) és 0 ° C hőmérsékleten. Száz Dobson-egység felel meg az ózonréteg 1 mm-es vastagságának.
A légkör ózontartalmának értéke napi, szezonális, éves és hosszú távú ingadozásokat tapasztal. Az átlagos globális TO 290 D.U. mellett az ózonréteg ereje széles tartományban változik - 90 és 760 D.U között.
A légkör ózontartalmát világszerte mintegy százötven földi ozonometrikus állomásból álló hálózat figyeli, amelyek nagyon egyenetlenül oszlanak el a szárazföldön. Egy ilyen hálózat gyakorlatilag nem tud anomáliákat regisztrálni a globális ózoneloszlásban, még akkor sem, ha az ilyen anomáliák lineáris mérete eléri a több ezer kilométert. Az ózonra vonatkozó részletesebb adatok a következőre telepített optikai berendezéssel érhetők el mesterséges műholdak Föld.
Meg kell jegyezni, hogy a teljes ózon (TO) némi csökkenése önmagában nem katasztrofális, különösen a közepes és magas szélességi fokokon, mivel a felhők és az aeroszolok az ultraibolya sugárzást is elnyelhetik. Ugyanabban a Közép-Szibériában, ahol magas a felhős napok száma, még az ultraibolya sugárzás hiánya is van (az orvosi norma körülbelül 45% -a).

Manapság különböző hipotézisek léteznek az ózonlyukak kialakulásának kémiai és dinamikus mechanizmusairól. A kémiai antropogén elmélet azonban nem sokra illeszkedik ismert tények. Például a sztratoszférikus ózon növekedése bizonyos földrajzi régiókban.

Íme a „legnaivabb” kérdés: miért képződik lyuk a déli féltekén, holott az északiban freonok keletkeznek, annak ellenére, hogy nem tudni, hogy akkoriban van-e légi kommunikáció a féltekék között?

Az Antarktisz feletti ózonréteg észrevehető csökkenését először 1957-ben fedezték fel, és három évtizeddel később az ipart okolták ezért.

A létező elméletek egyike sem alapszik nagy léptékű részletes TO méréseken és a sztratoszférában lezajló folyamatok vizsgálatán. Az Antarktisz feletti sarki sztratoszféra elszigeteltségi fokára vonatkozó kérdésre, valamint számos más, az ózonlyukak kialakulásának problémájával kapcsolatos kérdésre csak a V. B. Kashkin által javasolt új módszerrel lehetett válaszolni a légáramlások mozgásának nyomon követésére (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kashkin). et al., 2002).

A troposzférában (legfeljebb 10 km magasságig) zajló légáramlásokat régóta követik a felhők transzlációs és rotációs mozgásának megfigyelésével. Az ózon valójában egy hatalmas "felhő" is a Föld teljes felületén, sűrűségének változásai alapján a 10 km feletti légtömegek mozgását is meg lehet ítélni, ahogy a szél irányát is úgy tudjuk, ha egy borús napon felhős égboltra nézünk. Ebből a célból bizonyos időközönként, például 24 óránként meg kell mérni az ózonsűrűséget a térháló pontjain. Az ózonmező változásának nyomon követésével megbecsülhető a napi forgásszög, a mozgás iránya és sebessége.

FREON BAN – KI NYER? 1973-ban S. Rowland és M. Molina amerikaiak felfedezték, hogy a napsugárzás hatására egyes illékony mesterséges vegyi anyagokból felszabaduló klóratomok elpusztíthatják a sztratoszférikus ózont. Ebben a folyamatban a vezető szerepet az úgynevezett freonoknak (klór-fluor-szénhidrogéneknek) tulajdonították, amelyeket akkoriban széles körben használtak háztartási hűtőszekrényekben, klímaberendezésekben, aeroszolok hajtóanyagaként stb. 1995-ben ezeket a tudósokat P. Krutzennel együtt kitüntetésben részesítették felfedezésükért. Nóbel díj kémiában.
Megkezdték a klór-fluor-szénhidrogének és más, az ózonréteget lebontó anyagok előállítását és felhasználását korlátozni. Az ózonréteget lebontó anyagokról szóló Montreali Jegyzőkönyvet, amely 95 vegyületet szabályoz, mára több mint 180 állam írta alá. A törvényben Orosz Föderáció a környezetvédelemről természetes környezet Erről külön cikk is van
a Föld ózonrétegének védelme. Az ózonréteget lebontó anyagok előállításának és fogyasztásának betiltása súlyos gazdasági és politikai következményekkel járt. Hiszen a freonoknak rengeteg előnye van: más hűtőközegekhez képest alacsony toxikusak, kémiailag stabilak, nem gyúlékonyak és sok anyaggal kompatibilisek. Ezért a vegyipar vezetői, különösen az Egyesült Államokban, kezdetben ellenezték a tilalmat. A DuPont konszern azonban később csatlakozott a tilalomhoz, és a freonok alternatívájaként klórozott-fluorozott szénhidrogének és fluorozott szénhidrogének használatát javasolta.
BAN BEN nyugati országok„konjunktúra” kezdődött azzal, hogy a régi hűtőket és klímákat újakra cserélték, amelyek nem tartalmaznak ózonréteget lebontó anyagokat, bár az ilyen műszaki berendezések kevésbé hatékonyak, kevésbé megbízhatóak, több energiát fogyasztanak és drágábbak. Azok a vállalatok, amelyek úttörő szerepet játszottak az új hűtőközegek használatában, hasznot húztak és hatalmas nyereségre tettek szert. Csak az Egyesült Államokban a CFC-tilalom több tíz milliárd dollárba kerül, ha nem több. Volt olyan vélemény, hogy az úgynevezett ózontakarékos politikát a vegyipari nagyvállalatok tulajdonosai ösztönözhetik világpiaci monopolhelyzetük megerősítése érdekében.

Az új módszerrel az ózonréteg dinamikáját 2000-ben tanulmányozták, amikor rekordméretű ózonlyukat figyeltek meg az Antarktisz felett (Kashkin et al., 2002). Ehhez a déli féltekén, az egyenlítőtől a sarkig terjedő ózonsűrűség műholdas adatait használták fel. Ennek eredményeként kiderült, hogy a pólus felett kialakult úgynevezett cirkumpoláris örvény tölcsérének középpontjában az ózontartalom minimális, amelyet az alábbiakban részletesen tárgyalunk. Ezen adatok alapján felállították az ózon "lyukak" kialakulásának természetes mechanizmusának hipotézisét.

A sztratoszféra globális dinamikája: hipotézis

Cirkumpoláris örvények keletkeznek a sztratoszférikus légtömegek meridionális és szélességi irányú mozgása során. Hogyan történik ez? A sztratoszféra magasabban van a meleg egyenlítőn és alacsonyabban a hideg póluson. A légáramok (az ózonnal együtt) dombként gördülnek le a sztratoszférából, és egyre gyorsabban haladnak az Egyenlítőtől a sarkig. A nyugatról keletre történő mozgás a Föld forgásával összefüggő Coriolis-erő hatására történik. Ennek eredményeként a légáramlások úgy tűnik, hogy a déli és az északi féltekén feltekerednek, mint az orsón lévő szálak.

A légtömegek "orsója" mindkét féltekén egész évben forog, de tél végén és kora tavasszal kifejezettebb, mert a sztratoszféra magassága az egyenlítőnél szinte nem változik egész évben, a sarkoknál pedig nyáron magasabb, télen pedig alacsonyabb, amikor ott különösen hideg van.

Az ózonréteg a középső szélességi körökben az Egyenlítő felől érkező erőteljes beáramlás, valamint a helyben lezajló fotokémiai reakciók eredményeként jön létre. A sarkvidéki ózon azonban elsősorban az Egyenlítőről és a középső szélességi körökről érkező áramlásnak köszönheti eredetét, és ott meglehetősen alacsony a tartalma. Fotokémiai reakciók a póluson, ahol napsugarak kis szögben essen, lassan haladjon, és az Egyenlítő felől érkező ózon jelentős részét sikerül útközben megsemmisíteni.

Az ózon sűrűségére vonatkozó műholdas adatok alapján hipotézist állítottak fel az ózonlyukak kialakulásának természetes mechanizmusáról.

De a légtömegek nem mindig mozognak így. A leghidegebb télen, amikor a pólus feletti sztratoszféra nagyon alacsonyra süllyed a Föld felszíne fölé, és a „domb” különösen meredek lesz, a helyzet megváltozik. A sztratoszférikus áramlatok olyan gyorsan gördülnek le, hogy mindenki számára ismerős hatás, aki látta, hogy a víz lefolyik egy kádban lévő lyukon keresztül. Egy bizonyos sebesség elérése után a víz gyorsan forog, és a lyuk körül jellegzetes tölcsér alakul ki, amelyet centrifugális erő hoz létre.

Valami hasonló történik a sztratoszférikus áramlások globális dinamikájában. Amikor a sztratoszférikus levegő áramlatai kellően nagy sebességet kapnak, centrifugális erő elkezdi eltolni őket a pólustól a középső szélesség felé. Ennek eredményeként a légtömegek az egyenlítőtől és a pólustól egymás felé mozognak, ami a középső szélességi körökben az örvény gyorsan forgó "tengelyének" kialakulásához vezet.

Az egyenlítői és a sarki régió között megszűnik a levegőcsere, az egyenlítőről és a középső szélességekről érkező ózon nem éri el a sarkot. Ezenkívül a póluson visszamaradt ózon, mint egy centrifugában, centrifugális erő hatására kiszorul a középső szélességi fokokra, mivel nehezebb a levegőnél. Ennek eredményeként a tölcséren belüli ózonkoncentráció meredeken csökken - a pólus felett egy ózon "lyuk" képződik, a középső szélességeken pedig egy magas ózontartalmú terület, amely megfelel a cirkumpoláris örvény "tengelyének".

Tavasszal az antarktiszi sztratoszféra felmelegszik és magasabbra emelkedik - a tölcsér eltűnik. Helyreáll a légi kommunikáció a közepes és a magas szélességi körök között, és az ózonképződés fotokémiai reakciói is felgyorsulnak. Az ózonlyuk egy másik különösen hideg tél előtt eltűnik a Déli-sarkon.

Mi a helyzet az Északi-sarkon?

Bár a sztratoszférikus áramlások dinamikája és ennek megfelelően az ózonréteg az északi és a déli féltekén általában hasonló, az ózonlyuk csak időnként fordul elő a Déli-sark felett. Felett északi sark nincsenek ózonlyukak, mert a telek enyhébbek, és a sztratoszféra soha nem süllyed eléggé ahhoz, hogy a légáramlatok felvegyék a tölcsér kialakulásához szükséges sebességet.

Bár a cirkumpoláris örvény az északi féltekén is kialakul, ott a déli féltekénél enyhébb telek miatt nem figyelhetők meg ózonlyukak.

Van még egy fontos különbség. A déli féltekén a cirkumpoláris örvény csaknem kétszer olyan gyorsan forog, mint az északon. És ez nem meglepő: az Antarktiszt tengerek veszik körül, és körülötte körkörös tengeráramlat van – lényegében gigantikus víz- és levegőtömegek forognak együtt. Más a kép az északi féltekén: a középső szélességeken olyan kontinensek találhatók, amelyekkel hegyvonulatok, és a légtömeg súrlódása kb a Föld felszíne nem teszi lehetővé, hogy a cirkumpoláris örvény kellően nagy sebességre jusson.

Az északi félteke középső szélességein azonban időnként más eredetű apró ózon "lyukak" jelennek meg. Honnan jöttetek? A levegő mozgása a hegyvidéki északi félteke középső szélességi sztratoszférájában a víz mozgásához hasonlít egy sekély, sziklás fenékű patakban, amikor a víz felszínén számos örvény képződik. Az északi félteke középső szélességein az alsó felszíni dombormű szerepét a kontinensek és óceánok, hegyvonulatok és síkságok határán kialakuló hőmérséklet-különbségek játsszák.

A Föld felszínén a hőmérséklet éles változása függőleges áramlások kialakulásához vezet a troposzférában. Az ezekkel az áramlatokkal ütköző sztratoszférikus szelek örvényeket hoznak létre, amelyek mindkét irányba azonos valószínűséggel foroghatnak. Ezeken belül alacsony ózontartalmú területek jelennek meg, vagyis a Déli-sarknál jóval kisebb méretű ózonlyukak. És meg kell jegyezni, hogy az ilyen, különböző forgási irányú örvényeket az első próbálkozásra fedezték fel.

Így a sztratoszférikus légáramlások dinamikája, amelyet az ózonfelhő megfigyelésével követtünk nyomon, lehetővé teszi, hogy elfogadható magyarázatot adjunk az Antarktisz feletti ózonlyuk kialakulásának mechanizmusára. Nyilvánvalóan az ózonréteg ilyen változásai a sztratoszférában zajló aerodinamikai jelenségek következtében jóval az ember megjelenése előtt történtek.

A fentiek mindegyike egyáltalán nem jelenti azt, hogy a freonok és más ipari eredetű gázok ne gyakorolnának romboló hatást az ózonrétegre. A tudósoknak azonban még ki kell deríteniük, hogy milyen arányban vannak az ózonlyukak kialakulását befolyásoló természetes és antropogén tényezők – elfogadhatatlan, hogy ilyen fontos kérdésekben elhamarkodott következtetéseket vonjanak le.

Oxigénből ultraibolya sugarak hatására. A Föld légkörének körülbelül 25 kilométeres magasságban ózonrétege van: ennek a gáznak egy rétege sűrűn veszi körül bolygónkat, megvédve a nagy koncentrációjú ultraibolya sugárzástól. Ha nem ez a gáz, az intenzív sugárzás minden életet megölhet a Földön.

Az ózonréteg meglehetősen vékony, nem tudja teljesen megvédeni a bolygót a sugárzás behatolásától, ami károsan hat az államra és betegségeket okoz. De sokáig elég volt, hogy megvédje a Földet a veszélytől.

Az 1980-as években felfedezték, hogy az ózonrétegben vannak olyan területek, ahol ennek a gáznak a tartalma nagymértékben lecsökken – ezek az úgynevezett ózonlyukak. Az első lyukat az Antarktisz felett fedezték fel brit tudósok, elcsodálkoztak a jelenség nagyságán – egy több mint ezer kilométeres átmérőjű szakaszon szinte nem volt védőréteg, erősebb ultraibolya sugárzás érte.

Később más ózonlyukakat is találtak, kisebb méretűek, de nem kevésbé veszélyesek.

Az ózonlyukak kialakulásának okai

A Föld légkörében az ózonréteg kialakulásának mechanizmusa meglehetősen összetett, és különféle okok vezethetnek a megsértéséhez. Eleinte a tudósok sok változatot kínáltak: és az alatt kialakult részecskék hatását atomrobbanások, és az El Chicon vulkánkitörésének hatása, még az idegenek tevékenységéről is véleményt fogalmaztak meg.

Az ózonréteg elvékonyodásának oka lehet a napsugárzás hiánya, sztratoszférikus felhők kialakulása, sarki örvények, de leggyakrabban ennek a gáznak a koncentrációja csökken a különböző anyagokkal való reakciói miatt, amelyek lehetnek természetes és antropogén jelleg. A molekulák elpusztulnak hidrogén, oxigén, klór hatására, szerves vegyületek. A tudósok egyelőre nem tudják egyértelműen megmondani, hogy az ózonlyukak kialakulását elsősorban emberi tevékenység okozza, vagy az természetes.

Bebizonyosodott, hogy számos eszköz működése során felszabaduló freonok a középső és magas szélességi körökben okoznak ózonveszteséget, de nem befolyásolják a sarki ózonlyukak kialakulását.

Valószínűleg sok emberi és természeti tényező kombinációja vezetett az ózonlyukak kialakulásához. Egyrészt megnőtt a vulkáni tevékenység, másrészt az emberek elkezdték komolyan befolyásolni a természetet - az ózonréteg nemcsak a freon felszabadulását okozhatja, hanem a meghibásodott műholdakkal való ütközésből is. A 20. század vége óta kitörő vulkánok számának csökkenése és a freonok használatának korlátozása miatt a helyzet némileg javulni kezdett: a tudósok nemrégiben egy kis lyukat rögzítettek az Antarktisz felett. Az ózonréteg károsodásának részletesebb vizsgálata lehetővé teszi e területek megjelenésének megelőzését.

Bevezetés

Az 1000 km-nél nagyobb átmérőjű ózonlyukat először 1985-ben fedezték fel a déli féltekén egy brit tudóscsoport az Antarktiszon. Minden augusztusban megjelent, decemberre vagy januárra megszűnt létezni. Egy másik kisebb lyuk keletkezett az északi félteke fölött az Északi-sarkvidéken.

Az ózonlyuk- az ózon koncentrációjának helyi csökkenése a Föld ózonrétegében. A tudományos közösségben általánosan elfogadott elmélet szerint a 20. század második felében egyre erősödő hatása a antropogén tényező klór- és brómtartalmú freonok felszabadulása az ózonréteg jelentős elvékonyodásához vezetett, lásd például a Meteorológiai Világszervezet jelentését:

Ezek és más közelmúltbeli tudományos eredmények megerősítették a korábbi értékelések azon következtetését, hogy a tudományos bizonyítékok melletti súly azt sugallja, hogy a középső és magas szélességi fokokon megfigyelt ózonvesztés főként antropogén klór- és brómtartalmú vegyületeknek tudható be.

Egy másik hipotézis szerint az "ózonlyukak" kialakulásának folyamata nagyrészt természetes lehet, és nem csak az emberi civilizáció káros hatásaihoz köthető.

Oktatási mechanizmus

Tényezők kombinációja vezet a légkör ózonkoncentrációjának csökkenéséhez, amelyek közül a fő az ózonmolekulák elpusztulása különböző antropogén és természetes eredetű anyagokkal való reakciók során, a napsugárzás hiánya a sarki tél során, egy különösen stabil poláris örvény, amely megakadályozza az ózon behatolását a szubpoláris szélességi körökből (a poláris szélességi fokok felhőzetének rétegei), és ózon bomlási reakciók. Ezek a tényezők különösen az Antarktiszra jellemzőek, az Északi-sarkvidéken a kontinentális felszín hiánya miatt sokkal gyengébb a sarki örvény, a hőmérséklet több fokkal magasabb, mint az Antarktiszon, és ritkábban fordulnak elő a PSO-k, és kora ősszel is hajlamosak felbomlani. Mivel reaktívak, az ózonmolekulák számos szervetlen és szerves vegyülettel reagálhatnak. Az ózonmolekulák pusztulásához hozzájáruló fő anyagok a hidrogén, a klór-bróm oxigénatomjai, a szervetlen (hidroklorid nitrogén-monoxid) és a metán szerves vegyületei, a fluor-klór és a fluor-bróm-ofreonok, amelyek klór- és brómatomokat bocsátanak ki. Ellentétben például a hidrofluorofreonokkal, amelyek fluoratomokra bomlanak, amelyek viszont gyorsan reagálnak a boltozattal, és stabil hidrogén-fluoridot képeznek. A fluor tehát nem vesz részt az ózon bomlási reakcióiban, a jód nem rombolja a sztratoszférikus ózont sem, mivel a jódtartalmú szerves anyagok még a troposzférában is szinte teljesen elfogynak. Az ózon lebomlásához hozzájáruló fő reakciókat a cikk proozonréteg tartalmazza.

Következmények

Az ózonréteg gyengülése megnöveli a napsugárzás áramlását a Föld felé, és az emberekben a bőrrákok számának növekedését okozza. A növények és az állatok is megnövekedett sugárzástól szenvednek.

Az ózonréteg helyreállítása

Bár az emberiség intézkedéseket tett a klór- és brómtartalmú freonok kibocsátásának korlátozására más anyagokra, például fluortartalmú freonokra való átállással. , az ózonréteg helyreállításának folyamata több évtizedet vesz igénybe. Ez mindenekelőtt a légkörben már felhalmozódott hatalmas mennyiségű freonnak köszönhető, amelyek élettartama több tíz, sőt több száz év. Ezért az ózonlyuk szűkülésére 2048 előtt nem kell számítani.

Tévhitek az ózonlyukról

Az ózonlyukak kialakulásával kapcsolatban számos elterjedt mítosz kering. Tudománytalan természetük ellenére gyakran megjelennek a médiában – hol tudatlanságból, hol támogatók támogatásával összeesküvés elméletek. Néhányat az alábbiakban sorolunk fel.

A freonok az ózon fő pusztítói.

Ez az állítás igaz a közepes és magas szélességi körökre. A többiben a klórciklus a sztratoszféra ózonveszteségének mindössze 15-25%-áért felelős. Meg kell jegyezni, hogy a klór 80%-a antropogén eredetű. (a különböző ciklusok hozzájárulásáról további részleteket lásd a cikkben. ózon réteg). Vagyis az emberi beavatkozás nagymértékben növeli a klórciklus hozzájárulását. És tekintettel arra a tendenciára, hogy a hatálybalépés előtt növeljék a freontermelést Montreali Jegyzőkönyv(évi 10%) 2050-ben a teljes ózonveszteség 30-50%-a a CFC-expozíciónak köszönhető. Az emberi beavatkozás előtt az ózonképződés és annak pusztulási folyamatai egyensúlyban voltak. Az emberi tevékenység által kibocsátott freonok azonban ezt az egyensúlyt az ózonkoncentráció csökkenése felé tolták el. Ami a sarki ózonlyukakat illeti, teljesen más a helyzet. Az ózonpusztulás mechanizmusa alapvetően eltér a magasabb szélességi körökétől, a kulcsfontosságú szakasz a halogéntartalmú anyagok inaktív formáinak oxidokká történő átalakulása, amely a poláris sztratoszférikus felhők részecskéinek felületén történik. Ennek eredményeként szinte az összes ózon elpusztul a halogénekkel való reakciók során, a klór 40-50%, a bróm pedig körülbelül 20-40%.

A DuPont a régi típusú freonok betiltását és az új típusú freonokra való átállást kezdeményezte, mert szabadalmuk lejárt

A DuPont a freonok sztratoszférikus ózon elpusztításában való részvételére vonatkozó adatok közzététele után ellenségesen fogadta ezt az elméletet, és dollármilliókat költött a freonok védelmére irányuló sajtókampányra. A DuPont elnöke a Chemical Week 1975. július 16-i cikkében azt írta, hogy az ózonréteg lebontásának elmélete sci-fi, értelmetlen értelmetlenség. Kivéve a DuPont egész sor cégek a világ minden tájáról jogdíjlevonás nélkül gyártanak és gyártanak különféle freonokat

A freonok túl nehézek ahhoz, hogy elérjék a sztratoszférát

Néha azzal érvelnek, hogy mivel a freonmolekulák sokkal nehezebbek, mint a nitrogén és az oxigén, nem juthatnak el jelentős mennyiségben a sztratoszférába. Az atmoszférikus gázok azonban teljesen összekeverednek, és nem rétegződnek vagy tömeg szerint osztályozzák őket. A légkörben lévő gázok diffúziós szétválásához szükséges idő becsléséhez több ezer évre van szükség. Ez persze dinamikus légkörben nem lehetséges. A konvekciós és turbulenciás vertikális tömegtranszfer folyamatok sokkal gyorsabban teljesen összekeverik a turbopauza alatti légkört. Ezért még az olyan nehéz gázok is, mint az inert freonok, egyenletesen oszlanak el a légkörben, és többek között elérik a sztratoszférát. A légköri koncentrációjuk kísérleti mérései ezt igazolják; A mérések azt is mutatják, hogy körülbelül öt év kell ahhoz, hogy a Föld felszínén felszabaduló gázok elérjék a sztratoszférát, lásd a jobb oldali második grafikont. Ha a légkörben lévő gázok nem keverednének, akkor az összetételéből származó olyan nehéz gázok, mint a szén-dioxid, több tíz méter vastag réteget képeznének a Föld felszínén, ami lakhatatlanná tenné a Föld felszínét. Szerencsére ez nem így van. A 84 atomtömegű Ikrypton és a 4 atomtömegű hélium relatív koncentrációja megegyezik a felszín közelében, amely legfeljebb 100 km magasságban van. Természetesen a fentiek mindegyike csak a viszonylag stabil gázokra igaz, például a freonokra vagy az inert gázokra. Azok az anyagok, amelyek reakcióba lépnek, és különféle fizikai hatásoknak is ki vannak téve, mondjuk, vízben oldódnak, koncentrációjuk a magasságtól függ.

A halogének fő forrásai természetesek, nem antropogén eredetűek

Úgy gondolják, hogy a természetes halogénforrások, mint például a vulkánok és az óceánok, nagyobb jelentőséggel bírnak az ózonréteg leromlásának folyamatában, mint azok, amelyeket az ember termel. Anélkül, hogy megkérdőjeleznénk a természetes források hozzájárulását a halogének teljes egyensúlyához, meg kell jegyezni, hogy általában nem jutnak el a sztratoszférába, mivel vízben oldódnak (főleg kloridionok és hidrogén-klorid), és kimosódnak a légkörből, esőként hullanak a földre. Ezenkívül a természetes vegyületek kevésbé stabilak, mint a freonok, például a metil-klorid atmoszférikus élettartama csak körülbelül egy év, míg a freonok több tíz és száz év. Ezért a sztratoszférikus ózon pusztulásához való hozzájárulásuk meglehetősen csekély. Már a Pinatubo vulkán 1991. júniusi ritka kitörése is az ózonszint csökkenését nem a felszabaduló halogének, hanem nagy tömegű kénsav-aeroszolok miatt okozott, amelyek felszíne ózonpusztulási reakciókat katalizált. Szerencsére három év után a vulkáni aeroszolok szinte teljes tömegét eltávolították a légkörből. Így a vulkánkitörések viszonylag rövid távú, az ózonréteget befolyásoló tényezők, ellentétben a freonokkal, amelyek élettartama több tíz és száz év.

Az ózonlyuknak a freonforrások felett kell lennie

Sokan nem értik, hogy az ózonlyuk miért az Antarktiszon képződik, amikor a freonok fő kibocsátása az északi féltekén történik. A tény az, hogy a freonok jól keverednek a troposzférában és a sztratoszférában. Alacsony reaktivitásukra tekintettel gyakorlatilag nem fogyasztják el a légkör alsó rétegeiben, élettartamuk több év vagy akár évtized is lehet. Ezért könnyen elérik a felső légkört. Az antarktiszi "ózonlyuk" nem létezik tartósan. Tél végén - kora tavasszal jelenik meg. Az ózonlyukak kialakulásának okai az Antarktiszon a helyi éghajlattal kapcsolatosak. Az antarktiszi tél alacsony hőmérséklete sarkvidéki örvény kialakulásához vezet. Az örvény belsejében lévő levegő többnyire zárt utakon mozog a Déli-sark körül. Ebben az időben a sarkvidéket nem világítja meg a Nap, és ott nem fordul elő ózon. A nyár beköszöntével az ózon mennyisége növekszik, és ismét eléri korábbi normáját. Vagyis az ózonkoncentráció ingadozása az Antarktisz felett szezonális. Ha azonban nyomon követjük az ózonkoncentráció és az ózonlyuk méretének egy év alatti átlagos változásának dinamikáját az elmúlt évtizedekben, akkor az ózonkoncentráció csökkenése irányába mutat egy szigorúan meghatározott tendencia.

Az ózon csak az Antarktiszon fogy

Az ózonréteg kialakulása Arosa felett, Svájcban

Ez nem igaz, az ózonszint az egész légkörben is csökken. Ezt mutatják az ózonkoncentráció hosszú távú mérései a bolygó különböző részein. A jobb oldalon megtekintheti a svájci Arosa feletti ózon grafikonját.