Tämä valtava reikä maan otsonikerroksessa löydettiin vuonna 1985, ja se ilmestyi Etelämantereen ylle. Halkaisijaltaan se on yli tuhat kilometriä ja pinta-alaltaan noin yhdeksän miljoonaa neliökilometriä.

Joka vuosi elokuussa reikä katoaa ja tapahtuu ikään kuin tätä valtavaa otsoniväliä ei olisi koskaan ollutkaan.

Otsoniaukko - määritelmä

Otsonireikä on otsonipitoisuuden väheneminen tai täydellinen puuttuminen maapallon otsonikerroksessa. Maailman ilmatieteen järjestön raportin ja tieteessä yleisesti hyväksytyn teorian mukaan otsonikerroksen merkittävä aleneminen johtuu jatkuvasti lisääntyvästä antropogeenisesta tekijästä - bromin ja klooria sisältävien freonien vapautumisesta.

On olemassa toinen hypoteesi, jonka mukaan otsonikerroksen reikien muodostumisprosessi on luonnollinen eikä millään tavalla liity ihmissivilisaation toiminnan tuloksiin.

Ilmakehän otsonipitoisuuden lasku aiheuttaa useiden tekijöiden yhdistelmän. Yksi tärkeimmistä on otsonimolekyylien tuhoutuminen reaktioissa erilaisten luonnollista ja ihmisperäistä alkuperää olevien aineiden kanssa sekä auringonvalon ja säteilyn puuttuminen napatalven aikana. Tämä sisältää polaaripyörteen, joka on erityisen stabiili ja estää otsonin tunkeutumisen napa-alueen leveysasteilta, ja siitä muodostuvat stratosfäärin napapilvet, joiden hiukkasten pinta toimii otsonin hajoamisreaktion katalysaattorina.

Nämä tekijät ovat tyypillisiä Etelämantereelle, ja arktisella alueella napapyörre on paljon heikompi, koska siellä ei ole mannerpintaa. Lämpötila täällä on jonkin verran korkeampi, toisin kuin Etelämantereella. Napaiset stratosfääripilvet ovat harvinaisempia arktisella alueella, ja ne hajoavat yleensä alkusyksystä.

Mikä on otsoni?

Otsoni on myrkyllinen aine, joka on haitallista ihmisille. Pieninä määrinä sillä on erittäin miellyttävä tuoksu. Tästä varmistuaksesi voit kävellä metsässä ukkosmyrskypellolla - silloin nautimme raikkaasta ilmasta, mutta myöhemmin tunnemme olomme erittäin huonoksi.

Normaaleissa olosuhteissa Maan ilmakehän alapuolella ei käytännössä ole otsonia - tätä ainetta on suuria määriä stratosfäärissä, alkaen noin 11 kilometriä maanpinnasta ja ulottuen 50-51 kilometriin. Otsonikerros on juuri monni huipulla eli noin 51 kilometriä maanpinnan yläpuolella. Tämä kerros imee itseensä tappavat auringonsäteet ja suojaa siten meidän eikä vain elämäämme.

Ennen otsonireikien löytämistä otsonia pidettiin aineena, joka myrkytti ilmakehän. Uskottiin, että ilmakehä oli täynnä otsonia ja että juuri hän oli "kasvihuoneilmiön" pääsyyllinen, jonka kanssa oli tehtävä jotain.

Nykyään päinvastoin ihmiskunta yrittää ryhtyä toimiin otsonikerroksen palauttamiseksi, koska otsonikerros ohenee kaikkialla maapallolla, ei vain Etelämantereella.

Otsonikerros on leveä ilmakehän vyö, joka ulottuu 10–50 km maanpinnan yläpuolelle. Kemiallisesti otsoni on molekyyli, joka koostuu kolmesta happiatomista (happimolekyylissä on kaksi atomia). Ilmakehän otsonin pitoisuus on erittäin alhainen, ja pienet muutokset otsonin määrässä johtavat suuriin muutoksiin maan pinnalle saapuvan ultraviolettisäteilyn voimakkuudessa. Toisin kuin tavallinen happi, otsoni on epävakaa, se muuttuu helposti kaksiatomiseksi, stabiiliksi hapen muotoksi. Otsoni on paljon vahvempi hapetin kuin happi, ja tämä tekee siitä kykenevän tappamaan bakteereja ja estämään kasvien kasvua ja kehitystä. Kuitenkin, koska sen pitoisuus ilman pintakerroksissa normaaleissa olosuhteissa on alhainen, nämä sen ominaisuudet eivät käytännössä vaikuta elävien järjestelmien tilaan.

Paljon tärkeämpää on sen toinen ominaisuus, joka tekee tästä kaasusta ehdottoman välttämättömän kaikelle maalla olevalle elämälle. Tämä ominaisuus on otsonin kyky absorboida kovaa (lyhytaaltoista) ultraviolettisäteilyä (UV) Auringosta. Kovan UV-kvanteilla on riittävästi energiaa joidenkin kemiallisten sidosten katkaisemiseen, joten sitä kutsutaan ionisoivaksi säteilyksi. Kuten muutkin tämäntyyppiset säteilyt, röntgen- ja gammasäteily, se aiheuttaa lukuisia häiriöitä elävien organismien soluissa. Otsonia muodostuu korkeaenergisen auringonsäteilyn vaikutuksesta, mikä stimuloi O2:n ja vapaiden happiatomien välistä reaktiota. Kohtalaisen säteilyn vaikutuksesta se hajoaa ja absorboi tämän säteilyn energiaa. Siten tämä syklinen prosessi "syö" vaarallisen ultraviolettisäteilyn.

Otsonimolekyylit, kuten happi, ovat sähköisesti neutraaleja, ts. ei sisällä sähkövarausta. Siksi Maan magneettikenttä itsessään ei vaikuta otsonin jakautumiseen ilmakehässä. Ilmakehän ylempi kerros - ionosfääri - on melkein sama kuin otsonikerros.

Polaarisilla vyöhykkeillä, joissa Maan magneettikentän voimalinjat ovat suljettuja sen pinnalla, ionosfäärin vääristyminen on erittäin merkittävää. Ionien, mukaan lukien ionisoitunut happi, määrä polaaristen vyöhykkeiden ilmakehän ylemmissä kerroksissa vähenee. Mutta tärkein syy otsonin alhaiseen pitoisuuteen napojen alueella on auringon säteilyn alhainen intensiteetti, joka putoaa jopa napapäivän aikana pienissä kulmissa horisonttiin nähden, ja napayönä puuttuu kokonaan. Otsonikerroksen napaisten "aukkojen" pinta-ala on luotettava indikaattori ilmakehän kokonaisotsonin muutoksista.

Ilmakehän otsonipitoisuus vaihtelee monista luonnollisista syistä johtuen. Jaksottaiset vaihtelut liittyvät auringon aktiivisuuden sykleihin; monet vulkaanisten kaasujen komponentit pystyvät tuhoamaan otsonia, joten vulkaanisen toiminnan lisääntyminen johtaa sen pitoisuuden laskuun. Otsonia tuhoavat aineet leviävät laajoille alueille stratosfäärin ilmavirtojen suurten superhurrikaaninopeuksien vuoksi. Otsonia tuhoavien aineiden lisäksi kuljetetaan myös itse otsonia, joten otsonin pitoisuushäiriöt leviävät nopeasti laajoille alueille ja paikalliset pienet "reiät" otsonikilvessä, joita syntyy esimerkiksi raketin laukaisusta, imeytyvät suhteellisen nopeasti sisään. Vain napa-alueilla ilma on inaktiivista, minkä seurauksena otsonin katoamista siellä ei kompensoi sen ajautuminen muilta leveysasteilta, ja napaiset "otsonireiät", erityisesti etelänavalla, ovat erittäin vakaita.

Otsonikerroksen tuhoamisen lähteet. Otsonikerroksen heikentäjiä ovat mm.

1) Freonit.

Otsoni tuhoutuu freoneiksi kutsuttujen klooriyhdisteiden vaikutuksesta, jotka tuhoutuvat myös auringon säteilyn vaikutuksesta vapauttavat klooria, joka "repäisee" "kolmannen" atomin otsonimolekyyleistä. Kloori ei muodosta yhdisteitä, vaan toimii "repeämisen" katalyyttinä. Siten yksi klooriatomi pystyy "tuhoamaan" paljon otsonia. Uskotaan, että klooriyhdisteet pystyvät pysymään ilmakehässä 50-1500 vuotta (riippuen aineen koostumuksesta). Etelämantereen tutkimusmatkat ovat tehneet planeetan otsonikerroksen havaintoja 1950-luvun puolivälistä lähtien.

Etelämantereen yläpuolella oleva otsoniaukko, joka kasvaa keväällä ja pienenee syksyllä, löydettiin vuonna 1985. Meteorologien löytö aiheutti ketjun taloudellisia seurauksia. Tosiasia on, että "reiän" olemassaolosta syytettiin kemianteollisuutta, joka tuottaa freoneja sisältäviä aineita, jotka edistävät otsonin tuhoamista (deodoranteista jäähdytysyksiköihin).

Ei ole yksimielisyyttä siitä, kuinka paljon ihminen on syyllinen "otsoniaukkojen" muodostumiseen.

Toisaalta kyllä, ehdottomasti syyllinen. Otsonikerrosta heikentävien yhdisteiden tuotanto tulisi minimoida tai, mikä parasta, lopettaa kokonaan. Eli hylätä koko teollisuudenala, jonka liikevaihto on useita miljardeja dollareita. Ja jos et kieltäydy, siirrä se "turvalliselle" radalle, joka myös maksaa rahaa.

Skeptikkojen näkökulma: ihmisen vaikutus ilmakehän prosesseihin kaikesta tuhoisuudestaan ​​huolimatta paikallisella tasolla, planeetan mittakaavassa on mitätön. "Vihreiden" anti-freon-kampanjalla on täysin läpinäkyvä taloudellinen ja poliittinen tausta: sen avulla amerikkalaiset suuryritykset (esim. DuPont) tukahduttavat ulkomaisia ​​kilpailijoitaan pakottamalla "ympäristönsuojelusopimuksia" valtion tasolla ja väkisin. käyttöön uusi teknologinen vallankumous, jota taloudellisesti heikot valtiot eivät kestä.

2) Korkeat lentokoneet.

Otsonikerroksen tuhoutumista helpottavat paitsi ilmakehään vapautuvat ja stratosfääriin pääsevät freonit. Typpioksidit, joita muodostuu ydinräjähdysten aikana, ovat myös osallisena otsonikerroksen tuhoamisessa. Mutta typen oksideja muodostuu myös korkealla sijaitsevien lentokoneiden suihkuturbimoottoreiden palokammioissa. Typen oksideja muodostuu siellä olevasta typestä ja hapesta. Typen oksidien muodostumisnopeus on sitä suurempi, mitä korkeampi lämpötila, eli sitä suurempi moottorin teho.

Lentokoneen moottorin tehon lisäksi se lentää ja vapauttaa otsonia tuhoavia typen oksideja. Mitä enemmän oksidia tai typpioksiduulia muodostuu, sitä tuhoisempaa se on otsonille.

Typpioksidien kokonaismääräksi ilmakehään vapautuu vuosittain arviolta 1 miljardi tonnia, josta noin kolmannes vapautuu lentokoneista, jotka ylittävät keskimääräisen tropopauusitason (11 km). Lentokoneista haitallisimmat päästöt ovat sotilaslentokoneita, joita on kymmeniä tuhansia. Ne lentävät pääasiassa otsonikerroksen korkeudella.

3) Mineraalilannoitteet.

Stratosfäärin otsoni voi laskea myös sen vuoksi, että stratosfääriin pääsee typpioksiduulia N2O, joka muodostuu maaperän bakteerien sitoman typen denitrifikaatiossa. Saman sitoutuneen typen denitrifikaation suorittavat myös valtamerten ja merien yläkerroksen mikro-organismit. Denitrifikaatioprosessi liittyy suoraan maaperään sitoutuneen typen määrään. Näin ollen voidaan olla varmoja, että maaperään levitettävien mineraalilannoitteiden määrän kasvaessa myös muodostuvan typpioksiduuli N2O määrä kasvaa samassa määrin. Lisäksi typen oksideista muodostuu typen oksideja, jotka johtavat stratosfäärin otsonin tuhoutumiseen.

4) Ydinräjähdykset.

Ydinräjähdykset vapauttavat paljon energiaa lämmön muodossa. 60 000 K:n lämpötila asetetaan muutaman sekunnin sisällä ydinräjähdyksen jälkeen. Tämä on tulipallon energiaa. Voimakkaasti kuumennetussa ilmakehässä tapahtuu sellaisia ​​kemiallisten aineiden muunnoksia, jotka joko eivät tapahdu normaaleissa olosuhteissa tai etenevät hyvin hitaasti. Mitä tulee otsoniin, sen katoaminen, sille vaarallisimpia ovat näiden muutosten aikana muodostuneet typen oksidit. Siten vuosina 1952-1971 ilmakehässä muodostui ydinräjähdysten seurauksena noin 3 miljoonaa tonnia typen oksideja. Niiden tuleva kohtalo on seuraava: ilmakehän sekoittumisen seurauksena ne putoavat eri korkeuksille, myös ilmakehään. Siellä ne joutuvat kemiallisiin reaktioihin otsonin mukana, mikä johtaa sen tuhoutumiseen. otsoniaukon stratosfäärin ekosysteemi

5) Polttoaineen palaminen.

Dityppioksidia löytyy myös voimalaitosten savukaasuista. Itse asiassa se tosiasia, että typpioksidia ja dioksidia on palamistuotteissa, on ollut tiedossa jo pitkään. Mutta nämä korkeammat oksidit eivät vaikuta otsoniin. Ne tietysti saastuttavat ilmakehän, edistävät savun muodostumista siinä, mutta ne poistuvat nopeasti troposfääristä. Typpioksiduuli, kuten jo mainittiin, on vaarallista otsonille. Alhaisissa lämpötiloissa sitä muodostuu seuraavissa reaktioissa:

N2 + O + M = N2O + M,

2NH3 + 202 = N2O = 3H2.

Tämän ilmiön laajuus on erittäin merkittävä. Tällä tavalla ilmakehään muodostuu noin 3 miljoonaa tonnia typpioksiduulia vuodessa! Tämä luku viittaa siihen, että tämä otsonikatoa aiheuttava lähde on merkittävä.

Otsoniaukko Etelämantereen yllä

Merkittävästä kokonaisotsonin vähenemisestä Etelämantereella raportoi ensimmäisen kerran vuonna 1985 British Antarktic Survey Halle Bayn otsoniasemalta saatujen tietojen analyysin perusteella (76 astetta S). Otsonikerroksen heikkeneminen on havaittu myös Argentiinan saarilla (65 astetta S).

28. elokuuta 29. syyskuuta 1987 välisenä aikana laboratoriokoneella suoritettiin 13 lentoa Etelämantereen yli. Kokeessa oli mahdollista rekisteröidä otsoniaukon alkuperä. Sen mitat saatiin. Tutkimukset ovat osoittaneet, että suurin otsonin määrän lasku tapahtui 14 - 19 km korkeudessa. Täällä instrumentit rekisteröivät suurimman määrän aerosoleja (aerosolikerroksia). Kävi ilmi, että mitä enemmän aerosoleja on tietyllä korkeudella, sitä vähemmän siellä on otsonia. Lentokone - laboratorio rekisteröi otsonin alenemisen 50%. Alle 14 km. otsonin muutokset olivat merkityksettömiä.

Jo lokakuun 1985 alussa otsoniaukko (otsonin vähimmäismäärä) kattaa painetasot 100 - 25 hPa, ja joulukuussa sen havaitsemisen korkeusalue laajenee.

Monissa kokeissa ei mitattu vain otsonin ja muiden pienten ilmakehän komponenttien määrää, vaan myös lämpötilaa. Lähin yhteys löydettiin stratosfäärissä olevan otsonin määrän ja siellä olevan ilman lämpötilan välillä. Kävi ilmi, että otsonin määrän muutoksen luonne liittyy läheisesti Etelämantereen yläpuolella olevan stratosfäärin lämpöjärjestelmään.

Brittitutkijat havaitsivat otsoniaukon muodostumisen ja kehittymisen Etelämantereella vuonna 1987. Keväällä kokonaisotsonipitoisuus laski 25 %.

Amerikkalaiset tutkijat mittasivat otsonia ja muita pieniä ilmakehän komponentteja (HCl, HF, NO, NO2, HNO3, ClONO2, N2O, CH4) Etelämantereella talvella ja alkukeväällä 1987 käyttämällä erityistä spektrometriä. Näistä mittauksista saatujen tietojen avulla oli mahdollista rajata etelänavan ympärillä alue, jolla otsonin määrä on vähentynyt. Kävi ilmi, että tämä alue osuu lähes täsmälleen äärimmäisen napaisen stratosfääripyörteen kanssa. Pyörteen reunan läpi kulkiessaan otsonin määrä ei muuttunut dramaattisesti, vaan myös muut pienet komponentit, jotka vaikuttavat otsonin tuhoutumiseen. Otsonireiässä (eli polaarisessa stratosfääripyörteessä) HCl:n, NO2:n ja typpihapon pitoisuudet olivat merkittävästi alhaisemmat kuin pyörteen ulkopuolella. Tämä tapahtuu, koska kloorit kylmän polaarisen yön aikana tuhoavat otsonia vastaavissa reaktioissa ja toimivat niissä katalyytteinä. Pääasiallinen otsonipitoisuuden lasku tapahtuu katalyyttisessä syklissä, jossa on mukana klooria (vähintään 80 % tästä laskusta).

Nämä reaktiot tapahtuvat napaisten stratosfääripilvien muodostavien hiukkasten pinnalla. Tämä tarkoittaa, että mitä suurempi tämän pinnan pinta-ala, eli mitä enemmän stratosfääripilvien hiukkasia ja siten itse pilviä, sitä nopeammin otsoni lopulta hajoaa, mikä tarkoittaa, että otsoniaukko muodostuu tehokkaammin.

"Voit ehkä sanoa, että ihmisen tarkoitus on ikään kuin tuhota lajinsa, koska hän on aiemmin tehnyt maapallosta asumiskelvottomaksi."

J. B. Lamarck.

Erittäin teollistuneen yhteiskunnan muodostumisen jälkeen ihmisen vaarallinen puuttuminen luontoon on lisääntynyt dramaattisesti, se on monipuolistunut ja uhkaa muodostua maailmanlaajuiseksi vaaraksi ihmiskunnalle. Todellinen globaalin ekologisen kriisin uhka, jonka planeetan koko väestö ymmärtää, leijuu koko maailmassa. Todellinen toivo sen ehkäisemisessä on jatkuvassa ympäristökasvatuksessa ja ihmisten valistamisessa.

Voimme nostaa esiin tärkeimmät syyt, jotka johtavat ekologiseen katastrofiin:

saastuminen

ympäristömyrkytys;

ilmakehän ehtyminen hapella;

Otsonin "aukkojen" muodostuminen.

Tämä raportti tiivistää joitakin kirjallisuustietoja otsonikerroksen tuhoutumisen syistä ja seurauksista sekä tavoista ratkaista "otsoniaukkojen" muodostumisongelma.

Otsonin kemialliset ja biologiset ominaisuudet

Otsoni on hapen allotrooppinen muunnos. Otsonin kemiallisten sidosten luonne aiheuttaa sen epävakauden (tietyn ajan kuluttua otsoni muuttuu spontaanisti hapeksi: 2O 3 → 3O 2) ja korkean hapetuskyvyn. Otsonin hapettava vaikutus orgaanisiin aineisiin liittyy radikaalien muodostumiseen: RH + O 3 → RO 2. +OH.

Nämä radikaalit käynnistävät radikaaliketjureaktioita bioorgaanisten molekyylien (lipidit, proteiinit, nukleiinihapot) kanssa, mikä johtaa solukuolemaan. Otsonin käyttö juomaveden sterilointiin perustuu sen kykyyn tappaa bakteereita. Otsoni ei ole välinpitämätön myöskään korkeammille organismeille. Pitkäaikainen altistuminen otsonia sisältävälle ympäristölle (kuten fysioterapia- ja kvartsisäteilytyshuoneille) voi aiheuttaa vakavia hermostovaurioita. Siksi otsoni on suurina annoksina myrkyllinen kaasu. Sen suurin sallittu pitoisuus työalueen ilmassa on 0,1 mg / m 3.

Ilmakehässä on hyvin vähän otsonia, joka tuoksuu niin ihanalta ukkosmyrskyn aikana - 3-4 ppm (ppm) - (3-4) * 10 -4%. Kuitenkin planeetan kasviston ja eläimistön kannalta sen läsnäolo on erittäin tärkeää. Valtameren syvyyksistä syntynyt elämä kykeni "ryömimään" maalle vasta otsonikilven muodostumisen jälkeen 600–800 miljoonaa vuotta sitten. Absorboimalla biologisesti aktiivista auringon ultraviolettisäteilyä se varmisti sen turvallisen tason planeetan pinnalla. Elämä maapallolla on mahdotonta ajatella ilman otsonikerrosta, joka suojaa kaikkea elävää Auringon haitalliselta ultraviolettisäteilyltä. Otsonosfäärin katoaminen johtaisi arvaamattomiin seurauksiin - ihosyövän puhkeamiseen, planktonin tuhoutumiseen valtamerissä, kasviston ja eläimistön mutaatioihin. Siksi on erittäin tärkeää ymmärtää Etelämantereen yläpuolella olevan otsoni "reiän" ja pohjoisen pallonpuoliskon otsonipitoisuuden vähenemisen syyt.

Otsonia muodostuu ylemmässä stratosfäärissä (40-50 km) valokemiallisissa reaktioissa, joissa on happea, typpeä, vetyä ja klooria. Ilmakehän otsoni on keskittynyt kahdelle alueelle - stratosfääriin (jopa 90 %) ja troposfääriin. Mitä tulee troposfäärin otsonikerrokseen, joka on jakautunut 0–10 km:n korkeudelle, se johtuu juuri hallitsemattomista teollisuuden päästöistä. Alemmassa stratosfäärissä (10-25 km), jossa on eniten otsonia, päärooli sen pitoisuuden vuodenaikojen ja pitkäaikaisissa muutoksissa on ilmamassan siirtoprosesseilla.

Otsonikerroksen paksuus Euroopassa pienenee nopeasti, mikä ei voi muuta kuin kiihottaa tutkijoita. Kuluneen vuoden aikana otsoni "pinnoitteen" paksuus on laskenut 30%, ja luonnollisen suojakerroksen huononemisnopeus on saavuttanut korkeimman tason viimeiseen 50 vuoteen. On todettu, että otsonia tuhoavia kemiallisia reaktioita tapahtuu jääkiteiden ja muiden napa-alueiden yläpuolella oleviin stratosfäärin kerroksiin pudonneiden hiukkasten pinnalla. Mitä vaaraa tämä aiheuttaa ihmisille?

Ohut otsonikerros (2-3 mm levitettynä ympäri maapalloa) ei pysty estämään lyhytaaltoisten ultraviolettisäteiden tunkeutumista, sillä ne aiheuttavat ihosyöpää ja ovat kasveille vaarallisia. Siksi tänään auringon korkean aktiivisuuden vuoksi auringonotosta on tullut vähemmän hyödyllistä. Itse asiassa ekologiakeskusten pitäisi antaa väestölle suosituksia siitä, miten toimia auringon aktiivisuuden mukaan, mutta sellaista keskustaa ei maassamme ole.

Ilmastonmuutos liittyy otsonikerroksen heikkenemiseen. On selvää, että muutoksia ei tapahdu vain alueella, jonka yli otsoniaukko "venyttyy". Ketjureaktio tuo mukanaan muutoksia monissa planeettamme syvissä prosesseissa. Tämä ei tarkoita, että nopea ilmaston lämpeneminen alkaisi kaikkialla, sillä ne pelottelevat meitä kauhuelokuvissa. Se on kuitenkin liian monimutkainen ja pitkä prosessi. Mutta muita kataklysmejä voi syntyä, esimerkiksi taifuunien, tornadojen ja hurrikaanien määrä lisääntyy.

On todettu, että otsonikerroksessa on "reikiä" arktisella alueella ja Etelämantereella. Tämä johtuu siitä, että napoihin muodostuu happopilviä, jotka tuhoavat otsonikerroksen. Osoittautuu, että otsoniaukot eivät synny auringon toiminnasta, kuten yleisesti uskotaan, vaan kaikkien planeetan asukkaiden, mukaan lukien meidän, päivittäisestä toiminnasta. Sitten "happovälit" siirtyvät, ja useimmiten Siperiaan.

Uuden matemaattisen mallin avulla oli mahdollista yhdistää maa-, satelliitti- ja ilmahavaintojen tiedot otsonikerrosta heikentävien yhdisteiden todennäköisten tulevien päästöjen tasoon ilmakehään, niiden kuljetusaikaan Etelämantereelle ja säähän eteläiset leveysasteet. Mallin avulla saatiin ennuste, jonka mukaan Etelämantereen päällä oleva otsonikerros palautuu vuonna 2068, eikä vuonna 2050, kuten luultiin.

Tiedetään, että tällä hetkellä otsonitaso stratosfäärissä napoista kaukana olevien alueiden yläpuolella on noin 6 % normaalia alhaisempi. Samaan aikaan kevätkaudella otsonipitoisuus Etelämantereen yläpuolella voi laskea 70 % suhteessa vuosittaiseen keskiarvoon. Uuden mallin avulla on mahdollista ennustaa tarkemmin otsonikerrosta heikentävien kaasujen tasot Etelämantereella ja niiden ajallinen dynamiikka, joka määrää otsoni "reiän" koon.

Otsonia heikentävien aineiden käyttöä rajoittaa Montrealin pöytäkirja. Uskottiin, että tämä johtaisi otsoniaukon nopeaan "kiristymiseen". Uudet tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että todellisuudessa sen laskuvauhti on havaittavissa vasta vuodesta 2018 alkaen.

Otsonin historia

Ensimmäiset havainnot otsonista ovat peräisin vuodelta 1840, mutta otsoniongelma kehittyi nopeasti 1920-luvulla, jolloin Englannissa ja Sveitsissä ilmestyi erityisiä maa-asemia.

Ilmakehän otsonin luotaukset ja otsoniluotainten päästöt avasivat lisätavan tutkia otsonin kulkeutumisen ja ilmakehän kerrostumisen välistä suhdetta. Uudelle aikakaudelle on ominaista keinotekoisten maasatelliittien ilmestyminen, jotka tarkkailevat ilmakehän otsonia ja tarjoavat valtavan määrän tietoa.

Vuonna 1986 allekirjoitettiin Montrealin pöytäkirja otsonikerrosta heikentävien otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotannon ja kulutuksen rajoittamiseksi. Tähän mennessä Montrealin pöytäkirjaan on liittynyt 189 maata. Myös muiden otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotannon lopettamiselle on asetettu määräajat. Malliennusteiden mukaan, jos pöytäkirjaa noudatetaan, kloorin taso ilmakehässä laskee vuoteen 2050 mennessä vuoden 1980 tasolle, mikä voi johtaa Etelämantereen "otsoniaukon" katoamiseen.

Syitä "otsoniaukon" muodostumiseen

Kesällä ja keväällä otsonipitoisuus kasvaa. Se on aina korkeampi napa-alueilla kuin päiväntasaajalla. Lisäksi se muuttuu 11 vuoden syklin mukaan, joka osuu samaan aikaan auringon aktiivisuuden syklin kanssa. Kaikki tämä tiedettiin jo 1980-luvulla. Havainnot ovat osoittaneet, että stratosfäärin otsonipitoisuuden hidasta mutta tasaista laskua tapahtuu Etelämantereella vuodesta toiseen. Tätä ilmiötä kutsuttiin "otsoniaukoksi" (vaikka tämän sanan varsinaisessa merkityksessä ei tietenkään ollut reikää).

Myöhemmin, viime vuosisadan 90-luvulla, sama lasku alkoi tapahtua arktisella alueella. Etelämantereen "otsoniaukon" ilmiö ei ole vielä selvä: syntyikö "reikä" ihmisen aiheuttaman ilmakehän saastumisen seurauksena vai onko se luonnollinen geoastrofysikaalinen prosessi.

Otsonireikien muodostumisen versioita ovat:

· atomiräjähdysten aikana vapautuvien hiukkasten vaikutus;

rakettien ja korkeiden lentokoneiden lennot;

· joidenkin kemiantehtaiden tuottamien aineiden reaktiot otsonin kanssa. Nämä ovat pääasiassa kloorattuja hiilivetyjä ja erityisesti freoneja - kloorifluorihiilivetyjä tai hiilivetyjä, joissa kaikki tai suurin osa vetyatomeista on korvattu fluori- ja klooriatomeilla.

Kloorifluorihiilivetyjä käytetään laajalti nykyaikaisissa kotitalouksien ja teollisuuden jääkaapeissa (siksi niitä kutsutaan "freoneiksi"), aerosolitölkeissä, kuivapesuaineina, tulipalojen sammuttamiseen kuljetuksessa, vaahdotusaineina, polymeerien synteesiin. Maailmanlaajuinen näiden aineiden tuotanto on saavuttanut lähes 1,5 miljoonaa tonnia vuodessa.

Koska kloorifluorihiilivedyt ovat erittäin haihtuvia ja melko kemiallisia iskuja kestäviä, ne pääsevät ilmakehään käytön jälkeen ja voivat pysyä siinä jopa 75 vuotta saavuttaen otsonikerroksen korkeuden. Täällä ne hajoavat auringonvalon vaikutuksesta vapauttaen atomiklooria, joka toimii pääasiallisena "häiriötekijänä" otsonikerroksessa.

Fossiilisten resurssien laajaan käyttöön liittyy suurien erilaisten kemiallisten yhdisteiden massojen vapautuminen ilmakehään. Suurin osa ihmisen aiheuttamista lähteistä on keskittynyt kaupunkeihin, jotka vievät vain pienen osan planeettamme alueesta. Ilmamassojen liikkumisen seurauksena suurten kaupunkien suojapuolen puolelta muodostuu usean kilometrin mittainen saastepilvi.

Ilmansaasteiden lähteitä ovat:

1) Maantiekuljetus. Voidaan olettaa, että liikenteen osuus ilman saastumisesta kasvaa autojen määrän lisääntyessä.

2) Teollinen tuotanto. Orgaanisen pääsynteesin perustuotteet ovat eteeni (melkein puolet kaikista orgaanisista aineista tuotetaan sen pohjalta), propeeni, butadieeni, bentseeni, tolueeni, ksyleenit ja metanoli. Kemian- ja petrokemian teollisuuden päästöt sisältävät monenlaisia ​​epäpuhtauksia: raaka-ainekomponentteja, välituotteita, sivutuotteita ja kohdesynteesituotteita.

3) Aerosolit. Fluorikloorihiilivetyjä (freoneja) käytetään laajalti haihtuvina komponentteina (ponneaineina) aerosolipakkauksissa. Näihin tarkoituksiin noin 85% freoneista käytettiin ja vain 15% - jäähdytys- ja keinotekoisissa ilmastoinnissa. Freonien käytön spesifisyys on sellainen, että 95% niiden määrästä pääsee ilmakehään 1-2 vuotta tuotannon jälkeen. Uskotaan, että melkein kaiken tuotetun freonimäärän on ennemmin tai myöhemmin päästävä stratosfääriin ja sisällytettävä otsonin tuhoamisen katalyyttiseen kiertoon.

Maankuori sisältää erilaisia ​​kaasuja vapaassa tilassa, erilaisten kivien sorboitua ja veteen liuenneena. Jotkut näistä kaasuista pääsevät maan pinnalle syvien vaurioiden ja halkeamien kautta ja leviävät ilmakehään. Maankuoren hiilivetyhengityksen olemassaolosta kertoo öljy- ja kaasualtaiden yläpuolella olevan pintailman lisääntynyt metaanipitoisuus globaaliin taustaan ​​verrattuna.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että Nicaraguan tulivuorten kaasut sisältävät merkittäviä määriä HF:a. Masaya-tulivuoren kraatterista otettujen ilmanäytteiden analyysi osoitti myös freonien läsnäolon muiden orgaanisten yhdisteiden ohella. Halogenoituja hiilivetyjä on myös hydrotermisten lähteiden kaasuissa. Nämä tiedot vaativat todisteita siitä, että löydetyt fluorihiilivedyt eivät ole ihmisperäistä alkuperää. Ja sellaisia ​​todisteita saatiin. CFC-yhdisteitä on löydetty 2 000 vuotta vanhan Etelämantereen jään ilmakuplista. NASAn asiantuntijat tekivät ainutlaatuisen tutkimuksen ilmasta ilmatiiviisti suljetusta lyijyarkusta, joka löydettiin Marylandista ja joka on luotettavasti päivätty 1600-luvulle. Siitä löytyi myös freoneja. Toinen vahvistus luonnollisen freonilähteen olemassaolosta "nostettiin" merenpohjasta. CFCl 3:a löydettiin vedestä, joka on otettu vuonna 1982 yli 4000 metrin syvyydestä Atlantin valtameren päiväntasaajalta, Aleutin kaivannon pohjalta ja 4500 metrin syvyydeltä Etelämantereen rannikolta.

Väärinkäsitykset otsonin "rei'istä"

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

1) Freonit ovat tärkeimpiä otsonin tuhoajia. Tämä väite pätee keski- ja korkeilla leveysasteilla. Muualla kloorikierto on vastuussa vain 15-25 %:sta stratosfäärin otsonihäviöstä. On huomattava, että 80 % kloorista on ihmisperäistä alkuperää. Toisin sanoen ihmisen väliintulo lisää suuresti kloorikierron osuutta. Ennen ihmisen puuttumista otsonin muodostumis- ja tuhoutumisprosessit olivat tasapainossa. Mutta ihmisen toiminnan aiheuttamat freonit ovat siirtäneet tämän tasapainon kohti otsonipitoisuuden laskua. Otsonin tuhoutumismekanismi napa-alueilla eroaa periaatteessa korkeammista leveysasteista; avainvaihe on halogeenipitoisten aineiden inaktiivisten muotojen muuttuminen 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%).

2) 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, eivät kerrostu tai lajitellaan painon mukaan. Arviot kaasujen diffuusioerottumiseen ilmakehässä tarvittavasta ajasta vaativat tuhansien vuosien luokkaa. Tämä ei tietenkään ole mahdollista dynaamisessa ilmapiirissä. Siksi jopa sellaiset raskaat kaasut, kuten inertit tai freonit, jakautuvat tasaisesti ilmakehään ja pääsevät muun muassa stratosfääriin. Kokeelliset mittaukset niiden pitoisuuksista ilmakehässä vahvistavat tämän. 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. Onneksi näin ei ole.

3) Tärkeimmät halogeenien lähteet ovat luonnollisia, eivät ihmisperäisiä

Kloorin lähteet stratosfäärissä

Uskotaan, että luonnolliset halogeenilähteet, kuten tulivuoret tai valtameret, ovat tärkeämpiä otsonikatoa kuin ihmisen aiheuttamat lähteet. 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.

4) Otsonireiän on sijaittava freonin lähteiden yläpuolella

Otsoniaukon koon ja otsonipitoisuuden muutosten dynamiikka Etelämantereella vuosien varrella.

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. Siksi ne saavuttavat helposti yläilmakehän. Etelämantereen "otsoniaukkoa" ei ole olemassa pysyvästi. Se ilmestyy lopputalvella - aikaisin keväällä.

Syyt, miksi otsoniaukko muodostuu Etelämantereella, liittyvät paikalliseen ilmastoon. Etelämantereen talven alhaiset lämpötilat johtavat napapyörteen muodostumiseen. Tämän pyörteen sisällä oleva ilma liikkuu enimmäkseen suljettuja polkuja etelänavan ympärillä. Tällä hetkellä aurinko ei valaise napa-aluetta, eikä siellä esiinny otsonia. Kesän tullessa otsonin määrä kasvaa ja saavuttaa jälleen aiemman norminsa. Toisin sanoen otsonipitoisuuden vaihtelut Etelämantereella ovat kausiluonteisia. Kuitenkin, jos jäljitetään otsonipitoisuuden muutosten dynamiikkaa ja otsoniaukon kokoa vuoden aikana keskimäärin viimeisten vuosikymmenten aikana, on olemassa tiukasti määritelty suuntaus kohti otsonipitoisuuden laskua.

5) Otsoni hajoaa vain Etelämantereen yllä

Otsonikerroksen kehitys Arosan yllä, Sveitsi

Tämä ei pidä paikkaansa, otsonitaso laskee myös koko ilmakehässä. Tämän osoittavat otsonipitoisuuden pitkäaikaismittaukset planeetan eri osissa. Voit katsoa otsonipitoisuuden kaaviota Arosan (Sveitsi) yli.

Ongelmanratkaisukeinot

Globaalin elpymisen aloittamiseksi on tarpeen vähentää kaikkien otsonia tuhoavien ja siellä pitkään varastoitujen aineiden pääsyä ilmakehään. Ihmisten pitäisi ymmärtää tämä ja auttaa luontoa käynnistämään otsonikerroksen palautumisprosessi, erityisesti uusia metsäviljelmiä tarvitaan.

Otsonikerroksen palauttamiseksi se on syötettävä. Aluksi tätä tarkoitusta varten piti perustaa useita maassa sijaitsevia otsonitehtaita ja "heittää" otsonia rahtilentokoneiden yläilmakehään. Tätä projektia (luultavasti se oli ensimmäinen planeetan "hoito") ei kuitenkaan toteutettu. Venäläinen Interozone-konsortio ehdottaa toista tapaa: tuottaa otsonia suoraan ilmakehään. Lähitulevaisuudessa yhdessä saksalaisen Dazan kanssa on tarkoitus nostaa ilmapalloja infrapunalasereilla 15 kilometrin korkeuteen, jonka avulla otsonia voidaan saada kaksiatomisesta hapesta. Jos tämä kokeilu osoittautuu onnistuneeksi, tulevaisuudessa on tarkoitus käyttää venäläisen kiertorata-aseman "Mir" kokemusta ja luoda useita avaruusalustoja energialähteillä ja lasereilla 400 km:n korkeudessa. Lasersäteet suunnataan otsonikerroksen keskiosaan ja syöttävät sitä jatkuvasti. Energianlähteenä voivat olla aurinkopaneelit. Näillä alustoilla olevia astronauteja tarvitaan vain määräaikaistarkastuksiin ja korjauksiin.

Toteutuuko suurenmoinen rauhanprojekti, aika näyttää.

Tilanteen kiireellisyyden vuoksi näyttää tarpeelliselta:

Laajentaa otsonikerroksen säilyttämisongelmaa koskevien teoreettisten ja kokeellisten tutkimusten kompleksia;

Perustetaan aktiivisin keinoin kansainvälinen rahasto otsonikerroksen säilyttämiseksi;

Järjestä kansainvälinen komitea kehittämään strategiaa ihmiskunnan selviytymiseksi äärimmäisissä olosuhteissa.

Bibliografia

1. (ru -).

2. ((site web - | url = http://www.duel.ru/200530/?30_4_2 - | title = "Duel" Onko se sen arvoista? - | accessdate = 3.07.2007 - | lang = ru - ) )

3. I.K. Larin. Otsonikerros ja maapallon ilmasto. Mielen virheet ja niiden korjaus..

4. National Academy of Sciences Halocarbons: Effects on Stratospheric Ozone. - 1976.

5. Babakin B. S. Kylmäaineet: ulkonäköhistoria, luokitus, käyttö.

6. Lehti "Ecology and Life". Artikkelin kirjoittaja E.A. Zhadina, fysiikan ja matemaattisten tieteiden kandidaatti.

Otsonireiät - stratosfäärin pyörteiden "lapset".

Vaikka nykyilmakehässä on vähän otsonia – korkeintaan yksi kolme miljoonasosaa muista kaasuista – sen rooli on erittäin suuri: se hidastaa kovaa ultraviolettisäteilyä (auringon spektrin lyhytaaltoinen osa), joka tuhoaa proteiineja ja nukleiinihapot. Lisäksi stratosfäärin otsoni on tärkeä ilmastotekijä, joka määrää lyhytaikaiset ja paikalliset säämuutokset.

Otsonin hajoamisreaktioiden nopeus riippuu katalyyteistä, jotka voivat olla sekä luonnollisia ilmakehän oksideja että luonnonkatastrofien (esim. voimakkaiden tulivuorenpurkausten) seurauksena ilmakehään vapautuvia aineita. Viime vuosisadan toisella puoliskolla kuitenkin havaittiin, että teollista alkuperää olevat aineet voivat toimia myös otsonin tuhoutumisreaktioiden katalysaattoreina, ja ihmiskunta oli vakavasti huolissaan ...

Otsoni (O 3) on suhteellisen harvinainen hapen molekyylimuoto, joka koostuu kolmesta atomista. Vaikka nykyilmakehässä on vähän otsonia - korkeintaan kolme miljoonasosaa muista kaasuista - sen rooli on erittäin suuri: se viivyttää kovaa ultraviolettisäteilyä (auringon spektrin lyhytaaltoinen osa), joka tuhoaa proteiineja ja nukleiinihapot. Siksi ennen fotosynteesin - ja vastaavasti vapaan hapen ja ilmakehän otsonikerroksen - tuloa elämää saattoi olla vain vedessä.

Lisäksi stratosfäärin otsoni on tärkeä ilmastotekijä, joka määrää lyhytaikaiset ja paikalliset säämuutokset. Absorboimalla auringonsäteilyä ja siirtämällä energiaa muihin kaasuihin otsoni lämmittää stratosfääriä ja säätelee siten planeettojen lämpö- ja ympyräprosessien luonnetta kaikkialla ilmakehässä.

Luonnollisissa olosuhteissa epästabiileja otsonimolekyylejä muodostuu ja hajoaa erilaisten elävien ja elollisten luonnontekijöiden vaikutuksesta, ja tämä prosessi on pitkän evoluution aikana saavuttanut tietyn dynaamisen tasapainon. Otsonin hajoamisreaktioiden nopeus riippuu katalyyteistä, jotka voivat olla sekä luonnollisia ilmakehän oksideja että luonnonkatastrofien (esim. voimakkaiden tulivuorenpurkausten) seurauksena ilmakehään vapautuvia aineita.

Viime vuosisadan toisella puoliskolla kuitenkin havaittiin, että teollista alkuperää olevat aineet voivat toimia myös otsonin tuhoutumisreaktioiden katalysaattoreina, ja ihmiskunta oli vakavasti huolissaan. Yleinen mielipide oli erityisen innoissaan niin sanotun otsoni "reiän" löytämisestä Etelämantereen yläpuolelta.

"Reikä" Etelämantereen yllä

Merkittävä otsonikerroksen lasku Etelämantereen päällä - otsoniaukko - havaittiin ensimmäisen kerran jo vuonna 1957, kansainvälisen geofysiikan vuoden aikana. Hänen todellinen tarinansa alkoi 28 vuotta myöhemmin artikkelista lehden toukokuussa Luonto, jossa ehdotettiin, että syynä TO:n poikkeavaan kevään minimiin Etelämantereen yllä on teollinen (mukaan lukien freonit) ilmansaaste (Farman et ai., 1985).

Havaittiin, että Etelämantereen päällä oleva otsoniaukko esiintyy yleensä kerran kahdessa vuodessa, kestää noin kolme kuukautta ja katoaa sitten. Se ei ole läpimenevä reikä, kuten se saattaa vaikuttaa, vaan syvennys, joten on oikeampaa puhua "otsonikerroksen painumisesta". Valitettavasti kaikki otsoniaukkoa koskevat lisätutkimukset tähtäsivät pääasiassa sen antropogeenisen alkuperän todistamiseen (Roan, 1989).

YKSI MILLIMETRI OTSONIA Ilmakehän otsoni on noin 90 km paksuinen pallomainen kerros maan pinnan yläpuolella ja otsoni jakautuu siinä epätasaisesti. Suurin osa tästä kaasusta on keskittynyt 26–27 km:n korkeuteen tropiikissa, 20–21 km:n korkeudessa keskileveysasteilla ja 15–17 km:n korkeudessa napa-alueilla.
Kokonaisotsonipitoisuus (TOS), eli otsonin määrä ilmakehän kolonnissa tietyssä pisteessä, mitataan auringon säteilyn absorptiolla ja emissiolla. Mittayksikkönä käytetään niin kutsuttua Dobson-yksikköä (D.U.), joka vastaa puhtaan otsonikerroksen paksuutta normaalipaineessa (760 mm Hg) ja 0 °C:n lämpötilassa. Sata Dobson-yksikköä vastaa otsonikerroksen paksuus 1 mm.
Ilmakehän otsonipitoisuuden arvo kokee päivittäisiä, kausittaisia, vuosittaisia ​​ja pitkäaikaisia ​​vaihteluita. Kun keskimääräinen globaali TO on 290 D.U., otsonikerroksen teho vaihtelee laajalla alueella - 90 - 760 D.U.
Ilmakehän otsonipitoisuutta valvoo maailmanlaajuinen noin 150 maanpäällisen otsonometrisen aseman verkosto, joka on jakautunut hyvin epätasaisesti maan päälle. Tällainen verkko ei käytännössä pysty rekisteröimään poikkeavuuksia globaalissa otsonijakaumassa, vaikka tällaisten poikkeavuuksien lineaarinen koko saavuttaisi tuhansia kilometrejä. Tarkempia tietoja otsonista saadaan keinotekoisiin maasatelliitteihin asennetuilla optisilla laitteilla.
On huomattava, että kokonaisotsonin (TO) väheneminen ei sinänsä ole katastrofaalista etenkään keski- ja korkeilla leveysasteilla, koska pilvet ja aerosolit voivat myös absorboida ultraviolettisäteilyä. Samassa Keski-Siperiassa, jossa pilvisten päivien määrä on korkea, on jopa ultraviolettisäteilyn puute (noin 45% lääketieteellisestä normista).

Nykyään on olemassa erilaisia ​​hypoteeseja otsoniaukojen muodostumisen kemiallisista ja dynaamisista mekanismeista. Monet tunnetut tosiasiat eivät kuitenkaan sovi kemialliseen antropogeeniseen teoriaan. Esimerkiksi stratosfäärin otsonin kasvu tietyillä maantieteellisillä alueilla.

Tässä on "naiiviin" kysymys: miksi eteläiselle pallonpuoliskolle muodostuu reikä, vaikka freoneja tuotetaan pohjoisessa, huolimatta siitä, että ei tiedetä, onko pallonpuoliskolla ilmaliikennettä tuolloin?

Merkittävä otsonikerroksen aleneminen Etelämantereella havaittiin ensimmäisen kerran jo vuonna 1957, ja kolme vuosikymmentä myöhemmin siitä syytettiin teollisuus.

Mikään olemassa olevista teorioista ei perustu laajamittaisiin yksityiskohtaisiin TO-mittauksiin ja stratosfäärissä tapahtuvien prosessien tutkimuksiin. Vastatakseen kysymykseen napaisen stratosfäärin eristysasteesta Etelämantereen yläpuolella sekä useisiin muihin otsonireikien muodostumisongelmaan liittyviin kysymyksiin oli mahdollista vain uuden menetelmän avulla liikkeiden seurantaan. V. B. Kashkinin ehdottama ilmavirta (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kashkin et ai., 2002).

Ilmavirrat troposfäärissä (jopa 10 km:n korkeuteen) on pitkään jäljitetty tarkkailemalla pilvien translaatio- ja pyörimisliikkeitä. Otsoni on itse asiassa myös valtava "pilvi" koko maan pinnalla, ja sen tiheyden muutoksilla voidaan arvioida yli 10 km:n ilmamassojen liikettä, aivan kuten tiedämme tuulen suunnan katsomalla. pilvisellä taivaalla pilvisenä päivänä. Tätä varten otsonitiheys tulisi mitata tilahilan kohdista tietyllä aikavälillä, esimerkiksi 24 tunnin välein. Seuraamalla otsonikentän muutosta voidaan arvioida sen pyörimiskulma vuorokaudessa, liikkeen suunta ja nopeus.

FREON BAN - KUKA VOITTAA? Vuonna 1973 amerikkalaiset S. Rowland ja M. Molina havaitsivat, että joistakin haihtuvista keinotekoisista kemikaaleista auringon säteilyn vaikutuksesta vapautuneet klooriatomit voivat tuhota stratosfäärin otsonia. He antoivat johtavan roolin tässä prosessissa niin kutsutuille freoneille (kloorifluorihiilivedyille), joita käytettiin tuolloin laajalti kotitalouksien jääkaapeissa, ilmastointilaitteissa, ponneaineena aerosoleissa jne. Vuonna 1995 nämä tutkijat yhdessä P. Krutzenille myönnettiin kemian Nobelin palkinto löydöstään.
Kloorifluorihiilivetyjen ja muiden otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotantoa ja käyttöä alettiin rajoittaa. Montrealin pöytäkirja otsonikerrosta heikentävistä aineista, joka säätelee 95 yhdistettä, on nyt allekirjoittanut yli 180 valtiota. Venäjän federaation ympäristönsuojelulaissa on myös erityinen artikla
maapallon otsonikerroksen suojeluun. Otsonikerrosta heikentävien aineiden tuotannon ja kulutuksen kiellolla oli vakavia taloudellisia ja poliittisia seurauksia. Loppujen lopuksi freoneilla on paljon etuja: ne ovat vähän myrkyllisiä muihin kylmäaineisiin verrattuna, kemiallisesti stabiileja, syttymättömiä ja yhteensopivia monien materiaalien kanssa. Siksi kemianteollisuuden johtajat, erityisesti Yhdysvalloissa, vastustivat aluksi kieltoa. DuPont-konserni liittyi kuitenkin myöhemmin kieltoon ja ehdotti osittain halogenoitujen kloorifluorihiilivetyjen ja osittain halogenoitujen fluorihiilivetyjen käyttöä freonien vaihtoehtona.
Länsimaissa on ollut "buumi", kun vanhat jääkaapit ja ilmastointilaitteet on vaihdettu uusiin, jotka eivät sisällä otsonikerrosta heikentäviä aineita, vaikka tällaiset tekniset laitteet ovat vähemmän tehokkaita, vähemmän luotettavia, kuluttavat enemmän energiaa ja ovat kalliimpia. Uusien kylmäaineiden käytön edelläkävijät hyötyivät ja tekivät valtavia voittoja. Pelkästään Yhdysvalloissa CFC-kiellot maksavat kymmeniä, ellei enemmänkin miljardeja dollareita. Oli mielipide, että niin sanottu otsonia säästävä politiikka voisi olla suurten kemianyhtiöiden omistajien inspiraationa vahvistaakseen monopoliasemaansa maailmanmarkkinoilla.

Uudella menetelmällä otsonikerroksen dynamiikkaa tutkittiin vuonna 2000, jolloin Etelämantereen yllä havaittiin ennätysmäinen otsoniaukko (Kashkin et ai., 2002). Tätä varten käytettiin satelliittitietoja otsonin tiheydestä koko eteläisellä pallonpuoliskolla päiväntasaajalta navalle. Tämän seurauksena havaittiin, että otsonipitoisuus on minimaalinen napan yläpuolelle muodostuneen ns. sirkumpolaarisen pyörteen suppilon keskustassa, jota käsittelemme yksityiskohtaisesti jäljempänä. Näiden tietojen perusteella esitettiin hypoteesi luonnollisesta mekanismista otsonin "aukkojen" muodostumiselle.

Stratosfäärin globaali dynamiikka: hypoteesi

Sirkumpolaariset pyörteet muodostuvat stratosfäärin ilmamassojen liikkuessa pituus- ja leveyssuunnassa. Miten tämä tapahtuu? Stratosfääri on korkeampi lämpimällä päiväntasaajalla ja matalampi kylmällä navalla. Ilmavirrat (yhdessä otsonin kanssa) vierivät alas stratosfääristä kukkulan tavoin ja liikkuvat yhä nopeammin päiväntasaajalta navalle. Liike lännestä itään tapahtuu Coriolis-voiman vaikutuksesta, joka liittyy Maan pyörimiseen. Tämän seurauksena ilmavirrat näyttävät olevan kierretty, kuin kierteet karan päällä, eteläisellä ja pohjoisella pallonpuoliskolla.

Ilmamassojen "kara" pyörii ympäri vuoden molemmilla pallonpuoliskoilla, mutta se on selvempi lopputalvella ja alkukeväällä, koska stratosfäärin korkeus päiväntasaajalla ei läheskään muutu ympäri vuoden, ja navoilla se on korkeampi kesällä ja matalampi talvella, kun on erityisen kylmää.

Otsonikerros keskimmäisillä leveysasteilla syntyy päiväntasaajalta tulevan voimakkaan virtauksen sekä paikan päällä tapahtuvien fotokemiallisten reaktioiden seurauksena. Mutta napa-alueen otsoni johtuu pääasiassa päiväntasaajalta ja keskimmäisiltä leveysasteilta tulevasta virtauksesta, ja sen pitoisuus siellä on melko alhainen. Fotokemialliset reaktiot navalla, jonne auringonsäteet putoavat matalassa kulmassa, ovat hitaita, ja merkittävä osa päiväntasaajalta tulevasta otsonista ehtii tuhoutua matkan varrella.

Otsonin tiheyttä koskevien satelliittitietojen perusteella esitettiin hypoteesi luonnollisesta mekanismista otsonireikien muodostumiselle.

Mutta ilmamassat eivät aina liiku näin. Kylmimpinä talvina, kun stratosfääri napan yläpuolella putoaa hyvin alas maan pinnan yläpuolelle ja "kukkulasta" tulee erityisen jyrkkä, tilanne muuttuu. Stratosfäärin virtaukset vierivät alas niin nopeasti, että vaikutus on tuttu jokaiselle, joka on nähnyt veden virtaavan alas ammeen reiästä. Tietyn nopeuden saavutettuaan vesi alkaa pyöriä nopeasti, ja reiän ympärille muodostuu tyypillinen suppilo, joka syntyy keskipakovoiman vaikutuksesta.

Jotain vastaavaa tapahtuu stratosfäärin virtausten globaalissa dynamiikassa. Kun stratosfäärin ilmavirrat saavuttavat riittävän suuren nopeuden, keskipakovoima alkaa työntää niitä pois napasta kohti keskimmäisiä leveysasteita. Tämän seurauksena ilmamassat liikkuvat päiväntasaajalta ja navalta toisiaan kohti, mikä johtaa nopeasti pyörivän pyörteen "akselin" muodostumiseen keskileveysasteilla.

Ilmanvaihto päiväntasaajan ja napa-alueen välillä lakkaa, eikä päiväntasaajalta ja keskimmäisiltä leveysasteilta tuleva otsoni saavuta napaa. Lisäksi napaan jäävä otsoni, kuten sentrifugissa, puristuu keskipakoisvoimalla keskimmäisille leveysasteille, koska se on ilmaa raskaampaa. Tämän seurauksena otsonipitoisuus suppilon sisällä laskee jyrkästi - navan yläpuolelle muodostuu otsoni "reikä" ja keskimmäisillä leveysasteilla - alue, jolla on korkea otsonipitoisuus, joka vastaa sirkumpolaarisen pyörteen "akselia".

Keväällä Etelämantereen stratosfääri lämpenee ja nousee korkeammalle - suppilo katoaa. Ilmaliikenne keski- ja korkeiden leveysasteiden välillä palautuu, ja myös otsonin muodostumisen fotokemialliset reaktiot kiihtyvät. Otsoniaukko katoaa ennen toista erityisen kylmää talvea Etelänavalla.

Entä arktisella alueella?

Vaikka stratosfäärin virtausten ja vastaavasti otsonikerroksen dynamiikka pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla on yleensä samanlainen, otsoniaukkoa esiintyy vain ajoittain etelänavan yläpuolella. Pohjoisnavan yläpuolella ei ole otsonireikiä, koska talvet ovat leudompia ja stratosfääri ei koskaan vajoa tarpeeksi alas, jotta ilmavirrat saisivat suppilon muodostamiseen tarvittavan nopeuden.

Vaikka sirkumpolaarinen pyörre muodostuu myös pohjoisella pallonpuoliskolla, otsonireikiä siellä ei havaita eteläistä pallonpuoliskoa leudompien talvien vuoksi.

On toinenkin tärkeä ero. Eteläisellä pallonpuoliskolla ympyränapainen pyörre pyörii lähes kaksi kertaa nopeammin kuin pohjoisella. Ja tämä ei ole yllättävää: Antarktista ympäröivät meret ja sen ympärillä on ympyränapainen merivirtaus - pohjimmiltaan jättimäiset vesi- ja ilmamassat pyörivät yhdessä. Pohjoisella pallonpuoliskolla kuva on erilainen: keskimmäisillä leveysasteilla on maanosia vuoristoineen, eikä ilmamassan kitka maan pintaa vasten salli ympyränapaisen pyörteen saavuttaa riittävän suurta nopeutta.

Pohjoisen pallonpuoliskon keskileveysasteilla esiintyy kuitenkin joskus pieniä, eri alkuperää olevia otsoni "reikiä". Mistä he tulevat? Ilman liike vuoristoisen pohjoisen pallonpuoliskon keskileveysasteen stratosfäärissä muistuttaa veden liikettä matalassa, kivipohjaisessa purossa, kun veden pinnalle muodostuu lukuisia pyörteitä. Pohjoisen pallonpuoliskon keskimmäisillä leveysasteilla pohjapinnan kohokuvion roolia ovat lämpötilaerot mantereiden ja valtamerten, vuorijonojen ja tasankojen rajalla.

Jyrkkä lämpötilan muutos Maan pinnalla johtaa pystysuorien virtausten muodostumiseen troposfäärissä. Stratosfäärin tuulet törmäävät näihin virtoihin luovat pyörteitä, jotka voivat pyöriä molempiin suuntiin yhtä todennäköisyydellä. Niiden sisälle ilmestyy alueita, joilla on alhainen otsonipitoisuus, eli otsonireikiä, jotka ovat kooltaan paljon pienempiä kuin etelänavalla. Ja on huomattava, että tällaiset pyörteet, joilla on eri pyörimissuunnat, löydettiin ensimmäisellä yrityksellä.

Siten stratosfäärin ilmavirtojen dynamiikka, jonka jäljitimme tarkkailemalla otsonipilveä, antaa meille mahdollisuuden antaa uskottava selitys otsoniaukon muodostumismekanismille Etelämantereen päällä. Ilmeisesti tällaiset otsonikerroksen muutokset stratosfäärin aerodynaamisista ilmiöistä johtuivat kauan ennen ihmisen ilmestymistä.

Kaikki edellä oleva ei tarkoita ollenkaan, että freonit ja muut teollista alkuperää olevat kaasut eivät tuhoaisi otsonikerrosta. Tiedemiehet eivät kuitenkaan ole vielä saaneet selville, mikä on otsoniaukojen muodostumiseen vaikuttavien luonnollisten ja ihmisperäisten tekijöiden suhde - ei voida hyväksyä hätäisten johtopäätösten tekemistä tällaisista tärkeistä asioista.

Viime aikoina yleisö on yhä useammin huolissaan ympäristöasioista - ympäristön, eläinten suojelusta, haitallisten ja vaarallisten päästöjen vähentämisestä. Varmasti kaikki ovat kuulleet myös siitä, mitä otsoniaukko on ja että niitä on maapallon nykyaikaisessa stratosfäärissä paljon. Ja siellä on.

Nykyaikainen antropogeeninen toiminta ja tekninen kehitys vaarantavat eläinten ja kasvien olemassaolon maan päällä sekä ihmisten elämän.

Otsonikerros on stratosfäärissä sijaitsevan sinisen planeetan suojakuori. Sen korkeus on noin kaksikymmentäviisi kilometriä maanpinnasta. Ja tämä kerros muodostuu hapesta, joka auringonsäteilyn vaikutuksesta käy läpi kemiallisia muutoksia. Otsonipitoisuuden paikallinen lasku (tavallisilla ihmisillä tämä on hyvin tunnettu "reikä") johtuu tällä hetkellä monista syistä. Ensinnäkin tämä on tietysti ihmisen toimintaa (sekä teollista että jokapäiväistä kotitaloutta). On kuitenkin olemassa mielipiteitä, että otsonikerros tuhoutuu yksinomaan ihmisiin liittymättömien luonnonilmiöiden vaikutuksesta.

Antropogeeninen vaikutus

Kun olet ymmärtänyt, mikä otsoniaukko on, on tarpeen selvittää, millainen ihmisen toiminta vaikuttaa sen ulkonäköön. Ensinnäkin nämä ovat aerosoleja. Käytämme päivittäin deodorantteja, hiuslakkoja, wc-vettä suihkepulloilla emmekä usein ajattele sitä, että tämä vaikuttaa haitallisesti planeetan suojaavaan kerrokseen.

Tosiasia on, että tölkeissä olevat yhdisteet, joihin olemme tottuneet (mukaan lukien bromi ja kloori), reagoivat helposti happiatomien kanssa. Siksi otsonikerros tuhoutuu ja muuttuu tällaisten kemiallisten reaktioiden jälkeen täysin hyödyttömiksi (ja usein haitallisiksi) aineiksi.

Otsonikerrosta tuhoavia yhdisteitä on myös kesän lämpöä säästävissä ilmastointilaitteissa sekä jäähdytyslaitteissa. Ihmisen laajalle levinnyt teollinen toiminta heikentää myös maallista puolustuskykyä. Teollisuusvesi painaa sitä (jotkut haitallisista aineista haihtuu ajan myötä), saastuttaa stratosfäärin ja autot. Jälkimmäistä, kuten tilastot osoittavat, tulee joka vuosi enemmän ja enemmän. vaikuttaa negatiivisesti otsonikerrokseen ja

luonnollinen vaikutus

Kun tiedät, mikä otsoniaukko on, sinulla on myös oltava käsitys siitä, kuinka monta niistä on planeettamme pinnan yläpuolella. Vastaus on pettymys: maallisessa suojelussa on monia aukkoja. Ne ovat pieniä eivätkä usein edusta reikää, vaan erittäin ohutta jäljellä olevaa otsonikerrosta. Siellä on kuitenkin myös kaksi valtavaa suojaamatonta tilaa. Tämä on arktinen ja antarktinen otsoniaukko.

Maan napojen yläpuolella oleva stratosfääri ei sisällä juuri lainkaan suojaavaa kerrosta. Mihin se liittyy? Loppujen lopuksi ei ole autoja ja teollista tuotantoa. Kyse on luonnollisesta vaikutuksesta, toinen syy: napapyörteitä syntyy, kun lämmin ja kylmä ilmavirtaukset kohtaavat. Nämä kaasumuodostelmat sisältävät suuria määriä typpihappoa, joka erittäin alhaisten lämpötilojen vaikutuksesta reagoi otsonin kanssa.

Ympäristönsuojelijat alkoivat soittaa hälytystä vasta 1900-luvulla. Tuhoisat, jotka pääsevät maahan törmäämättä otsoniesteeseen, voivat aiheuttaa ihosyövän ihmisille sekä monien eläinten ja kasvien (ensisijaisesti merikasvien) kuoleman. Näin ollen kansainväliset järjestöt ovat kieltäneet melkein kaikki yhdisteet, jotka tuhoavat planeettamme suojakerroksen. Uskotaan, että vaikka ihmiskunta lopettaisi äkillisesti kaiken negatiivisen vaikutuksen otsoniin stratosfäärissä, nykyiset reiät eivät katoa kovin pian. Tämä johtuu siitä, että freonit, jotka ovat jo päässeet ylös, voivat olla itsenäisesti ilmakehässä vuosikymmeniä.