Ответ: Озоновой слой – это слой атмосферы с повышенным содержанием озона. Концентрация озона в слое очень низкая, и если выделить его в чистом виде и сжать до плотности, которую имеет воздух у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превысит 5 мм. Озон поглощает коротковолновое излучение Солнца, предохраняя живые организмы от его губительного воздействия. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено большое пространство с пониженным (до 50 %) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». Считается, что основной причиной возникновения «озоновых дыр» является значительное содержание в атмосфере фреонов. Фреоны (хлорфторуглероды) – высоколетучие химически инертные у земной поверхности вещества, широко применяемые в производстве и быту в качестве хладоагентов (кондиционеры, рефрижераторы, холодильники), распылителей (аэрозоли), пенообразователей. Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием оксида хлора, интенсивно разрушающего озон. Однако ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения они видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, процессах дегазации Земли и др. Истощение озонового слоя приводит к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности Земли, что способствует увеличению случаев заболеваний раком кожи, снижению продуктивности сельскохозяйственных культур, замедлению процесса фотосинтеза в растениях и др.

7.Причины образования кислотных дождей их влияние на экосистемы

Ответ:Кислотными называют любые атмосферные осадки (дожди, туманы, снег), кислотность которых выше нормальной. Кислотные свойства среды определяются ионами водородов. Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют единицы водородного показателя, или pH. Шкала pH содержит величины от 0 (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность). Кислотные дожди содержат растворы серной, азотной и других кислот, в которые превращается влага воздуха, поглощая сернистый и другие газы, содержащиеся в воздухе. Кислотные дожди угнетают растительность, снижают прирост леса и урожайность сельскохозяйственных культур, являются причиной закисления озер, что приводит к гибели икры, мальков, планктона, водорослей и рыб. Отрицательные последствия кислотных дождей зафиксированы в США, Европе, Канаде, России, на Украине, в Белоруссии и других странах.

8.Основныеп причины возникновения экологических проблем

Ответ: Несбалансированные взаимоотношения общества и природы, то есть нерациональное природопользование, часто приводят к экологическому кризису и экологической катастрофе. Экологический кризис (чрезвычайная экологическая ситуация) – это экологическое неблагополучие, характеризующееся устойчивыми отрицательными изменениями окружающей среды и представляющее угрозу для здоровья людей. Под экологической катастрофой (экологическим бедствием) понимают экологическое неблагополучие, характеризующееся необратимыми изменениями окружающей среды и существенным ухудшением здоровья населения.Основным и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение. Под загрязнением понимают поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду (Закон «Об охране окружающей среды»). Загрязнением также называют поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем. Обычно рассматривают два различных по происхождению вида загрязнения: естественное, возникающее в результате действий природных явлений без участия людей; антропогенное, связанное с человеческой деятельностью, главной составной частью которого является техногенное загрязнение, обусловленное деятельностью промышленных производств. По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. По природе загрязнителей различают следующие виды загрязнения: биологическое (патогенные микроорганизмы, продукты генной инженерии и др.), химическое (загрязнение биосферы пестицидами, тяжелыми металлами, пластмассами, отдельными химическими веществами и элементами),физическое (шумовое, тепловое, электромагнитное, радиационное). По пространственному признаку выделяют глобальное, региональное, локальное (наблюдаемое на небольшой территории) загрязнения. По объектам загрязнения различают загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение почв и т. д. и даже загрязнение околоземного космического пространства. В 2005 г. на территории Российской Федерации было отмечено 78 аварий (в 2004 г. – 59), приведших к загрязнению окружающей среды. В этом же году стационарной наблюдательной сетью Росгидромета был зарегистрирован 541 случай экстремально высокого загрязнения поверхностных води 3 случая экстремально высокого загрязнения атмосферного воздуха по визуальным и органолептическим признакам.

В последнее время газеты и журналы пестрят статьями о роли озонового слоя, в которых людей запугивают возможными в будущем проблемами. От ученых можно услышать о предстоящих климатических изменениях , которые отрицательно повлияют на все живое на Земле. Действительно ли такими ужасающими событиями обернется для всех землян далекая от людей потенциальная опасность? Какие последствия разрушения озонового слоя ожидают человечество?

Процесс формирования и значение озонового слоя

Озон является производной кислорода. Пребывая в стратосфере, молекулы кислорода подвергаются химическому воздействию ультрафиолетового излучения, после чего распадаются на свободные атомы, которые, в свою очередь, обладают способностью соединяться с прочими молекулами. При таком взаимодействии молекул и атомов кислорода с третьими телами происходит возникновение нового вещества — так и образуется озон.

Будучи в стратосфере, он влияет на тепловой режим Земли и здоровье ее население. Являясь планетарным «стражником» озон занимается поглощением излишнего ультрафиолета. Однако при попадании в нижние слои атмосферы в больших количествах, он становится достаточно опасным для человеческого вида.

Досадное открытие ученых – озоновая дыра над Антарктидой

Процесс разрушения озонового слоя стал предметом многих дискуссий ученых по всему миру, начиная с конца 60-х годов. В те годы экологи стали поднимать проблему выбросов в атмосферу продуктов сгорания в виде водяного пара и оксидов азота, которые производили реактивные двигатели ракет и авиалайнеров. Беспокойство вызвало свойство оксида азота, выбрасываемого воздушными судами на 25-километровой высоте, что является областью формирования земного щита, разрушать озон. В 1985 году Британской антарктической службой было зафиксировано уменьшение на 40 % концентрации озона в атмосфере над их базой «Халли Бей».

После британских ученых эту проблему осветили и многие другие исследователи. Им удалось очертить район с пониженным содержанием озона уже за пределами южного материка. Из-за этого стала подниматься проблема образования озоновых дыр. Вскоре после этого выявили еще одну озоновую дыру теперь уже в Арктике. Однако та была меньше по размерам, с утечкой озона до 9%.

По итогам исследований, ученые подсчитали, что в 1979-1990 годах концентрация этого газа в земной атмосфере снизилась примерно на 5%.

Разрушение озонового слоя: появление озоновых дыр

Толщина озонового слоя может составлять 3-4мм, его максимальные значения находятся на полюсах, а минимумы располагаются по экватору. Самую большую концентрацию газа можно обнаружить на 25 километре в стратосфере над Арктикой. Плотные слои порой встречаются на высотах до 70 км, обычно в тропиках. Тропосфера не обладает большим количеством озона, поскольку она имеет большую подверженность сезонным изменениям и загрязнениям различного характера.

Как только концентрация газа уменьшается на один процент, тут же на 2% происходит увеличение интенсивности ультрафиолета над земной поверхностью. Влияние ультрафиолетовых лучей на планетарную органику сравнивают с ионизирующим излучением.

Истощение озонового слоя может стать причиной катастроф, которые будут связаны с чрезмерным нагреванием, ростом скорости ветров и циркулирования воздуха, что может привести к возникновению новых пустынных областе, и снизит урожайность в сельском хозяйстве.

Встреча с озоном в повседневной жизни

Порой после дождя, особенно в летнюю пору, воздух становится необычайно свежим, приятным, а в народе говорят, что «пахнет озоном». Это совершенно не образная формулировка. В действительности, какая-то часть озона степени проходит до нижних слоев атмосферы с потоками воздушных масс. Эта разновидность газа считается так называемым полезным озоном, который и вносит в атмосферу ощущение необыкновенной свежести. В основном такие явления наблюдаются вслед за грозовыми ливнями.

Однако встречается еще и весьма вредоносная, чрезвычайно опасная для людей разновидность озона. Он вырабатывается выхлопными газами и промышленными выбросами, и при попадании под влияние лучей Солнца, вступает в фотохимическую реакцию. Вследствие этого происходит формирование так называемого приземного озона, который чрезвычайно вреден для здоровья людей.

Вещества, разрушающие озоновый слой: действие фреонов

Учеными было доказано, что фреоны, которыми в массовом порядке заряжают холодильники и кондиционеры, а также многочисленные аэрозольные баллончики, становятся причинами разрушения озонового слоя. Таким образом, получается, что практически каждый человек прикладывает руку к разрушению озонового слоя.

Причины возникновения озоновых дыр заключаются в том, что молекулы фреона вступают в реакцию с молекулами озона. Солнечная радиация принуждает фреоны к выделению хлора. В результате происходит расщепление озона, вследствие чего образуются атомарный и обычный кислород. В местах, где происходят такие взаимодействия, случается проблема истощения озонового слоя, и возникают озоновые дыры.

Конечно же, наибольший вред озоновому слою приносят промышленные выбросы, но и бытовое использование препаратов, в которых содержится фреон, так или иначе тоже оказывает свое влияние на уничтожение озона.

Защита озонового слоя

После того как учеными документально было подтверждено, что озоновый слой все-таки разрушается, и возникают озоновые дыры, политики задумались над его сохранением. По всему миру были проведены консультации и совещания по этим вопросам. В них участвовали представители всех государств с хорошо развитой промышленностью.

Так, в 1985 году приняли Конвенцию об охране озонового слоя. Подписались под этим документом представители от сорока четырех государств-участников конференции. Годом позднее подписали еще один немаловажный документ, именуемый Монреальским протоколом. В соответствии с его положениями должно было произойти существенное ограничение мирового производства и потребления веществ, приводящих к нарушению озонового слоя.

Тем не менее, некоторые государства не желали подчиняться таким ограничениям. Тогда для каждого государства определили конкретные квоты по опасным выбросам в атмосферу.

Защита озонового слоя в России

В соответствии с действующим российским законодательством правовая охрана озонового слоя является одним из важнейших и приоритетных направлений. Законодательством, связанным с охраной окружающей среды, регламентируется перечень защитных мероприятий, направленных на охрану этого природного объекта от разного рода повреждений, загрязнений, разрушений и истощений. Так, статья 56 Законодательства описывает некоторые мероприятия, связанные с охраной озонового слоя планеты:

• Организации наблюдения за эффектом озоновой дыры;
• Постоянный контроль над изменением климата;
• Строгое соблюдение нормативной базы по вредным выбросам в атмосферу;
• Регулирование производства химических соединений, которые разрушают озоновый слой;
• Применение штрафных санкций и наказаний за нарушение законодательства.

Возможные решения и первые результаты

Следует знать, что озоновые дыры - явление непостоянное. С сокращением количества вредных выбросов в атмосферу начинается постепенное затягивание озоновых дыр - активизируются молекулы озона из соседних участков. Однако при этом происходит зарождение другого фактора риска — соседние участки лишаются значительного количества озона, слои становятся тоньше.

Ученые всего мира продолжают заниматься исследованиями и запугивают безрадостными умозаключениями. Они высчитали, что если наличие озона уменьшится всего лишь на 1% в верхнем слое атмосферы, то произойдет увеличение кожных онкологических заболеваний до 3-6%. Более того, большое количество ультрафиолетовых лучей отрицательно отразится на иммунной системе людей. Они станут более уязвимыми к самым разнообразным инфекциям.

Не исключено, что собственно этим и можно объяснить тот факт, что в XXI веке увеличивается количество злокачественных опухолей. Повышение уровня ультрафиолета к тому же отрицательно влияет и на природу. Происходит разрушение клеток в растениях, начинается процесс мутации, вследствие чего вырабатывается меньшее количество кислорода.

Справится ли человечество с грядущими вызовами?

Согласно последним статистическим данным статистики, человечеству грозит глобальная катастрофа. Однако наука располагает и оптимистическими докладами. После принятия Конвенции об охране озонового слоя уже все человечество занялось проблематикой сбережения озонового слоя. Вслед за разработкой целого ряд запретительных и предохранительных мер ситуацию удалось немного стабилизировать. Таким образом, некоторые исследователи утверждают, что если все человечество будет заниматься промышленным производством в разумных пределах, проблема озоновых дыр может быть успешно решена.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Введение

1.2 Озоновая дыра над Антарктикой

2. Основные мероприятия по защите озонового слоя

3. Правило оптимальной компонентной дополнительности

4. Закон Н.Ф. Реймерса о разрушении иерархии экосистем

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Современная кислородная атмосфера Земли – уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта её особенность связана с наличием на нашей планете жизни.

Проблема экологии для людей сейчас, несомненно, самая главная. На реальность экологической катастрофы указывает разрушение озонного слоя Земли. Озон - трехатомная форма кислорода, образуется в верхних слоях атмосферы под действием жесткого (коротковолнового) ультрафиолетового излучения Солнца.

Сегодня озон беспокоит всех, даже тех, кто раньше не подозревал о существовании озонного слоя в атмосфере, а считал только, что запах озона является признаком свежего воздуха. (Недаром озон в переводе с греческого означает ""запах"".) Этот интерес понятен – речь идёт о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. В настоящее время назрела необходимость принять определённые обязательные для всех решения, которые позволили бы сохранить озонный слой. Но чтобы эти решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые изменяют количество озона в атмосфере Земли, а также о свойствах озона, о том, как именно он реагирует на эти факторы.

1. Озоновые дыры и причины их возникновения

Озоновый слой - это широкий атмосферный пояс, простирающийся на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли. Химически озон - это молекула, состоящая из трех атомов кислорода (молекула кислорода содержит два атома). Концентрация озона в атмосфере очень мала, и небольшие изменения количества озона приводят к серьезным изменениям интенсивности ультрафиолета, достигающего земной поверхности. В отличии от обычного кислорода озон неустойчив, он легко переходит в двухатомную, устойчивую форму кислорода. Озон – гораздо более сильный окислитель, чем кислород, и это делает его способным убивать бактерии, подавлять рост и развитие растений. Впрочем, из-за его низкой в обычных условиях концентрации в приземных слоях воздуха эти его особенности практически не влияют на состояние живых систем.

Гораздо важнее его другое свойство, делающее этот газ совершенно необходимым для всей жизни на суше. Это свойство – способность озона поглощать жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца. Кванты жесткого УФ обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей, поэтому его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого рода, рентгеновское и гамма-излучение, оно вызывает многочисленные нарушения в клетках живых организмов. Озон образуется под воздействием высокоэнергетичной солнечной радиации, стимулирующей реакцию между О 2 и свободными атомами кислорода. Под воздействием умеренной радиации он распадается, абсорбируя энергию этой радиации. Таким образом, этот цикличный процесс "съедает" опасный ультрафиолет.

Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральные, т.е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхний слой атмосферы – ионосфера, практически совпадает с озоновым слоем.

В полярных зонах, где силовые линии магнитного поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина малого содержания озона в области полюсов – малая интенсивность солнечного облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к горизонту, а во время полярной ночи отсутствуют вовсе. Площадь полярных «дыр» в озоновом слое – надежный показатель изменений общего содержания озона в атмосфере.

Содержание озона в атмосфере колеблется вследствие многих естественных причин. Периодические колебания связаны с циклами солнечной активности; многие компоненты вулканических газов способны разрушать озон, поэтому повышение вулканической активности ведет к снижению его концентрации. Благодаря высоким, сверураганным скоростям воздушных потоков в стратосфере разрушающие озон вещества разносятся на большие площади. Переносятся не только разрушители озона, но и он сам, поэтому нарушения концентрации озона быстро разносятся на большие площади, а локальные небольшие «дыры» в озоновом щите, вызванные, например, запуском ракеты, сравнительно быстро затягиваются. Только в полярных областях воздух малоподвижен, вследствие чего исчезновение там озона не компенсируется его заносом из других широт, и полярные «озонные дыры», особенно на Южном полюсе, весьма устойчивы.

1.1 Источники разрушения озонового слоя

Среди разрушители озонного слоя можно выделить:

1) Фреоны.

Озон разрушается под воздействием соединений хлора, известных как фреоны, которые, также разрушаясь под воздействием солнечной радиации, освобождают хлор, «отрывающий» от молекул озона «третий» атом. Хлор в соединения не образовывает, но служит катализатором «разрыва». Таким образом, один атом хлора способен «погубить» много озона. Считается, что соединения хлора способны оставаться в атмосфере от 50 до 1500 лет (в зависимости от состава вещества) Земли. Наблюдения за озоновым слоем планеты проводились антарктическими экспедициями с середины 50-х.

Озоновая дыра над Антарктидой, увеличивающаяся по весне и уменьшающаяся к осени, была обнаружена в 1985 году. Открытие метеорологов вызвало цепь последствий экономического характера. Дело в том, что в существовании «дыры» была обвинена химическая промышленность, производящая вещества, содержащие фреоны, способствующие разрушению озона (от дезодорантов до холодильных установок).

В вопросе о том насколько человек повинен в образовании «озоновых дыр» - единого мнения нет.

С одной стороны – да, безусловно повинен. Производство соединений, приводящих к разрушению озона, следует свести к минимуму, а лучше и вообще прекратить. То есть отказаться от целого сектора промышленности, с оборотом в многие миллиарды долларов. А если не отказаться - то перевести ее на «безопасные» рельсы, что тоже стоит денег.

Точка зрения скептиков: человеческое влияние на атмосферные процессы, при всей его разрушительности в локальном плане, в планетарном масштабе - ничтожно. Антифреоновая кампания «зеленых» имеет вполне прозрачную экономическую и политическую подоплеку: с ее помощью крупные американские корпорации (Дюпон, например), душат своих зарубежных конкурентов, навязывая соглашения по "охране окружающей среды" на государственном уровне и насильно вводя новый технологический виток, который более слабые в экономическом отношении государства выдержать не в состоянии.

2) Высотные самолёты.

Разрушению озонного слоя способствуют не только фреоны, выделяющиеся в атмосферу и попадающие в стратосферу. К разрушению озонного слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей высотных самолётов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, т. е. чем больше мощность двигателя.

Важна не только мощность двигателя самолёта, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающие озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.

Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в 1 млрд. т. Примерно треть этого количества выбрасывается самолётами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолётов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолётов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонного слоя.

3) Минеральные удобрения.

Озон в стратосфере может уменьшаться и за счет того, что в стратосферу попадает закись азота N 2 O, которая образуется при денитрификации связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхнем слое океанов и морей. Процесс денитрификации напрямую связан с количеством связанного азота в почве. Таким образом, можно быть уверенным в том, что с ростом количества вносимых в почву минеральных удобрений будет в такой же мере увеличиваться и количество образованной закиси азота N 2 O. Далее, из закиси азота образуются окислы азота, которые и приводят к разрушению стратосферного озона.

4) Ядерные взрывы.

При ядерных взрывах выделяется очень много энергии в виде тепла. Температура, равная 6000 0 К устанавливается уже через несколько секунд после ядерного взрыва. Это энергия огненного шара. В сильно нагретой атмосфере происходят такие преобразования химических веществ, какие при нормальных или не происходят, или протекают очень медленно. Что касается озона, его исчезновения, то наиболее опасными для него являются образующиеся при этих преобразованиях окислы азота. Так, за период с 1952 по 1971 г. в результате ядерных взрывов в атмосфере образовалось около 3 млн т. окислов азота. Дальнейшая судьба их такова: они в результате перемешивания атмосферы попадают на разные высоты, в том числе и в атмосферу. Там они вступают в химические реакции с участием озона, приводя к его разрушению.

5) Сжигание топлива.

Эта большущая дыра в озоновом слое земли была открыта в 1985 году, появилась она над Антарктидой. В диаметре она составляет более одной тысячи километров, а по-площади - примерно девять миллионов километров в квадрате.

Ежегодно в августе-месяце дыра исчезает и происходит это так, будто этой огромной озоновой бреши никогда и не было.

Озоновая дыра - определение

Озоновая дыра - это уменьшение или полное отсутствие концентрации озона в озоновом слое Земли. Согласно докладу Всемирной метеорологической организации и общепринятой в науке теории, значительное уменьшение озонового слоя вызвано всё увеличивающимся антропогенным фактором - выделением бром- и хлорсодержащих фреонов.

Есть и другая гипотеза, по которой сам процесс образования дыр в озоновом слое естественный и не кои образом не связан с результатами деятельности человеческой цивилизации.

Уменьшение в атмосфере концентрации озона вызывает совокупность факторов. Одним из главных является уничтожение молекул озона при происхождении реакций с различными веществами природного и антропогенного происхождения, а также отсутствие солнечного света и излучения на протяжении полярной зимы. Сюда можно отнести и полярный вихрь, который является особо устойчивым и препятствующим проникновению озона из широт приполярья, и образующиеся стратосферные полярные облака, поверхность частиц которых выступает катализатором для реакции распада озона.

Указанные факторы характерны для Антарктиды, а в Арктике полярный вихрь намного слабее из-за того,что там нет континентальной поверхности. Температура здесь больше на некоторую величину, в отличии от Антарктиды. Полярные стратосферные облака в Арктике менее распространены и имеют тенденцию к распаду в начале осеннего периода.

Что такое Озон?

Озоном является ядовитое вещество, которое вредно для человека. В небольших количествах он имеет весьма приятный запах. Чтобы убедится в этом, можно прогуляться в лесу поле грозы - в пору насладимся свежим воздухом, но позже будет очень плохое самочувствие.

В обычных условиях внизу атмосферы Земли озона практически нет - это вещество присутствует в больших количествах в стратосфере, начинающейся где-то около 11 километра над землёй и проcтирающейся до 50-51 километра. Озоновый слой лежит как раз на сомом верху, то есть, примерно на 51-ом километре над землёй. Этот слой поглощает смертельные лучи солнца и тем самым защищает нашу и не только нашу с вами жизнь.

До открытия озоновых дыр озон считали веществом, который отравляет атмосферу. Считали, что атмосфера переполнена озоном и что это именно он - главный виновник «парникового эффекта», с которым нужно что-то делать.

В настоящем же, человечество наоборот пытается предпринять шаги для восстановления озонового слоя, так как озоновый слой становится тоньше по всей Земле, а не только над Антарктидой.

Озоновые дыры - «дети» стратосферных вихрей

Хотя озона в современной атмо сфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жест кое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, стратосферный озон - важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды.

Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов). Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось...

Озон (О 3) представляет собой сравнительно редкую молекулярную форму кислорода, состоящую из трех атомов. Хотя озона в современной атмосфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому до появления фотосинтеза - и, соответст­венно, свободного кислорода и озонового слоя в атмосфере - жизнь могла существовать только в воде.

Кроме того, стратосферный озон - важный климатиче­ский фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды. Поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, озон нагревает стратосферу и тем самым регулирует характер планетарных тепловых и циркулярных процессов во всей атмосфере.

Неустойчивые молекулы озона в естественных условиях образуются и распадаются под действием различных факторов живой и неживой природы, причем в ходе длительной эволюции этот процесс пришел к некоторому динамическому равновесию. Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов).

Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось. Особенно общественное мнение взбудоражило открытие над Антарктидой так называемой озоновой «дыры».

«Дыра» над Антарктидой

Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой - озоновую дыру - впервые обнаружили еще в 1957 г., в Международный геофизический год. Настоящая же история ее началась через 28 лет со статьи в майском номере журнала Nature , где было высказано предположение, что причиной аномального весеннего минимума ОСО над Антарктидой служит промышленное (в том числе и фреонами) загрязнение атмосферы (Farman et al. , 1985).

Было установлено, что озоновая дыра над Антарктидой возникает обычно раз в два года, держится около трех месяцев, а затем исчезает. Она представляет собой не сквозное отверстие, как может показаться, а углубление, поэтому более правильно говорить о «провисании озонового слоя». К сожалению, все дальнейшие исследования озоновой дыры в основном были направлены на доказательство ее антропогенного происхождения (Roan, 1989).

Сегодня существуют разные гипотезы относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. Однако в химическую антропогенную теорию не укладывается много известных фактов. Например, рост содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах.

Вот самый «наивный» вопрос: почему дыра образуется в южном полушарии, хотя фреоны вырабатываются в северном, при том что неизвестно, имеется ли в это время воздушное сообщение между полушариями?

Ни одна из существующих теорий не опирается на широкомасштабные детальные измерения ОСО и исследования процессов, про­исходящих в стратосфере. Ответить на вопрос о степени изолированности полярной стратосферы над Антарктидой, как и на ряд других вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось лишь с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков, предложенного В. Б. Кашкиным (Кашкин, Сухинин, 2001; Kashkin et al. , 2002).

Воздушные потоки в тропо­сфере (до высоты 10 км) с давних пор прослеживали, наблюдая за поступательными и вращательными перемещениями облаков. Озон, по сути, также представляет собой огромное «облако» над всей поверхностью Земли, и по изменениям его плотности можно судить о движе­нии воздушных масс выше 10 км, - так же, как мы узнаем направление ветра, глядя на облачное небо в пасмурный день. Для этих целей плотность озона следует измерять в точках пространственной решетки с определенным временным интервалом, например, каждые 24 часа. Проследив, как изменилось поле озона, можно оценить угол его поворота за сутки, направление и скорость движения.

С помощью нового метода была исследована динамика озонового слоя в 2000 г., когда над Антарктидой наблюдалась рекордно большая озоновая дыра (Kashkin et al. , 2002). Для этого использовались спутниковые данные о плотности озона по всему южному полушарию, от экватора до полюса. В результате было установлено, что содержание озона минимально в центре воронки так называемого циркумполярного вихря, которая образовалась над полюсом, на чем мы подробно остановимся ниже. На основе этих данных была выдвинута гипотеза природного механизма образования озоновых «дыр».

Глобальная динамика стратосферы: гипотеза

Циркумполярные вихри образуются при движении стратосферных воздушных масс в меридиональном и широтном направлениях. Как это происходит? На теплом экваторе стратосфера выше, а на холодном полюсе - ниже. Воздушные потоки (вместе с озоном) скатываются со стратосферы как с горки, и движутся все быстрее от экватора к полюсу. Движение с запада на восток происходит под воздействием силы Кориолиса, связанной с вращением Земли. В результате потоки воздуха как бы наматываются, как нити на веретено, на южное и северное полушария.

«Веретено» воздушных масс вращается в течение всего года в обоих полушариях, но более выражено в конце зимы и начале весны, потому что высота стратосферы на экваторе почти не меняется в течение года, а на полюсах она выше летом и ниже зимой, когда там особенно холодно.

Слой озона в средних широтах создается за счет мощного притока с экватора, а также в результате фотохимических реакций, происходящих на месте. А вот озон в районе полюса обязан своим происхождением в основном поступлению с экватора и из средних широт, и его содержание там довольно низкое. Фотохимические реакции на полюсе, куда солнечные лучи падают под малым углом, идут медленно, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути.

Но воздушные массы движутся так не всегда. В самые холодные зимы, когда стратосфера над полюсом очень низко опускается над поверхностью Земли и «горка» становится особенно крутой, ситуация меняется. Стратосферные потоки скатываются так быстро, что возникает эффект, знакомый каждому, кто наблюдал, как вода стекает через отверстие в ванне. Достигнув определенной скорости, вода начинает быстро вращаться, а вокруг отверстия образуется характерная воронка, создаваемая центробежной силой.

Нечто подобное происходит и в глобальной динамике стратосферных потоков. Когда потоки стратосферного воздуха набирают достаточно большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. В результате воздушные массы движутся от экватора и от полюса навстречу друг другу, что приводит к формированию быстро вращающегося «вала» вихря в области средних широт.

Обмен воздухом между экваториальной и полярной областями прекращается, озон с экватора и из средних широт на полюс не поступает. Кроме того, оставшийся на полюсе озон, как в центрифуге, отжимается к средним широтам центробежной силой, поскольку он тяжелее воздуха. В результате концентрация озона внутри воронки резко падает - над полюсом образуется озоновая «дыра», а в средних широтах - область высокого содержания озона, соответствующая «валу» циркумполярного вихря.

Весной антарктическая стратосфера прогревается и поднимается выше - воронка исчезает. Воздушное сообщение между средними и высокими широтами восстанавливается, к тому же ускоряются фотохимические реакции образования озона. Озоновая дыра исчезает до новой особенно холодной зимы на Южном полюсе.

А что в Арктике?

Хотя динамика стратосферных потоков и, соответственно, озонового слоя в северном и южном полушариях в целом схожа, озоновая дыра время от времени возникает только над Южным полюсом. Над Северным полюсом озоновых дыр не возникает, поскольку зимы там мягче и стратосфера никогда не опускается настолько низко, чтобы воздушные потоки набрали скорость, необходимую для образования воронки.

Есть и еще одно важное отличие. В южном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза быстрее, чем в северном. И это неудивительно: Антарктида окружена морями и вокруг нее существует циркумполярное морское течение - по существу, вместе вращаются гигантские массы воды и воздуха. Иная картина в северном полушарии: в средних широтах там находятся материки с горными хребтами, и трение воздушной массы о земную поверхность не позволяет циркумполярному вихрю набрать достаточно большую скорость.

Однако в средних широтах северного полушария иногда появляются небольшие озоновые «дыры» иного происхождения. Откуда они берутся? Движение воздуха в стратосфере средних широт гористого северного полушария напоминает движение воды в мелком ручье с каменистым дном, когда на поверхности воды образуются многочисленные водовороты. В средних широтах северного полушария роль рельефа поверхности дна играют перепады температур на границе континентов и океанов, горных массивов и равнин.

Резкая смена температуры на поверхности Земли приводит к формированию в тропосфере вертикальных потоков. Стратосферные ветры, наталкиваясь на эти потоки, создают вихри, которые могут вращаться в обоих направлениях с равной вероятностью. Внутри них появляются области с пониженным содержанием озона, то есть озоновые дыры, намного меньшие по размеру, чем на Южном полюсе. И нужно отметить, что такие вихри с разными направлениями вращения были обнаружены при первой же попытке.

Таким образом, динамика стратосферных воздушных потоков, которую мы проследили, наблюдая за облаком озона, позволяет дать правдоподобное объяснение механизма образования озоновой дыры над Антарктидой. По-видимому, подобные изменения озонового слоя, обусловленные аэродинамическими явлениями в стратосфере, имели место задолго до появления человека.

Все вышесказанное вовсе не означает, что фреоны и другие газы промышленного происхождения не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Однако ученым еще предстоит выяснить, каково соотношение природных и антропогенных факторов, влияющих на образование озоновых дыр, - делать поспешные выводы в столь важных вопросах недопустимо.