Где находится озоновый слой? Что такое озоновый слой и почему его разрушение вредно?

Озоносфера — слой атмосферы нашей планеты, задерживающий наиболее жесткую часть ультрафиолетового спектра. Некоторые виды солнечных лучей губительно действуют на живые организмы. Периодически озоносфера истончается, в ней появляются бреши разной величины. Через возникшие отверстия на поверхность Земли могут свободно проникать опасные лучи. Где находится озоновый слой? Что можно сделать для его сохранения? Обсуждению этих проблем географии и экологии Земли посвящена предлагаемая статья.

Что такое озон?

Кислород на Земле существует в виде двух простых газообразных соединений, входит в состав воды и очень большое число других распространенных неорганических и органических веществ (силикатов, карбонатов, сульфатов, белков, углеводов, жиров). Одно из более известных аллотропных видоизменений элемента — простое вещество кислород, его формула — О₂. Вторая модификация атомов - О (озон). Формула этого вещества — О₃. Трехатомные молекулы образуются при избытке энергии, например, в результате грозовых разрядов в природе. Далее мы выясним, что такое озоновый слой Земли, почему его толщина постоянно изменяется.

Озон при обычных условиях — газ синего цвета, обладающий резким, специфическим ароматом. Молекулярный вес вещества составляет 48 (для сравнения — Mr_(возд.) = 29). Запах озона напоминает о грозе, ведь после этого природного явления молекул О₃ в воздухе становится больше. Концентрация увеличивается не только там, где находится озоновый слой, но и близко к поверхности Земли. Это химически активное вещество является токсичным для живых организмов, но быстро диссоциирует (распадается). В лаборатории и промышленности созданы специальные приборы - озонаторы - для пропускания электрических разрядов через воздух или кислород.

Что такое озоновый слой?

Молекулы О₃ обладают высокой химической и биологической активностью. Присоединение третьего атома к двухатомному кислороду сопровождается повышением запаса энергии и нестабильностью соединения. Озон легко распадается на молекулярный кислород и активную частицу, которая энергично окисляет другие вещества и убивает микроорганизмы. Но чаще вопросы, связанные с пахнущим соединением, касаются его скопления в атмосфере над Землей. Что такое озоновый слой и почему его разрушение вредно?

Непосредственно у поверхности нашей планеты всегда присутствует некоторое количество молекул О₃, но с высотой концентрация соединения возрастает. Образование этого вещества происходит в стратосфере благодаря ультрафиолетовому излучению Солнца, несущему большой запас энергии.

Озоносфера

Существует область пространства над Землей, где озона намного больше, чем у поверхности. Но в целом оболочка, состоящая из молекул О₃, — тонкая и прерывистая. Где находится озоновый слой Земли или озоносфера нашей планеты? Непостоянство толщины этого экрана не раз приводило в замешательство исследователей.

В атмосфере Земли всегда присутствует некоторое количество озона, наблюдаются значительные колебания его концентрации с высотой и по годам. Разберемся в этих проблемах после того, как выясним точное расположение защитного экрана из молекул О₃.

Где находится озоновый слой Земли?

Заметное повышение содержания молекул озона начинается на расстоянии 10 км и сохраняется до 50 км над Землей. Но то количество вещества, которое имеется в тропосфере, — это еще не экран. По мере удаления от земной поверхности возрастает плотность озона. Максимальные значения приходятся на стратосферу, ее область на высоте от 20 до 25 км. Здесь молекул О₃ содержится в 10 раз больше, чем у поверхности Земли.

Но почему толщина, целостность слоя озона вызывает беспокойство ученых и простых людей? Бум по поводу состояния защитного экрана разразился в минувшем столетии. Исследователи обнаружили, что озоновый слой атмосферы над Антарктидой стал тоньше. Была установлена основная причина явления — диссоциация молекул О₃. Разрушение происходит в результате совместного воздействия ряда факторов, ведущим среди них считается антропогенный, связанный с деятельностью человечества.

Озоновые дыры

В последние 30–40 лет ученые отмечают появление брешей в защитном экране над поверхностью Земли. Тревогу научного сообщества вызвали сообщения о том, что озоновый слой — щит Земли — интенсивно деградирует. Все СМИ в середине 1980 годов напечатали сообщения о «дыре» над Антарктидой. Исследователи обратили внимание, что эта брешь в слое озона увеличивается в весенний период. Основной причиной роста повреждения были названы искусственные и синтетические вещества — хлорфторуглероды. Наиболее распространенные группы этих соединений — фреоны или хладогены. Известно более 40 веществ, относящихся к данной группе. Они поступают из многих источников, потому что области применения включают в себя пищевую, химическую, парфюмерную и другие отрасли.

В состав фреонов, кроме углерода и водорода, входят галогены: фтор, хлор, иногда бром. Большое количество подобных веществ используется в качестве хладогентов в холодильниках, кондиционерах. Сами по себе фреоны устойчивы, но при высоких температурах и в присутствии активных химических агентов вступают в реакции окисления. Среди продуктов реакции могут быть соединения, токсичные для живых организмов.

Фреоны и озоновый экран

Хлорфторуглероды взаимодействуют с молекулами О3 и разрушают защитный слой над поверхностью Земли. Сначала истончение озоносферы приняли за естественное колебание ее толщины, что происходит постоянно. Но со временем отверстия, подобные «дыре» над Антарктидой, были замечены по всему Северному полушарию. Количество таких брешей увеличилось со времени первого наблюдения, но по размерам они меньше, чем над ледяным материком.

Первоначально ученые сомневались, что именно фреоны вызывают процесс разрушения озона. Это вещества с большой молекулярной массой. Как они могут достичь стратосферы, где находится озоновый слой, если намного тяжелее кислорода, азота и углекислого газа? Наблюдения за восходящими потоками в атмосфере во время грозы, а также проведенные эксперименты доказали возможность проникновения разных частиц с воздухом на высоту 10–20 км над Землей, где находится граница тропосферы и стратосферы.

Многообразие разрушителей озона

В зону озонового экрана также поступают оксиды азота, возникающие в результате сгорания топлива в двигателях сверхзвуковых самолетов и разных типов космических аппаратов. Дополняют список веществ, от которых разрушаются атмосфера, озонный слой, выбросы земных вулканов. Иной раз потоки газов и пыли достигают высоты 10–15 километров и разносятся на сотни тысяч километров.

Смог над крупными промышленными центрами и мегаполисами тоже вносит свою лепту в диссоциацию молекул О₃ в атмосфере. Причиной увеличения размеров озоновых дыр также считается возрастание концентраций так называемых парниковых газов в атмосфере, где находится озоновый слой. Таким образом, глобальная экологическая проблема климатических изменений непосредственно связана с вопросами по поводу разрушения озона. Дело в том, что парниковые газы содержат вещества, вступающие в реакцию с молекулами О₃. Озон диссоциирует, атом кислорода вызывает окисление других элементов.

Опасность потери озонового щита

Были ли бреши в озоносфере до полетов в космос, появления фреонов и других загрязнителей атмосферы? Перечисленные вопросы являются дискуссионными, но вывод напрашивается один: озоновый слой атмосферы необходимо изучать и сохранять от разрушения. Наша планета без экрана из молекул О₃ лишается своей защиты от жестких космических лучей определенной длины, поглощаемых слоем активного вещества. Если озоновый экран тонкий или отсутствует, то основные жизненные процессы на Земле подвергаются опасности. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение повышает риск мутаций в клетках живых организмов.

Охрана озонового слоя

Отсутствие данных о толщине защитного экрана в прошлые столетия и тысячелетия затрудняет прогнозы. Что произойдет, если озоносфера разрушится полностью? Несколько десятилетий медики отмечают рост числа людей, пораженных раком кожи. Это одно из заболеваний, к которому приводит чрезмерное ультрафиолетовое облучение.

В 1987 году несколько стран присоединились к Монреальскому протоколу, который предусматривал сокращение и полный запрет на производство хлорфторуглеродов. Это была только одна из мер, которые помогут сохранить озоновый слой — ультрафиолетовый щит Земли. Но фреоны по-прежнему вырабатываются промышленностью и поступают в атмосферу. Тем не менее соблюдение Монреальского протокола привело к сокращению озоновых дыр.

Что может сделать каждый для сохранения озоносферы?

Исследователи предполагают, что на полное восстановление защитного экрана потребуется еще несколько десятилетий. Это в том случае, если прекратится его интенсивное разрушение, что вызывает немало сомнений. Парниковые газы продолжают поступать в атмосферу, производятся запуски ракет и других космических аппаратов, растет парк воздушных судов в разных странах. Это означает, что ученым еще предстоит разработать эффективные пути охраны озонового щита от разрушения.

На бытовом уровне каждый человек тоже может внести свой вклад. Озон меньше будет подвергаться разложению, если воздух станет чище, будет меньше содержать пыли, сажи, токсичных выхлопов автотранспорта. Для охраны тонкой озоносферы необходимо прекратить сжигание отходов, наладить повсеместно их безопасную утилизацию. Транспорт нужно переводить на более экологически чистые виды топлива, повсеместно экономить разные виды энергоресурсов.