Hapeesta ultraviolettisäteiden vaikutuksesta. Maan ilmakehässä on otsonikerros noin 25 kilometrin korkeudella: tämän kaasun kerros ympäröi tiheästi planeettamme ja suojaa sitä korkeilta ultraviolettisäteilypitoisuuksilta. Ilman tätä kaasua voimakas säteily voi tappaa kaiken elämän maapallolla.

Otsonikerros on melko ohut, se ei pysty täysin suojaamaan planeettaa säteilyn tunkeutumiselta, jolla on haitallinen vaikutus tilaan ja aiheuttaa sairauksia. Mutta pitkään se riitti suojelemaan maapalloa vaaroilta.

1980-luvulla havaittiin, että otsonikerroksessa on alueita, joissa tämän kaasun pitoisuus on huomattavasti vähentynyt - niin sanotut otsoniaukot. Brittitutkijat löysivät ensimmäisen reiän Etelämantereen yltä, ja he olivat hämmästyneitä ilmiön laajuudesta - halkaisijaltaan yli tuhannen kilometrin osassa ei ollut juuri lainkaan suojaavaa kerrosta ja se altistettiin voimakkaammalle ultraviolettisäteilylle.

Myöhemmin löydettiin muita otsonireikiä, pienempiä, mutta yhtä vaarallisia.

Syitä otsoniaukojen muodostumiseen

Otsonikerroksen muodostumismekanismi maapallon ilmakehässä on melko monimutkainen, ja useat syyt voivat johtaa sen rikkomiseen. Aluksi tiedemiehet tarjosivat monia versioita: sekä atomiräjähdysten aikana muodostuneiden hiukkasten vaikutuksesta että El Chiconin tulivuoren purkauksen vaikutuksesta, jopa mielipiteitä ilmaistiin muukalaisten toiminnasta.

Otsonikerroksen rappeutumisen syyt voivat olla auringon säteilyn puute, stratosfääripilvien muodostuminen, napapyörteet, mutta useimmiten tämän kaasun pitoisuus laskee johtuen sen reaktioista erilaisten aineiden kanssa, jotka voivat olla sekä luonnollisia että ihmisperäisiä. . Molekyylit tuhoutuvat vedyn, hapen, kloorin ja orgaanisten yhdisteiden vaikutuksesta. Toistaiseksi tiedemiehet eivät voi yksiselitteisesti sanoa, johtuuko otsoniaukojen muodostuminen pääasiassa ihmisen toiminnasta vai onko se luonnollista.

On todistettu, että monien laitteiden toiminnan aikana vapautuvat freonit aiheuttavat otsonihäviöitä keski- ja korkeilla leveysasteilla, mutta ne eivät vaikuta polaaristen otsoniaukojen muodostumiseen.

On todennäköistä, että monien, sekä inhimillisten että luonnollisten tekijöiden, yhdistelmä johti otsoniaukojen muodostumiseen. Toisaalta tulivuoren aktiivisuus on lisääntynyt, toisaalta ihmiset ovat alkaneet vaikuttaa vakavasti luontoon - otsonikerros ei voi johtua vain freonin vapautumisesta, vaan myös törmäyksestä epäonnistuneiden satelliittien kanssa. 1900-luvun lopun jälkeen purkautuneiden tulivuorten määrän vähentymisen ja freonien käytön rajoittamisen vuoksi tilanne on alkanut hieman parantua: tutkijat havaitsivat hiljattain pienen reiän Etelämantereen ylle. Tarkempi otsonikatoa koskeva tutkimus mahdollistaa näiden alueiden ilmaantumisen estämisen.

Viime vuosina tiedemiehet ovat panneet yhä huolestuneemmin merkille ilmakehän otsonikerroksen, joka suojaa ultraviolettisäteilyä vastaan, heikkenemisen. Vaara piilee siinä, että ultraviolettisäteily on haitallista eläville organismeille.

Ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta happimolekyylit hajoavat vapaiksi atomeiksi, jotka puolestaan ​​voivat liittyä muihin happimolekyyleihin muodostaen otsonia. Vapaat happiatomit voivat myös reagoida otsonimolekyylien kanssa muodostaen kaksi happimolekyyliä. Siten hapen ja otsonin välille muodostuu ja säilyy tasapaino.

Freonityyppinen saastuminen kuitenkin katalysoi (kiihdyttää) otsonin hajoamisprosessia, rikkoen sen ja hapen välisen tasapainon otsonipitoisuuden alenemisen suuntaan.

Kun otetaan huomioon planeetta uhkaava vaara, kansainvälinen yhteisö on ottanut ensimmäisen askeleen tämän ongelman ratkaisemiseksi. Allekirjoitettiin kansainvälinen sopimus, jonka mukaan freonien tuotanto maailmassa vuoteen 1999 mennessä. Pitäisi vähentää noin 50 prosenttia.

Otsoni

Otsoni (O3) on aggressiivinen kaasu, jolla on voimakas hapettava vaikutus. Kreikasta käännettynä otson tarkoittaa "haisevaa", koska sillä on terävä, pistävä haju. Tämän hajun voi tuntea ukkosmyrskyn jälkeen.

Otsonia muodostuu ilmakehässä, kun korkeaenergiset lyhytaaltoiset ultraviolettisäteet ja sähköpurkaukset vaikuttavat happeen. Suuri energia jakaa hapen yksittäisiksi atomeiksi, jotka sitoutuvat molekyylisen hapen kanssa muodostaen otsonia.

Otsonimolekyylit ovat erittäin epävakaita ja hajoavat helposti, joten tämä reaktio on palautuva.

Otsonin ekologinen rooli on kaksijakoinen.

Otsoni, joka muodostuu lähellä Maan pintaa valokemiallisen savusumun komponenttina, on erittäin haitallista, koska sillä on voimakkaita hapettavia ominaisuuksia ja se ärsyttää silmien ja hengitysteiden limakalvoja. Maan pinnalla otsonia muodostuu salamapurkausten aikana sekä typen oksidien ja autojen pakokaasuista vapautuvien haihtuvien hiilivetyjen välisten fotokemiallisten reaktioiden seurauksena. Otsonin lisäksi näiden reaktioiden seurauksena muodostuu useita aggressiivisia aineita. Ne ovat myös vahvoja hapettimia, niillä on ärsyttävä vaikutus, jotkut niistä ovat syöpää aiheuttavia. Näiden aineiden yhdistelmää kutsutaan fotokemialliseksi savusumuksi.

Ylempään stratosfääriin muodostunut otsoni muodostaa otsonikerroksen, joka suojaa maapallon organismeja lyhytaaltoisten ultraviolettisäteiden vaikutukselta. Jopa 98% Auringon lyhytaaltoisten ultraviolettisäteiden energiasta kuluu otsonisynteesireaktioihin, minkä vuoksi ne eivät saavuta maan pintaa eikä niillä ole haitallista vaikutusta kehoon. Tätä varten otsonikerrosta kutsutaan maan "suojakilveksi". Ilman sitä elämää ei voisi olla maan pinnalla.

Otsonikerroksen muodostuminen tuli mahdolliseksi, kun ilmakehän happipitoisuus saavutti 1 % nykyisestä tasosta. Otsonikerroksen ilmaantuminen mahdollisti elämän pääsyn maalle, kun taas ennen elämää saattoi olla vain valtamerissä.

Otsonikerros (otsonosfääri) peittää koko maapallon ja sijaitsee 10–50 km:n korkeudessa, ja otsonin enimmäispitoisuus on 20–25 km:n korkeudessa. Ilmakehän kyllästyminen otsonilla muuttuu jatkuvasti missä tahansa planeetan osassa ja saavuttaa maksiminsa keväällä subpolaarisella alueella.

Otsonikerroksella on kaksi tärkeää tehtävää ilmakehässä:

• Suojaa organismeja ultraviolettisäteiden haitallisilta vaikutuksilta, jotka aiheuttavat auringonpolttamaa, ihosyöpää, kaihia (silmän linssin sameutumista), immuunijärjestelmän heikkenemistä;
• Se muodostaa stratosfäärin - ilmakehän kerroksen, jossa lämpötila nousee korkeuden mukana, mikä rajoittaa sään muodostumisprosessit troposfääriin: ilmakehän ylemmät kuumentuneet kerrokset estävät kylmemmän pintailman nousun. Jos se ei olisi otsonikerrosta, ilmakehän lämpötila laskisi vähitellen korkeuden myötä ja Maan lämpötila olisi täysin erilainen.

Otsonikato

1960-luvun puolivälissä. tutkijat tulivat siihen tulokseen, että on olemassa tekijöitä, jotka tuhoavat otsonia ilmakehässä. Tällaisia ​​tekijöitä ovat vesihöyryn ja typen oksidien vapaat radikaalit, jotka vapautuvat stratosfääriin yliäänikoneiden pakokaasujen mukana ja tulevat troposfäärin alemmista kerroksista.

Vuonna 1973 amerikkalaiset kemistit F. Rowland ja M. Molina havaitsivat, että kloorifluorihiilivedyt, joita kutsutaan freoneiksi, tuhoavat otsonia. Tästä löydöstä F. Rowland ja M. Molina vuonna 1996. sai Nobel-palkinnon.

Vuonna 1984 D. Farmanin johtama amerikkalaisten tutkijoiden ryhmä julkaisi tietoja Etelämantereella tehdystä tutkimuksesta. Ne osoittivat, että keväällä 1983 otsonipitoisuus Etelämantereen yllä putosi 40 prosenttiin. D. Farmanin mukaan "taivas Etelämantereen yllä oli kirjaimellisesti tyhjä, ja se oli kauheaa" (Roun Sh., 1993).

Otsonipitoisuuden laskua Etelämantereen yllä on kutsuttu "otsoniaukkoksi". Tällä hetkellä "reiän" mitat ovat melkein yhtä suuret kuin tämän mantereen pinta-ala.

Otsonipitoisuuden jyrkkä lasku Etelämantereen yllä selittyy useilla syillä:

• Otsonin muodostuminen on mahdollista vain ultraviolettisäteiden läsnä ollessa, sitä ei tapahdu napayönä;
• Matalat lämpötilat edistävät stratosfäärin jääpilvien muodostumista Etelämantereen ylle, joiden hiukkasissa otsonin tuhoutumisreaktiot kiihtyvät;
• Ilmamassojen kierrossa Etelämantereen yli on joitain piirteitä: keväällä sen yli muodostuu nousevia pyörteitä, jotka imevät tälle alueelle ilmaa troposfääristä, jossa on alhainen otsonipitoisuus ja estävät otsonipitoisen ilman sisäänvirtauksen keskimmäisiltä leveysasteilta.

Pääsyy otsonipitoisuuden laskuun Etelämantereen yllä on stratosfäärin jääpilvien muodostuminen sen yläpuolelle, joiden hiukkasissa aktivoituvat kloorin aiheuttamat otsonin tuhoamisprosessit.

"Otsoniaukon" löytämisen jälkeen Etelämantereen yltä suoritettiin tieteellistä tutkimusta, jossa tutkittiin ilmakehän otsonipitoisuuden vaikutusta biologisiin esineisiin. Havaittiin, että kun otsonipitoisuus laskee 1%, ultraviolettisäteiden tunkeutumisaste ilmakehään kasvaa 1,5 - 2%. Tämä lisää ihosyövän, kaihien, organismien vastustuskyvyn heikkenemistä jne.

Tutkijat päättelivät, että lisääntyneet ultraviolettisäteilyannokset heikentävät siementen laatua, kasvien kestävyyttä kuivuutta, sairauksia, Etelämantereen kasviplanktonin tuotantoa ja kalanpoikasten selviytymistä, millä voi olla katastrofaalinen vaikutus maailmanlaajuiseen kalastukseen. Ilmakehän otsonipitoisuuden pienentyessä 25 %, kasviplanktonin tuotanto voisi laskea 35 %.

Sen jälkeen mittaukset ovat vahvistaneet otsonikerroksen laajalle levinneen heikkenemisen lähes koko planeetalla. Esimerkiksi Venäjällä viimeisten kymmenen vuoden aikana otsonikerroksen pitoisuus on laskenut talvella 4-6 % ja kesällä 3 %.

Tällä hetkellä kaikki tunnustavat otsonikerroksen heikkenemisen vakavaksi uhkaksi maailmanlaajuiselle ympäristöturvallisuudelle. Otsonipitoisuuden lasku heikentää ilmakehän kykyä suojella kaikkea maapallon elämää brutaalilta ultraviolettisäteilyltä (UV-säteily). Elävät organismit ovat erittäin herkkiä ultraviolettisäteilylle, koska jopa yhden fotonin energia näistä säteistä riittää tuhoamaan kemialliset sidokset useimmissa orgaanisissa molekyyleissä. Ei ole sattumaa, että alueilla, joilla on alhainen otsonipitoisuus, esiintyy lukuisia auringonpolttamia, ihosyöpätapausten lisääntymistä jne. Ihosairauksien lisäksi on mahdollista kehittää silmäsairauksia (kaihi jne.), immuunijärjestelmän heikkenemistä jne.

On myös todettu, että voimakkaan ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta kasvit menettävät asteittain fotosynteesikykynsä, ja planktonin elintärkeän toiminnan häiriintyminen johtaa vesiekosysteemien eliöstön troofisten ketjujen katkeamiseen jne.

Tiede ei ole vielä täysin selvittänyt, mitkä ovat tärkeimmät otsonikerrosta rikkovat prosessit. "Otsoniaukojen" oletetaan sekä luonnollista että ihmisperäistä alkuperää. Jälkimmäinen useimpien tutkijoiden mukaan on todennäköisempi ja liittyy lisääntyneeseen kloorifluorihiilivetyjen (freonien) pitoisuuteen. Freoneja käytetään laajalti teollisessa tuotannossa ja jokapäiväisessä elämässä (jäähdytysyksiköt, liuottimet, sumuttimet, aerosolipakkaukset jne.). Ilmakehään nousevat freonit hajoavat vapauttamalla kloorioksidia, jolla on haitallinen vaikutus otsonimolekyyleihin.

Kansainvälisen ympäristöjärjestön Greenpeacen mukaan tärkeimmät kloorifluorihiilivetyjen (freonien) toimittajat ovat Yhdysvallat - 30,85%, Japani - 12,42%, Iso-Britannia - 8,62% ja Venäjä - 8,0%. Yhdysvallat on tehnyt "reiän" otsonikerrokseen, jonka pinta-ala on 7 miljoonaa neliökilometriä, Japani - 3 miljoonaa neliökilometriä, mikä on 7 kertaa suurempi kuin itse Japanin pinta-ala. Äskettäin Yhdysvaltoihin ja useisiin länsimaihin on rakennettu tehtaita uudentyyppisten kylmäaineiden (halogenoitujen kloorifluorihiilivetyjen) tuottamiseksi, joilla on alhainen potentiaali otsonikatoa.

Arvioituaan kloorifluorihiilivetyjen tuotantomäärän ja niiden vapautumisen ilmakehään tutkijat tulivat siihen tulokseen, että tämä johtaa väistämättömään otsonikerroksen tuhoutumiseen.

Kloorifluorihiilipäästöjen vähentämisestä ilmakehään on pidetty kansainvälisiä kokouksia ja allekirjoitettu useita sopimuksia. Vuonna 1989 Helsingin kansainvälisessä konferenssissa 81 maata pääsi sopimukseen kaikenlaisten kloorifluorihiilivetyjen tuotannon lopettamisesta vuoteen 2000 mennessä.

Montrealin konferenssin (1990), myöhemmin Lontoossa (1991) ja Kööpenhaminassa (1992) tarkistetun pöytäkirjan mukaan kloorifluorihiilipäästöjä suunniteltiin vähentävän 50 prosentilla vuoteen 1998 mennessä. Art. Venäjän federaation ympäristönsuojelulain 56 mukaan kansainvälisten sopimusten mukaisesti kaikkien organisaatioiden ja yritysten on vähennettävä ja lopetettava kokonaan otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotanto ja käyttö. Laissa säädetään seuraavista toimenpiteistä otsonikerroksen suojelemiseksi:

• Otsonikerroksen muutosten havaintojen järjestäminen taloudellisen toiminnan ja muiden prosessien vaikutuksesta;
• Otsonikerroksen tilaan haitallisesti vaikuttavien aineiden suurinta sallittua päästöä koskevien standardien noudattaminen;
• Otsonikerrosta heikentävien kemikaalien tuotannon ja käytön sääntely.

Vuonna 1993 maassamme perustettiin osastojen välinen komissio, jonka tehtävänä on koordinoida eri järjestöjen toimintaa kansainvälisten velvoitteiden täyttämiseksi otsonikerroksen suojelemiseksi ja otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotannon lopettamiseksi vuoteen 2000 mennessä. Lisäksi kehitetään ja toteutetaan intensiivisesti toimenpiteitä rikkiyhdisteiden, typen oksidien ja muiden vaarallisimpien ilmansaasteiden päästöjen vähentämiseksi merkittävästi.

Vaikka pöytäkirja pannaan täytäntöön kaikissa maissa, ihmisten UV-säteilyltä suojaamisen ongelmaa on jatkettava, koska monet kloorifluorihiilivedyistä voivat säilyä ilmakehässä satoja vuosia.

Tällä hetkellä otsonikerros heikkenee 0,5 - 0,7 % vuodessa.

Toimenpiteet otsonikadon vähentämiseksi ovat:

• Maailmanlaajuinen kielto käyttää kloorifluorihiilivetyjä alueilla, joilla ne voidaan korvata muilla aineilla;
• Käytettyjen jääkaappien ja ilmastointilaitteiden kloorifluorihiilivetyjen hyödyntäminen;
• Kloorifluorihiilivetyjen, gallonoiden, kloroformin ja hiilitetrakloridin tuotannon täydellinen kielto.

Otsonikerroksen heikkenemisen ongelma ei kuitenkaan rajoitu CFC-yhdisteiden ja halonien vahingollisiin vaikutuksiin. Kuten kaikki muutkin biosfääriprosessit, otsonin pitoisuus ilmakehässä riippuu monista tekijöistä, kaikkien sen muodostumis- ja tuhoutumismekanismien välisestä suhteesta. Otsonipitoisuuteen vaikuttavat erityisesti:

• Ultraviolettisäteilyn intensiteetti - riippuu Auringon aktiivisuudesta, jolla on 11 vuoden ja pidemmät jaksot;
• Ilmakehän happipitoisuus riippuu kasvien O2-tuotannosta. Sitä vähentävät ihmisten metsäkadot, maaperän kyntäminen, jossa orgaanisen aineen hajoamisprosessit kiihtyvät, ja fossiilisten polttoaineiden polttaminen;
• Tulivuorenpurkaukset - tuovat ilmakehään valtavia määriä pölyä, joka vangitsee auringonvaloa, typen ja rikin oksideja;
• Teollisuuden päästöjen aiheuttama ilmansaaste (typpioksidit, pöly, rikkihappoaerosolit) - happopisarat ovat vesihöyryn tiivistymiskeskuksia ja siten pilvien muodostumisen syy.

Useat tutkijat väittävät edelleen "otsoniaukon" luonnollisen alkuperän. He näkevät syyt sen esiintymiseen otsonosfäärin luonnollisessa vaihtelussa, Auringon syklisessä aktiivisuudessa, kun taas toiset yhdistävät nämä prosessit Maan halkeamiseen ja kaasunpoistoon.

Ensinnäkin pitäisi olla selvää, että otsoniaukko, toisin kuin sen nimi, ei ole reikä ilmakehässä. Otsonimolekyyli eroaa tavallisesta happimolekyylistä siinä, että se ei koostu kahdesta, vaan kolmesta happiatomista, jotka ovat yhteydessä toisiinsa. Ilmakehässä otsoni on keskittynyt ns otsonikerros, noin 30 kilometrin korkeudessa stratosfäärissä. Tässä kerroksessa tapahtuu Auringon lähettämien ultraviolettisäteiden absorptio - muuten auringon säteily voi aiheuttaa suurta haittaa elämälle maan pinnalla. Siksi kaikki otsonikerroksen uhka ansaitsee vakavimman asenteen. Vuonna 1985 Etelänavalla työskentelevät brittitutkijat havaitsivat, että Etelämantereen keväällä ilmakehän otsonitaso oli huomattavasti normaalia alhaisempi. Joka vuosi samaan aikaan otsonin määrä laski - joskus enemmän, joskus vähemmän. Samanlaisia ​​mutta vähemmän ilmeisiä otsonireikiä ilmestyi myös pohjoisnavalle arktisen kevään aikana.

Seuraavina vuosina tutkijat selvittivät, miksi otsoniaukko ilmestyy. Kun aurinko piiloutuu ja pitkä napayö alkaa, lämpötila laskee jyrkästi ja muodostuu korkeita stratosfääripilviä, jotka sisältävät jääkiteitä. Näiden kiteiden ilmaantuminen aiheuttaa sarjan monimutkaisia ​​kemiallisia reaktioita, jotka johtavat molekyylien kloorin kertymiseen (kloorimolekyyli koostuu kahdesta toisiinsa yhdistetystä klooriatomista). Kun aurinko ilmestyy ja Etelämantereen kevät alkaa, ultraviolettisäteiden vaikutuksesta molekyylin sisäiset sidokset katkeavat ja klooriatomien virta syöksyy ilmakehään. Nämä atomit toimivat katalyytteinä otsonin muuntamiseksi yksinkertaiseksi hapeksi seuraavan kaksoiskaavion mukaisesti:

Cl + O 3 -> ClO + O 2 ja ClO + O -> Cl + O 2

Näiden reaktioiden seurauksena otsonimolekyylit (O 3) muuttuvat happimolekyyleiksi (O 2), kun taas alkuperäiset klooriatomit pysyvät vapaassa tilassa ja osallistuvat jälleen tähän prosessiin (jokainen kloorimolekyyli tuhoaa miljoona otsonimolekyyliä ennen poistetaan ilmakehästä muiden kemiallisten reaktioiden aikana). Tämän muutosketjun seurauksena otsoni alkaa kadota ilmakehästä Etelämantereen yllä muodostaen otsoniaukon. Pian kuitenkin lämpenemisen myötä Etelämantereen pyörteet romahtavat, alueelle ryntää raitista ilmaa (joka sisältää uutta otsonia) ja reikä katoaa.

Vuonna 1987 Montrealissa pidettiin kansainvälinen konferenssi otsonikerroksen uhista, ja teollisuusmaat sopivat vähentävänsä ja lopulta lopettavansa otsonikerroksen tuotantoa. klooratut ja fluoratut hiilivedyt (kloorifluorihiilivedyt, CFC:t) — otsonikerrosta heikentäviä kemikaaleja. Vuoteen 1992 mennessä näiden aineiden korvaaminen turvallisilla onnistui niin hyvin, että ne päätettiin poistaa kokonaan vuoteen 1996 mennessä. Nykyään tutkijat uskovat, että viidenkymmenen vuoden kuluttua otsonikerros palautuu täysin.

Nämä ja muut viimeaikaiset tieteelliset havainnot vahvistivat aiempien arvioiden päätelmää, jonka mukaan tieteellisten todisteiden mukaan havaittu otsonin väheneminen keski- ja korkeilla leveysasteilla johtuu pääasiassa ihmisen toiminnasta klooria ja bromia sisältävistä yhdisteistä.

Alkuperäinen teksti (englanniksi)

Nämä ja muut viimeaikaiset tieteelliset havainnot vahvistavat aiemman arvioinnin päätelmää, jonka mukaan tieteellisten todisteiden painoarvo viittaa siihen, että havaitut keski- ja korkean leveyspiirin otsonihäviöt johtuvat suurelta osin ihmisen toiminnasta peräisin olevista kloori- ja bromiyhdisteistä.

Toisen hypoteesin mukaan "otsoniaukojen" muodostumisprosessi voi olla suurelta osin luonnollista, eikä se liity pelkästään ihmissivilisaation haitallisiin vaikutuksiin.

Otsoniaukon rajojen määrittämiseksi ilmakehän otsonin vähimmäistasoksi valittiin 220 Dobson-yksikköä.

Otsoniaukon pinta-ala Etelämantereen päällä oli keskimäärin 22,8 miljoonaa neliökilometriä vuonna 2018 (vuosina 2010-2017 keskimääräiset vuosiarvot vaihtelivat 17,4 - 25,6 miljoonaa neliökilometriä, 2000-2009 - 12,0 - 26,6 miljoonaa neliökilometriä neliökilometriä, vuosina 1990-1999 - 18,8 - 25,9 miljoonaa neliökilometriä).

Tarina [ | ]

Brittitieteilijöiden ryhmä löysi ensimmäisen otsoniaukon, jonka halkaisija on yli 1000 km, vuonna 1985 eteläisellä pallonpuoliskolla Etelämantereen yllä: (Englanti), (Englanti), (Englanti), joka julkaisi vastaavan artikkelin Nature-lehdessä. Joka elokuu se ilmestyi, ja joulukuussa - tammikuussa se lakkasi olemasta. Syksyllä ja talvella pohjoisella pallonpuoliskolla arktisella alueella on lukuisia miniotsonireikiä. Tällaisen reiän pinta-ala ei ylitä 2 miljoonaa km², sen käyttöikä on jopa 7 päivää.

Koulutuksen mekanismi[ | ]

Auringon säteilyn puuttumisen seurauksena otsonia ei muodostu polaaristen öiden aikana. Ei ultraviolettisäteilyä - ei otsonia. Suuren massan omaavat otsonimolekyylit laskeutuvat maan pinnalle ja tuhoutuvat, koska ne ovat epävakaita normaalipaineessa.

Rowland ja Molina ehdottivat, että klooriatomit voisivat tuhota suuria määriä otsonia stratosfäärissä. Heidän havainnot perustuivat Paul Joseph Crutzenin ja Harold Johnstonen samankaltaiseen työhön, joka osoitti, että typpioksidi (II) (NO) voi nopeuttaa otsonikatoa.

Tekijöiden yhdistelmä johtaa ilmakehän otsonipitoisuuden laskuun, joista tärkein on otsonimolekyylien kuolema reaktioissa erilaisten ihmisperäistä ja luonnollista alkuperää olevien aineiden kanssa, auringon säteilyn puuttuminen napatalven aikana, erityisesti stabiili polaarinen pyörre, joka estää otsonin tunkeutumisen subpolaarisilta leveysasteilta, ja muodostuvat polaariset stratosfääripilvet (PSC), joiden pintahiukkaset katalysoivat otsonin hajoamisreaktioita. Nämä tekijät ovat erityisen tyypillisiä Etelämantereelle, arktisella alueella napapyörre on paljon heikompi mantereen pinnan puutteen vuoksi, lämpötila on useita asteita korkeampi kuin Etelämantereella ja PSO:t ovat harvinaisempia, ja niillä on myös taipumus katketa. alkusyksystä ylös. Koska otsonimolekyylit ovat reaktiivisia, ne voivat reagoida monien epäorgaanisten ja orgaanisten yhdisteiden kanssa. Tärkeimmät otsonimolekyylejä tuhoavat aineet ovat yksinkertaiset aineet (vety, happiatomit, kloori, bromi), epäorgaaniset (kloorivety, typpimonoksidi) ja orgaaniset yhdisteet (metaani, fluorikloori ja fluoribromiofreonit, jotka lähettävät kloori- ja bromiatomeja). Toisin kuin esimerkiksi hydrofluorofreonit, jotka hajoavat fluoriatomeiksi, jotka vuorostaan ​​reagoivat nopeasti veden kanssa muodostaen stabiilia fluorivetyä. Näin ollen fluori ei osallistu otsonin hajoamisreaktioihin. Jodi ei myöskään tuhoa stratosfäärin otsonia, koska jodia sisältävä orgaaninen aines kuluu lähes kokonaan jopa troposfäärissä. Tärkeimmät otsonin tuhoamiseen vaikuttavat reaktiot esitetään otsonikerrosta käsittelevässä artikkelissa.

Tehosteet [ | ]

Otsonikerroksen heikkeneminen lisää valtamerten vesiin tunkeutuvan ultraviolettisäteilyn virtausta, mikä johtaa meren eläinten ja kasvien kuolleisuuden lisääntymiseen.

Otsonikerroksen palauttaminen[ | ]

Vaikka ihmiskunta on ryhtynyt toimenpiteisiin rajoittaakseen kloori- ja bromipitoisten freonien päästöjä siirtymällä muihin aineisiin, kuten fluoripitoisiin freoniin, otsonikerroksen palautumisprosessi kestää useita vuosikymmeniä. Ensinnäkin tämä johtuu siitä, että ilmakehään on jo kertynyt valtava määrä freoneja, joiden elinikä on kymmeniä ja jopa satoja vuosia. Siksi otsoniaukon kiristymistä ei pitäisi odottaa ennen vuotta 2048. Professori Susan Solomonin mukaan Etelämantereen yläpuolella oleva otsoniaukko pieneni vuosina 2000–2015 noin Intian kokoiseksi. NASAn mukaan vuonna 2000 Etelämantereen yläpuolella olevan otsoniaukon keskimääräinen vuotuinen pinta-ala oli 24,8 miljoonaa neliökilometriä, vuonna 2015 - 25,6 miljoonaa neliökilometriä.

Väärinkäsitykset otsoniaukosta[ | ]

Otsonireikien muodostumisesta on useita laajalle levinneitä myyttejä. Epätieteellisestä luonteestaan ​​huolimatta ne esiintyvät usein tiedotusvälineissä [ ] - joskus tietämättömyydestä, joskus salaliittoteoreetikojen tukemana. Jotkut niistä on lueteltu alla.

Etelämantereen päällä oleva otsoniaukko on ollut olemassa jo pitkään[ | ]

Etelämantereen otsonikerroksesta on tehty systemaattisia tieteellisiä havaintoja 1900-luvun 20-luvulta lähtien, mutta vasta 70-luvun toisella puoliskolla löydettiin "stabiilin" Etelämantereen otsoniaukon muodostuminen ja sen nopea kehitys (kasvu otsonin koon ja keskimääräisen pitoisuuden pieneneminen reiän rajoissa) 1980- ja 1990-luvuilla aiheutti paniikkipelkoja, että otsonikerrokseen kohdistuvan tuhoisan ihmisen aiheuttaman vaikutuksen asteen paluupiste oli jo ohitettu.

Freonit ovat tärkeimpiä otsonin tuhoajia.[ | ]

Tämä väite pätee keski- ja korkeilla leveysasteilla. Muualla kloorikierto on vastuussa vain 15-25 %:sta stratosfäärin otsonihäviöstä. Samalla on huomattava, että 80% kloorista on ihmisperäistä alkuperää (lisätietoja eri syklien vaikutuksesta on artikkelissa otsonikerrosta). Toisin sanoen ihmisen väliintulo lisää suuresti kloorikierron osuutta. Ja jos freonien tuotantoa olisi pyritty lisäämään ennen Montrealin pöytäkirjan voimaantuloa (10 prosenttia vuodessa), 30 prosentista 50 prosenttiin otsonin kokonaishäviöstä vuonna 2050 johtuisi altistumisesta freoneille. Ennen ihmisen puuttumista otsonin muodostumis- ja tuhoutumisprosessit olivat tasapainossa. Mutta ihmisen toiminnan aiheuttamat freonit ovat siirtäneet tämän tasapainon kohti otsonipitoisuuden laskua. Napaisten otsonireikien osalta tilanne on täysin erilainen. Otsonin tuhoutumisen mekanismi eroaa olennaisesti korkeammista leveysasteista, avainvaihe on halogeenipitoisten aineiden inaktiivisten muotojen muuntaminen oksideiksi, mikä tapahtuu polaaristen stratosfääripilvien hiukkasten pinnalla. Ja seurauksena melkein kaikki otsoni tuhoutuu reaktioissa halogeenien kanssa, kloori on vastuussa 40-50% ja bromi noin 20-40%.

DuPontin asema[ | ]

DuPont, julkaistuaan tiedot freonien osallistumisesta stratosfäärin otsonin tuhoamiseen, otti tämän teorian vihamielisesti ja käytti miljoonia dollareita lehdistökampanjaan freonien suojelemiseksi. DuPontin puheenjohtaja kirjoitti Chemical Weekissä 16. heinäkuuta 1975 julkaistussa artikkelissa, että otsonikatoa koskeva teoria oli tieteisfiktiota, hölynpölyä, jossa ei ollut mitään järkeä. DuPontin lisäksi useat yritykset ympäri maailmaa ovat valmistaneet ja valmistavat edelleen erilaisia ​​freoneja rojaltivapaasti.

Freonit ovat liian raskaita päästäkseen stratosfääriin[ | ]

Joskus väitetään, että koska freonimolekyylit ovat paljon raskaampia kuin typpi ja happi, ne eivät pääse stratosfääriin merkittäviä määriä. Ilmakehän kaasut sekoittuvat kuitenkin täysin, eikä niitä kerrostu tai lajiteta painon mukaan. Arviot kaasujen diffuusioerottumiseen ilmakehässä tarvittavasta ajasta vaativat tuhansien vuosien luokkaa. Tämä ei tietenkään ole mahdollista dynaamisessa ilmapiirissä. Pystysuoran massansiirron, konvektion ja turbulenssin prosessit sekoittuvat täysin turbopaussin alla olevaan ilmakehään paljon nopeammin. Siksi jopa sellaiset raskaat kaasut, kuten inertit tai freonit, jakautuvat tasaisesti ilmakehään, mukaan lukien stratosfääriin pääseminen. Niiden pitoisuuksien kokeelliset mittaukset ilmakehässä vahvistavat tämän; Mittaukset osoittavat myös, että kestää noin viisi vuotta ennen kuin maan pinnalle vapautuvat kaasut saavuttavat stratosfäärin, katso toinen kaavio oikealla. Jos ilmakehän kaasut eivät sekoittuisi, niin sen koostumuksensa raskaat kaasut, kuten argon ja hiilidioksidi, muodostaisivat maan pinnalle useiden kymmenien metrien paksuisen kerroksen, joka tekisi maan pinnasta asumiskelvottomaksi. Mutta se ei ole. Sekä kryptonilla, jonka atomimassa on 84, että heliumilla, jonka atomimassa on 4, on sama suhteellinen pitoisuus, joka on lähellä pintaa, joka on jopa 100 km korkea. Tietenkin kaikki yllä oleva pätee vain kaasuille, jotka ovat suhteellisen stabiileja, kuten freoneja tai inerttejä kaasuja. Aineilla, jotka joutuvat reaktioihin ja joutuvat myös erilaisille fysikaalisille vaikutuksille, esimerkiksi liukenevat veteen, ovat pitoisuuden riippuvaisia ​​korkeudesta.

Tärkeimmät halogeenien lähteet ovat luonnollisia, eivät ihmisperäisiä[ | ]

Kloorin lähteet stratosfäärissä

On olemassa mielipide, että luonnolliset halogeenien lähteet, kuten tulivuoret tai valtameret, ovat tärkeämpiä otsonikatoprosessille kuin ihmisen tuottamat. Kyseenalaistamatta luonnollisten lähteiden osuutta halogeenien kokonaistasapainoon, on huomattava, että ne eivät yleensä pääse stratosfääriin, koska ne ovat vesiliukoisia (pääasiassa kloridi-ionit ja kloorivety) ja huuhtoutuvat pois halogeeneista. ilmakehään, joka sataa sateena maahan. Myös luonnonyhdisteet ovat vähemmän stabiileja kuin freonit, esimerkiksi metyylikloridin käyttöikä ilmakehässä on vain noin vuosi, kun taas freonien käyttöikä on kymmeniä ja satoja vuosia. Siksi niiden osuus stratosfäärin otsonin tuhoamisessa on melko pieni. Jopa harvinainen Pinatubo-vuoren purkaus kesäkuussa 1991 aiheutti otsonitasojen laskun, ei vapautuneiden halogeenien takia, vaan suuren rikkihappoaerosolimassan muodostumisen vuoksi, joiden pinta katalysoi otsonin tuhoutumisreaktioita. Onneksi kolmen vuoden kuluttua lähes koko vulkaanisten aerosolien massa poistettiin ilmakehästä. Tulivuorenpurkaukset ovat siis suhteellisen lyhytaikaisia ​​otsonikerrokseen vaikuttavia tekijöitä, toisin kuin freonit, joiden elinikä on kymmeniä ja satoja vuosia.

Otsonireiän on oltava freonilähteiden yläpuolella[ | ]

Otsoniaukon koon ja otsonipitoisuuden muutosten dynamiikka Etelämantereella vuosien mukaan

Monet eivät ymmärrä, miksi otsoniaukko muodostuu Etelämantereella, kun suurimmat freonipäästöt tapahtuvat pohjoisella pallonpuoliskolla. Tosiasia on, että freonit sekoittuvat hyvin troposfäärissä ja stratosfäärissä. Alhaisen reaktiivisuutensa vuoksi niitä ei käytännössä kuluteta ilmakehän alemmissa kerroksissa ja niiden käyttöikä on useita vuosia tai jopa vuosikymmeniä. Koska ne ovat erittäin haihtuvia molekyyliyhdisteitä, ne pääsevät suhteellisen helposti yläilmakehään.

Etelämantereen "otsoniaukkoa" itsessään ei ole olemassa ympäri vuoden. Se esiintyy lopputalvella - aikaisin keväällä (elo-syyskuu) ja ilmenee keskimääräisen otsonipitoisuuden huomattavana laskuna laajalla maantieteellisellä alueella. Syyt otsoniaukon muodostumiseen Etelämantereella liittyvät paikallisen ilmaston erityispiirteisiin. Etelämantereen talven alhaiset lämpötilat johtavat napapyörteen muodostumiseen. Tämän pyörteen sisällä oleva ilma liikkuu pääasiassa suljettuja polkuja pitkin etelänavan ympäri ja sekoittuu heikosti muiden leveysasteiden ilman kanssa. Tällä hetkellä aurinko ei valaise napa-aluetta, ja ultraviolettisäteilyn puuttuessa otsonia ei muodostu, vaan se kertyy ennen kuin se tuhoutuu (sekä vuorovaikutusten seurauksena muiden aineiden ja hiukkasten kanssa että spontaanisti, koska otsonimolekyylit ovat epävakaita). Napapäivän tullessa otsonin määrä kasvaa vähitellen ja saavuttaa jälleen normaalin tason. Toisin sanoen otsonipitoisuuden vaihtelut Etelämantereella ovat kausiluonteisia.

Mutta jos seuraamme otsonipitoisuuden ja otsoniaukon koon muutosten dynamiikkaa kunkin vuoden keskiarvona viime vuosikymmeninä, on havaittavissa selvä suuntaus kohti keskimääräisen otsonipitoisuuden laskua valtavalla maantieteellisellä alueella. .

Lähteet ja muistiinpanot[ | ]

1. Otsonikerroksen tuhoutumisen tieteellinen arvio: 2006(Englanti) . Haettu 13. joulukuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 16. helmikuuta 2012.
2. "Tieto on valtaa" Tiedeuutisia: 27.12.99 (Venäjän kieli). Haettu 3. heinäkuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 16. helmikuuta 2012.

Noin neljäkymmentä vuotta sitten havaittiin ensimmäisen kerran, että maapallon ilmakehän otsonikerros alkoi heikentyä. Ensimmäisenä tämän huomasivat brittiläiset tutkijat, jotka työskentelivät tutkimuskeskuksessa Etelämantereella. He havaitsivat, että Halley Bayn asemalla otsonin paksuus oli lähes puolittunut! Tuolloin tämän ilmiön mahdollisia syitä ei ollut vielä tutkittu, joten tutkijoiden tehtävänä oli vain seurata tilanteen kehittymistä. Ja tulokset eivät miellyttäneet heitä ollenkaan - otsonireiät eivät vain sulkeneet, vaan jopa levinneet kauas etelänavan ulkopuolelle. Joten siellä oli tietoa uudesta globaalista katastrofista.

Mitä otsoniaukot oikein ovat?

Otsoni on kaasu, jota syntyy hapesta auringon ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta. Se puolestaan ​​estää tämän säteilyn kulkeutumisen, jonka vaikutus on haitallinen kaikille eläville organismeille. Tämän kaasun kerros sijaitsee noin kahdenkymmenen kilometrin korkeudessa pinnan yläpuolella ja suojaa planeettaa aurinkoenergian negatiivisilta vaikutuksilta. Otsonireiät ovat paikkoja, joissa kaasun paksuus jostain syystä pienenee. Tässä vaiheessa riittää vielä ultraviolettisäteilyn viivyttäminen, mutta jos ihmiskunta ei tee mitään tilanteen muuttamiseksi, otsonikerroksen heikkeneminen johtaa jonkin ajan kuluttua siihen, että haitallinen säteily voi tunkeutua vapaasti ilmakehään, ja sitten olemassaolo. elämästä maapallolla tulee yksinkertaisesti mahdotonta.

Miksi otsonireikiä ilmaantuu?

On olemassa useita versioita siitä, miksi suojakaasun määrä ilmakehässä vähenee. Yleisin niistä on tietysti antropogeeninen. Sen ydin on se, että otsonin tuhoutuminen tapahtuu ihmisten toimien seurauksena: megakaupunkien luominen, ilman saastuminen, teollinen kehitys. Toisen version mukaan Meksikon tulivuoren El Chichonin voimakkain purkaus, joka voisi "murtaa" otsonikerroksen, on syyllinen reikien syntymiseen Maan suojaavaan kerrokseen. Lisäksi tähtitieteilijät uskovat, että suojan heikkeneminen johtuu auringon aktiivisuuden lisääntymisestä.

Avaruustutkimus

Ja silti, huolimatta mahdollisten versioiden laajasta kirjosta, todennäköisin niistä on edelleen antropogeeninen. Itse asiassa viime vuosisadan puolivälissä tapahtui lukuisia avaruusrakettien laukaisuja, joista kukin lentoonlähtö jätti ilmakehään "reiän", joka murtui otsonikerroksen läpi. Vain 30 vuoden avaruustutkimuksen aikana tuhoutui 30 % neljän miljardin vuoden aikana muodostuneesta maapallon suojaavasta esteestä!

Freon

Freoni on otsonia tuhoava aine, jota käytetään laajasti sekä jokapäiväisessä elämässä että teollisuudessa. Se sisältyi melkein kaikkiin viime vuosisadan kaasupatruunoihin: hiuslakkoihin, hajusteisiin, deodorantteihin, sammuttimiin. Se oli jopa jääkaapissa ja ilmastointilaitteissa! Ei ole yllättävää, että joka päivä ilmestyi enemmän ja enemmän uusia otsonireikiä, ja suojakerros ohueni ja ohuemmaksi.

Ratkaisut

Toistaiseksi ongelma on edelleen akuutti ja ajankohtainen. On tehty lukuisia sopimuksia, joiden mukaan otsonikerrokseen haitallisten aineiden käyttö tuotannossa ja teollisuudessa on kielletty. Mutta tämä ei riitä, koska kysymys ei ole vain otsonin tuhoutumisen pysäyttämisestä, vaan myös sen palauttamisesta. Ja tätä ongelmaa ei ole vielä ratkaistu.