Zemská atmosféra obsahuje niekoľko vrstiev umiestnených v rôznych výškach. Jednou z najdôležitejších je ozónová vrstva, ktorá sa nachádza v stratosfére. Aby ste zistili, čo je ozónová diera, musíte pochopiť funkciu tejto vrstvy a dôležitosť jej existencie pre život na planéte.

Popis

Výška ozónovej vrstvy sa mení v závislosti od teplotného režimu konkrétnej oblasti, napríklad v trópoch je v rozmedzí od 25 do 30 km a na póloch od 15 do 20 km. Ozón je plyn, ktorý vzniká pôsobením slnečného žiarenia na molekuly kyslíka. Proces disociácie ozónu vedie k absorpcii väčšiny nebezpečného ultrafialového žiarenia vyžarovaného Slnkom.
Hrúbka vrstvy sa zvyčajne meria v Dobsonových jednotkách, z ktorých každá sa rovná ozónovej vrstve 10 mikrometrov za podmienok normálneho tlaku a teploty. Minimálna hrúbka, pod ktorou vrstva prestáva existovať, je 220 jednotiek. Dobson. Prítomnosť ozónovej vrstvy zistili francúzski fyzici Charles Fabry a Henri Buisson na začiatku 20. storočia pomocou spektroskopickej analýzy.

Ozónové diery

Existuje veľa verzií o tom, čo presne vyvoláva rednutie ozónovej vrstvy planéty. Niektorí vedci z toho vinia antropogénne faktory, iní to považujú za prirodzený proces. Ozónové diery je zníženie alebo úplné vymiznutie daného plynu zo stratosféry. Prvýkrát bol tento jav zaznamenaný v roku 1985, nachádzal sa na ploche asi 1 tisíc kilometrov štvorcových v oblasti Antarktídy.
Vzhľad tejto diery bol cyklický, objavil sa v auguste a zmizol v decembri. V rovnakom čase sa v arktickej oblasti objavila ďalšia o niečo menšia diera. S rozvojom technológie bolo možné zaznamenať tvorbu zlomov ozónovej vrstvy v reálnom čase a vedci teraz môžu s istotou povedať, že ich je na planéte niekoľko stoviek. Najväčšie sa nachádzajú na póloch.

Príčiny a následky ozónových dier

Existuje teória, že ozónové diery vznikajú z prirodzených dôvodov. Podľa nej, keďže k premene kyslíka na ozón dochádza v dôsledku vystavenia slnečnému žiareniu, potom v jeho neprítomnosti počas polárnej zimy tento plyn nevzniká. Počas dlhej noci už vzniknutý ozón vďaka svojej veľkej hmote zostupuje do spodných vrstiev atmosféry, kde ho ničí tlak. Táto verzia dokonale vysvetľuje vzhľad dier nad pólmi, ale neobjasňuje tvorbu ich veľkých náprotivkov na územiach Kazachstanu a Ruska, kde nie sú pozorované polárne noci.
Nedávno sa vedecká komunita zhodla na tom, že existujú prirodzené aj človekom spôsobené príčiny poškodzovania ozónovej vrstvy. Antropogénny faktor zahŕňa zvýšenie koncentrácie určitých chemických látok v zemskej atmosfére. Ozón sa ničí reakciami s chlórom, vodíkom, brómom, chlorovodíkom, oxidom dusnatým, metánom, ako aj freónom a jeho derivátmi. Príčiny a dôsledky ozónových dier ešte nie sú úplne objasnené, no takmer každý rok prináša nové objavy v tejto oblasti.

Prečo sú ozónové diery nebezpečné?

Ozón pohlcuje mimoriadne nebezpečné slnečné žiarenie a bráni mu dostať sa na povrch planéty. Keď sa vrstva tohto plynu stáva tenšou, všetko na Zemi je vystavené bežnému rádioaktívnemu žiareniu. To vyvoláva rast rakovín, lokalizovaných hlavne na koži. Pre rastliny je škodlivý aj zánik ozónu, dochádza u nich k rôznym genetickým mutáciám a celkovému poklesu vitality. V posledných rokoch si ľudstvo čoraz viac uvedomuje, aké nebezpečné sú ozónové diery pre život na Zemi.

Záver

Uvedomujúc si nebezpečenstvo zničenia ozónu, prijalo medzinárodné spoločenstvo množstvo opatrení zameraných na jeho zníženie negatívny vplyv do atmosféry. V roku 1987 bol v Montreale podpísaný protokol, ktorý zaväzuje minimalizovať používanie freónu v priemysle, pretože práve tento plyn vyvoláva výskyt dier mimo polárnych oblastí. Kým sa však už vypustený freón do atmosféry rozloží, potrvá asi sto rokov, takže počet ozónových dier v zemskej atmosfére sa v blízkej budúcnosti pravdepodobne nezmenší.

Existuje mnoho hypotéz, ktoré sa snažia vysvetliť pokles koncentrácie ozónu. Dôvody jeho kolísania v zemskej atmosfére súvisia s:

• · s dynamickými procesmi prebiehajúcimi v zemskej atmosfére (vnútorné gravitačné vlny, Azorská anticyklóna a pod.);
• S vplyvom Slnka (kolísanie jeho aktivity);
• s vulkanizmom v dôsledku geologických procesov (výlev freónov zo sopiek podieľajúcich sa na deštrukcii ozónovej vrstvy, variácie magnetické pole Zem atď.)
• · s prírodnými procesmi vyskytujúcimi sa v horných obaloch Zeme, vrátane aktivity mikroorganizmov produkujúcich dusík, morských prúdov (fenomén El Niño), lesných požiarov atď.;
• · s antropogénnym faktorom spojeným s ľudskou hospodárskou činnosťou, keď sa do atmosféry uvoľňujú značné množstvá zlúčenín poškodzujúcich ozónovú vrstvu.

IN posledné desaťročia sa dramaticky zvýšil vplyv antropogénnych faktorov, čo viedlo k vzniku otázky životného prostredia ktoré na globálne nečakane zmenili sami ľudia: skleníkový efekt, kyslé dažde, odlesňovanie, dezertifikácia území, znečisťovanie životného prostredia škodlivými látkami, znižovanie biologickej diverzity planéty.

Niektorí vedci sa domnievajú, že áno ekonomická aktivitačlovek do značnej miery zvýšil podiel halogénovej rozpadovej dráhy stratosférického ozónu, čo vyvolalo vznik ozónových dier.

Montrealský protokol z roku 1987 zakázal výrobu chladív, ktoré v uplynulom polstoročí umožňovali uchovávať potraviny a tým nielen spríjemňovali ľudský život, ale aj zachránili životy mnohých miliónov ľudí trpiacich potravinovou neistotou. Keďže lacné chladivá boli zakázané, zaostalé krajiny si nemohli kúpiť drahé chladničky. Preto nemôžu skladovať svoje poľnohospodárske produkty. Drahé dovážané zariadenia, vyvinuté v krajinách iniciátorov „boja proti ozónovým dieram“, im prinášajú nemalé príjmy. Zákaz chladív prispel k zvýšeniu úmrtnosti v najchudobnejších krajinách.

Dnes môžeme s istotou povedať, že neexistujú žiadne prísne vedecky dokázané dôkazy o ničivom účinku umelo vytvorených molekúl chlórfluórovaných uhľovodíkov na ozónovú vrstvu planéty. Vo vedeckej komunite však prevláda názor, podľa ktorého je v druhej polovici 20. storočia dôvodom poklesu hrúbky ozónovej vrstvy antropogénny faktor, ktorý v podobe uvoľňovania freónov obsahujúcich chlór a bróm, viedlo k výraznému stenčeniu ozónovej vrstvy.

Freóny sú deriváty nasýtených uhľovodíkov (hlavne metánu a etánu) obsahujúce fluór, ktoré sa používajú ako chladivá v chladničkách. Okrem atómov fluóru obsahujú molekuly freónu zvyčajne atómy chlóru, menej často atómy brómu. Je známych viac ako 40 rôznych freónov. Väčšinu z nich vyrába priemysel.

Freón 22 (Freón 22) – vzťahuje sa na látky 4. triedy nebezpečnosti. Pôsobením teplôt nad 400°C sa môže rozkladať za vzniku vysoko toxických produktov: tetrafluóretylén (trieda nebezpečnosti 4), chlorovodík (trieda nebezpečnosti 2), fluorovodík (trieda nebezpečnosti 1).

Získané údaje teda posilnili záver mnohých (ale nie všetkých!) výskumníkov, že pozorovaná strata ozónu v stredných a vysokých zemepisných šírkach je spôsobená najmä antropogénnymi zlúčeninami obsahujúcimi chlór a bróm.

Ale podľa iných predstáv je vznik „ozónových dier“ do značnej miery prirodzeným, periodickým procesom, ktorý nie je spojený výlučne so škodlivými vplyvmi ľudskej civilizácie. Tento názor dnes nezdieľa veľa ľudí, nielen pre nedostatok argumentov, ale aj preto, že sa ukázalo, že je výhodnejšie ho nasledovať v dôsledku „globálnych utópií“. Mnoho vedcov pri nedostatku finančných prostriedkov na Vedecký výskum, sa stali a stávajú obeťami grantov na zdôvodnenie myšlienok „globálneho environmentálneho šovinizmu“ a viny pokroku v tomto.

Ako uvádza G. Kruchenitsky, A. Khrgian, popredný ruský špecialista na ozón, bol prakticky prvým, kto upozornil na skutočnosť, že vznik a zánik ozónových dier na severnej pologuli koreluje s atmosféricko-dynamickým, a nie chemické procesy. Obsah ozónu sa môže v priebehu dvoch až troch dní zmeniť o niekoľko desiatok percent. To znamená, že pointa nie je v látkach poškodzujúcich ozónovú vrstvu, ale v samotnej dynamike atmosféry.

E. Borisenkov, významný odborník v oblasti štúdia atmosféry, na základe spracovania údajov z deviatich západoeurópskych staníc za dvadsaťtri rokov stanovil koreláciu medzi 11-ročnými cyklami slnečná aktivita a zmeny ozónu v zemskej atmosfére.

Príčiny ozónových dier sú väčšinou spojené s antropogénnymi zdrojmi zlúčenín prenikajúcich do stratosférickej vrstvy zemskej atmosféry. Má to však jeden háčik. Spočíva v tom, že hlavné zdroje zlúčenín poškodzujúcich ozónovú vrstvu sa nenachádzajú v polárnych (južných a severných) zemepisných šírkach, ale sú sústredené bližšie k rovníku a takmer úplne sa nachádzajú na severnej pologuli. Zatiaľ čo najčastejšie javy výskytu stenčovania ozónovej vrstvy (skutočný výskyt ozónových dier) pozorujeme v Antarktíde (južná pologuľa) a menej často v arktickej zóne.

To znamená, že zdroje zlúčenín poškodzujúcich ozónovú vrstvu musia byť rýchlo a dobre premiešané v zemskej atmosfére. Zároveň rýchlo opúšťajú spodné vrstvy atmosféry, kde treba sledovať aj ich reakcie za účasti ozónu. Pre spravodlivosť treba poznamenať, že v troposfére je oveľa menej ozónu ako v stratosfére. Okrem toho "životnosť" týchto zlúčenín môže dosiahnuť niekoľko rokov. Preto sa môžu dostať do stratosféry v podmienkach dominantných vertikálnych pohybov vzdušných hmôt a tepla. Tu však nastáva problém. Pretože hlavné pohyby spojené s prenosom tepla a hmoty (teplo + transportovaná vzduchová hmota) sa uskutočňujú presne v troposfére. A keďže teplota vzduchu je už vo výške 11-10 km konštantná a je okolo -50°C, tento prenos tepla a hmoty z troposférickej vrstvy do stratosféry by sa mal spomaliť. A účasť antropogénnych zdrojov, ktoré ničia ozónovú vrstvu, nemusí byť taká významná, ako sa doteraz verí.

Ďalšou skutočnosťou, ktorá môže znížiť úlohu antropogénneho faktora pri ničení ozónovej vrstvy Zeme, je výskyt ozónových dier, väčšinou na jar alebo v zime. To je však po prvé v rozpore s predpokladom o možnosti rýchleho zmiešania zlúčenín poškodzujúcich ozónovú vrstvu v zemskej atmosfére a ich prieniku do stratosférickej vrstvy s vysokou koncentráciou ozónu. Po druhé, antropogénny zdroj zlúčenín poškodzujúcich ozónovú vrstvu je trvalý. V dôsledku toho je ťažké vysvetliť príčinu vzniku ozónových dier na jar a v zime a dokonca aj v polárnych šírkach antropogénnou príčinou. Na druhej strane prítomnosť polárnych zím a prirodzený pokles slnečného žiarenia v zime uspokojivo vysvetľujú prirodzenú príčinu výskytu ozónových dier nad Antarktídou a Arktídou. Napríklad koncentrácie ozónu v zemskej atmosfére v lete kolíšu od 0 do 0,07 % a v zime od 0 do 0,02 %.

V Antarktíde a Arktíde je mechanizmus poškodzovania ozónovej vrstvy zásadne odlišný od vyšších zemepisných šírok. Tu dochádza hlavne k premene neaktívnych foriem látok obsahujúcich halogén na oxidy. Reakcia prebieha na povrchu častíc polárnych stratosférických oblakov. Výsledkom je, že pri reakciách s halogénmi sa takmer všetok ozón zničí. Zároveň je chlór zodpovedný za 40-50% a bróm je asi 20-40%.

S príchodom polárneho leta sa množstvo ozónu zvyšuje a opäť dosahuje svoju predchádzajúcu normu. To znamená, že kolísanie koncentrácie ozónu nad Antarktídou je sezónne. Každý to uznáva. Ak sa však skorší zástancovia antropogénnych zdrojov zlúčenín poškodzujúcich ozónovú vrstvu prikláňali k tvrdeniu, že v priebehu roka dochádzalo k neustálemu poklesu koncentrácie ozónu, neskôr sa táto dynamika ukázala ako opačná. Ozónové diery sa začali zmenšovať. Aj keď podľa ich názoru by obnova ozónovej vrstvy mala trvať niekoľko desaťročí. Pretože sa verilo, že v atmosfére sa nahromadilo obrovské množstvo freónov z antropogénnych zdrojov, ktoré mali životnosť desiatky a dokonca stovky rokov. Sprísnenie ozónovej diery by sa preto nemalo očakávať skôr ako v roku 2048. Ako vidíte, táto predpoveď sa nenaplnila. Na druhej strane snahy o zníženie objemu výroby freónov boli zásadné.

organizmus ultrafialový ozón morský

Ozónové diery – „deti“ stratosférických vírov

Hoci v modernej atmosfére nie je veľa ozónu – nie viac ako jedna tri milióntina ostatných plynov – jeho úloha je mimoriadne veľká: spomaľuje tvrdé ultrafialové žiarenie (krátkovlnná časť slnečné spektrum), ktorý rozkladá bielkoviny nukleových kyselín. 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 a látky uvoľnené do atmosféry v dôsledku prírodných katastrof (napríklad silných sopečných erupcií). V druhej polovici minulého storočia sa však zistilo, že látky priemyselného pôvodu môžu slúžiť aj ako katalyzátory reakcií ničenia ozónu a ľudstvo bolo vážne znepokojené ...

Ozón (O 3) je pomerne vzácna molekulárna forma kyslíka, pozostávajúca z troch atómov. Aj keď je v modernej atmosfére málo ozónu – nie viac ako jedna tri milióntina zvyšku plynov – jeho úloha je mimoriadne veľká: spomaľuje tvrdé ultrafialové žiarenie (krátkovlnná časť slnečného spektra), ktoré ničí proteíny a nukleových kyselín. Preto pred príchodom fotosyntézy – a teda aj 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 na iné plyny ozón ohrieva stratosféru a tým reguluje charakter planetárnych tepelných a kruhových procesov v celej atmosfére.

Nestabilné molekuly ozónu sa prirodzene tvoria a rozkladajú pôsobením rôznych faktorovživá a neživá príroda a v priebehu dlhého vývoja sa tento proces dostal do určitej dynamickej rovnováhy. Rýchlosť reakcií deštrukcie ozónu závisí od katalyzátorov, ktorými môžu byť prírodné atmosférické oxidy a látky uvoľnené do atmosféry v dôsledku prírodných katastrof (napríklad silných sopečných erupcií).

V druhej polovici minulého storočia sa však zistilo, že látky priemyselného pôvodu môžu slúžiť aj ako katalyzátory reakcií ničenia ozónu a ľudstvo sa vážne obávalo. Predovšetkým verejný názor nadchlo objav takzvanej ozónovej „diery“ nad Antarktídou.

"Diera" nad Antarktídou

Znateľný pokles ozónovej vrstvy nad Antarktídou – ozónová diera – bol prvýkrát objavený už v roku 1957, počas Medzinárodného geofyzikálneho roka. Jej skutočný príbeh sa začal o 28 rokov neskôr článkom v májovom čísle časopisu Príroda, kde bolo navrhnuté, že dôvodom anomálneho jarného minima TO nad Antarktídou je priemyselné (vrátane freónov) znečistenie ovzdušia (Farman a kol., 1985).

Zistilo sa, že ozónová diera nad Antarktídou sa zvyčajne vyskytuje raz za dva roky, trvá približne tri mesiace a potom zmizne. Nejde o priechodný otvor, ako by sa mohlo zdať, ale o vybranie, preto je správnejšie hovoriť o „prepadnutí ozónovej vrstvy“. Bohužiaľ, všetky ďalšie štúdie ozónovej diery boli zamerané najmä na preukázanie jej antropogénneho pôvodu (Roan, 1989).

JEDEN MILIMETER OZÓNU Atmosférický ozón je sférická vrstva hrubá asi 90 km nad povrchom Zeme a ozón je v nej rozmiestnený nerovnomerne. Väčšina tohto plynu sa sústreďuje v trópoch v nadmorskej výške 26–27 km, v stredných zemepisných šírkach vo výške 20–21 km a v polárnych oblastiach vo výške 15–17 km.
Celkový obsah ozónu (TOS), t. j. množstvo ozónu v atmosférickom stĺpci v určitom bode, sa meria absorpciou a emisiou slnečného žiarenia. Ako merná jednotka sa používa takzvaná Dobsonova jednotka (D.U.), ktorá zodpovedá hrúbke vrstvy čistého ozónu pri normálnom tlaku (760 mm Hg) a teplote 0 °C. Sto Dobsonových jednotiek zodpovedá hrúbka ozónovej vrstvy 1 mm.
Hodnota obsahu ozónu v atmosfére má denné, sezónne, ročné a dlhodobé výkyvy. S priemerným globálnym TO 290 D.U. sa sila ozónovej vrstvy mení v širokom rozmedzí – od 90 do 760 D.U.
Obsah ozónu v atmosfére monitoruje celosvetová sieť asi stopäťdesiatich pozemných ozonometrických staníc, veľmi nerovnomerne rozmiestnených po súši. Takáto sieť prakticky nemôže registrovať anomálie v globálnom rozložení ozónu, aj keď lineárna veľkosť takýchto anomálií dosahuje tisíce kilometrov. Podrobnejšie údaje o ozóne sa získavajú pomocou inštalovaného optického zariadenia umelé satelity Zem.
Treba poznamenať, že určitý pokles celkového ozónu (TO) nie je sám o sebe katastrofický, najmä v stredných a vysokých zemepisných šírkach, pretože oblaky a aerosóly môžu absorbovať aj ultrafialové žiarenie. V tej istej strednej Sibíri, kde je počet zamračených dní vysoký, je dokonca nedostatok ultrafialového žiarenia (asi 45% lekárskej normy).

Dnes existujú rôzne hypotézy týkajúce sa chemických a dynamických mechanizmov vzniku ozónových dier. Chemická antropogénna teória však príliš nesedí známe fakty. Napríklad rast stratosférického ozónu v určitých geografických oblastiach.

Tu je najnaivnejšia otázka: prečo sa na južnej pologuli vytvára diera, hoci na severnej sa vyrábajú freóny, napriek tomu, že nie je známe, či medzi pologuľami v tom čase existuje vzdušná komunikácia?

Znateľný pokles ozónovej vrstvy nad Antarktídou bol prvýkrát objavený už v roku 1957 a o tri desaťročia neskôr bol za to obviňovaný priemysel.

Žiadna z existujúcich teórií nie je založená na rozsiahlych podrobných meraniach TO a štúdiách procesov prebiehajúcich v stratosfére. Odpovedať na otázku o stupni izolácie polárnej stratosféry nad Antarktídou, ako aj na množstvo ďalších otázok súvisiacich s problémom tvorby ozónových dier, bolo možné len pomocou novej metódy sledovania pohybov. prúdenia vzduchu navrhnutého V. B. Kaškinom (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kaškin a kol., 2002).

Prúdenie vzduchu v troposfére (až do výšky 10 km) sa už dlho sleduje pozorovaním translačných a rotačných pohybov oblakov. Ozón je v skutočnosti tiež obrovský "oblak" na celom povrchu Zeme a zmeny jeho hustoty sa dajú použiť na posúdenie pohybu vzdušných hmôt nad 10 km, rovnako ako poznáme smer vetra pri pohľade pri zamračenej oblohe počas zamračeného dňa. Na tieto účely by sa hustota ozónu mala merať v bodoch priestorovej mriežky s určitým 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.

FREÓNOVÝ BAN – KTO VYHRAJE? V roku 1973 Američania S. Rowland a M. Molina zistili, že atómy chlóru uvoľnené z niektorých prchavých umelých chemikálií pôsobením slnečného žiarenia môžu zničiť stratosférický ozón. Vedúcu úlohu v tomto procese prisúdili takzvaným freónom (chlórfluórovaným uhľovodíkom), ktoré sa v tom čase široko používali v domácich chladničkách, klimatizáciách, ako hnací plyn v aerosóloch atď. V roku 1995 títo vedci spolu s P. Krutzen boli za svoj objav ocenení nobelová cena v chémii.
Začali sa ukladať obmedzenia na výrobu a používanie chlórfluórovaných uhľovodíkov a iných látok, ktoré poškodzujú ozónovú vrstvu. Montrealský protokol o látkach, ktoré poškodzujú ozónovú vrstvu, ktorý kontroluje 95 zlúčenín, v súčasnosti podpísalo viac ako 180 štátov. V práve Ruská federácia o ochrane životného prostredia prírodné prostredie Existuje aj samostatný článok o
ochrana ozónovej vrstvy Zeme. Zákaz výroby a spotreby látok poškodzujúcich ozónovú vrstvu mal vážne ekonomické a politické dôsledky. Koniec koncov, freóny majú veľa výhod: v porovnaní s inými chladivami sú málo toxické, chemicky stabilné, nehorľavé a kompatibilné s mnohými materiálmi. Preto boli lídri chemického priemyslu, najmä v USA, spočiatku proti zákazu. K zákazu sa však neskôr pridal aj koncern DuPont, ktorý ako alternatívu k freónom navrhol používať hydrochlórofluorokarbóny a hydrofluorokarbóny.
IN západné krajiny„boom“ sa začal výmenou starých chladničiek a klimatizácií za nové, ktoré neobsahujú látky poškodzujúce ozónovú vrstvu, hoci takéto technické zariadenia sú menej účinné, menej spoľahlivé, spotrebujú viac energie a sú drahšie. Spoločnosti, ktoré boli priekopníkmi v používaní nových chladív, z toho profitovali a dosahovali obrovské zisky. Len v USA stoja zákazy CFC desiatky, ak nie viac, miliardy dolárov. Objavil sa názor, že takzvaná politika šetrenia ozónom by sa mohla inšpirovať vlastníkmi veľkých chemických korporácií s cieľom posilniť ich monopolné postavenie na svetovom trhu.

Pomocou novej metódy bola dynamika ozónovej vrstvy skúmaná v roku 2000, keď bola nad Antarktídou pozorovaná rekordná ozónová diera (Kashkin a kol., 2002). Na to boli použité satelitné údaje o hustote ozónu na celej južnej pologuli, od rovníka po pól. V dôsledku toho sa zistilo, že obsah ozónu je minimálny v strede lievika 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 vznikajú pri pohybe stratosférických vzdušných hmôt v smere poludníka a zemepisnej šírky. Ako sa to stane? Stratosféra je vyššie na teplom rovníku a nižšia na studenom póle. Prúdy vzduchu (spolu s ozónom) sa kotúľajú zo stratosféry ako kopec a pohybujú sa čoraz rýchlejšie od rovníka k pólu. Pohyb zo západu na východ nastáva pod vplyvom Coriolisovej sily spojenej s rotáciou Zeme. V dôsledku toho sa zdá, že prúdenie vzduchu je navinuté ako vlákna na vretene na južnej a severnej pologuli.

„Vreteno“ vzdušných hmôt rotuje počas celého roka na oboch pologuliach, ale výraznejšie sa prejavuje koncom zimy a začiatkom jari, pretože výška stratosféry na rovníku sa počas roka takmer nemení a na póloch je vyššia. v lete a nižšie v zime, keď je obzvlášť chladno.

Ozónová vrstva v stredných zemepisných šírkach sa vytvára v dôsledku silného prítoku z rovníka, ako aj v dôsledku fotochemických reakcií, ktoré sa vyskytujú na mieste. Ale ozón v oblasti pólu vďačí za svoj vznik najmä prúdeniu od rovníka a zo stredných zemepisných šírok a jeho obsah je tam dosť nízky. Fotochemické reakcie na póle, kde slnečné lúče padať pod malým uhlom, ísť pomaly a značnú časť ozónu prichádzajúceho z rovníka sa podarí cestou zničiť.

Na základe satelitných údajov o hustote ozónu bola predložená hypotéza o prirodzenom mechanizme vzniku ozónových dier.

Vzduchové masy sa však nie vždy takto pohybujú. V najchladnejších zimách, keď stratosféra nad pólom klesá veľmi nízko nad zemským povrchom a „kopec“ je obzvlášť strmý, sa situácia mení. Stratosférické prúdy sa valia tak rýchlo, že existuje efekt, ktorý pozná každý, kto sledoval, ako voda steká cez dieru 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 prúdy stratosférického vzduchu získajú dostatočne vysokú rýchlosť, odstredivá sila ich začína odtláčať od pólu smerom k stredným zemepisným šírkam. V dôsledku toho sa vzduchové hmoty pohybujú od rovníka a od pólu k sebe, čo vedie k vytvoreniu rýchlo rotujúceho "hriadeľa" víru v stredných zemepisných šírkach.

Výmena vzduchu medzi rovníkovými a polárnymi oblasťami ustáva a ozón z rovníka a zo stredných zemepisných šírok sa k pólu nedostane. Navyše ozón zostávajúci na póle, ako v centrifúge, je vytláčaný do stredných zemepisných šírok pomocou odstredivej sily, pretože je ťažší ako vzduch. Výsledkom je, že koncentrácia ozónu vo vnútri lievika prudko klesá - nad pólom sa vytvára ozónová „diera“ a v stredných zemepisných šírkach - oblasť s vysokým obsahom ozónu, ktorá zodpovedá „hriadeli“ cirkumpolárneho víru.

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

A čo v Arktíde?

Aj keď je dynamika stratosférických tokov, a teda aj ozónová vrstva na severnej a južnej pologuli vo všeobecnosti podobná, ozónová diera sa z času na čas vyskytuje nad južným pólom. Vyššie severný pól nie sú tu žiadne ozónové diery, pretože zimy sú miernejšie a stratosféra nikdy neklesne dostatočne nízko na to, aby vzdušné prúdy nabrali rýchlosť potrebnú na vytvorenie lievika.

Hoci cirkumpolárny vír vzniká aj na severnej pologuli, ozónové diery tam nie sú pozorované kvôli miernejším zimám ako na južnej pologuli.

Je tu ešte jeden dôležitý rozdiel. Na južnej pologuli rotuje cirkumpolárny vír takmer dvakrát rýchlejšie ako na severnej. A to nie je prekvapujúce: Antarktídu obklopujú moria a okolo nej je cirkumpolárny morský prúd – v podstate sa spolu otáčajú gigantické masy vody a vzduchu. Obrázok je iný na severnej pologuli: v stredných zemepisných šírkach sú kontinenty s pohoria, a trenie vzdušnej hmoty o zemského povrchu neumožňuje cirkumpolárnemu víru získať dostatočne vysokú rýchlosť.

V stredných zemepisných šírkach severnej pologule sa však občas objavia malé ozónové „diery“ iného pôvodu. Odkiaľ prišli? Pohyb vzduchu v stratosfére strednej šírky hornatej severnej pologule pripomína pohyb vody v plytkom prúde s kamenistým dnom, kedy sa na hladine vody tvoria početné víry. V stredných zemepisných šírkach severnej pologule zohrávajú úlohu spodného povrchového reliéfu teplotné rozdiely na rozhraní kontinentov a oceánov, pohorí a rovín.

Prudká zmena teploty na povrchu Zeme vedie k vzniku vertikálnych tokov v troposfére. Stratosférické vetry, ktoré sa zrážajú s týmito prúdmi, vytvárajú víry, ktoré sa môžu otáčať v oboch smeroch s rovnakou pravdepodobnosťou. V rámci nich sa objavujú oblasti s nízkym obsahom ozónu, teda ozónové diery oveľa menších rozmerov ako na južnom póle. A treba poznamenať, že takéto víry s rôznymi smermi rotácie boli objavené na prvý pokus.

Dynamika stratosférických prúdov vzduchu, ktorú sme sledovali pozorovaním ozónového oblaku, nám teda umožňuje poskytnúť vierohodné vysvetlenie mechanizmu vzniku ozónovej diery nad Antarktídou. K takýmto zmenám v ozónovej vrstve v dôsledku aerodynamických javov v stratosfére došlo zrejme dávno pred objavením sa človeka.

Všetko 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 vznik ozónových dier – robiť unáhlené závery o takýchto dôležitých otázkach je neprijateľné.

Z kyslíka pod vplyvom ultrafialových lúčov. Atmosféra Zeme má ozónovú vrstvu vo výške asi 25 kilometrov: vrstva tohto plynu husto obklopuje našu planétu a chráni ju pred vysokou koncentráciou ultrafialového žiarenia. Nebyť tohto plynu, intenzívna radiácia by mohla zabiť všetok život na Zemi.

Ozónová vrstva je dosť tenká, nedokáže úplne ochrániť planétu pred prienikom žiarenia, ktoré má škodlivý vplyv na štát a spôsobuje choroby. Ale na dlhú dobu to stačilo na ochranu Zeme pred nebezpečenstvom.

V 80. rokoch 20. storočia sa zistilo, že v ozónovej vrstve sú oblasti, kde je obsah tohto plynu značne znížený – takzvané ozónové diery. Prvú dieru objavili nad Antarktídou britskí vedci, boli ohromení rozsahom javu - úsek s priemerom viac ako tisíc kilometrov nemal takmer žiadnu ochrannú vrstvu a bol vystavený silnejšiemu ultrafialovému žiareniu.

Neskôr sa našli ďalšie ozónové diery, menšie, no nemenej nebezpečné.

Príčiny vzniku ozónových dier

Mechanizmus tvorby ozónovej vrstvy v zemskej atmosfére je pomerne zložitý a k jeho narušeniu môžu viesť rôzne dôvody. Spočiatku vedci ponúkali veľa verzií: a vplyv častíc vytvorených počas atómové výbuchy, a dopad sopečnej erupcie El Chicon, dokonca boli vyjadrené názory na aktivity mimozemšťanov.

Príčinami úbytku ozónovej vrstvy môže byť absencia slnečného žiarenia, tvorba stratosférických mrakov, polárne víry, no najčastejšie koncentrácia tohto plynu klesá v dôsledku jeho reakcií s rôznymi látkami, ktoré môžu byť prírodné, resp. antropogénny charakter. Molekuly sa ničia pod vplyvom vodíka, kyslíka, chlóru, Organické zlúčeniny. Vedci zatiaľ nevedia jednoznačne povedať, či vznik ozónových dier spôsobuje najmä ľudská činnosť, alebo je to prirodzené.

Je dokázané, že freóny uvoľňované pri prevádzke mnohých zariadení spôsobujú straty ozónu v stredných a vysokých zemepisných šírkach, ale neovplyvňujú vznik polárnych ozónových dier.

Je pravdepodobné, že kombinácia mnohých, ľudských aj prírodných faktorov, viedla k vytvoreniu ozónových dier. Na jednej strane sa zvýšila sopečná činnosť, na druhej strane ľudia začali vážne ovplyvňovať prírodu - ozónová vrstva nemôže byť len z uvoľnenia freónu, ale aj z kolízie s nepodarenými satelitmi. Vzhľadom na pokles počtu vybuchujúcich sopiek od konca 20. storočia a obmedzenie používania freónov sa situácia začala mierne zlepšovať: vedci nedávno zaznamenali malú dieru nad Antarktídou. Podrobnejšie štúdium poškodzovania ozónovej vrstvy umožní zabrániť vzniku týchto oblastí.

Úvod

Ozónová diera s priemerom viac ako 1000 km bola prvýkrát objavená v roku 1985 na južnej pologuli skupinou britských vedcov v Antarktíde. Každý august sa objavil, v decembri alebo januári prestal existovať. Ďalšia menšia diera sa tvorila nad severnou pologuľou v Arktíde.

Ozónová diera- lokálny pokles koncentrácie ozónu v ozónovej vrstve Zeme. Podľa všeobecne akceptovanej teórie vo vedeckej komunite sa v druhej polovici 20. storočia neustále zväčšoval vplyv tzv. antropogénny faktor v podobe uvoľňovania freónov s obsahom chlóru a brómu viedlo k výraznému stenčovaniu ozónovej vrstvy, pozri napríklad správu Svetovej meteorologickej organizácie:

Tieto a ďalšie nedávne vedecké zistenia posilnili záver predchádzajúcich hodnotení, že váha v prospech vedeckých dôkazov naznačuje, že pozorovaná strata ozónu v stredných a vysokých zemepisných šírkach je spôsobená najmä antropogénnymi zlúčeninami obsahujúcimi chlór a bróm.

Podľa inej hypotézy môže byť proces vzniku „ozónových dier“ do značnej miery prirodzený a nesúvisí len so škodlivými vplyvmi ľudskej civilizácie.

Mechanizmus vzdelávania

Kombinácia faktorov vedie k zníženiu koncentrácie ozónu v atmosfére, z ktorých hlavným je odumieranie molekúl ozónu pri reakciách s rôznymi látkami antropogénneho a prírodného pôvodu, absencia slnečného žiarenia počas polárnej zimy, najmä stabilný polárny vír, ktorý bráni prenikaniu ozónu zo subpolárnych zemepisných šírok, a vytváranie polárnych stratosférických oblakov (PSC), ktorých povrchové častice katalyzujú reakcie rozpadu ozónu. Tieto faktory sú typické najmä pre Antarktídu, v Arktíde je polárny vír oveľa slabší pre chýbajúci kontinentálny povrch, teplota je o niekoľko stupňov vyššia ako v Antarktíde a PSO sú menej časté a majú tendenciu sa lámať. až začiatkom jesene. Keďže sú molekuly ozónu reaktívne, môžu reagovať s mnohými anorganickými a organickými zlúčeninami. Hlavnými látkami, ktoré prispievajú k deštrukcii molekúl ozónu, sú jednoduché látky vodík, atómy kyslíka chlór bróm), anorganické (hydrochlorid oxid dusnatý) a organické zlúčeniny metánu, fluórchlóru a fluórbrómfreónov, ktoré emitujú atómy chlóru a brómu). Na rozdiel napríklad od hydrofluorofreónov, ktoré sa rozkladajú na atómy fluóru, ktoré zase rýchlo reagujú s klenbou za vzniku stabilného fluorovodíka. Fluór sa teda nezúčastňuje na reakciách rozpadu ozónu Jód tiež neničí stratosférický ozón, pretože organické látky obsahujúce jód sú takmer úplne spotrebované aj v troposfére. Hlavné reakcie, ktoré prispievajú k ničeniu ozónu, sú uvedené v článku proozónová vrstva.

Dôsledky

Oslabenie ozónovej vrstvy zvyšuje tok slnečného žiarenia na zem a spôsobuje nárast počtu rakovín kože u ľudí. Rastliny a zvieratá tiež trpia zvýšenou úrovňou radiácie.

Obnova ozónovej vrstvy

Hoci ľudstvo prijalo opatrenia na obmedzenie emisií freónov obsahujúcich chlór a bróm prechodom na iné látky, ako sú freóny obsahujúce fluór , proces obnovy ozónovej vrstvy potrvá niekoľko desaťročí. V prvom rade je to kvôli obrovskému objemu freónov už nahromadených v atmosfére, ktoré majú životnosť desiatky a dokonca stovky rokov. Sprísnenie ozónovej diery by sa preto nemalo očakávať skôr ako v roku 2048.

Mylné predstavy o ozónovej diere

O vzniku ozónových dier koluje niekoľko rozšírených mýtov. Napriek svojej nevedeckej povahe sa často objavujú v médiách – niekedy z nevedomosti, inokedy podporované priaznivcami konšpiračné teórie. Niektoré z nich sú uvedené nižšie.

Freóny sú hlavnými ničiteľmi ozónu.

Toto tvrdenie platí pre stredné a vysoké zemepisné šírky. Vo zvyšku je cyklus chlóru zodpovedný len za 15-25% straty ozónu v stratosfére. Treba si uvedomiť, že 80 % chlóru je antropogénneho pôvodu. (podrobnejšie o prínose rôznych cyklov pozri čl. ozónová vrstva). To znamená, že ľudský zásah značne zvyšuje príspevok cyklu chlóru. A vzhľadom na tendenciu zvyšovať produkciu freónov pred nadobudnutím účinnosti Montrealský protokol(10 % ročne) 30 až 50 % celkových strát ozónu v roku 2050 by bolo spôsobených expozíciou CFC. Pred zásahom človeka boli procesy tvorby ozónu a jeho ničenia v rovnováhe. Ale freóny emitované ľudskou činnosťou posunuli túto rovnováhu smerom k zníženiu koncentrácie ozónu. Čo sa týka polárnych ozónových dier, situácia je úplne iná. Mechanizmus ničenia ozónu je zásadne odlišný od vyšších zemepisných šírok, kľúčovým štádiom je premena neaktívnych foriem látok obsahujúcich halogén na oxidy, ku ktorej dochádza na povrchu častíc polárnych stratosférických oblakov. A v dôsledku toho sa takmer všetok ozón zničí pri reakciách s halogénmi, chlór je zodpovedný za 40-50% a bróm je asi 20-40%.

DuPont inicioval zákaz starých a prechod na nové typy freónov, pretože ich patent vypršal

DuPont po zverejnení údajov o účasti freónov na ničení stratosférického ozónu prijal túto teóriu nepriateľsky a minul milióny dolárov na tlačovú kampaň na ochranu freónov. Predseda DuPont napísal v článku v Chemical Week 16. júla 1975, že teória poškodzovania ozónovej vrstvy je sci-fi, nezmysel, ktorý nedáva zmysel. Okrem DuPontu celý riadok spoločnosti po celom svete vyrábajú a vyrábajú rôzne druhy freónov bez zrážky z licenčných poplatkov

Freóny sú príliš ťažké na to, aby sa dostali do stratosféry

Niekedy sa tvrdí, že keďže molekuly freónu sú oveľa ťažšie ako dusík a kyslík, nemôžu dosiahnuť stratosféru vo významných množstvách. Atmosférické plyny sú však úplne zmiešané a nie sú stratifikované ani triedené podľa hmotnosti. Odhady potrebného času na difúznu separáciu plynov v atmosfére vyžadujú časy rádovo tisícky rokov. V dynamickej atmosfére to samozrejme nie je možné. Procesy vertikálneho prenosu hmoty konvekcie a turbulencie úplne premiešajú atmosféru pod turbopauzou oveľa rýchlejšie. Preto sú aj také ťažké plyny, akými sú inertné freóny, rovnomerne rozložené v atmosfére, pričom sa dostávajú okrem iného aj do stratosféry. Experimentálne merania ich koncentrácií v atmosfére to potvrdzujú; Merania tiež ukazujú, že plynom uvoľneným na zemský povrch trvá približne päť rokov, kým sa dostanú do stratosféry, pozri druhý graf vpravo. Ak by sa plyny v atmosfére nezmiešali, tak také ťažké plyny z jej zloženia ako oxid uhličitý by vytvorili na zemskom povrchu vrstvu hrubú niekoľko desiatok metrov, čím by sa zemský povrch stal neobývateľným. Našťastie to tak nie je. Ikryptón s atómovou hmotnosťou 84 a hélium s atómovou hmotnosťou 4 majú rovnakú relatívnu koncentráciu, aká je blízko povrchu, čo je až 100 km na výšku. Samozrejme, všetko vyššie uvedené platí len pre plyny, ktoré sú relatívne stabilné, ako sú freóny alebo inertné plyny. Látky, ktoré vstupujú do reakcií a sú tiež vystavené rôznym fyzikálnym vplyvom, povedzme, rozpúšťajú sa vo vode, majú závislosť koncentrácie od výšky.

Hlavné zdroje halogénov sú prírodné, nie antropogénne

Predpokladá sa, že prírodné zdroje halogénov, ako sú sopky a oceány, sú pre proces poškodzovania ozónovej vrstvy dôležitejšie ako tie, ktoré produkuje človek. Bez toho, aby sme spochybňovali podiel prírodných zdrojov na celkovej rovnováhe halogénov, je potrebné poznamenať, že vo všeobecnosti sa nedostanú do stratosféry, pretože sú rozpustné vo vode (hlavne chloridové ióny a chlorovodík) a vymývajú sa atmosfére, padajúcej ako dážď na zem. Prírodné zlúčeniny sú tiež menej stabilné ako freóny, napríklad metylchlorid má životnosť v atmosfére len asi rok, v porovnaní s desiatkami a stovkami rokov v prípade freónov. Preto je ich príspevok k ničeniu stratosférického ozónu pomerne malý. Dokonca aj zriedkavá erupcia sopky Pinatubo v júni 1991 spôsobila pokles hladiny ozónu nie v dôsledku uvoľnených halogénov, ale v dôsledku tvorby veľkej masy aerosólov kyseliny sírovej, ktorej povrch katalyzoval reakcie ničenia ozónu. Našťastie sa po troch rokoch podarilo z atmosféry odstrániť takmer celú masu sopečných aerosólov. Sopečné erupcie sú teda relatívne krátkodobé faktory ovplyvňujúce ozónovú vrstvu, na rozdiel od freónov, ktoré majú životnosť desiatky a stovky rokov.

Ozónová diera musí byť nad zdrojmi freónov

Mnohí nechápu, prečo ozónová diera vzniká v Antarktíde, keď hlavné emisie freónov sa vyskytujú na severnej pologuli. Faktom je, že freóny sú dobre zmiešané v troposfére a stratosfére. Vzhľadom na ich nízku reaktivitu sa v spodných vrstvách atmosféry prakticky nespotrebúvajú a majú životnosť niekoľko rokov až desaťročí. Preto sa ľahko dostanú do vyšších vrstiev atmosféry. Antarktická „ozónová diera“ neexistuje natrvalo. Objavuje sa koncom zimy - skoro na jar. Príčiny vzniku ozónovej diery v Antarktíde súvisia s miestnou klímou. Nízke teploty antarktickej zimy vedú k vytvoreniu polárneho víru. Vzduch vo vnútri tohto víru sa pohybuje väčšinou po uzavretých dráhach okolo južného pólu. V tomto čase nie je polárna oblasť osvetlená Slnkom a nevyskytuje sa tam ozón. S príchodom leta sa množstvo ozónu zvyšuje a opäť dosahuje svoju predchádzajúcu normu. To znamená, že kolísanie koncentrácie ozónu nad Antarktídou je sezónne. Ak však sledujeme priemernú dynamiku zmien koncentrácie ozónu a veľkosti ozónovej diery v priebehu roka za posledné desaťročia, potom existuje striktne definovaný trend k poklesu koncentrácie ozónu.

Ozón sa vyčerpáva iba nad Antarktídou

Vývoj ozónovej vrstvy nad Arosou vo Švajčiarsku

Nie je to pravda, hladina ozónu klesá aj v celej atmosfére. Ukazujú to výsledky dlhodobých meraní koncentrácie ozónu v rôznych častiach planéty. Môžete sa pozrieť na graf ozónu nad Arosou vo Švajčiarsku vpravo.