Что такое озоновые дыры и чем они опасны для населения земли. озоновая дыра что такое

Технический прогресс и озоновые дыры

Озоновая дыра (или аномалия) – это снижение концентрации озона в стратосфере над определенным районом планеты. Наиболее известна антарктическая озоновая дыра. Когда после полярной ночи здесь наступает весна, над значительной частью Антарктиды наблюдается снижение общего содержания озона до 220, иногда даже до 80 единиц Добсона. Одновременно с этим в нижних слоях стратосферы наблюдаются температуры ниже –80 градусов и стратосферные полярные облака. Ученые полагают, что на поверхности этих облаков происходят реакции, разрушающие озон. Катализаторами этого процесса выступают фтор- и хлорсодержащие вещества.

Вещества, разрушающие озон, попадают в воздух из выбросов теплоэлектростанций, заводов, фабрик. Молекулы О3 ввиду своей активности могут реагировать с ними. Таким образом, деятельность человека способствует истощению слоя этого газа.

В осенний и зимний период над Арктикой также образуются озоновые дыры. Однако они имеют меньшую площадь. Время их «жизни» – не более недели.

История обнаружения

Вред, наносимый озоновому экрану хлорфторуглеродами, гирохлорфторуглеродами был обнаружен случайно. В 1974 г. химики Марио Молина и Фрэнк Роланд, работающие в Калифорнийском университете, высказали предположение, что хлорфторуглероды способны разрушать озон. С подобной гипотезой выступил П. Крутцен, исследуя свойства закиси азота.

Но такая связь человеческой деятельности и разрушения озонового слоя была на то время неочевидной. Более того, производители фреонов жестко критиковали ученых. Доказательства о существовании озоновых дыр и связи с ними человеческой деятельности были получены в 1985 г.

В этом году впервые группой британских ученых была обнаружена озоновая дыра над Антарктидой диаметром более 1 тыс. км. Тогда же была опубликована статья об этом в журнале Nature. Дыра появлялась каждый август, а в декабре «затягивалась». Вскоре были установлены некоторые закономерности этого процесса.

Результаты исследований оказались пугающими. Американские ученые, проводившие спутниковые исследования, подтвердили наличие озоновой аномалии. В дальнейшем обнаружено ее увеличение. Стало очевидно, что на решение проблемы разрушения озонового слоя могут уйти десятилетия, и то при условии, что использование озоноразрушающих веществ полностью прекратится.

 Механизм образования

Во время полярной ночи озон не образуется, потому что ультрафиолет не может воздействовать на молекулы кислорода. В свою очередь молекулы озона опускаются и разрушаются, потому что являются неустойчивыми в нормальных условиях. Препятствовать проникновению озона из приполярных широт могут полярные вихри и образование стратосферных облаков. Все это – естественные механизмы образования озоновых дыр.

Это – антропогенный фактор в разрушении озонового слоя.

 Антарктическая озоновая дыра

Эта озоновая аномалия образуется в течение продолжительных полярных ночей. Однако в результате техногенных выбросов площадь озоновой дыры заметно увеличилась. Впервые ученые с тревогой заговорили о ней в середине 1980-х гг.

В последние годы размеры антарктической озоновой дыры значительно увеличился. В октябре 2020 года ее площадь составила примерно 24 млн. км2. Это тревожная тенденция: дальнейшее истощение озоновой защиты грозит жизни на Земле.

Распространенные мифы

В результате этого появились многочисленные ненаучные мифы, поддерживаемые конспирологами. Вот наиболее распространенные заблуждения относительно озоновых дыр.

1. Фреоны тяжелые, а поэтому не достигают стратосферы. Действительно, они тяжелые, однако они в результате постоянного движения воздушных потоков равномерно распределяются в атмосферной оболочке, достигая за определенное время стратосферы. Если бы эта теория была правильной, то, к примеру, углекислота, являющаяся тяжелее воздуха, образовала бы мощный приземный слой, и жизнь на планете была бы невозможной.
2. Вред от фреонов – вымысел, поддерживаемый производителями более дорогих хладагентов. В то же время фреоны дешевые, и их можно активно использовать в технологическом процессе. Этот миф легко опровергается результатами научных исследований.
3. Озоновые дыры должны быть не над Антарктидой, а над промышленными центрами. Это было бы правильно, если бы воздух в атмосфере не перемешивался бы.

Познакомимся с наиболее интересными вопросами и ответами

Адам Калиматов, председатель центрального совета Всероссийского общественного движения «Волонтеры Экологи», расскажет о возникновении озоновых дыр и ответит на самые популярные вопросы.

Можно ли озоновые дыры залатать? И смогут ли они самостоятельно затянуться?

Озоновые дыры могут самостоятельно затянуться, однако этот процесс будет длительным и займет много десятилетий. Восстановлению озонового слоя могут способствовать использование альтернативных технологий и сокращение производства и использования ХФС.

Каковы различные мифы о возникновении озоновых дыр?

Существуют разные мифы о том, что озоновые дыры образуются от выгорания лесов. Однако, это утверждение неверное. Еще один распространенный миф состоит в том, что использование солнцезащитных средств может сильнее разрушить озоновый слой. Однако, это тоже не соответствует действительности.

Как связаны озоновые дыры с другими экологическими проблемами?

Озоновые дыры имеют прямую связь с изменением климата и загрязнением воздуха. Решение этих проблем включает в себя ограничение и сокращение использования веществ, способствующих разрушению озонового слоя.

Источники

1. Санникова Д. А. Озоновые дыры. Меньшов Е.Н. (ред.) – 2021. С. 160.
2. Вострикова М. А., Шкода В. В. Проблема озоновых дыр – глобальная задача человечества // Ответственный редактор: Сукиасян А. А., к. э. н., ст. преп. – 2014. – С. 11.
3. Аверина Н. И., Лопаева Н. Л. Озоновые дыры // Современная аграрная наука: проблемы и пути решения. – 2020. – С. 169-170. https://elibrary.ru/download/elibrary_44220752_50846841.pdf
4. Часовских С. В. Озоновые дыры // Молодежь и научно-технический прогресс. – 2022. – С. 420-422. https://elibrary.ru/download/elibrary_49295038_24956185.pdf

Причины разрушения озонового слоя

Причинами истощения и разрушения озонового слоя являются факторы двух типов:

• естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха);
• антропогенные (обусловленные влиянием человека).

Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.

Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.

Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет вулканическая активность. При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.

Однако в последние десятилетия разрушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.

Основные источники загрязнения атмосферного пространства:

• заводы и фабрики, не снабженные или недостаточно снабженные очистными установками;
• ТЭЦ;
• вносимые в обрабатываемые земли минеральные удобрения;
• реактивные самолеты;
• ядерные взрывы.

При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.

Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.

Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.

Озоновые дыры: причины и последствия

Что такое озоновые дыры?

Где находятся озоновые дыры?

Как образуются озоновые дыры?

Причины озоновых дыр

Последствия озоновых дыр

Как бороться с озоновыми дырами

Озоновые дыры, видео

Не секрет, что наша планета Земля уникальна в Солнечной системе, поскольку это единственная планета, на которой существует жизнь. И в том числе зарождение жизни на Земле было возможно благодаря специальному защитному шару из озона, который покрывает нашу планету на высоте в 20-50 км.

Что такое озон и зачем он нужен? Само слово «озон» с греческого переводится как «пахнущий», ведь именно его запах, мы можем ощущать после дождя. Озон это голубой газ, состоящий из трехатомных молекул кислорода, по сути такой еще более концентрированный кислород.

К сожалению, мы, люди, не ценим того, что было создано природой (или Богом) на протяжении миллиардов лет, и одним из результатов разрушительной деятельности человека, стало появление озоновых дыр, о которым мы и поговорим в сегодняшней статье.

Что такое озоновые дыры?

Для начала определимся с самим понятием «озоновая дыра», что она из себя представляет. Дело в том, что многие люди ошибочно представляют озоновую дыру как некую брешь в атмосфере нашей планете, месте, в котором озоновый шар полностью отсутствует.

На самом деле это не совсем так, он не то, чтобы совсем отсутствует, просто концентрация озона в месте озоновой дыры в разы ниже, чем следовало бы быть.

Как результат, ультрафиолетовым лучам легче попадать на поверхность планеты, и оказывать свое разрушительное действие именно в местах озоновых дыр.

Где находятся озоновые дыры?

Что же, в таком случает, закономерным будет вопрос о расположении озоновых дыр. Первая озоновая дыра в истории была обнаружена в 1985 году над Антарктидой, по подсчетам ученых, диаметр этой озоновой дыры составлял 1000 км. Причем озоновая эта дыра имеет весьма странное поведение: она появляется каждый раз в августе и исчезает к началу зимы, чтобы вновь появится в августе.

Чуть позже другая озоновая дыра, правда, меньших размеров, была обнаружена уже над Арктикой. В наше же время множество мелких озоновых дыр обнаружено в разных местах, но озоновая дыра над Антарктидой занимает пальму первенства по своим размерам.

Фото озоновой дыры над Антарктидой.

Как образуются озоновые дыры?

Дело в том, что на полюсах вследствие низкой тамошней температуры образуются стратосферные облака, содержащие в себе ледяные кристаллики.

Когда эти облака соприкасаются с молекулярным хлором, попадающим в атмосферу, происходит целая серия химических реакций, результатом которых является разрушение молекул озона, происходит сокращение его количества в атмосфере. И как результат образуется озоновая дыра.

Причины озоновых дыр

Каковы причины возникновения озоновых дыр? Причин этого явления есть несколько, и самая главная из них – загрязнение окружающей среды. Множество фабрик, заводов, дымовых газовых ТЕЦ выбрасывают в атмосферу, в том числе, и злополучный хлор, и тот уже вступая в химические реакции, делает бум в атмосфере.

Также появлению озоновых дыр в немалой степени способствовали ядерные испытания, проводившиеся в прошлом веке. При ядерных взрывах в атмосферу попадают окиси азота, которые вступая в химические реакции с озоном, также разрушают его.

Реактивные самолеты, летающие в облаках, также способствуют появлению озоновых дыр, поскольку каждый их полет сопровождается выбросом в атмосферу той же окиси азота, губительной для нашего защитного озонового шара.

Последствия озоновых дыр

Последствия расширения озоновых дыр, разумеется, не самые радужные – вследствие усиленного ультрафиолетового излучение может увеличится количество людей с заболеванием раком кожи.

Помимо этого падает общий иммунитет человека, что приводим и ко многим другим болезням.

Впрочем, от усиленного ультрафиолетового излучения, проходящего сквозь озоновую дыру, могут страдать и не только люди, но и, например, жители верхних слоев океана: креветки, крабы, водоросли. Чем опасны озоновые дыры для них? Все теми же проблемами с иммунитетом.

Как бороться с озоновыми дырами

Решение проблемы озоновых дыр учеными было предложено следующее:

• Начать регулирование выброса разрушительных для озона химических элементов в атмосферу.
• Начать восстанавливать штучным путем количество озона на месте озоновых дыр. Делать это таким образом, при помощи летательных аппаратов на высоте 12-30 км распылять штучный озон в атмосфере. Недостатком этого метода является необходимость существенных экономических издержек, да и значительное количество озона за раз распылить в атмосфере при современных технологиях, увы, невозможно.

window.yaContextCb.push(()=>{ Ya.Context.AdvManager.render({ «blockId»: «R-A-5609384-2», «renderTo»: «yandex_rtb_R-A-5609384-2» }) }) Причины образования озоновых дыр в России и в мире

Как уже упоминалось, главной причиной появления опасных для жизни озоновых дыр является деятельность человека. Давайте рассмотрим эту проблему более подробно.

1. Хлорфторуглероды

Эти вещества, также известные как CFC, являются органическими соединениями, состоящими из атомов хлора, фтора и углерода. Ранее их широко использовали в качестве пропеллентов и холодильных агентов в холодильниках, кондиционерах и промышленных системах охлаждения. Эти вещества могли находиться в атмосфере десятилетиями, разрушая озоновый слой и препятствуя его восстановлению.

Фото: Sergei A, pexels.com

— По словам Адама Калиматова, вредоносные вещества, такие как CFC и другие хлорсодержащие соединения, при воздействии ультрафиолетового света распадаются и высвобождают хлор и другие галогены. Эти вещества затем реагируют с озоном, разрушая его молекулы.

Однако с 1974 года, когда был обнаружен разрушительный эффект CFC на озоновый слой, их использование запрещено Монреальским протоколом. Этот международный договор предусматривает прекращение производства озоноразрушающих веществ и был подписан 196 странами, включая Россию.

2. Вещества, образующиеся при сгорании

Кроме хлорфторуглеродов на молекулы озона негативное влияние оказывают также углекислый газ, оксид углерода, сернистый газ и другие продукты, образующиеся при сгорании. Эти вещества попадают в атмосферу в результате выбросов промышленных предприятий, заводов, дымовых газовых ТЭЦ. Также выбросы от автотранспорта способствуют разрушению озонового слоя.

3. Воздушные суда и ракеты

Одним из факторов, способствующих появлению озоновых дыр, являются самолеты, которые летают на высоте от 12 до 16 километров. В результате химических реакций в их двигателях образуются окислы азота, которые разрушают молекулы озона. Кроме того, космические ракеты “выжигают” дыры в озоновом слое.

4. Использование минеральных удобрений

Когда удобрения попадают в почву, они вступают в реакцию с бактериями, что приводит к образованию оксидов азота через сложные химические процессы.

Роль сельского хозяйства в устойчивом развитии

Danone, как компания-производитель молочных продуктов, тесно связана с землей: качество и количество молока зависит от кормов, которые выращиваются. Но компания Danone, развивающаяся в соответствии с мировой ESG-повесткой, придает большое значение сохранению природы для будущих поколений и стремится найти баланс между экономической выгодой и окружающей средой. Суть концепции регенеративного сельского хозяйства Danone заключается в том, чтобы вести хозяйство таким образом, чтобы одновременно восстанавливать природу, которая пострадала от вмешательства бизнеса.

Данная концепция предусматривает поддержание здоровья почвы и повышение ее плодородия. Для достижения этой цели Danone приняла следующие меры:

• Отказ от использования химических удобрений и пестицидов,• Отказ от рыхления почвы и многолетнего возделывания, что приводит к истощению ресурса.

Для сохранения плодородия своей земли применяются специальные методы, которые также благотворно воздействуют на местную растительность и животный мир, а также помогают предотвратить эрозию и активнее поглощать углерод

Особое внимание уделяется правильному использованию навоза: с одной стороны, это помогает избежать загрязнения на фермах, а с другой стороны, повторное использование навоза в качестве экологического удобрения положительно сказывается на состоянии почвы и ее биологических систем, а также позволяет предприятию сократить расходы

5. Испытания ядерного оружия

Одной из причин образования озоновых дыр являются проводимые испытания ядерного оружия. При взрывах выделяется значительное количество оксидов азота, которые негативно сказываются на состоянии озонового слоя. Согласно исследованиям ученых, за период проведения этих испытаний с 1952 по 1971 год было выпущено около 3 миллионов тонн азотных соединений в атмосферу.

Что такое озоновый слой?

Озоновый слой образовался 1,85-0,85 млрд. лет назад, после так называемой кислородной революции, когда морские растения в процессе фотосинтеза образовали огромное количество кислорода, изменив состав атмосферы. Собственно озон (O₃) — легкий голубоватый газ с характерным запахом (его можно почувствовать после грозы). Он формируется из кислорода (O₂) под воздействием сильных электрических разрядов (например молний), либо исходящего от Солнца ультрафиолетового излучения в стратосфере на высоте 15–30 км, где он образует озоновый слой. Во время этого процесса поглощается часть наиболее жесткого излучения, смертельно опасного для людей, животных и растений. Остальное излучение поглощается самим озоном, в результате чего он сам распадается. 

Атмосфера Земли. Фото: NASA

Этот сложный процесс, происходящий на протяжении многих миллионов лет, обеспечивает саму возможность существования большинства организмов на нашей планете. Озоновый слой изначально нестабилен и неоднороден, так как озон легко вступает в реакции со многими химическими элементами. Он разрушается, например, при взаимодействии с газами, вырывающимися во время извержения вулканов. В отсутствии солнечного света — а значит, и ультрафиолетового излучения — озон прекращает формироваться, поэтому в районах Северного и Южного полюсов во время полярной ночи озоновый слой истощается, а полярные вихри препятствуют притоку озона из других регионов. Только ближе к лету концентрация озона начинает восстанавливаться.

Исследования ученых показали, что 360 млн. лет назад озоновый слой уже истощился в результате резкого потепления. Несколько тысячелетий ультрафиолетовые лучи проникали сквозь истончившуюся защиту, приведя к массовому вымиранию множества видов растений и животных. Тот период не смогли пережить, например, доминировавшие тогда пластинокожие рыбы. Наши же предки, очевидно, выжили и стали более устойчивыми к вредоносному излучению, а когда озоновый слой восстановился, переселились на сушу и счастливо продолжили эволюционировать.

История обнаружения и причины возникновения озоновых дыр

В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина и Фрэнк Шервуд Роланд предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества – закиси азота – выступил голландский физик Пол Крутцен.

К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. Было достоверно установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; от ультрафиолета гибнет фитопланктон – кормовая база обитателей Мирового океана; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека – растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК.

Рис 1. Опасность озоновых дыр. Уязвимость человека для солнечного ультрафиолета

Однако связь этих воздействий с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Более того, производители хладагентов и часть ученых выступили с жесткой критикой гипотезы, предполагавшей такую связь, отрицая само существование проблемы озоновых дыр.

Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году.

Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь — первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями.

Фарман в общих чертах разработал химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений, и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных.

Результаты исследований оказались пугающими и в некоторой степени невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено.

Термин «озоновая дыра» — условный, стратосферный озоновый щит сохраняет свою целостность, и на поверхности Земли нет места, которое совершенно не было бы прикрыто этим естественным защитным экраном. Дырой называют область с содержанием озона ниже 220 единиц Добсона. 1 единица Добсона соответствует слою озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или содержанию 2,69·10^16 молекул озона в атмосферном столбе с площадью основания в 1 квадратный сантиметр поверхности Земли (0,447 миллимоля на квадратный метр).

Уже в начале 1980-х ученым стало понятно: чтобы из атмосферы исчезли озоноразрушающие вещества и проблема озоновых дыр на Земле была бы решена, потребуются десятилетия, поскольку процессы разложения ОРВ идут медленно: так, срок жизни в атмосфере хладагента R12, одного из самых распространенных ХФУ, — около 100 лет. Ждать окончательного подтверждения этой теории было слишком опасно, и осознание этого побудило международное сообщество к принятию незамедлительных мер.