Атмосферний озон

Предмет:

Тип роботи:

Доповідь

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

в чому є слідством метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолету і під час полярної ночі не йде. Зимою над Антарктикою утвориться стійкий вихор, який перешкоджає притоку багатого на озон повітря з середніх широт. Тому до весни навіть невелику кількість активного хлора здатна нанести серйозної шкоди озоновому шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому у північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато дослідників вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, чим над Арктикою, утворяться зимою, коли відсутнє сонячне світло і в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди температура в стратосфері падає нижче за -80°. Можна передбачити, що з'єднання азоту конденсуються, замерзають і залишаються пов'язаними з хмарними частками і тому позбавляються можливості вступити в реакцію з хлором. Можливо також, що хмарні частки здатні каталізувати розпад озону і резервуарів хлору. Все каже про те, що ХФВ здатні спричинити помітне зниження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, а для помітного ефекту в середніх широтах, концентрація активного хлора повинна бути набагато вищою. По-друге, при руйнуванні озонового шару жорсткий ультрафіолет почне проникати глибше в атмосферу. Але це означає, що утворення озону буде відбуватися як і раніше, але тільки трохи нижче, в області з великим вмістом кисню. Правда, в цьому випадку озоновий шар буде в більшій мірі схильний до дії атмосферної циркуляції.

Хоч перші песимістичні оцінки були перегляненні, це ні в якому разі не означає, що проблеми немає. Швидше стало ясно, що немає негайної, серйозної небезпеки. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФВ в атмосферу серйозні біосферні порушення у другій половині XXI ст., тому скорочувати використання ХФВ все ж таки необхідно.

Техногенне навантаження на довкілля стає все більш відчутним навіть у високих шарах атмосфери. Розглядається екологічна і кліматологічна роль атмосферного озону, його участь у атмосферних процесах. Наводяться приклади локальних екстремальних значень кількості озону для різних широт і часових інтервалів.

Озон спостерігається в шарі повітря від земної поверхні до висот біля 70 км, але його основна кількість зосереджена в шарі 20-55 км. Загальний вміст озону в атмосфері, якщо його привести до нормального тиску (1013, 2 гПа) при температурі 0 °С коливається від 1 до 6 мм. Цю величину прийнято називати приведеною товщиною шару озону або його загальною кількістю. Цей газ, незважаючи на його надзвичайно малу кількість, грає дуже важливу роль у фізичних процесах верхніх шарів атмосфери (стратосфері та мезосфері).

Атмосферний озон вважається найбільш важливою в енергетичному відношенні складовою частиною стратосфери. Він поглинає близько 1% всієї сонячної радіації, що падає на Землю. Завдяки цьому на вказаних висотах температура повітря зростає до значень, що наближаються до нуля. Вертикальний і горизонтальний розподіл температури в стратосфері, а також баричне поле, режим вітру і, зокрема, струменеві течії безпосередньо пов'язані з озоном атмосфери.

Окрім того, завдяки достатньо консервативним властивостям озону (внаслідок чого він порівняно повільно руйнується в стратосфері) дані про озон використовуються для вивчення циркуляції і турбулентності стратосфери і тропосфери.

Із екологічної точки зору не менш важливим є те, що озон визначає ультрафіолетовий клімат нашої планети. Він обмежує короткохвильову частину сонячного спектру (а також аналогічну частину спектру зірок і Космосу) і не пропускає до земної поверхні випромінювання коротше за 290 нм, при наявності якого життя на Землі в сучасній білковій формі було б неможливе.

У випадках проникнення цієї радіації до земної поверхні вона пригнічує фотосинтез у рослин, спричиняє опіки шкіри та сітківки ока, руйнує кров'яні тільця і молекули ДНК, сприяє росту злоякісних пухлин тощо. І якщо людина, а також тварини і організми, не пов'язані з фотосинтезом, відразу й не постраждають від підвищення ультрафіолетової радіації, то наземні рослини абсолютно беззахисні перед нею. А їхня загибель порушить екологічні ланцюги харчування, що призведе до непоправних втрат для людства. З цієї точки зору озон є своєрідним захисним екраном для всього живого на Землі.

Сучасні екологічні дослідження озону, роль якого у формуванні географічної оболонки і збереженні життя на Землі важко переоцінити, включають вивчення мінливості його загального вмісту в атмосфері в просторовому і часовому вимірах.

Майже весь атмосферний озон зосереджений у нижній стратосфері і загальний вміст його схильний до періодичних і неперіодичних змін. Збільшення вмісту озону в стратосфері сприяє зменшенню притоку сонячної радіації до земної поверхні, тому що озон поглинає сонячну радіацію не тільки в ультрафіолетовій, але й у видимій і близькій інфрачервоній частинах спектра. Безсумнівно, що збільшення вмісту озону в стратосфері викликає збільшення її нагрівання. При цьому температура, тиск і циркуляція тропосфери також зазнають відповідних змін.

Клімат дуже чутливо відгукується навіть на незначні зміни сонячної радіації. Як приклад, можна навести погоджену зміну загального вмісту озону в атмосфері та сонячної радіації, що надходить до земної поверхні. Підвищення в 1918-1947 р. прямої сонячної радіації при безхмарному небі на 0, 3% відбувалося на тлі зниження загального вмісту озону на 2, 9% проти середньої багаторічної норми. Незважаючи на такий досить малий відрізок часу і настільки малу зміну радіації, відбулося помітне скорочення площі полярної морської криги, а також деякий відступ зледеніння на суходолі.

Отже, з озоном можна пов'язувати як природні, так і штучні зміни клімату, а також залежність клімату від сонячної активності. Під штучною зміною клімату маються на увазі наслідки зміни вмісту озону в атмосфері поки що, на жаль, тільки в бік його зменшення (антропогенна руйнація озону).

Велика увага приділяється вивченню тривалих (в масштабах місяців) екстремальних відхилень середньомісячних значень загального вмісту озону в атмосфері, тобто відхилень, що значно виходять за межі місячної норми. Екстремуми являють собою максимуми та мінімуми середньомісячних значень загального вмісту озону в атмосфері, що коли-небудь спостерігалися в даному місяці. Локальні мінімуми з пониженням вмісту озону над окремими регіонами на декілька десятків відсотків називають «озоновими дірами». Вперше сама можливість утворення та існування таких «дір» була передбачена в 1979 році.

Особливий інтерес викликають випадки екстремального зниження загального вмісту озону, тому що дозволяють досліджувати можливі екологічні наслідки техногенного зменшення озону в атмосфері. Такі випадки дають свого роду природну модель явищ, що відбуваються або можуть відбутися в географічній оболонці при передбачуваній можливій значній руйнації шару озону антропогенними чинниками.

Зниження загального вмісту озону в атмосфері призводить, окрім підвищення температури приземного повітря, до посилення ефекту ураження білків і живих клітин біосфери ультрафіолетом сонячної радіації. Найважливіші молекулярні елементи – білки та нуклеїнові кислоти – найбільш інтенсивно руйнуються ультрафіолетовою радіацією з довжиною хвилі в межах 250-320 нм, яка біологічно найбільш активно пригнічує у рослин фотосинтез, викликає у людини опік шкіри та сітківки ока, руйнування червоних кров'яних тілець, молекул хроматину й ДНК, згортання білків, ріст злоякісних пухлин та багато чого іншого. Організми, не пов'язані з фотосинтезом, можуть і не постраждати напряму від підвищення ультрафіолетової радіації, але для них небезпечне порушення трофічних ланцюгів харчування, викликане ураженням мікроорганізмів, фітопланктону та рослин, що не мають захисних покривів.

Стратосферний озоновий екран дуже чутливий до сучасних техногенних впливів, що досягли загрожуючих масштабів. Вважається, що 500 надзвукових транспортних літаків, якщо вони будуть регулярно літати на висотах максимального шару озону на протязі року, здатні зменшити його загальний вміст удвічі.