Глобальные проблемы истощения озонового слоя земли

Озон это молекула, состоящая из трех атомов кислорода-О₃. Озон имеет приятный запах, который известен практически всем людям. Им пахнет свежевыстиранное белье, принесенное с мороза домой. Им также пахнет воздух после грозы. В атмосфере из чистого озона всё живое погибает. Озон обладает огромной реакционной способностью и легко реагирует со многими веществами.

В нижних слоях атмосферы, где подобных веществ много, озон является недолговечным загрязняющим веществом. Но в стратосфере, веществ, с которыми может реагировать молекулы озона не так много, поэтому там он сохраняется в течение длительного времени

1.Роль озонового слоя

Атмосфера Земли состоит из ряда слоев, в которых происходят различные природные явления. Ближайший к Земле слой-тропосфера, температура в нем уменьшается с высотой (до 20 км). Следующий слой-стратосфера, располагается на высоте порядка 20-50 км. В нем как раз и располагается озоновый слой, который поглощает УФ - излучение Солнца, а температура начинает расти с высотой (до 50 км). Следующий слой- мезосфера, где температура вновь начинает падать. Верхнюю границу атмосферы образует ионосфера. Основная масса озона сосредоточена в слое 15 – 50 км с максимумом концентрации в слое 20 – 25 км. Озоновый слой (протяженностью по высоте порядка 35 км) полностью поглощает поток коротковолновых ультрафиолетовых лучей Солнца с длиной волны 200-280 нм и около 90% УФ - излучения с длиной волны 280-320 нм. Если бы излучения данного диапазона достигали поверхности Земли, они неизбежно привели бы к сильным изменениям в биосфере.

Установлено, что уменьшение концентрации озона на 1% приводит к повышению интенсивности УФ – излучения у поверхности Земли в средних широтах в среднем на 1,5 - 2%. Так, например, увеличение потока ультрафиолетового излучения на 1% может привести к снижению урожайности и общей продуктивности наземных и водных растений на 1%.

УФ - излучение этого диапазона обладает наибольшей биологической активностью (УФИ-Б): разрушает нуклеиновые кислоты и вызывает мутации в клетках живых организмов. Оно губительно действует на человеческий организм, приводя к злокачественным новообразованиям на открытых участках кожи, к ослаблению иммунной системы, повреждая сетчатку глаз. УФИ-Б нарушает процесс фотосинтеза растений, поражает фитопланктон Мирового океана, что через цепи питания уменьшает популяции рыб и китообразных.

.

2.Естественные процессы образования и разрушения озона в стратосфере

Общее количество озона в атмосфере очень невелико - в среднем 4х10^-6% (по объему) или 7х10^-5% (по массе), что составляет 3х10¹² кг. Если все молекулы озона при температуре 15⁰С и давлении 10⁵ Па равномерно распределить над поверхностью Земли, то толщина слоя составит в среднем всего 3 мм (общее содержание озона а атмосфере в вертикальном столбе атмосферы колеблется от 1 до 6 мм). Все другие газы, входящие в состав воздуха земной атмосферы образуют слой толщиной 8 км.

Фотохимия образования озона в стратосфере была теоретически разработана, а затем подтверждена лабораторными и натурными исследованиями в 70-е гг, существенно уточнив прежнюю схему, созданную в 20-е гг. прошедшего столетия. Образование озона связано с фотодиссоциацией молекулярного кислорода, происходящей под действием жесткого коротковолнового солнечного излучения с длиной волны менее 242 нм:

О₂ +hy = О + О.

Взаимодействие атомарного и молекулярного кислорода в присутствии третьей частицы М (молекулы любого газа, входящего в состав воздуха, участвующей в реакции без изменения своих свойств и воспринимающей избыток образующейся при реакции энергии) приводит к образованию озона :

О + О₂ + М = О₃ + М

Область максимальной концентрации озона- всего 8 p.p.m (8 частей на миллион частей воздуха)- получила название озонового слоя (озонового экрана или щита). Обычно озоновый слой расположен в стратосфере на высоте 20-30 км в зависимости от широты.

Модельные реконструкции газового состава прошлых эпох по результатам анализов антарктических ледовых кернов показали, в частности, что содержание озона в атмосфере изменялось очень незначительно. Систематические измерения содержания озона в атмосфере, начавшиеся с 20-х гг. прошлого столетия с помощью спектрофотометра Добсона также свидетельствует о том, что содержание озона относительно стабильно. Модифицированные варианты прибора Добсона до сих пор широко применяют на всех озонометрических станциях, которых в мире около 120, благодаря высокой точности измерения-1-2%. Спектрофотометр Добсона измеряет обшее количество озона в столбе атмосферы единичного сечения, которое выражается в единицах Добсона (Dobson units)-D.u., при этом 1D.u.=2,7х10²⁰ молекул/м². Обычно количество озона в атмосфере Земли, включая Антарктиду, близко к 300 D.u., что соответствует тому трехмиллиметровому слою озона, о котором говорилось выше. Таким образом, даже в самом озоновом слое только одна молекула из 100 000 является молекулой озона. Несмотря на такое малое количество озона в атмосфере, он играет исключительно важную роль в биологических процессах Земли.

Одновременно с образованием озона идет процесс его непрерывного разрушения под действием внешнего солнечного излучения О₃+hy=О₂ +О, а также в результате реакции О+О₃ =2О₂. Схема этого естественного процесса разрушения озона была впервые предложена в 1930 г. английским ученым Сиднеем Чэпменом и получила название цикла Чэпмена.