Что такое озоновая почва

Озоновый слой – какова его основная функция

Озон представляет собой аллотропный газ, состоящий из трехатомных молекул кислорода. Концентрация вещества в верхнем атмосферном слое формирует озоновый слой, защищающий все живые организмы от опасного ультрафиолетового излучения. Прямые солнечные лучи оказали бы негативное воздействие на растительный мир, животных, людей. История открытия озонового слоя началась в 1912 г., когда французские физики при помощи спектроскопа смогли доказать существование вещества в отдаленной от Земли стратосфере.

Как образуется озон?

Образование озона происходит в большей степени в верхних атмосферных слоях под воздействием ультрафиолета. Молекулы кислорода, подвергаясь излучению, расщепляются на атомы, соединяются с другими молекулами. Также он образуется в ходе реакции разложения перекисей, окислении фосфора, электрических разрядов в атмосфере.

В лаборатории вещество получают из воздуха, кислорода с помощью специального устройства – озонатора.

В чистом виде озон – газ голубого цвета с характерным запахом, в твердом состоянии – кристаллы черного цвета. Сжиженное вещество имеет темно-фиолетовый цвет.

Где расположен?

Преимущественно ОС расположен в стратосфере – верхнем слое, который находится на высоте 25 км от земли. Там концентрируется примерно 90% озона на планете. Из стратосферы посредством обмена воздушными массами вещество поступает в нижний слой – тропосферу. Количество озона в тропосферном слое составляет примерно 10%.

Процесс формирования озонового слоя (ОС)

Как говорилось ранее, природный озон образуется при воздействии ультрафиолетовых лучей на кислород. При концентрации вещества в стратосфере происходит формирование тонкого озонового слоя, поглощающего избыточное излучение.

Существуют данные, что озон образуется еще в мезосфере, на высоте 50-80 км от поверхности земли. Мезосферный слой подвергается сильному коротковолновому излучению. По этой причине молекулы большей части газов распадаются, в том числе и озона. Однако разлагается он не полностью. Часть вещества опускается в стратосферу, где плотность позволяет находиться в равновесии, и формируется слой повышенной концентрации.

Толщина слоя

Толщина слоя составляет от 2 до 4 мм. Это зависит от области Земли. Минимум регистрируется на экваторе, максимум – у полюсов. Среднее значение толщины озонового слоя составляет 3 мм. Несмотря на тонкость, он выполняет хорошую защитную функцию.

Опасность и полезность слоя

Невидимые ультрафиолетовые лучи обладают большой энергией. Такое излучение разрушающе действует на белки, ДНК живых организмов. Количество ультрафиолета, достигающего поверхности планеты, составляет менее 1%. Поглощая большую часть лучей, ОС в атмосфере способствует защите от их агрессивного воздействия.

Важно отметить, что озон обладает выраженными окислительными свойствами. По этой причине в больших количествах он также представляет опасность для живых организмов. Вещество оказывает общетоксическое, раздражающее действие, может вызывать головные боли, тошноту, рвоту, кашель, бронхит, отек легких, снижение иммунитета.

Роль ОС Земли

Роль озонового слоя заключается не только в поглощении 99% процентов жестких ультрафиолетовых лучей, защищающих людей, животный и растительные миры, но и в регулировании галактического космического излучения. Ученые утверждают, что продолжительное воздействие космической радиации негативно отражается на здоровье. Нарушение слоя озона даже частично приводит к увеличению жесткости излучения.

Влияние на климат

Озон также выполняет функции экрана для инфракрасного излучения Земли, поглощая некоторую его часть. Это предохраняет планету от избыточной потери тепла, повышается отепляющее свойство атмосферы. В результате внешних воздействий происходит разрушение озонового слоя. По этой причине снижается температура воздуха, меняются направления ветров. Эти факторы способствуют изменению климата Земли в худшую сторону.

Встреча с озоном в повседневной жизни. Пахнет озоном

В повседневной жизни запах озона можно чувствовать после грозы, так как вещество образуется из кислорода под воздействием электрических разрядов. Происходит это явление в большинстве случаев после сильной грозы с мощными и частыми ударами молнии. Озон обладает способностью дезинфицировать окружающее пространство, разлагая токсические примеси в атмосфере. По этой причине после грозы воздух становится более свежим. В малых дозах вещество не представляет угрозы для здоровья.

Неприятное открытие ученых: озоновая дыра над Антарктидой

В 1980-х гг. над Антарктидой ученые обнаружили разрушение озонового щита. Возникновение дыры объясняется тем, что вместе с воздушными массами в регион попадают хлорфторуглероды, выпускаемые охладительными установками, аэрозольными баллончиками. По причине продолжительных периодов низкой температуры образуются высокие стратосферные облака, происходят различные химические реакции. Атомы хлора, содержащиеся в хлорфторуглеродах, отсоединяются.

В весенний период, когда усиливается солнечная активность, хлор под воздействием ультрафиолета становится катализатором реакций превращения озона в кислород. По этой причине озоновый экран начинает истончаться, и образуется дыра. Однако с наступлением лета происходит восполнение вещества в атмосфере, так как атомы хлора вновь присоединяются к другим веществам.

Во многом уменьшение толщины слоя связано с деятельностью человека. Запуск ракет, самолеты, промышленные выбросы токсичных веществ приводят к истончению озонового щита.

Возникновение дыр периодически регистрируется над всей поверхностью планеты. Последствия разрушения ОС могут быть губительны для планеты. Уменьшение количества озона в стратосфере даже на 1% провоцирует множество дополнительных случаев развития катаракты, рака кожи, ослабление иммунитета. Большие дозы ультрафиолета вредны для креветок, мальков, крабов, обитающих на поверхности океана.

Недруги озона

Использование человечеством многочисленных веществ с целью создания комфорта в жизни губительно отражается на экологии, провоцирует истощение слоя озона. Основными недругами озонового экрана считаются:

1. Хлорфторуглероды. У поверхности вещества являются инертными, но, попадая в верхний атмосферный слой, становятся активными. Применяются в холодильниках, кондиционерах, тепловых насосах. Когда приборы выходят из строя, и их выбрасывают, то в большинстве случаев вредные вещества попадают в атмосферу. Хлорфторуглероды используются при производстве пористых пластмасс. Вещества имеют свойство вспенивать пластмассу. При этом они рассеиваются в атмосфере. Еще одной сферой применения хлорфторуглеродов является очистка компьютерных микросхем.
2. Оксид азота. Попадает в атмосферу при горении углеводородного топлива. Основными источниками вредного вещества являются двигатели самолетов, ракет, автомобилей. В сельском хозяйстве применяются азотные удобрения. При разложении они выделяют окислы азота, которые попадают в стратосферу и вызывают процесс разделения озона.
3. Метан. Поступает в атмосферу в ходе вентиляции шахт, добычи нефти, газа, заболачивания низменных ландшафтов.

Существенный выброс веществ, разрушающих ОС, происходит при запуске ракет и многоразовых космических кораблей.

Меры для защиты и восстановления ОС

Попадание даже небольшого количества вредных веществ в верхние атмосферные слои оказывает негативное влияние на защитный озоновый экран. Проблема сохранения слоя стала одной из глобальных. После обнаружения дыры над Антарктидой стали приниматься меры. В 1985 г. была принята Венская конвенция, включающая такие пункты:

1. Проведение систематических исследований озонового слоя, наблюдение за его состоянием.
2. Сокращение и ликвидация эмиссии вредных веществ.
3. Проведение разработок специальных технологий, способствующих минимизации ущерба.
4. Осуществление мониторинга деятельности, приводящей к возникновению дыр.
5. Создание Озонового секретариата с целью координирования принимаемых мер по защите озонового щита.

В 1987 г. был разработан Монреальский протокол, который стал дополнением к конвенции. Он предусматривает постепенное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. Промышленности предоставили время на поиск, создание приемлемых альтернатив. В результате поправок к документу список регулируемых веществ расширился, были введены меры по ограничению их экспорта и импорта. Протокол подписали 197 государств.

Озоновый секретариат функционирует на основе программы ООН по защите окружающей среды. Его основные обязанности включают:

• организация собраний государств-участников Венской конвенции, Монреальского протокола, рабочих групп, комитетов;
• организация реализации решений, принятых на собрании;
• обработка данных, полученных от участников Монреальского протокола об использовании озоноразрушающих веществ;
• мониторинг выполнения положений конвенции и протокола, подготовка отчетов к собраниям;
• предоставление информации международным организациям по вопросам охраны озонового экрана.

Деятельность секретариата регулируется соответствующими статьями конвенции и протокола.

Найти альтернативу хлорфторуглеродам для производства холодильной техники оказалось проблематичным. Это требовало больших финансовых затрат. Однако постепенно решение было найдено. Современные холодильники оснащаются 2 типами хладагентов:

1. R134a – гидрофторуглеродное соединение с термодинамическими свойствами, имеющее нулевой озоноразрущающий потенциал.
2. R600a – изобутан, представляющий собой химическое соединение с нулевым разрушающим потенциалом. Применяется в основном для производства бытовых холодильников, обеспечивает пониженное энергопотребление.

Важно отметить, что в 2010 г. был полностью прекращен выпуск вредного хладагента R12. Однако вещество способно попадать в стратосферу, наносить вред еще в течение продолжительного времени.

Для наполнения аэрозольных баллонов стали использовать пропан-бутановую смесь, которая не уступает по свойствам хлорфторуглеродам.

Существует множество проектов по защите и восстановлению ОС. Одним из них является, например, искусственное получение озона в стратосфере.

Подобные проекты требуют существенных финансовых вложений, что откладывает их реализацию.

В российском законодательстве существует закон, регулирующий производство и использование веществ, разрушающих озоновый щит Земли. Для предотвращения опасных изменений принимаются такие меры:

• контроль изменений состояния ОС, климата под влиянием различных процессов;
• соблюдение нормативов допустимых выбросов, негативно влияющих на климат и озоновый экран;
• регулирование производства, применения веществ, разрушающих слой;
• применение штрафных санкций за нарушение закона.

Учет обращения озоноразрущающих веществ в России ведется на основе данных таможенной статистики внешней торговли, отчетов, предоставленных юридическими лицами, индивидуальными предпринимателями.

После принятия большинством государств мер, направленных на охрану озонового щита, ситуацию удалось улучшить.

Источник

Озоновый слой

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25—30 км , в умеренных 20—25 , в полярных 15—20 ), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О₂) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О₂, образуя озон (О₃). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³ ) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов [1] и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20—25 км , наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км . Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм . Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км .

Содержание

История открытия озонового слоя

Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.

Механизм Чепмена

Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сидни Чепменом в 1930 году и носит его имя.

Реакции образования озона :

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175—200 нм и до 242 нм .

Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом:

Пути гибели озона

Кроме реакций, входящих в механизм Чепмена, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чепмена), водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами.

Водородный цикл (HO_x):

Доля в расходовании озона различных химических семейств: [2]

Доля галогенового пути распада стратосферного озона увеличилась в результате деятельности человека, что привело к возникновению озоновых дыр. Генеральная ассамблея ООН в 1994 году провозгласила 16 сентября ежегодным Международным днём охраны озонового слоя.

Примечания

1. ↑И.К. ЛаринХимия озонового слоя и жизнь на Земле // Химия и жизнь — XXI век. — 2000. — № 7. — С. 10–15..
2. ↑ Andrew Dessler. The Chemistry and Physics of Stratospheric Ozone. Academic Press. 2000

См. также

В Википедии есть портал
«Экология»