Озоновый слой и его формирование

Предполагается множество других причин ослабления озонового щита. Во-первых,– это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются.

Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых, самолеты, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он – один из составляющих фотохимического смога. В-третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

Очень важную роль в разрушении озона играет пар. Эта роль реализуется через молекулы гидроксила OH, которые рождаются из молекул воды и в конце превращаются в них. Поэтому от количества пара в стратосфере зависит скорость разрушения озона.

Таким образом, причин разрушения озонового слоя немало, и несмотря на всю его важность, большинство их – это результат человеческой деятельности.

2.3. Озоновые дыры  и их влиянии

Озоновая дыра — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. До недавнего времени состояние слоя озона не внушало опасений. Тревожные сигналы начали поступать 20 лет назад. С началом космических исследований атмосферы Земли осенью 1985 года обнаружено нарушение озонового слоя над Антарктидой. Оказалось, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшалось — иногда в большей степени, иногда в меньшей.

В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула хлора состоит из двух соединенных атомов хлора). Когда появляется солнце и начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород. В результате этих реакций молекулы озона (O3) превращаются в молекулы кислорода (O2), причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций). Вследствие этой цепочки превращений озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру. Однако вскоре, с потеплением, антарктические вихри разрушаются, свежий воздух (содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.

В феврале 1989 года ученые исследовали стратосферу над Арктикой и обнаружили присутствие тех же самых химических факторов. Они пришли к выводу, что и тут содержание озона может резко сократиться. Это будет зависеть только от конкретных погодных условий очередного года. Если над Арктикой образуется озоновая дыра, то последствия будут гораздо более серьёзными, т.к. там гораздо больше организмов, которые могут пострадать. Даже периодическое раскрытие такой дыры над Антарктидой чревато значительными потерями морского фитопланктона. А это, в свою очередь, сильно повлияет практически на всех антарктических животных от пингвинов до китов, так как фитопланктон – основа почти всех пищевых цепей данного региона. Если нынешние выбросы ХФУ в атмосферу сохранятся, то можно ожидать лишь расширения и «углубления» озоновых дыр над полюсами. Естественно, это повлечёт за собой разрежение озонового слоя над всей планетой, что совершенно недопустимо как для животного мира, так и для всего человечества в целом.

Однако, существует и другая точка зрения. Откуда озоновые дыры вдали от техногенных регионов, например, в Якутии, Тибете и над безлюдными территориями Сибири? Существует мнение, что изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой "дыры" в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.

Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой "дыры".

В последнее время появление озоновых дыр наблюдается периодически и над всей поверхностью земли. Кроме того, истончается сам озоновый слой Земли. Для человека это грозит повышением раковых образований кожи. Но если человек может защитить себя от ультрафиолетового излучения, то животный и растительный мир остаётся перед ним беззащитным.

Учеными ведутся поиски путей восстановления озонового слоя. Вначале для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после чего доставлять оный на самолетах в атмосферу. Другим вариантом является создание аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных батарей, которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением зеленых насаждений.

3. Последствия разрушения озонового слоя.

Озон в стратосфере защищает Землю от разрушительной ультрафиолетовой солнечной радиации. Разрушение озонового слоя позволит большему количеству солнечной радиации достигнуть поверхности Земли.

Каждый потерянный процент содержания озона в стратосфере приводит к увеличению интенсивности воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации на 1,5-2 процента, по данным Агентства по охране окружающей среды США. Для человека увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения прежде всего опасно воздействием солнечной радиации на кожу и глаза.

Радиация с длиной волн в спектре от 280 до 320 нанометров - УФ лучи, которые частично блокируются озоном - могут вызвать преждевременное старение и рост числа раковых заболеваний кожи, а также поражение растений и животных.

Радиация с длиной волн больше, чем 320 нанометров, УФ спектра, практически не поглощается озоном и фактически необходима человеку для формирования витамина Д. УФ радиация с длиной волн в спектре 200 - 280 нанометров может вызвать серьезные последствия для биологических организмов. Однако излучение этого спектра практически полностью поглощается озоном. Таким образом, «ахиллесова пята» земной жизни - это излучение довольно узкого спектра УФ волн длиной от 320 до 280 нанометров. С сокращением длины волн усиливается их способность причинять вред живым организмам и ДНК. К счастью, способность озона поглощать ультрафиолетовую радиацию растет пропорционально сокращению длины волны излучения. Потенциальные последствия для здоровья человека с увеличением интенсивности ультрафиолетовой радиации описаны ниже.

1.  Увеличение количества случаев заболевания раком кожи.

По данным Агентства по охране окружающей среды США в случае разрушения озонового слоя увеличится частота трех видов рака кожи. Два наиболее распространенных типа рака кожи, это базальноклеточный рак (базалиома) и плоскоклеточный рак (шиповидный). Сегодня более 500 тысяч американцев ежегодно подвержены таким заболеваниям. В ранней стадии развития эти типы рака излечимы. Третий тип рака, саркома, встречается значительно реже, но это наиболее опасная форма. Ежегодно отмечается около 25 тысяч случаев этого заболевания. В пяти тысячах случаев саркома приводит к летальному исходу, что составляет 65 процентов всех смертей, вызванных всеми видами рака кожи вместе взятыми. Согласно данным Совета безопасности Российской Федерации, с 1970 по 1980 годы в СССР был отмечен рост всех видов раковых заболеваний кожи на 13 процентов и на 8 процентов в период с 1985 по 1986 годы (достигнув почти 80 тысяч). Совет безопасности предсказывает удвоение числа заболевших каждые восемь лет.

В то время, как ученые в основном согласны с тем, что повышенная УФ радиация вызывает базальноклеточный и плоскоклеточный рак кожи, связь между солнечной радиацией и саркомой не так очевидна. Для более мягких форм рака наблюдается прямая корреляция между временем, проведенным на солнце и возникновением заболевания - это чаще всего происходит у людей в возрасте 70-80 лет в местах, где кожа открыта для воздействия солнечного света (например, лицо и руки). Агентство по охране окружающей среды рассчитало, что увеличение УФ радиации на 2 процента приведет к увеличению случаев заболевания раком (не являющихся саркомой) на 2-6 процентов. Саркома, однако, встречается у более молодых людей и в местах не обязательно подверженных воздействию прямых солнечных лучей. Она имеет тенденцию появляться у людей, вообще не проводящих много времени на открытом воздухе.

Опасность развития саркомы прямо связана с чувствительностью кожи отдельного человека к солнечному свету (светлокожие люди более подвержены этому процессу, чем темнокожие). По данным Института экологической политики и Института по исследованиям энергии и окружающей среды, опубликованным в 1988 году в книге «Как спасти нашу кожу», жертвами такой формы рака становятся почти исключительно люди кавказского происхождения, особенно кавказцы со светлой кожей. Случаи возникновения саркомы были зарегистрированы в последние десятилетия у людей со светлой кожей по всему миру.

По подсчетам специалистов, солнечная радиация в Пунта-АрЭнас достигла таких размеров, что человек практически полностью обгорает буквально за несколько минут.

По сообщению Национального космического агентства NASA, озоновая дыра над Антарктидой продолжает увеличиваться.

Особенно сильное влияние дыра оказывает на один из чилийских городов - Пунта-АрЭнас, где уже сегодня показатели солнечной радиации настолько высоки, что местным жителям рекомендуется как можно меньше находиться на улице. По подсчетам специалистов, солнечная радиация достигла таких размеров, что человек практически полностью обгорает буквально за несколько минут.

Хотя местные власти настойчиво рекомендуют жителям по возможности не выходить из дома в течение дня, многие жители Пунте-АрЭнас весьма легкомысленно относятся к рекомендациям специалистов.

В этом году размеры озоновой дыры достигли рекордных размеров за последние 15 лет. Площадь озоновой дыры возросла до 29,3 миллиона квадратных километров, что в три раза больше территории Соединенных Штатов. Об этом в четверг сообщил исследователь атмосферы Стивен Вуд со ссылкой на данные Национального управления по аэронавтике и космонавтике США.

Другой новозеландский ученый отметил, что отколовшиеся от озоновой дыры фрагменты могут угрожать Аргентине и даже Южной Африке, а также - Австралии и Новой Зеландии. И хотя в настоящее время во всем мире запрещено использование веществ, разрушающих озоновый слой, полное исчезновение дыры следует ожидать не ранее 2050 года.

2. Подавление иммунной системы человека.

По данным Агентства по охране окружающей среды США ультрафиолетовая радиация ослабляет способность иммунной системы противостоять определенным заболеваниям.

3. Поражение глаз.

Ультрафиолетовая радиация может повредить роговую оболочку глаза, соединительную оболочку глаза, хрусталик и сетчатку глаза. Ультрафиолетовая радиация может вызвать фотокератозиз (или снежную слепоту), похожий на солнечный ожег роговой или соединительной оболочки глаза. Увеличение воздействия ультрафиолетовой радиации на людей в следствие разрушения озонового слоя приведет к увеличению числа людей с катарактой, по мнению авторов «Как спасти нашу кожу». Катаракта закрывает хрусталик глаза, снижая остроту зрения, и может вызвать слепоту.

4. Уничтожение урожаев.

Способность поглощать ультрафиолетовую радиацию сильно отличается в зависимости от организма. Таким образом, ультрафиолетовая радиация вредно сказывается на росте растений, уменьшая размер листьев и, тем самым, сокращая полезную площадь для улавливания энергии. По данным Агентства по охране окружающей среды США, растение останавливается в развитии и вообще отмечается уменьшение массы растения, подверженного воздействию ультрафиолетовой радиации.

Тем не менее, сегодня отсутствует научная информация, которая могла бы однозначно ответить на вопрос о влиянии ультрафиолетового излучения на растения. Изучены были только четыре из десяти экосистем Земли - леса умеренной полосы, сельскохозяйственные экосистемы, травяные экосистемы умеренной полосы, экосистемы тундры и высокогорной тундры. Более того, данные были получены в лабораторных условиях, где растения в целом более чувствительны к ультрафиолетовой радиации, по сравнению с растениями произрастающими в естественных условиях.

Исследования, проведенные Университетом Мериленда, показали, что две трети растений проявили чувствительность к ультрафиолетовой радиации и обнаружили большую устойчивость некоторых сорняков, по сравнению с культурными растениями, к ней. Отдельные исследования показали, что сокращение озона на 25 процентов может привести к существенному сокращению урожаев соевых бобов.