Понастоящем е общоприето, че целият живот на Земята е защитен от озоновия слой от вредното въздействие на силното, биологично опасно ултравиолетово лъчение. Следователно, значително безпокойство в целия свят беше предизвикано от съобщението, че в този слой са открити „дупки“ - области, където дебелината на озоновия слой е значително намалена. След поредица от изследвания се стигна до заключението, че разрушаването на озона се улеснява от фреони - флуорохлорирани производни на наситени въглеводороди (C n H 2n + 2), имащи химични формули като CFCl 3, CHFCl 2, C 3 H 2 F 4 Cl 2 и други. По това време фреоните вече бяха намерили широко приложение: те служеха като работно вещество в домашни и промишлени хладилници, те бяха използвани като пропелант (изтласкващ газ) за зареждане на аерозолни кутии с парфюми и битови химикали и бяха използвани за разработването на някои технически фотоматериали. И тъй като течовете на фреон са колосални, през 1985 г. е приета Виенската конвенция за защита на озоновия слой, а на 1 януари 1989 г. е изготвен Международният (Монреалски) протокол за забрана на производството на фреони. Въпреки това старши изследовател в един от московските институти Н. И. Чугунов, специалист в областта на физическата химия, участник в съветско-американските преговори за забрана на химическите оръжия (Женева, 1976 г.), имаше сериозни съмнения относно „основателствата на ” на озона в защитата от ултравиолетовото лъчение и във „вината” на фреоните за разрушаването на озоновия слой.
Същността на предложената хипотеза е, че целият живот на Земята е защитен от биологично опасното ултравиолетово лъчение не от озона, а от атмосферния кислород. Именно кислородът абсорбира тази късовълнова радиация и се превръща в озон. Нека разгледаме хипотезата от гледна точка на основния закон на природата - закона за запазване на енергията.
Ако, както се смята сега, озоновият слой блокира ултравиолетовото лъчение, тогава той поглъща енергията му. Но енергията не може да изчезне безследно и затова нещо трябва да се случи с озоновия слой. Вариантите са няколко.
Преобразуване на радиационна енергия в топлинна енергия.Последицата от това би трябвало да е затопляне на озоновия слой. Той обаче се намира на височината на постоянно студена атмосфера. А първият регион на повишена температура (така нареченият мезопик) е повече от два пъти по-висок от озоновия слой.
Ултравиолетовата енергия се изразходва за унищожаването на озона.Ако това е така, рухва не само основната теза за защитните свойства на озоновия слой, но и обвиненията срещу „коварните” индустриални емисии, които уж го унищожават.
Натрупване на радиационна енергия в озоновия слой.Не може да продължава вечно. В един момент ще бъде достигната границата на насищане на озоновия слой с енергия и тогава най-вероятно ще настъпи експлозивна химическа реакция. Въпреки това, никой никога не е наблюдавал експлозии в озоновия слой в природата.
Несъответствието със закона за запазване на енергията показва, че мнението, че озоновият слой поглъща силно ултравиолетово лъчение, е неоснователно.
Известно е, че на височина 20-25 километра над Земята озонът образува слой с повишена концентрация. Възниква въпросът - откъде се е появил там? Ако разглеждаме озона като дар от природата, тогава той не е подходящ за тази роля - той се разлага твърде лесно. Освен това процесът на разлагане има тази особеност, че когато съдържанието на озон в атмосферата е ниско, скоростта на разлагане е ниска, а с увеличаване на концентрацията тя рязко се увеличава, а при 20-40% от съдържанието на озон в кислорода разлагането протича с експлозия. И за да се появи озон във въздуха, някакъв енергиен източник трябва да взаимодейства с атмосферния кислород. Това може да бъде електрически разряд (особената „свежест“ на въздуха след гръмотевична буря е следствие от появата на озон), както и късовълнова ултравиолетова радиация. Именно облъчването на въздуха с ултравиолетово лъчение с дължина на вълната около 200 нанометра (nm) е един от начините за получаване на озон в лабораторни и индустриални условия.
Ултравиолетовото лъчение от Слънцето е в диапазона на дължината на вълната от 10 до 400 nm. Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова повече енергия носи радиацията. Радиационната енергия се изразходва за възбуждане (преход към по-високо енергийно ниво), дисоциация (отделяне) и йонизация (превръщане в йони) на молекулите на атмосферния газ. Изразходвайки енергия, радиацията отслабва или, с други думи, се абсорбира. Това явление се характеризира количествено с коефициента на поглъщане. С намаляване на дължината на вълната коефициентът на поглъщане се увеличава - радиацията влияе по-силно на веществото.
Прието е ултравиолетовото лъчение да се разделя на два диапазона - близо ултравиолетово (дължина на вълната 200-400 nm) и далечно, или вакуумно (10-200 nm). Съдбата на вакуумния ултравиолет не ни засяга - той се абсорбира във високите слоеве на атмосферата. Именно на него се приписва създаването на йоносферата. Струва си да се обърне внимание на липсата на логика при разглеждането на процесите на поглъщане на енергия в атмосферата - далечната ултравиолетова създава йоносферата, но близо не създава нищо, енергията изчезва без последствия. Такъв е случаят според хипотезата за поглъщането му от озоновия слой.Предложената хипотеза елиминира тази нелогичност.
Ние се интересуваме от близката ултравиолетова светлина, която прониква в долните слоеве на атмосферата, включително стратосферата, тропосферата и облъчва Земята. По пътя си радиацията продължава да променя своя спектрален състав поради поглъщането на къси вълни. На надморска височина от 34 километра не са открити емисии с дължини на вълните по-къси от 280 nm. Радиацията с дължина на вълната от 255 до 266 nm се счита за най-биологично опасна. От това следва, че разрушителната ултравиолетова радиация се абсорбира, преди да достигне озоновия слой, тоест височини от 20-25 километра. И радиация с минимална дължина на вълната 293 nm достига земната повърхност, няма опасност
представляващ. По този начин озоновият слой не участва в абсорбцията на биологично опасни лъчения.
Нека разгледаме най-вероятния процес на образуване на озон в атмосферата. Когато енергията на късовълновата ултравиолетова радиация се абсорбира, някои от молекулите се йонизират, губят електрон и придобиват положителен заряд, а някои се дисоциират на два неутрални атома. Свободният електрон, произведен по време на йонизация, се комбинира с един от атомите, образувайки отрицателен кислороден йон. Противоположно заредените йони се комбинират, за да образуват неутрална озонова молекула. В същото време атомите и молекулите, поглъщайки енергия, преминават към горното енергийно ниво, във възбудено състояние. За една кислородна молекула енергията на възбуждане е 5,1 eV. Молекулите са във възбудено състояние за около 10 -8 секунди, след което, излъчвайки квант радиация, се разпадат (дисоциират) на атоми.
В процеса на йонизация кислородът има предимство: той изисква най-малко енергия от всички газове, които изграждат атмосферата - 12,5 eV (за водна пара - 13,2; въглероден диоксид - 14,5; водород - 15,4; азот - 15,8 eV).
По този начин, когато ултравиолетовото лъчение се абсорбира в атмосферата, се образува вид смес, в която преобладават свободните електрони, неутралните кислородни атоми, положителните йони на кислородните молекули, а когато взаимодействат, се образува озон.
Взаимодействието на ултравиолетовото лъчение с кислорода се извършва по цялата височина на атмосферата - има доказателства, че в мезосферата, на височина от 50 до 80 километра, вече се наблюдава процесът на образуване на озон, който продължава в стратосферата (от 15 до 50 km) и в тропосферата (до 15 km). В същото време горните слоеве на атмосферата, по-специално мезосферата, са подложени на толкова силно въздействие на късовълнова ултравиолетова радиация, че молекулите на всички газове, които съставляват атмосферата, се йонизират и разпадат. Озонът, който току-що се е образувал там, няма как да не се разложи, особено след като това изисква почти същата енергия, както за молекулите на кислорода. И все пак не е напълно унищожен - част от озона, който е 1,62 пъти по-тежък от въздуха, потъва в долните слоеве на атмосферата до височина 20-25 километра, където плътността на атмосферата (приблизително 100 g/ m 3) му позволява да остане в равновесно състояние. Там озоновите молекули създават слой с повишена концентрация. При нормално атмосферно налягане дебелината на озоновия слой би била 3-4 милиметра. Почти невъзможно е да си представим до какви свръхвисоки температури би трябвало да се нагрее такъв слой с ниска мощност, ако наистина абсорбира почти цялата енергия на ултравиолетовото лъчение.
На височини под 20-25 километра синтезът на озон продължава, както се вижда от промяната в дължината на вълната на ултравиолетовото лъчение от 280 nm на височина 34 километра до 293 nm на повърхността на Земята. Полученият озон, тъй като не може да се издигне нагоре, остава в тропосферата. Това определя постоянното съдържание на озон във въздуха на приземния слой през зимата на ниво до 2 . 10 -6%. През лятото концентрацията на озон е 3-4 пъти по-висока, очевидно поради допълнителното образуване на озон при мълнии.
По този начин атмосферният кислород предпазва целия живот на Земята от силно ултравиолетово лъчение, докато озонът се оказва само страничен продукт от този процес.
Когато през септември-октомври над Антарктида и над Арктика - приблизително през януари-март, беше открита появата на "дупки" в озоновия слой, възникнаха съмнения относно достоверността на хипотезата за защитните свойства на озона и за неговото унищожаване от индустриални емисии, тъй като нито в Антарктика, нито на Северния полюс няма производство.
От гледна точка на предложената хипотеза, сезонността на появата на „дупки“ в озоновия слой се обяснява с факта, че през лятото и есента над Антарктида и през зимата и пролетта над Северния полюс земната атмосфера практически не е изложена на ултравиолетова радиация. През тези периоди полюсите на Земята са в „сянка“, над тях няма източник на енергия, необходима за образуването на озон.
ЛИТЕРАТУРА
Митра С.К. Горна атмосфера.- М., 1955.
Прокофиева И. А. Атмосферен озон. - М.; Л., 1951.
Озоносферата е слой от атмосферата на нашата планета, който блокира най-суровата част от ултравиолетовия спектър. Някои видове слънчева светлина имат пагубен ефект върху живите организми. Периодично озоносферата изтънява и в нея се появяват празнини с различни размери. През получените дупки опасните лъчи могат свободно да проникнат до повърхността на Земята. Къде се намира? Какво може да се направи, за да се запази? Тази статия е посветена на обсъждането на тези проблеми на географията и екологията на Земята.
Какво е озон?
Кислородът на Земята съществува под формата на две прости газообразни съединения; той е част от водата и много голям брой други обичайни неорганични и органични вещества (силикати, карбонати, сулфати, протеини, въглехидрати, мазнини). Една от най-известните алотропни модификации на елемента е простото вещество кислород, чиято формула е O 2. Втората модификация на атомите е O на това вещество - O 3. Триатомните молекули се образуват, когато има излишък на енергия, например в резултат на мълнии в природата. След това ще разберем какво представлява озоновият слой на Земята и защо неговата дебелина непрекъснато се променя.
Озонът при нормални условия е син газ с остър, специфичен аромат. Молекулното тегло на веществото е 48 (за сравнение Mr (въздух) = 29). Миризмата на озон напомня на гръмотевична буря, тъй като след това природно явление във въздуха има повече O 3 молекули. Концентрациите нарастват не само там, където се намира озоновият слой, но и близо до повърхността на Земята. Това химически активно вещество е токсично за живите организми, но бързо се дисоциира (разпада се). В лаборатории и промишленост са създадени специални устройства - озонатори - за преминаване на електрически разряди през въздух или кислород.
слой?
Молекулите O 3 имат висока химична и биологична активност. Добавянето на трети атом към двуатомния кислород е придружено от увеличаване на енергийния резерв и нестабилност на съединението. Озонът лесно се разпада на молекулярен кислород и активна частица, която енергично окислява други вещества и убива микроорганизмите. Но по-често въпросите, свързани с миризливото съединение, се отнасят до натрупването му в атмосферата над Земята. Какво представлява озоновият слой и защо разрушаването му е вредно?
Непосредствено близо до повърхността на нашата планета винаги има определено количество O 3 молекули, но с надморска височина концентрацията на съединението се увеличава. Образуването на това вещество се случва в стратосферата поради ултравиолетовото лъчение от Слънцето, което носи голям запас от енергия.
Озоносфера
Има област от космоса над Земята, където има много повече озон, отколкото на повърхността. Но като цяло обвивката, състояща се от O 3 молекули, е тънка и прекъсната. Къде се намира озоновият слой на Земята или озоносферата на нашата планета? Несъответствието на дебелината на този екран многократно е обърквало изследователите.
Винаги има известно количество озон в атмосферата на Земята; има значителни колебания в концентрацията му с надморска височина и през годините. Ще разберем тези проблеми, след като разберем точното местоположение на защитния екран от O 3 молекули.
Къде се намира озоновият слой на Земята?
Забележимо увеличение на съдържанието започва на разстояние от 10 км и продължава до 50 км над Земята. Но количеството материя, което присъства в тропосферата, не е екран. Когато се отдалечавате от земната повърхност, плътността на озона се увеличава. Максималните стойности се срещат в стратосферата, нейната област на надморска височина от 20 до 25 км. Тук има 10 пъти повече O 3 молекули, отколкото на повърхността на Земята.
Но защо дебелината и целостта на озоновия слой предизвикват безпокойство сред учените и обикновените хора? Бумът около състоянието на защитния екран избухна през миналия век. Изследователите са установили, че озоновият слой в атмосферата над Антарктика е станал по-тънък. Установена е основната причина за явлението - дисоциацията на O 3 молекули. Унищожаването възниква в резултат на комбинираното въздействие на редица фактори, като водещ сред тях се счита за антропогенен, свързан с човешката дейност.
Озонови дупки
През последните 30-40 години учените отбелязват появата на пролуки в защитния екран над повърхността на Земята. Научната общност е разтревожена от съобщенията, че озоновият слой, щитът на Земята, бързо се разгражда. Всички медии в средата на 80-те години публикуваха съобщения за „дупка“ над Антарктида. Изследователите са забелязали, че тази празнина в озоновия слой се увеличава през пролетта. Основната причина за увеличаването на щетите са идентифицирани като изкуствени и синтетични вещества - хлорфлуорвъглероди. Най-често срещаните групи от тези съединения са фреони или хладилни агенти. Известни са повече от 40 вещества, принадлежащи към тази група. Те идват от много източници, тъй като приложенията включват хранителна, химическа, парфюмерийна и други индустрии.
В допълнение към въглерода и водорода, фреоните съдържат халогени: флуор, хлор и понякога бром. Голям брой такива вещества се използват като хладилни агенти в хладилници и климатици. Самите фреони са стабилни, но при високи температури и в присъствието на активни химични агенти те влизат в окислителни реакции. Сред продуктите на реакцията може да има съединения, които са токсични за живите организми.
Фреони и озонов екран
Хлорфлуорвъглеродите взаимодействат с молекулите на O3 и разрушават защитния слой над повърхността на Земята. Първоначално изтъняването на озоносферата беше погрешно прието за естествена флуктуация в нейната дебелина, което се случва през цялото време. Но с течение на времето дупки, подобни на "дупката" над Антарктида, бяха забелязани в цялото Северно полукълбо. Броят на такива пропуски се е увеличил след първото наблюдение, но те са по-малки по размер, отколкото над ледения континент.
Първоначално учените се съмняваха, че именно фреоните причиняват процеса на разрушаване на озона. Това са вещества с високо молекулно тегло. Как могат да достигнат стратосферата, където се намира озоновият слой, ако са много по-тежки от кислорода, азота и въглеродния диоксид? Наблюденията в атмосферата по време на гръмотевична буря, както и проведените експерименти доказаха възможността за проникване на различни частици с въздуха до височина 10-20 км над Земята, където се намира границата на тропосферата и стратосферата.
Разнообразие от разрушители на озона
Зоната на озоновия щит също така получава азотни оксиди в резултат на изгарянето на гориво в двигателите на свръхзвукови самолети и различни видове космически кораби. Списъкът с веществата, които разрушават атмосферата, озоновия слой и емисиите от земните вулкани, е завършен. Понякога потоците от газове и прах достигат височина от 10-15 километра и се разпространяват на стотици хиляди километри.
Смогът над големите индустриални центрове и мегаполисите също допринася за дисоциацията на O 3 молекулите в атмосферата. Като причина за увеличаването на размера на озоновите дупки се смята и увеличаването на концентрациите на така наречените парникови газове в атмосферата, където се намира озоновият слой. По този начин глобалният екологичен проблем с изменението на климата е пряко свързан с въпросите за изтъняването на озоновия слой. Факт е, че парниковите газове съдържат вещества, които реагират с O 3 молекули. Озонът се дисоциира, кислородният атом предизвиква окисление на други елементи.
Опасността от загуба на озоновия щит
Имало ли е пропуски в озоносферата преди космическите полети и появата на фреони и други атмосферни замърсители? Изброените въпроси са спорни, но един извод се налага сам: озоновият слой на атмосферата трябва да се изучава и да се пази от разрушаване. Нашата планета без екран от молекули O 3 губи защитата си от твърди космически лъчи с определена дължина, абсорбирани от слой активно вещество. Ако озоновият щит е тънък или липсва, основните жизнени процеси на Земята са застрашени. Прекомерното увеличава риска от мутации в клетките на живите организми.
Защита на озоновия слой
Липсата на данни за дебелината на защитния щит през миналите векове и хилядолетия прави прогнозите трудни. Какво се случва, ако озоносферата бъде напълно унищожена? В продължение на няколко десетилетия лекарите отбелязват увеличаване на броя на хората, засегнати от рак на кожата. Това е едно от заболяванията, причинени от прекомерно ултравиолетово лъчение.
През 1987 г. няколко държави се присъединиха към Монреалския протокол, който призоваваше за намаляване и пълна забрана на производството на хлорфлуорвъглеводороди. Това беше само една от мерките, които ще помогнат за запазването на озоновия слой - ултравиолетовия щит на Земята. Но фреоните все още се произвеждат от индустрията и се изпускат в атмосферата. Спазването на Монреалския протокол обаче доведе до намаляване на озоновите дупки.
Какво може да направи всеки, за да запази озоносферата?
Изследователите смятат, че ще са необходими още няколко десетилетия, за да се възстанови напълно защитният щит. Това е така, ако спре интензивното му разрушаване, което поражда много съмнения. Те продължават да навлизат в атмосферата, изстрелват се ракети и други космически кораби, флотилията от самолети в различни страни расте. Това означава, че учените все още не са разработили ефективни начини за защита на озоновия щит от разрушаване.
На ежедневно ниво всеки човек също може да даде своя принос. Озонът ще се разлага по-малко, ако въздухът стане по-чист и съдържа по-малко прах, сажди и токсични газове от превозни средства. За да се защити тънката озоносфера, е необходимо да се спре изгарянето на отпадъци и да се установи тяхното безопасно изхвърляне навсякъде. Транспортът трябва да премине към по-екологични видове горива и навсякъде трябва да се пестят различни видове енергийни ресурси.
атмосфера
Атмосферата е смес от различни газове, заобикалящи Земята. Тези газове осигуряват живота на всички живи организми.
Атмосферата ни дава въздух и ни предпазва от вредното въздействие на слънчевите лъчи. Благодарение на своята маса и гравитация, той се задържа около планетата. В допълнение, слой от атмосферата (с дебелина около 480 km) служи като щит от бомбардировка от метеори, блуждаещи в космоса.
Какво е атмосфера?
Атмосферата се състои от смес от 10 различни газа, главно азот (около 78%) и кислород (21%). Останалият един процент е предимно аргон плюс малки количества въглероден диоксид, хелий и неон. Тези газове са инертни (не влизат в химични реакции с други вещества). Малка част от атмосферата също се състои от серен диоксид, амоняк, въглероден оксид, озон (газ, свързан с кислорода) и водни пари. И накрая, атмосферата съдържа замърсители като газове, частици дим, сол, прах и вулканична пепел.
Все по-високо и по-високо
Тази смес от газове и малки твърди частици се състои от четири основни слоя: тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера. Първият слой, тропосферата, е най-тънкият и завършва на около 12 km над земята. Но дори този таван е непреодолим за самолети, които летят, като правило, на височина 9-11 км. Това е най-топлият слой, защото слънчевите лъчи се отразяват от земната повърхност и нагряват въздуха. Докато се отдалечавате от земята, температурата на въздуха пада до -55°C в горната тропосфера.
Следва стратосферата, която се простира до надморска височина от около 50 km над повърхността. В горната част на тропосферата е озоновият слой. Тук температурата е по-висока, отколкото в тропосферата, тъй като озонът улавя значителна част от вредното ултравиолетово лъчение. Еколозите обаче са загрижени, че замърсителите унищожават този слой.
Над стратосферата (50-70 км) е мезосферата. В рамките на мезосферата, при температура около -225°C, има мезопауза - най-студената област на атмосферата. Тук е толкова студено, че се образуват облаци от лед, които се виждат късно вечерта, когато залязващото слънце ги огрява отдолу.
Метеорите, летящи към Земята, обикновено изгарят в мезосферата. Въпреки че въздухът тук е много разреден, триенето, което възниква, когато метеор се сблъска с кислородни молекули, създава ултрависоки температури.
На ръба на космоса
Последният основен слой на атмосферата, разделящ Земята от космоса, се нарича термосфера. Намира се на надморска височина приблизително 100 km от земната повърхност и се състои от йоносфера и магнитосфера.
В йоносферата слънчевата радиация причинява йонизация. Това е мястото, където частиците получават електрически заряд. Докато преминават през атмосферата, полярното сияние може да се наблюдава на голяма надморска височина. Освен това йоносферата отразява радиовълните, което позволява радиокомуникации на дълги разстояния.
Над това е магнитосферата, която е външният ръб на магнитното поле на Земята. Той действа като гигантски магнит и предпазва Земята, като улавя частици с висока енергия.
Термосферата има най-ниска плътност сред всички слоеве, атмосферата постепенно изчезва и се слива с космическото пространство.
Вятър и време
Световните метеорологични системи са разположени в тропосферата. Те възникват в резултат на комбинираното въздействие на слънчевата радиация и въртенето на Земята върху атмосферата. Движението на въздуха, известно като вятър, възниква, когато топлите въздушни маси се издигат, измествайки студените. Въздухът се затопля най-много на екватора, където слънцето е в зенита си, и става по-студен, когато се приближи до полюсите.
Частта от атмосферата, изпълнена с живот, се нарича биосфера. Той се простира от птичи поглед до повърхността и дълбоко в земята и океана. В границите на биосферата протича деликатен процес за осигуряване на баланс между растителния и животинския свят.
Животните консумират кислород и издишват въглероден диоксид, който се „абсорбира“ от зелените растения чрез фотосинтеза, използвайки енергията на слънчевата светлина за освобождаване на кислород във въздуха. Това осигурява затворен цикъл, от който зависи оцеляването на всички животни и растения.
Заплаха за атмосферата
Атмосферата е поддържала този естествен баланс в продължение на стотици хиляди години, но сега този източник на живот и защита е сериозно застрашен от ефектите на човешката дейност: парников ефект, глобално затопляне, замърсяване на въздуха, изтъняване на озоновия слой и киселинен дъжд.
В резултат на световната индустриализация през последните 200 години газовият баланс на атмосферата е нарушен. Изгарянето на изкопаеми горива (въглища, нефт, природен газ) доведе до огромни емисии на въглероден диоксид и други газове, особено след появата на автомобилите в края на 19 век. Напредъкът в селскостопанските технологии също увеличи количеството метан и азотни оксиди, навлизащи в атмосферата.
Парников ефект
Тези газове, които вече присъстват в атмосферата, улавят топлината от слънчевите лъчи, отразяващи се от повърхността. Ако те не съществуваха, Земята щеше да е толкова студена, че океаните щяха да замръзнат и всички живи организми щяха да умрат.
Въпреки това, когато парниковите газове се увеличат поради замърсяването на въздуха, твърде много топлина се улавя в атмосферата, причинявайки глобално затопляне. В резултат само през последния век средната температура на планетата се е повишила с половин градус по Целзий. Днес учените прогнозират по-нататъшно затопляне с около 1,5-4,5°C до средата на този век.
Изчислено е, че повече от един милиард души (около една пета от световното население) днес дишат въздух, силно замърсен с вредни газове. Говорим основно за въглероден оксид и серен диоксид. Това доведе до рязко увеличаване на гръдните и белодробните заболявания, особено сред децата и възрастните хора.
Тревожен е и нарастващият брой на болните от рак на кожата. Това е резултат от излагането на ултравиолетови лъчи, проникващи в изтънения озонов слой.
Озонови дупки
Озоновият слой в стратосферата ни предпазва, като абсорбира ултравиолетовите лъчи от слънцето. Въпреки това, широкото използване в целия свят на хлорирани и флуорирани въглеводороди (CFC), използвани в аерозолни кутии и хладилници, както и много видове домакински химикали и полистирол, доведе до факта, че докато се издигат нагоре, тези газове се разграждат и образуват хлор, който от своя страна разрушава озона.
Изследователи в Антарктика за първи път съобщиха за това явление през 1985 г., когато дупка в озоновия слой се появи над част от южното полукълбо. Ако това се случи на други места на планетата, ще бъдем изложени на по-интензивно вредно лъчение. През 1995 г. учени съобщават тревожна новина за появата на озонова дупка над Арктика и част от Северна Европа.
Киселинен дъжд
Киселинният дъжд (включително сярна киселина и азотна киселина) се образува от реакцията на серен диоксид и азотни оксиди (промишлени замърсители) с водни пари в атмосферата. Там, където има киселинен дъжд, растенията и животните умират. Има случаи, когато киселинният дъжд е унищожил цели гори. Нещо повече, киселинният дъжд навлиза в езерата и реките, разпространявайки вредното си въздействие върху големи площи и убивайки дори най-малките форми на живот.
Нарушенията в естествения баланс на атмосферата са изпълнени с изключително негативни последици. Очаква се морското равнище да се повиши в резултат на глобалното затопляне, което ще доведе до наводняване на ниско разположени земи. Градове като Лондон и Ню Йорк могат да бъдат засегнати от наводнения. Това ще доведе до множество жертви и възникване на епидемии поради замърсяване на водните ресурси. Схемата на валежите ще се промени и големи райони ще изпитат суша, причинявайки широко разпространен глад. Всичко това ще трябва да бъде платено с огромен брой човешки животи.
Какво друго можете да направите?
Днес все повече и повече хора мислят за екологичните проблеми и правителствата на много страни по света обръщат голямо внимание на екологичните проблеми. Въпроси като управлението на енергията се разглеждат в глобален мащаб. Ако използваме по-малко електричество и караме няколко по-малко мили, можем да намалим количеството изкопаеми горива, използвани за производство на електричество, бензин и дизел. Много страни работят върху използването на алтернативни източници на енергия, включително вятърна и слънчева енергия. Те обаче няма скоро да могат да заменят изкопаемите горива в голям мащаб.
Дърветата, подобно на други растения, превръщат въглеродния диоксид в кислород и играят жизненоважна роля в регулирането на парниковите газове в атмосферата. В Южна Америка се изсичат колосални количества тропически гори. Унищожаването на милиони квадратни километри гора означава, че в атмосферата навлиза по-малко кислород и се натрупва повече въглероден диоксид, създавайки ефект на топлинен капан.
Световни кампании
По света се провеждат кампании за убеждаване на правителствата да спрат унищожаването на тропическите гори. В някои страни се правят опити за възстановяване на естествения баланс чрез насърчаване и субсидиране на засаждането на дървета.
Вече обаче не можем да сме сигурни в чистотата на въздуха, който дишаме. Благодарение на обществения натиск употребата на фреони постепенно се прекратява и вместо тях се използват алтернативни химикали. И въпреки това атмосферата все още е в опасност. Необходимо е да се осигури строг контрол върху човешките действия, за да се гарантира „безоблачно“ бъдеще за нашата атмосфера.
Страница 4 от 5
Значението на озоновия слой - озоносфера. Въздействието на ултравиолетовите лъчи на слънцето върху човека и други живи организми.
Значението на озоновия слой за биосферата – хората и другите живи организми.
Въпреки незначителното количество озон в атмосферата, неговото значение е наистина огромно. Животът на Земята, какъвто го виждаме днес, би бил много различен, ако не беше защитен от тънък тримилиметров озонов слой. И ако озоновият „екран“ изчезне днес, животът вероятно ще оцелее само дълбоко под водата в Световния океан или под земята.
Факт е, че озоновият слой (озоносферата) абсорбира особено разрушителните късовълнови ултравиолетови лъчи, като по този начин предотвратява увреждането на живите системи.
Намаляването на концентрацията на озон в атмосферата като цяло с поне 10% вече засяга живите организми - намаляват добивите на растенията, наблюдават се различни видове патологии при животни и хора, например нарушена белодробна функция, увеличаване на хроничните заболявания на белите дробове, нервната и имунната система, рак на кожата и ретината око. Забележими промени под въздействието на повишена ултравиолетова радиация могат да се наблюдават и в състоянието на цели екосистеми, особено на сухоземната растителност и фитопланктона, както и в осъществяването на биогеохимичните цикли.
Озонът е активен газ и може да има неблагоприятни ефекти върху хората. Обикновено концентрацията му в ниските слоеве на атмосферата е незначителна и не оказва вредно въздействие върху човека. Големи количества озон се образуват в големите градове с интензивен трафик в резултат на фотохимични трансформации на отработените газове от превозните средства.
Значението на озоновия слой на Земята. Абсорбционни спектри на озон и нуклеинови киселини.
За да си представим визуално значението на озоновия слой за целия живот на планетата, нека разгледаме спектрите на поглъщане на озона и най-важните компоненти на живите организми - нуклеинови киселини и протеини.
Всяко вещество има свои собствени ленти на поглъщане. Както озонът, така и нуклеиновите киселини (ДНК, РНК) и протеините поглъщат най-интензивно в спектралната област с дължина на вълната 200-300 nm. А ултравиолетовите лъчи, които са разрушителни за живите организми, заемат именно тази част от спектъра на слънчевата радиация.
Фиг. 1. Спектрална крива на увреждане на генетичния апарат на микроорганизмите от ултравиолетовите лъчи.
За да не бъдем голословни и да убедим и най-недоверчивите в огромното значение на озоновия слой, нека се задълбочим малко в теорията и да докажем, че озоновият слой поглъща ултравиолетовите лъчи, които са фатални за всички живи същества. За да направите това, помислете за спектрите на поглъщане на озона (озоновия слой) и нуклеиновите киселини и протеини.
Първо, нека дефинираме понятията.
ПОГЛЪЩАНЕ НА СВЕТЛИНА - намаляване на интензитета на оптичното излъчване при преминаване през някаква среда поради взаимодействие с него, в резултат на което светлинната енергия се превръща в други видове енергия или в оптично излъчване с различен спектрален състав.
СПЕКТЪР НА ПОГЛЪЩАНЕ е набор от честоти, погълнати от дадено вещество.
Абсорбционен спектър на озон.
Озонът (O 3) има много сложен спектър на поглъщане, където най-интензивните ивици на поглъщане са подчертани. Подобно на много други абсорбционни ленти в молекулярната спектроскопия, тези ленти са кръстени на изследователя, който ги е открил.
Ленти на поглъщане на озон:
- лента на Хартли (200 - 300 nm; l max = 255 nm);
- Хъгинс лента (320-340 nm);
- Лента на Шалон–Лефевр (330-350 nm);
- Лента на Chappuis (500 - 650 nm; l max = 600 nm).
Фигура 2. Ленти на поглъщане на озон.
Основна лента на поглъщане – Хартли лента. Максималната му абсорбция се постига при дължина на вълната 255 nm. Моля, обърнете внимание, че на Фигура 1 максималното увреждане на генетичния апарат в живите организми също възниква при тази дължина на вълната. Следователно максималната стойност на озоновия слой на Земята за живите организми се появява точно в тази лента.
При дължини на вълните, по-големи от 300 nm, по-слаби ленти на Хартли са съседни ивици Хъгинс и Шалон-Льофевр(фиг. 2). Коефициентът на поглъщане в тези ленти е с няколко порядъка по-нисък от този на лентите на Хартли. Индивидуалните ленти, разположени близо в тези системи, имат ясно видими резки максимуми и минимуми. И накрая, във видимата част на спектъра има широка лента Ивица Chappuis, което се свързва със синия цвят на озона.
Много силно поглъщане на озон се наблюдава и във вакуумната ултравиолетова област (100 – 200 nm). Заедно с абсорбцията в лентите на Хартли, тази абсорбция води до прекъсване на слънчевия спектър на земната повърхност при дължини на вълните под 290 nm, което е много важно за защитата на живота на нашата планета от късовълнова радиация.
Абсорбционни спектри на нуклеинови киселини и протеини.
Нуклеиновите киселини абсорбират само в UV областта (180-220 и 240-280 nm). Техните хромофори са главно пуринови и пиримидинови бази.
Фигура 3. Абсорбционен спектър на протеини и нуклеинови киселини.
хромофори -ненаситени групи от атоми, които определят цвета на химичното съединение и абсорбират електромагнитно излъчване.
Протеините имат три типа хромофорни групи: самите пептидни групи, странични групи от аминокиселинни остатъци и простетични групи. Първите две абсорбират в UV областта и не абсорбират във видимата област. Пептидните групи -CO-NH- абсорбират около 190 nm. Страничните групи от три ароматни киселини - триптофан, тирозин и фенилаланин - също абсорбират при тези дължини на вълната, много по-силно от пептидните групи. Освен това те имат лента на поглъщане в диапазона 260-280 nm.
Протетичните групи (хем в хемоглобина и други хромофори) абсорбират в UV и видимата област. Те придават цвета на протеина (например червения цвят на хемоглобина).
Значението на озоновия слой като термостат на атмосферата.
Озоновият слой е важен не само като щит на биосферата от увреждане от силното ултравиолетово лъчение, но и определя топлинния режим на земната атмосфера. В инфрачервената област на спектъра озонът също има важна лента на поглъщане с максимум 960 nm. Благодарение на това O 3 абсорбира инфрачервената енергия (топлинна), освободена от Земята, предотвратява разсейването й в космоса и по този начин задържа топлината в атмосферата на нашата планета.
Озонът блокира около 20% от радиацията на Земята, увеличавайки затоплящия ефект на атмосферата.
Въздействието на ултравиолетовите лъчи на слънцето върху човека и други живи организми.
Защо ултравиолетовите лъчи са толкова опасни? Защо отдаваме толкова голямо значение на озоновия слой, който ги абсорбира. Нека разгледаме по-отблизо ултравиолетовата част от спектъра на слънчевата радиация.
Как ултравиолетовата част от слънчевия спектър влияе на растенията? Да се върнем отново на теорията. Ултравиолетовият обхват на дължина на вълната е разделен на „далеч“, при 100-200 nm (не ни интересува, тази „светлина“ се абсорбира от молекулите на кислорода в горните слоеве на атмосферата и не достига до повърхността на Земята) и „близо“, при 200-380 nm, което от своя страна е условно разделено на 3 части.
УФА– „полезен“, с дължина на вълната от 320 nm до обичайното „виолетово“ (започва от 380 nm). Ултравиолетовото лъчение с тази дължина на вълната прониква най-дълбоко в тъканите на животните и растенията. При хората, например, участва в производството на витамин D, някои видове гущери дори го виждат с очите си, да не говорим за факта, че UVA стимулира някои видове влечуги по време на брачния сезон.
UVB– 280-320 nm – среден ултравиолетов диапазон. Той причинява не само преждевременно стареене на човешката кожа и забавяне на вегетативния растеж на повечето растения, но и продължаващ дебат за ефекта му върху биосферата. Благодарение на UVB, европейците получават златистокафяв цвят на кожата по време на лятната ваканция. Колкото по-близо до границата с UVC (280 nm), толкова по-смъртоносни са лъчите.
И накрая UFS– „твърд“ ултравиолетов с дължина на вълната от 200 до 280 nm. Смята се, че на някои етапи от развитието на живота на Земята UVC е участвал много активно в създаването на ДНК, тъй като спектърът на поглъщане на нуклеиновите киселини има пик в района на 254 nm. Това е демонстрирано на фиг. 1. Както се вижда от фигурата, не само началото на живота на Земята е свързано с UVC, но също така, при определени условия, неговият край. В UVC диапазона, при дължина на вълната 254 nm, стерилизаторите излъчват - живачни ултравиолетови лампи с ниско налягане, използвани само в медицината.
И така, ултравиолетовата слънчева радиация, според степента на въздействие върху живите организми, се разделя на три вида:
- UVA (дължина на вълната 0,4–0,315 микрона) е най-малко опасният тип ултравиолетово лъчение за живата материя. Най-голям брой от тези лъчи достигат повърхността на земята.
- UV-B (дължина на вълната 0,315–0,280 микрона) достига до земята само в малки дози.
- UV-C (дължина на вълната 0,28–0,01 микрона) е най-опасният тип ултравиолетови лъчи за живата материя: дори в малки дози има пагубен ефект върху живите организми. За щастие UV-C се абсорбира почти напълно от озоновия слой и практически не достига до земята.
Стратосферата е слой от атмосферата, разположен на височина от 11 до 50 км. Основната характеристика на стратосферата е високото съдържание на озон (O3). До надморска височина от 10 км и над 60 км почти няма озон, а най-високата му концентрация се установява на височина 20–30 км, което се нарича озонов слой. Озоновият слой в различните географски ширини се намира на различна надморска височина, а именно: в тропическите ширини на височина 25 - 30 km, в умерените ширини - 20 - 25 km, в полярните ширини - 15 - 20 km. Озоновият слой се формира и поддържа чрез комбинираното взаимодействие на ултравиолетовото лъчение от слънцето с кислородните молекули (O2), които се дисоциират на атоми и след това се комбинират отново с други молекули O2, за да образуват озон (O3).
Озоновият слой с концентрация на озон (около 8 ml/m³) абсорбира вредните ултравиолетови лъчи от Слънцето и служи като надежден щит срещу тази радиация, която е разрушителна за целия живот на Земята. Следователно, благодарение на озоновия слой, животът е възникнал на Земята. Ако целият озонов слой в атмосферата се компресира под налягане и се концентрира на повърхността на Земята, би се образувал филм с дебелина само 3 мм. Въпреки това, озонов филм с такава малка дебелина надеждно защитава Земята, като абсорбира опасните ултравиолетови лъчи. Когато слънчевата енергия се абсорбира от озоновия слой, температурата на атмосферата се повишава, което означава, че озоновият слой е един вид резервоар на топлинна енергия в атмосферата. Освен това озонът задържа около 20% от радиацията на Земята, затопляйки атмосферата.
Космическа радиация
Озонът регулира твърдостта на космическата радиация и ако поне малко количество озон се унищожи, тогава твърдостта на радиацията рязко се увеличава и това води до промени в живия свят на Земята.
Озонът е активен газ, който оказва неблагоприятно въздействие върху човешкия организъм. В долната част на атмосферата близо до повърхността на Земята концентрацията на озон е незначителна, така че не вреди на хората. Въпреки това, в големите градове, където има интензивен трафик, се образува голямо количество озон в резултат на фотохимични трансформации на отработените газове от превозните средства. Доказано е, че ниските концентрации на озон или липсата му имат отрицателно въздействие върху човечеството и водят до рак.
Научна теория
Според научната теория наскоро озоновият слой в атмосферата е изтънял, което води до озонови дупки, т.е. Концентрацията на озон в озоновия слой на нашата планета намалява. Изтъняването на озоновия слой се дължи на разрушаването на молекулите на озон в реакции с различни съединения от антропогенен и естествен произход, а именно когато се комбинират с фреони, съдържащи хлор и бром, както и с прости вещества (водород, хлор, кислород, бромни атоми).
През 1985 г. учените откриват озонова дупка на Южния полюс, т.е. Нивата на атмосферния озон бяха доста под нормалното по време на антарктическата пролет. Такива промени се повтаряха всяка година по едно и също време, но със затопляне дупката зарастваше. Подобни дупки се появиха на Северния полюс по време на Арктическата пролет.
Свързани материали:
