Zemes atmosfērā ir vairāki slāņi, kas atrodas dažādos augstumos. Viens no svarīgākajiem ir ozona slānis, kas atrodas stratosfērā. Lai noskaidrotu, kas ir ozona caurums, jums ir jāsaprot šī slāņa funkcija un tā pastāvēšanas nozīme dzīvībai uz planētas.
Apraksts
Ozona slāņa augstums mainās atkarībā no konkrētā apgabala temperatūras režīma, piemēram, tropos tas ir robežās no 25 līdz 30 km, bet polos - no 15 līdz 20 km. Ozons ir gāze, ko rada saules starojuma iedarbība uz skābekļa molekulām. Ozona disociācijas process noved pie lielākās daļas bīstamā ultravioletā starojuma, ko izstaro Saule, absorbcija.
Slāņa biezumu parasti mēra Dobsona vienībās, no kurām katra ir vienāda ar 10 mikrometru ozona slāni normālā spiediena un temperatūras apstākļos. Minimālais biezums, zem kura slānis beidz pastāvēt, ir 220 vienības. Dobsons. Ozona slāņa klātbūtni 20. gadsimta sākumā konstatēja franču fiziķi Čārlzs Fābri un Anrī Buisons, izmantojot spektroskopisko analīzi.
Ozona caurumi
Ir daudz versiju par to, kas tieši provocē planētas ozona slāņa retināšanu. Daži zinātnieki pie tā vaino antropogēnos faktorus, bet citi to uzskata par dabisku procesu. Ozona caurumi ir noteiktas gāzes samazināšanās vai pilnīga izzušana no stratosfēras. Pirmo reizi šī parādība tika reģistrēta 1985. gadā, tā atradās aptuveni 1 tūkstoš kvadrātkilometru lielā teritorijā Antarktikas reģionā.
Šīs bedres parādīšanās bija cikliska, tā parādījās augustā un pazuda decembrī. Tajā pašā laikā Arktikas reģionā parādījās vēl viena nedaudz mazāka bedre. Attīstoties tehnoloģijām, ir kļuvis iespējams reāllaikā reģistrēt ozona slāņa lūzumu veidošanos, un tagad zinātnieki var droši apgalvot, ka uz planētas ir vairāki simti. Lielākie atrodas pie stabiem. 
Ozona caurumu cēloņi un sekas
Pastāv teorija, ka ozona caurumi rodas dabisku iemeslu dēļ. Saskaņā ar to, tā kā skābekļa pārvēršanās ozonā notiek saules starojuma iedarbības rezultātā, tad, ja polārās ziemas laikā tā nav, šī gāze netiek ražota. Jau izveidojies ozons garas nakts laikā savas lielās masas dēļ nolaižas atmosfēras zemākajos slāņos, kur to iznīcina spiediens. Šī versija lieliski izskaidro caurumu parādīšanos virs poliem, bet nesniedz skaidrību par to liela mēroga līdzinieku veidošanos virs Kazahstānas un Krievijas teritorijām, kur polārās naktis netiek novērotas.
Nesen zinātnieku aprindas ir vienojušās, ka ozona slāņa noārdīšanai ir gan dabiski, gan cilvēka radīti cēloņi. Antropogēnais faktors ietver noteiktu koncentrācijas palielināšanos ķīmiskās vielas Zemes atmosfērā. Ozons tiek iznīcināts reakcijās ar hloru, ūdeņradi, bromu, hlorūdeņradi, slāpekļa monoksīdu, metānu, kā arī freonu un tā atvasinājumiem. Ozona caurumu cēloņi un sekas vēl nav pilnībā noskaidroti, taču gandrīz katru gadu šajā jomā tiek atklāti jauni atklājumi.
Kāpēc ozona caurumi ir bīstami?
Ozons absorbē ārkārtīgi bīstamu saules starojumu, neļaujot tam sasniegt planētas virsmu. Kad šīs gāzes slānis kļūst plānāks, viss uz Zemes tiek pakļauts parastai radioaktīvai starojumam. Tas izraisa vēža attīstību, galvenokārt uz ādas. Augiem kaitē arī ozona izzušana, tajos notiek dažādas ģenētiskas mutācijas un vispārēja vitalitātes samazināšanās. Pēdējos gados cilvēce arvien vairāk apzinās, cik bīstami ozona caurumi ir dzīvībai uz Zemes.
Secinājums
Apzinoties ozona iznīcināšanas draudus, starptautiskā sabiedrība ir veikusi vairākus pasākumus, kuru mērķis ir samazināt negatīva ietekme uz atmosfēru. 1987. gadā Monreālā tika parakstīts protokols, kas uzliek par pienākumu līdz minimumam samazināt freona izmantošanu rūpniecībā, jo tieši šī gāze provocē caurumu parādīšanos ārpus polārajiem apgabaliem. Taču paies aptuveni simts gadi, līdz atmosfērā jau izlaists freons sadalīsies, tāpēc ozona caurumu skaits Zemes atmosfērā, visticamāk, tuvākajā laikā nesamazināsies.
Ir daudz hipotēžu, kas mēģina izskaidrot ozona koncentrācijas samazināšanos. Tās svārstību iemesli Zemes atmosfērā ir saistīti ar:
- · ar dinamiskiem procesiem, kas notiek Zemes atmosfērā (iekšējie gravitācijas viļņi, Azoru salu anticiklons u.c.);
- Ar Saules ietekmi (tās aktivitātes svārstībām);
- ar vulkānismu ģeoloģisko procesu rezultātā (freonu aizplūšana no vulkāniem, kas iesaistīti ozona slāņa iznīcināšanā, variācijas magnētiskais lauks Zeme utt.)
- · ar dabas procesiem, kas notiek Zemes augšējos čaulos, tostarp slāpekli ražojošo mikroorganismu darbība, jūras straumes (El Niño fenomens), mežu ugunsgrēki u.c.;
- · ar cilvēka saimniecisko darbību saistīto antropogēno faktoru, kad atmosfērā tiek ražoti ievērojami ozona slāni noārdošie savienojumi.
IN pēdējās desmitgadēs antropogēno faktoru ietekme ir dramatiski palielinājusies, kas izraisīja rašanos vides jautājumi kurus paši cilvēki negaidīti pārvērta globālos: siltumnīcas efekts, skābie lietus, mežu izciršana, teritoriju pārtuksnešošanās, vides piesārņošana ar kaitīgām vielām, planētas bioloģiskās daudzveidības samazināšanās.
Daži zinātnieki uzskata, ka tā ir saimnieciskā darbība cilvēks lielā mērā palielināja stratosfēras ozona halogēna sabrukšanas ceļa daļu, kas izraisīja ozona caurumu rašanos.
1987. gada Monreālas protokols aizliedza ražot aukstumnesējus, kas pagājušajā pusgadsimtā ļāva saglabāt pārtiku un tādējādi ne tikai padarīja cilvēku dzīvi ērtāku, bet arī izglāba dzīvības daudziem miljoniem cilvēku, kuri cieš no pārtikas trūkuma. Tā kā lētie aukstumnesēji tika aizliegti, mazattīstītās valstis nevarēja iegādāties dārgus ledusskapjus. Tāpēc viņi nevar uzglabāt savus lauksaimniecības produktus. Dārgās importētās iekārtas, kas izstrādātas "cīņas pret ozona caurumiem" iniciatoru valstīs, nes viņiem ievērojamus ienākumus. Aukstumaģentu aizliegums veicināja mirstības pieaugumu nabadzīgākajās valstīs.
Šodien mēs varam ar pārliecību teikt, ka nav stingri zinātniski pierādītu pierādījumu par mākslīgi radīto hlorfluorogļūdeņraža molekulu postošo ietekmi uz planētas ozona slāni. Bet zinātnieku aprindās dominē viedoklis, saskaņā ar kuru 20. gadsimta otrajā pusē ozona slāņa biezuma samazināšanās iemesls ir antropogēnais faktors, kas izdalīšanās veidā hloru un bromu saturošiem freoniem, izraisīja ievērojamu ozona slāņa retināšanu.
Freoni ir fluoru saturoši piesātināto ogļūdeņražu (galvenokārt metāna un etāna) atvasinājumi, ko izmanto kā aukstumaģentus ledusskapjos. Freona molekulās papildus fluora atomiem parasti ir hlora atomi, retāk broma atomi. Ir zināmi vairāk nekā 40 dažādi freoni. Lielāko daļu no tiem ražo nozare.
Freons 22 (Freons 22) - attiecas uz 4. bīstamības klases vielām. Temperatūrā virs 400°C tas var sadalīties, veidojot ļoti toksiskus produktus: tetrafluoretilēnu (4. bīstamības klase), hlorūdeņradi (2. bīstamības klase), fluorūdeņradi (1. bīstamības klase).
Tādējādi iegūtie dati nostiprināja daudzu (bet ne visu!) pētnieku secinājumu, ka novērotais ozona zudums vidējos un augstajos platuma grādos galvenokārt ir saistīts ar antropogēniem hloru un bromu saturošiem savienojumiem.
Bet saskaņā ar citām idejām "ozona caurumu" veidošanās lielā mērā ir dabisks, periodisks process, kas nav saistīts tikai ar cilvēka civilizācijas kaitīgo ietekmi. Mūsdienās maz cilvēku piekrīt šim viedoklim ne tikai argumentu trūkuma dēļ, bet arī tāpēc, ka pēc “globālās utopijas” bija izdevīgāk sekot līdzi. Daudzi zinātnieki, jo trūkst līdzekļu Zinātniskie pētījumi, ir kļuvuši un kļūst par grantu upuriem, lai pamatotu "globālā vides šovinisma" idejas un progresa vainu šajā.
Kā norāda Krievijas vadošais ozona speciālists A. Hrgjans G. Kručenickis, viņš praktiski pirmais pievērsa uzmanību tam, ka ozona caurumu veidošanās un izzušana ziemeļu puslodē korelē ar atmosfēras dinamiku, nevis ķīmiskie procesi. Ozona saturs var mainīties par vairākiem desmitiem procentu divu līdz trīs dienu laikā. Tas ir, jēga nav ozona slāni noārdošajās vielās, bet gan pašā atmosfēras dinamikā.
Ievērojams speciālists atmosfēras izpētes jomā E. Borisenkovs, pamatojoties uz deviņu Rietumeiropas staciju datu apstrādi divdesmit trīs gadu garumā, konstatēja korelāciju starp 11 gadu cikliem. saules aktivitāte un ozona izmaiņas Zemes atmosfērā.
Ozona caurumu cēloņi lielākoties ir saistīti ar antropogēniem savienojumu avotiem, kas iekļūst Zemes atmosfēras stratosfēras slānī. Tomēr ir viens āķis. Tas sastāv no tā, ka galvenie ozona slāni noārdošo savienojumu avoti neatrodas polārajos (dienvidu un ziemeļu) platuma grādos, bet ir koncentrēti tuvāk ekvatoram un gandrīz pilnībā atrodas ziemeļu puslodē. Savukārt visbiežāk sastopamās ozona slāņa retināšanas parādības (patiesais ozona caurumu rašanās) novērojamas Antarktīdā (dienvidu puslodē) un retāk Arktikas zonā.
Tas ir, ozona slāni noārdošo savienojumu avotiem ātri un labi jāsajaucas Zemes atmosfērā. Tajā pašā laikā tie ātri pamet atmosfēras apakšējos slāņus, kur arī jānovēro to reakcijas, piedaloties ozonam. Taisnības labad jāatzīmē, ka troposfērā ir daudz mazāk ozona nekā stratosfērā. Turklāt šo savienojumu "dzīves ilgums" var sasniegt vairākus gadus. Tāpēc tie var sasniegt stratosfēru dominējošās vertikālās gaisa masu kustības un karstuma apstākļos. Bet šeit nāk grūtības. Tā kā galvenās kustības, kas saistītas ar siltuma un masas pārnesi (siltums + transportētā gaisa masa), tiek veiktas precīzi troposfērā. Un tā kā gaisa temperatūra jau 11-10 km augstumā ir nemainīga un ir aptuveni -50? C, tad šī siltuma un masas pārnese no troposfēras slāņa uz stratosfēru ir jāpalēninās. Un antropogēno avotu līdzdalība, kas iznīcina ozona slāni, var nebūt tik nozīmīga, kā tiek uzskatīts līdz šim.
Nākamais fakts, kas var samazināt antropogēnā faktora lomu Zemes ozona slāņa iznīcināšanā, ir ozona caurumu parādīšanās, galvenokārt pavasarī vai ziemā. Bet tas, pirmkārt, ir pretrunā pieņēmumam par ozona slāni noārdošo savienojumu straujas sajaukšanās iespēju Zemes atmosfērā un to iekļūšanu stratosfēras slānī ar augstu ozona koncentrāciju. Otrkārt, antropogēnais ozona slāni noārdošo savienojumu avots ir pastāvīgs avots. Līdz ar to ozona caurumu parādīšanās iemeslu pavasarī un ziemā un pat polārajos platuma grādos ir grūti izskaidrot ar antropogēnu iemeslu. No otras puses, polāro ziemu klātbūtne un dabiskais saules starojuma samazinājums ziemā apmierinoši izskaidro dabisko cēloni ozona caurumu rašanās virs Antarktīdas un Arktikas. Piemēram, ozona koncentrācija Zemes atmosfērā vasarā svārstās no 0 līdz 0,07%, bet ziemā no 0 līdz 0,02%.
Antarktīdā un Arktikā ozona noārdīšanās mehānisms būtiski atšķiras no augstākiem platuma grādiem. Šeit galvenokārt notiek halogēnu saturošu vielu neaktīvo formu pārvēršana oksīdos. Reakcija notiek uz polāro stratosfēras mākoņu daļiņu virsmas. Tā rezultātā reakcijās ar halogēniem tiek iznīcināts gandrīz viss ozons. Tajā pašā laikā hlors ir atbildīgs par 40-50%, un broms ir aptuveni 20-40%.
Līdz ar polārās vasaras iestāšanos ozona daudzums palielinās un atkal sasniedz savu iepriekšējo normu. Tas ir, ozona koncentrācijas svārstības virs Antarktikas ir sezonālas. Visi to atzīst. Bet, ja tomēr iepriekšējie ozona slāni noārdošo savienojumu antropogēno avotu piekritēji sliecās apgalvot, ka gada laikā ozona koncentrācija vienmērīgi samazinājās, tad vēlāk šī dinamika izrādījās pretēja. Ozona caurumi sāka sarukt. Lai gan, viņuprāt, ozona slāņa atjaunošanai vajadzētu ilgt vairākas desmitgades. Tā kā tika uzskatīts, ka atmosfērā ir uzkrājies milzīgs daudzums antropogēno avotu freonu, kuru kalpošanas laiks bija desmitiem un pat simtiem gadu. Tāpēc ozona cauruma nostiprināšanos nevajadzētu sagaidīt ātrāk par 2048. gadu. Kā redzat, šī prognoze nepiepildījās. No otras puses, centieni samazināt freona ražošanas apjomus tika padarīti kardināli.
organisms ultravioletais ozons jūras
Ozona caurumi - stratosfēras virpuļu "bērni".
Lai gan mūsdienu atmosfērā nav daudz ozona - ne vairāk kā viena trīs miljonā daļa pārējo gāzu - tā loma ir ārkārtīgi liela: tas aizkavē cieto ultravioleto starojumu (īsviļņu daļa saules spektrs), kas sadala olbaltumvielas nukleīnskābes. Turklāt stratosfēras ozons ir svarīgs klimatiskais faktors, kas nosaka īslaicīgas un lokālas laika apstākļu izmaiņas.
Ozona iznīcināšanas reakciju ātrums ir atkarīgs no katalizatoriem, kas var būt gan dabiski atmosfēras oksīdi, gan dabas katastrofu (piemēram, spēcīgu vulkāna izvirdumu) rezultātā atmosfērā nonākušas vielas. Tomēr pagājušā gadsimta otrajā pusē tika atklāts, ka rūpnieciskas izcelsmes vielas var kalpot arī par ozona iznīcināšanas reakciju katalizatoriem, un cilvēce bija nopietni noraizējusies ...
Ozons (O 3) ir salīdzinoši reta skābekļa molekulāra forma, kas sastāv no trim atomiem. Lai gan mūsdienu atmosfērā ir maz ozona - ne vairāk kā viena trīs miljonā daļa no pārējām gāzēm - tā loma ir ārkārtīgi liela: tas aizkavē cieto ultravioleto starojumu (saules spektra īsviļņu daļu), kas iznīcina olbaltumvielas un nukleīnskābes. Tāpēc pirms fotosintēzes parādīšanās - un attiecīgi brīvā skābekļa un ozona slāņa atmosfērā - dzīvība varēja pastāvēt tikai ūdenī.
Turklāt stratosfēras ozons ir svarīgs klimatiskais faktors, kas nosaka īslaicīgas un lokālas laika apstākļu izmaiņas. Absorbējot saules starojumu un pārnesot enerģiju uz citām gāzēm, ozons silda stratosfēru un tādējādi regulē planētu termisko un cirkulāro procesu raksturu visā atmosfērā.
Nestabilas ozona molekulas dabiski veidojas un sadalās, iedarbojoties dažādi faktori dzīvā un nedzīvā daba, un ilgstošas evolūcijas gaitā šis process ir nonācis līdz noteiktam dinamiskam līdzsvaram. Ozona iznīcināšanas reakciju ātrums ir atkarīgs no katalizatoriem, kas var būt gan dabiski atmosfēras oksīdi, gan dabas katastrofu (piemēram, spēcīgu vulkāna izvirdumu) rezultātā atmosfērā nonākušas vielas.
Taču pagājušā gadsimta otrajā pusē atklājās, ka rūpnieciskas izcelsmes vielas var kalpot arī par ozona iznīcināšanas reakciju katalizatoriem, un cilvēce bija nopietni nobažījusies. It īpaši sabiedriskā doma sajūsmināja tā sauktā ozona "cauruma" atklāšana virs Antarktīdas.
"Burums" virs Antarktīdas
Manāms ozona slāņa samazinājums virs Antarktīdas - ozona caurums - pirmo reizi tika atklāts tālajā 1957. gadā, Starptautiskā ģeofizikas gada laikā. Viņas patiesais stāsts sākās 28 gadus vēlāk ar rakstu žurnāla maija numurā Daba, kur tika ierosināts, ka iemesls anomālajam pavasara minimumam TO virs Antarktīdas ir rūpnieciskais (tostarp freonu) atmosfēras piesārņojums (Farman un citi., 1985).
Tika konstatēts, ka ozona caurums virs Antarktīdas parasti rodas reizi divos gados, ilgst apmēram trīs mēnešus un pēc tam pazūd. Tas nav caurums, kā varētu šķist, bet gan padziļinājums, tāpēc pareizāk ir runāt par "ozona slāņa nokarāšanos". Diemžēl visi turpmākie ozona cauruma pētījumi galvenokārt bija vērsti uz tā antropogēnās izcelsmes apliecināšanu (Roan, 1989).
VIENS MILMETRS OZONA Atmosfēras ozons ir aptuveni 90 km biezs sfērisks slānis virs Zemes virsmas, un ozons tajā ir nevienmērīgi sadalīts. Lielākā daļa šīs gāzes ir koncentrēta 26–27 km augstumā tropos, 20–21 km augstumā vidējos platuma grādos un 15–17 km augstumā polārajos reģionos.Kopējo ozona saturu (TOS), t.i., ozona daudzumu atmosfēras kolonnā noteiktā punktā mēra pēc saules starojuma absorbcijas un emisijas. Kā mērvienību izmanto tā saukto Dobsona vienību (D.U.), kas atbilst tīra ozona slāņa biezumam normālā spiedienā (760 mm Hg) un 0 ° C temperatūrā. Simts Dobsona mērvienības atbilst ozona slāņa biezums ir 1 mm.
Ozona satura vērtība atmosfērā piedzīvo ikdienas, sezonālas, gada un ilgtermiņa svārstības. Ar vidējo globālo TO 290 D.U., ozona slāņa jauda svārstās plašā diapazonā - no 90 līdz 760 D.U.
Ozona saturu atmosfērā uzrauga vispasaules tīkls, kurā ir aptuveni simt piecdesmit zemes ozonometrijas stacijas, kas ļoti nevienmērīgi izvietotas pa zemi. Šāds tīkls praktiski nevar reģistrēt anomālijas globālajā ozona sadalījumā, pat ja šādu anomāliju lineārais izmērs sasniedz tūkstošiem kilometru. Detalizētāki dati par ozonu tiek iegūti, izmantojot uzstādīto optisko aprīkojumu mākslīgie pavadoņi Zeme.
Jāpiebilst, ka zināma kopējā ozona (TO) samazināšanās pati par sevi nav katastrofāla, īpaši vidējos un augstos platuma grādos, jo mākoņi un aerosoli var absorbēt arī ultravioleto starojumu. Tajā pašā Centrālajā Sibīrijā, kur mākoņaino dienu skaits ir liels, ir pat ultravioletā starojuma deficīts (apmēram 45% no medicīniskās normas).
Mūsdienās pastāv dažādas hipotēzes par ozona caurumu veidošanās ķīmiskajiem un dinamiskajiem mehānismiem. Tomēr ķīmiskā antropogēnā teorija daudz neder zināmi fakti. Piemēram, stratosfēras ozona pieaugums noteiktos ģeogrāfiskos reģionos.
Lūk, pats "naivākais" jautājums: kāpēc dienvidu puslodē veidojas bedre, lai gan ziemeļos rodas freoni, neskatoties uz to, ka nav zināms, vai tajā laikā starp puslodēm ir gaisa sakari?
Manāms ozona slāņa samazinājums virs Antarktīdas pirmo reizi tika atklāts tālajā 1957. gadā, un trīs gadu desmitus vēlāk par to tika vainota nozare.Neviena no esošajām teorijām nav balstīta uz liela mēroga detalizētiem TO mērījumiem un stratosfērā notiekošo procesu pētījumiem. Atbildēt uz jautājumu par polārās stratosfēras izolācijas pakāpi virs Antarktīdas, kā arī uz vairākiem citiem jautājumiem, kas saistīti ar ozona caurumu veidošanās problēmu, bija iespējams tikai ar jaunas kustības izsekošanas metodes palīdzību. gaisa plūsmām, ko ierosinājis V. B. Kaškins (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kaškins un citi., 2002).
Gaisa plūsmas troposfērā (līdz 10 km augstumam) jau sen ir izsekotas, novērojot mākoņu translācijas un rotācijas kustības. Ozons patiesībā ir arī milzīgs "mākonis" pa visu Zemes virsmu, un pēc tā blīvuma izmaiņām var spriest par gaisa masu kustību virs 10 km, tāpat kā mēs zinām vēja virzienu, skatoties. pie mākoņainām debesīm mākoņainā dienā. Šiem nolūkiem ozona blīvums jāmēra telpiskā režģa punktos ar noteiktu laika intervālu, piemēram, ik pēc 24 stundām. Sekojot līdzi, kā mainījies ozona lauks, var novērtēt tā griešanās leņķi diennaktī, kustības virzienu un ātrumu.
FREONA AIZLIEGUMS — KAS UZVAR? 1973. gadā amerikāņi S. Roulends un M. Molina atklāja, ka hlora atomi, kas izdalās no dažām gaistošām mākslīgām ķīmiskām vielām saules starojuma ietekmē, var iznīcināt stratosfēras ozonu. Viņi šajā procesā vadošo lomu piešķīra tā sauktajiem freoniem (hlorfluorogļūdeņražiem), kurus tolaik plaši izmantoja sadzīves ledusskapjos, gaisa kondicionieros, kā propelentu aerosolos utt. 1995. gadā šie zinātnieki kopā ar P. Kruceni tika apbalvoti par viņu atklājumu Nobela prēmijaķīmijā.Sāka noteikt ierobežojumus hlorfluorogļūdeņražu un citu ozona slāni noārdošo vielu ražošanai un lietošanai. Monreālas Protokolu par vielām, kas noārda ozona slāni, kas kontrolē 95 savienojumus, šobrīd ir parakstījušas vairāk nekā 180 valstis. Likumā Krievijas Federācija par vides aizsardzību dabiska vide Ir arī īpašs raksts par
Zemes ozona slāņa aizsardzība. Ozona slāni noārdošo vielu ražošanas un patēriņa aizliegumam bija nopietnas ekonomiskas un politiskas sekas. Galu galā freoniem ir daudz priekšrocību: tie ir maz toksiski salīdzinājumā ar citiem aukstumaģentiem, ķīmiski stabili, neuzliesmojoši un saderīgi ar daudziem materiāliem. Tāpēc ķīmiskās rūpniecības vadītāji, īpaši ASV, sākotnēji bija pret aizliegumu. Tomēr vēlāk aizliegumam pievienojās koncerns DuPont, ierosinot kā alternatīvu freoniem izmantot daļēji halogenētus hlorfluorogļūdeņražus un fluorogļūdeņražus.
IN Rietumu valstis sākās “bums” ar veco ledusskapju un kondicionieru nomaiņu pret jauniem, kas nesatur ozona slāni noārdošās vielas, lai gan šādas tehniskās ierīces ir mazāk efektīvas, mazāk uzticamas, patērē vairāk enerģijas un ir dārgākas. Uzņēmumi, kas bija celmlauži jaunu aukstumnesēju izmantošanā, guva labumu un guva milzīgu peļņu. ASV vien CFC aizliegumi maksā desmitiem, ja ne vairāk, miljardu dolāru. Izskanēja viedoklis, ka tā saukto ozona taupīšanas politiku varētu iedvesmot lielo ķīmijas korporāciju īpašnieki, lai nostiprinātu savu monopolstāvokli pasaules tirgū.
Izmantojot jauno metodi, ozona slāņa dinamika tika pētīta 2000. gadā, kad virs Antarktīdas tika novērots rekordliels ozona caurums (Kaškins un citi., 2002). Šim nolūkam tika izmantoti satelītu dati par ozona blīvumu visā dienvidu puslodē no ekvatora līdz polam. Rezultātā tika konstatēts, ka tā sauktā cirkumpolārā virpuļa piltuves centrā, kas izveidojās virs pola, ozona saturs ir minimāls, par ko mēs sīkāk runāsim tālāk. Pamatojoties uz šiem datiem, tika izvirzīta hipotēze par dabisku ozona "caurumu" veidošanās mehānismu.
Stratosfēras globālā dinamika: hipotēze
Cirkumpolāri virpuļi veidojas stratosfēras gaisa masu kustības laikā meridionālā un platuma virzienā. Kā tas notiek? Stratosfēra ir augstāka pie siltā ekvatora un zemāka pie aukstā pola. Gaisa straumes (kopā ar ozonu) ripo lejup no stratosfēras kā kalns, un arvien ātrāk virzās no ekvatora uz polu. Kustība no rietumiem uz austrumiem notiek Koriolisa spēka ietekmē, kas saistīts ar Zemes rotāciju. Rezultātā gaisa plūsmas, šķiet, ir savītas kā vītnes uz vārpstas dienvidu un ziemeļu puslodē.
Gaisa masu "vārpstiņa" griežas cauru gadu abās puslodēs, bet izteiktāka ir ziemas beigās un agrā pavasarī, jo stratosfēras augstums pie ekvatora gandrīz nemainās visa gada garumā, bet pie poliem tas ir augstāks. vasarā un zemāk ziemā, kad ir īpaši auksts.
Ozona slānis vidējos platuma grādos veidojas spēcīga pieplūduma dēļ no ekvatora, kā arī fotoķīmisko reakciju rezultātā, kas notiek vietā. Bet ozona izcelsme pola reģionā galvenokārt ir saistīta ar plūsmu no ekvatora un vidējiem platuma grādiem, un tā saturs tur ir diezgan zems. Fotoķīmiskās reakcijas pie pola, kur saules stari krist nelielā leņķī, iet lēnām, un ievērojamu daļu no ekvatora nākošā ozona pa ceļam izdodas iznīcināt.
Pamatojoties uz satelīta datiem par ozona blīvumu, tika izvirzīta hipotēze par dabisku ozona caurumu veidošanās mehānismu.Bet gaisa masas ne vienmēr tā pārvietojas. Aukstākajās ziemās, kad stratosfēra virs pola nokrīt ļoti zemu virs Zemes virsmas un "kalns" kļūst īpaši stāvs, situācija mainās. Stratosfēras straumes ripojas lejup tik ātri, ka efekts ir pazīstams ikvienam, kurš ir vērojis, kā ūdens plūst lejup pa caurumu vannā. Sasniedzot noteiktu ātrumu, ūdens sāk strauji griezties, un ap caurumu veidojas raksturīga piltuve, ko rada centrbēdzes spēks.
Kaut kas līdzīgs notiek stratosfēras plūsmu globālajā dinamikā. Kad stratosfēras gaisa straumes iegūst pietiekami lielu ātrumu, centrbēdzes spēks sāk stumt tos prom no pola uz vidējiem platuma grādiem. Rezultātā gaisa masas virzās no ekvatora un no pola viena pret otru, kas noved pie strauji rotējošas virpuļa "vārpstas" veidošanās vidējos platuma grādos.
Gaisa apmaiņa starp ekvatoriālo un polāro reģionu beidzas, un ozons no ekvatora un no vidējiem platuma grādiem nesasniedz polu. Turklāt ozons, kas paliek pie pola, tāpat kā centrifūgā, ar centrbēdzes spēku tiek izspiests līdz vidējiem platuma grādiem, jo tas ir smagāks par gaisu. Rezultātā ozona koncentrācija piltuves iekšpusē strauji pazeminās - virs pola veidojas ozona "caurums", bet vidējos platuma grādos - augsta ozona satura zona, kas atbilst apļveida virpuļa "vārpstai".
Pavasarī Antarktikas stratosfēra sasilst un paceļas augstāk – piltuve pazūd. Tiek atjaunoti gaisa sakari starp vidējiem un augstajiem platuma grādiem, paātrinās arī ozona veidošanās fotoķīmiskās reakcijas. Ozona caurums pazūd pirms vēl vienas īpaši aukstas ziemas Dienvidpolā.
Kas notiek Arktikā?
Lai gan stratosfēras plūsmu un attiecīgi ozona slāņa dinamika ziemeļu un dienvidu puslodēs kopumā ir līdzīga, ozona caurums tikai laiku pa laikam rodas virs Dienvidpola. Virs Ziemeļpols nav ozona caurumu, jo ziemas ir maigākas un stratosfēra nekad nenoslīd tik zemu, lai gaisa straumes uzņemtu nepieciešamo ātrumu, lai izveidotu piltuvi.
Lai gan cirkumpolārais virpulis veidojas arī ziemeļu puslodē, ozona caurumi tur nav novērojami maigāku ziemu dēļ nekā dienvidu puslodē.Ir vēl viena būtiska atšķirība. Dienvidu puslodē cirkumpolārais virpulis griežas gandrīz divas reizes ātrāk nekā ziemeļos. Un tas nav pārsteidzoši: Antarktīdu ieskauj jūras, un ap to ir apļveida jūras straume - būtībā gigantiskas ūdens un gaisa masas rotē kopā. Ziemeļu puslodē attēls ir atšķirīgs: vidējos platuma grādos ir kontinenti ar Kalnu grēdas, un gaisa masas berze apm zemes virsma neļauj cirkumpolārajam virpulim iegūt pietiekami lielu ātrumu.
Taču ziemeļu puslodes vidējos platuma grādos dažkārt parādās nelielas dažādas izcelsmes ozona "caurītes". No kurienes viņi nāk? Gaisa kustība kalnainās ziemeļu puslodes vidējo platuma grādu stratosfērā atgādina ūdens kustību seklā straumē ar akmeņainu dibenu, kad uz ūdens virsmas veidojas neskaitāmi virpuļi. Ziemeļu puslodes vidējos platuma grādos grunts virsmas reljefa lomu spēlē temperatūras atšķirības kontinentu un okeānu, kalnu grēdu un līdzenumu robežās.
Krasas temperatūras izmaiņas uz Zemes virsmas izraisa vertikālu plūsmu veidošanos troposfērā. Stratosfēras vēji, kas saduras ar šīm straumēm, rada virpuļus, kas var griezties abos virzienos ar vienādu varbūtību. Tajās parādās apgabali ar zemu ozona saturu, tas ir, ozona caurumi ir daudz mazāki nekā Dienvidpolā. Un jāatzīmē, ka šādi virpuļi ar dažādiem griešanās virzieniem tika atklāti pirmajā mēģinājumā.
Tādējādi stratosfēras gaisa straumju dinamika, ko mēs izsekojām, novērojot ozona mākoni, ļauj mums sniegt ticamu skaidrojumu ozona cauruma veidošanās mehānismam virs Antarktīdas. Acīmredzot šādas izmaiņas ozona slānī, pateicoties aerodinamiskām parādībām stratosfērā, notika ilgi pirms cilvēka parādīšanās.
Viss iepriekš minētais nepavisam nenozīmē, ka freoniem un citām rūpnieciskas izcelsmes gāzēm nav postošas ietekmes uz ozona slāni. Tomēr zinātniekiem vēl ir jānoskaidro, kāda ir ozona caurumu veidošanos ietekmējošo dabisko un antropogēno faktoru attiecība – nav pieļaujams izdarīt pārsteidzīgus secinājumus tik svarīgos jautājumos.
No skābekļa ultravioleto staru ietekmē. Zemes atmosfērā ir ozona slānis aptuveni 25 kilometru augstumā: šīs gāzes slānis blīvi ieskauj mūsu planētu, pasargājot to no augstas ultravioletā starojuma koncentrācijas. Ja ne šī gāze, intensīvs starojums varētu nogalināt visu dzīvību uz Zemes.
Ozona slānis ir diezgan plāns, tas nevar pilnībā aizsargāt planētu no starojuma iespiešanās, kas kaitīgi ietekmē valsti un izraisa slimības. Bet ilgu laiku ar to pietika, lai pasargātu Zemi no briesmām.
Astoņdesmitajos gados tika atklāts, ka ozona slānī ir vietas, kur šīs gāzes saturs ir stipri samazināts - tā saucamās ozona caurumi. Pirmo bedri virs Antarktīdas atklājuši britu zinātnieki, viņi bija pārsteigti par fenomena mērogu - vairāk nekā tūkstoš kilometru diametrā posmam gandrīz nebija aizsargslāņa un tas tika pakļauts spēcīgākam ultravioletajam starojumam.
Vēlāk tika atrasti citi ozona caurumi, mazāki, taču ne mazāk bīstami.
Ozona caurumu veidošanās iemesli
Ozona slāņa veidošanās mehānisms Zemes atmosfērā ir diezgan sarežģīts, un dažādi iemesli var izraisīt tā pārkāpumu. Sākumā zinātnieki piedāvāja daudzas versijas: un laikā radušos daļiņu ietekmi atomu sprādzieni, un Elšikonas vulkāna izvirduma ietekmi, pat tika izteikti viedokļi par citplanētiešu aktivitātēm.
Ozona slāņa noārdīšanās cēloņi var būt saules starojuma neesamība, stratosfēras mākoņu veidošanās, polārie virpuļi, taču visbiežāk šīs gāzes koncentrācija krītas tās reakcijās ar dažādām vielām, kas var būt gan dabiskas, gan antropogēns raksturs. Molekulas tiek iznīcinātas ūdeņraža, skābekļa, hlora ietekmē, organiskie savienojumi. Pagaidām zinātnieki nevar viennozīmīgi pateikt, vai ozona caurumu veidošanos galvenokārt izraisa cilvēka darbība, vai arī tā ir dabiska.
Ir pierādīts, ka daudzu ierīču darbības laikā izdalītie freoni vidējos un augstos platuma grādos rada ozona zudumus, taču tie neietekmē polāro ozona caurumu veidošanos.
Iespējams, ka daudzu cilvēku un dabas faktoru kombinācija izraisīja ozona caurumu veidošanos. No vienas puses, ir palielinājusies vulkāniskā aktivitāte, no otras puses, cilvēki ir sākuši nopietni ietekmēt dabu - ozona slānis var būt ne tikai no freona izplūdes, bet arī no sadursmes ar neveiksmīgiem satelītiem. Kopš 20. gadsimta beigām samazinoties izvirdušo vulkānu skaitam un ierobežojot freonu izmantošanu, situācija sākusi nedaudz uzlaboties: zinātnieki nesen fiksējuši nelielu caurumu virs Antarktīdas. Sīkāka ozona noārdīšanās izpēte ļaus novērst šo apgabalu parādīšanos.
Ievads
Ozona caurumu, kura diametrs pārsniedz 1000 km, pirmo reizi 1985. gadā dienvidu puslodē atklāja britu zinātnieku grupa Antarktīdā. Katru augustu tas parādījās, decembrī vai janvārī tas beidza pastāvēt. Vēl viens mazāks caurums veidojās virs ziemeļu puslodes Arktikā.
Ozona caurums- lokāls ozona koncentrācijas kritums Zemes ozona slānī. Saskaņā ar zinātnieku aprindās vispārpieņemto teoriju 20. gadsimta otrajā pusē arvien pieaugošā ietekme antropogēnais faktors Hloru un bromu saturošu freonu izdalīšanās veidā izraisīja ievērojamu ozona slāņa retināšanu, skatīt, piemēram, Pasaules Meteoroloģijas organizācijas ziņojumu:
Šie un citi jaunākie zinātniskie atklājumi apstiprināja iepriekšējo novērtējumu secinājumus, ka zinātnisko pierādījumu nozīme liecina, ka novērotais ozona zudums vidējos un augstos platuma grādos galvenokārt ir saistīts ar antropogēniem hloru un bromu saturošiem savienojumiem.
Saskaņā ar citu hipotēzi "ozona caurumu" veidošanās process lielā mērā var būt dabisks un nav saistīts tikai ar cilvēka civilizācijas kaitīgo ietekmi.
Izglītības mehānisms
Faktoru kombinācija izraisa ozona koncentrācijas samazināšanos atmosfērā, no kuriem galvenais ir ozona molekulu bojāeja reakcijās ar dažādām antropogēnas un dabiskas izcelsmes vielām, saules starojuma neesamība polārās ziemas laikā, īpaši stabils polārais virpulis, kas novērš ozona iekļūšanu no subpolārajiem platuma grādiem, un polāro stratosfēras mākoņu (PSC) veidošanos, kuru virsmas daļiņas katalizē ozona sabrukšanas reakcijas. Šie faktori ir īpaši raksturīgi Antarktikai, Arktikā kontinentālās virsmas trūkuma dēļ polārais virpulis ir daudz vājāks, temperatūra ir par vairākiem grādiem augstāka nekā Antarktīdā, un PSO ir retāk sastopami, un tie mēdz arī plīst. augšā rudens sākumā. Tā kā ozona molekulas ir reaktīvas, tās var reaģēt ar daudziem neorganiskiem un organiskiem savienojumiem. Galvenās vielas, kas veicina ozona molekulu iznīcināšanu, ir vienkāršas vielas ūdeņradis, hlora broma skābekļa atomi), neorganiskie (hidrohlorīda slāpekļa monoksīds) un organiskie metāna savienojumi, fluorhlors un fluorbromofreoni, kas izdala hlora un broma atomus). Atšķirībā no, piemēram, hidrofluorofreoniem, kas sadalās līdz fluora atomiem, kas, savukārt, ātri reaģē ar velvi, veidojot stabilu fluorūdeņradi. Tādējādi fluors nepiedalās ozona sabrukšanas reakcijās, jods arī neiznīcina stratosfēras ozonu, jo jodu saturošās organiskās vielas gandrīz pilnībā tiek patērētas pat troposfērā. Galvenās reakcijas, kas veicina ozona iznīcināšanu, ir norādītas rakstā proozona slānis.
Sekas
Ozona slāņa pavājināšanās palielina saules starojuma plūsmu uz zemi un izraisa ādas vēža gadījumu skaita pieaugumu cilvēkiem. Augi un dzīvnieki arī cieš no paaugstināta starojuma līmeņa.
Ozona slāņa atjaunošana
Lai gan cilvēce ir veikusi pasākumus, lai ierobežotu hloru un bromu saturošu freonu emisijas, pārejot uz citām vielām, piemēram, fluoru saturošiem freoniem , ozona slāņa atjaunošanas process prasīs vairākas desmitgades. Pirmkārt, tas ir saistīts ar milzīgo atmosfērā jau uzkrāto freonu daudzumu, kuru kalpošanas laiks ir desmitiem un pat simtiem gadu. Tāpēc ozona cauruma nostiprināšanos nevajadzētu sagaidīt ātrāk par 2048. gadu.
Nepareizi priekšstati par ozona caurumu
Ir vairāki plaši izplatīti mīti par ozona caurumu veidošanos. Neraugoties uz savu nezinātnisko raksturu, tie bieži parādās plašsaziņas līdzekļos - dažreiz aiz neziņas, dažreiz atbalstīti ar atbalstītājiem sazvērestības teorijas. Daži no tiem ir uzskaitīti zemāk.
Freoni ir galvenie ozona iznīcinātāji.
Šis apgalvojums attiecas uz vidējiem un augstajiem platuma grādiem. Pārējā daļā hlora cikls ir atbildīgs tikai par 15-25% no ozona zudumiem stratosfērā. Jāņem vērā, ka 80% hlora ir antropogēnas izcelsmes. (sīkāku informāciju par dažādu ciklu ieguldījumu skatiet Art. ozona slānis). Tas nozīmē, ka cilvēka iejaukšanās ievērojami palielina hlora cikla ieguldījumu. Un ņemot vērā tendenci palielināt freonu ražošanu pirms stāšanās spēkā Monreālas protokols(10 % gadā) 30 līdz 50 % no kopējiem ozona zudumiem 2050. gadā radītu CFC iedarbība. Pirms cilvēka iejaukšanās ozona veidošanās un iznīcināšanas procesi bija līdzsvarā. Taču cilvēka darbības radītie freoni ir novirzījuši šo līdzsvaru uz ozona koncentrācijas samazināšanos. Kas attiecas uz polārajiem ozona caurumiem, situācija ir pilnīgi atšķirīga. Ozona iznīcināšanas mehānisms būtiski atšķiras no augstākiem platuma grādiem, galvenais posms ir halogēnu saturošu vielu neaktīvo formu pārvēršana oksīdos, kas notiek uz polāro stratosfēras mākoņu daļiņu virsmas. Un rezultātā gandrīz viss ozons tiek iznīcināts reakcijās ar halogēniem, hlors ir atbildīgs par 40-50%, bet broms ir aptuveni 20-40%.
DuPont ierosināja veco freonu aizliegumu un pāreju uz jauniem freonu veidiem, jo viņu patents beidzās
DuPont pēc datu publicēšanas par freonu līdzdalību stratosfēras ozona iznīcināšanā šo teoriju uztvēra naidīgi un iztērēja miljoniem dolāru preses kampaņai freonu aizsardzībai. DuPont priekšsēdētājs rakstā Chemical Week 1975. gada 16. jūlijā rakstīja, ka ozona slāņa noārdīšanas teorija ir zinātniskā fantastika, muļķības, kurām nav jēgas. Izņemot DuPont visa rinda uzņēmumi visā pasaulē ražo un ražo dažāda veida freonus bez autoratlīdzības atskaitījumiem
Freoni ir pārāk smagi, lai sasniegtu stratosfēru
Dažreiz tiek apgalvots, ka, tā kā freona molekulas ir daudz smagākas par slāpekli un skābekli, tās nevar sasniegt stratosfēru ievērojamā daudzumā. Tomēr atmosfēras gāzes tiek pilnībā sajauktas un netiek stratificētas vai šķirotas pēc svara. Lai aprēķinātu laiku, kas nepieciešams gāzu difūzajai atdalīšanai atmosfērā, ir vajadzīgi laiki, kas ir aptuveni tūkstošiem gadu. Protams, dinamiskā atmosfērā tas nav iespējams. Konvekcijas un turbulences vertikālie masas pārneses procesi daudz ātrāk sajauc atmosfēru zem turbopauzes. Tāpēc pat tādas smagas gāzes kā inertie freoni vienmērīgi izkliedējas atmosfērā, cita starpā sasniedzot stratosfēru. To koncentrāciju atmosfērā eksperimentālie mērījumi apstiprina; Mērījumi arī liecina, ka paiet aptuveni pieci gadi, lai uz Zemes virsmas izdalītās gāzes sasniegtu stratosfēru, skatīt otro grafiku pa labi. Ja gāzes atmosfērā nesajauktos, tad tādas smagas gāzes no tā sastāva kā oglekļa dioksīds uz Zemes virsmas veidotu vairākus desmitus metru biezu slāni, kas Zemes virsmu padarītu neapdzīvojamu. Par laimi, tas tā nav. Ikryptonam ar atomu masu 84 un hēlijam ar atomu masu 4 ir tāda pati relatīvā koncentrācija, kas atrodas tuvu virsmai, kuras augstums ir līdz 100 km. Protams, viss iepriekš minētais attiecas tikai uz gāzēm, kas ir relatīvi stabilas, piemēram, freoniem vai inertām gāzēm. Vielas, kas nonāk reakcijās un tiek pakļautas arī dažādām fizikālām ietekmēm, teiksim, izšķīst ūdenī, ir koncentrācijas atkarība no augstuma.
Galvenie halogēnu avoti ir dabiski, nevis antropogēni
Tiek uzskatīts, ka dabiskie halogēnu avoti, piemēram, vulkāni un okeāni, ir nozīmīgāki ozona noārdīšanās procesam nekā tie, ko rada cilvēki. Neapšaubot dabisko avotu ieguldījumu kopējā halogēnu līdzsvarā, jāatzīmē, ka tie parasti nesasniedz stratosfēru, jo tie ir ūdenī šķīstoši (galvenokārt hlorīda joni un hlorūdeņradis) un tiek izskaloti no atmosfērā, krītot kā lietus zemē. Arī dabiskie savienojumi ir mazāk stabili nekā freoni, piemēram, metilhlorīda kalpošanas laiks atmosfērā ir tikai aptuveni gads, salīdzinot ar desmitiem un simtiem gadu freoniem. Tāpēc to ieguldījums stratosfēras ozona iznīcināšanā ir diezgan mazs. Pat retais Pinatubo vulkāna izvirdums 1991. gada jūnijā izraisīja ozona līmeņa pazemināšanos nevis izdalīto halogēnu dēļ, bet gan lielas sērskābes aerosolu masas veidošanās dēļ, kuru virsma katalizēja ozona iznīcināšanas reakcijas. Par laimi, pēc trim gadiem no atmosfēras tika izņemta gandrīz visa vulkānisko aerosolu masa. Tādējādi vulkānu izvirdumi ir salīdzinoši īslaicīgi faktori, kas ietekmē ozona slāni, atšķirībā no freoniem, kuru kalpošanas laiks ir desmitiem un simtiem gadu.
Ozona caurumam jāatrodas virs freona avotiem
Daudzi nesaprot, kāpēc ozona caurums veidojas Antarktikā, kad galvenās freonu emisijas notiek ziemeļu puslodē. Fakts ir tāds, ka freoni ir labi sajaukti troposfērā un stratosfērā. Ņemot vērā to zemo reaģētspēju, atmosfēras zemākajos slāņos tie praktiski netiek patērēti, un to kalpošanas laiks ir vairāki gadi vai pat gadu desmiti. Tāpēc tie viegli sasniedz augšējos atmosfēras slāņus. Antarktikas "ozona caurums" nepastāv pastāvīgi. Tas parādās ziemas beigās - agrā pavasarī. Iemesli, kāpēc Antarktīdā veidojas ozona caurums, ir saistīti ar vietējo klimatu. Antarktikas ziemas zemās temperatūras izraisa polāro virpuļu veidošanos. Gaiss šajā virpulī pārvietojas galvenokārt slēgtos ceļos ap Dienvidpolu. Šobrīd Saule neapgaismo polāro reģionu, un ozons tur nenotiek. Līdz ar vasaras iestāšanos ozona daudzums palielinās un atkal sasniedz savu iepriekšējo normu. Tas ir, ozona koncentrācijas svārstības virs Antarktikas ir sezonālas. Tomēr, ja mēs izsekojam ozona koncentrācijas izmaiņu dinamiku un ozona caurumu vidējo lielumu gada laikā pēdējo desmitgažu laikā, tad ir stingri noteikta ozona koncentrācijas samazināšanās tendence.
Ozons noārdās tikai virs Antarktīdas
Ozona slāņa evolūcija virs Arosas, Šveice
Tā nav taisnība, ozona līmenis krītas arī visā atmosfērā. Par to liecina ozona koncentrācijas ilgtermiņa mērījumu rezultāti dažādās planētas daļās. Jūs varat apskatīt ozona diagrammu virs Arosa Šveicē labajā pusē.
