озонова дупка
 |
Преди милиони години водни организми, наречени синньо-зелени водорасли, използвайки енергия от слънцето разцепвали молекулите на Н2О и СО2 и ги редуцирали в органични съединения, отделяйки О2. Този процес на конвертиране на слънчевата енергия е известен като фотосинтеза. Част от фотосинтетично създадения кислород се натрупвал в атмосферата, въздействайки пагубно на рано съществуващите анаеробни организми. Земната атмосфера е композирана от няколко пласта. Ние живеем в пласт, наречен тропосфера, където се срещат голяма част от явленията на времето такива, като дъжд, сняг, облаците също. Над тропосферата се намира стратосферата - важен регион в който се срещат озоновите дупки и последната има отношение към глобалното затопляне. Свръхзвуковите самолети, като Конкорд летят в ниските слоеве на стратосферата, където други типове самолети не се срещат. Тесният регион между тези два слоя на атмосферата е наречен “Тропопауза”. Озонът формира слой в стратосферата, най-тънък над тропическия пояс (около Екватора) и е с най-голяма плътност над полюсите. Плътността на озона, над дадена точка на Земята се измерва в Допсънови единици. Типично тя е 260 DU над тропиците и по-висока от тази стойност навсякъде другаде, като тази стойност варира сезонно. Озоновият слой се създава когато ултравиолетова радиация премине през стратосферата, дисоциирайки кислородните молекули на атоми. Кислородните атоми бързо се свързват с кислородните молекули и формират молекулата на озона.
O2+hv>O+O O+O2>О3
Иронично е, че приземните слоеве от озона са вредни за здравето на организмите. Въпреки това ултравиолетовата радиация дисоциира озоновата молекула и може да причини загуба на озон.
O3+hv>O2+O
Озонът също би могъл да се разруши от следната реакция:
O+O3>O2+О2
Която се нарича реакция на Чапман.
Стойностите на озона необходими да действа като земен щит против убийствените ултравиолетови лъчи с дължина на вълната от 200-300nm, навярно са съществували и преди 600 милиона години. По това време количеството на кислорода не е надхвърляло 10% от неговото присъствие в сегашната атмосферна концентрация. Преди този период, животът е бил ограничен само в океаните, а сегашното състояние на озона дава възможност на организмите да се развиват и живеят на сушата. Озонът е изиграл важна роля в еволюцията на живота на Земята и е позволил да бъде такъв, какъвто го познаваме сега. Озонът е безцветен газ подобен на кислорода, от който всички ние имаме нужда за да живеем. 90% от цялото количество озон е концентрирано между 15-30 км. Над повърхността на Земята в стратосферата, достигайки пласт с дебелина 25 км ние го наричаме озонов слой. Слънцето в действителност е естествен атомен реактор, излъчващ радиоактивни UV лъчи. По този начин озона се явява естествен земен щит против голяма част от повреждащите лъчи. Малка част от озона се среща в близост до земната повърхност. Тази част е известна като приземно ниво на озона, която също обсорбира UV лъчи и всъщност е вредна за живеещите организми. Приземното ниво на озона се появява, когато слънчевите лъчи въздействат на изгорелите газове от МПС. Той е компонент на градския пушек и наличието му е индикатор за въздушно замърсяване.
Какво е накратко озоново изтощаване?
През 80-те год. Учени установиха, че нещо смущаващо става с озоновия слой. Последният бе действително изтънен. Това намаляване на озона в земния защитен слой е наречено изтощаване и е до голяма степен резултат от човешката дейност. Водеща причина за озоновото изтощаване е продукцията на химикали, които до този момент са били използвани за производство на климатици, хладилници, противопожарна пяна, изолационни материали и флакони. Тези химикали са много стабилни и не се разрушават в ниските слоеве на отмосферата, но увличани от теченията те достигат до стратосферата и взаимодействат с озоновите молекули и в резултат на това ги разрушават.
Достигайки три пъти размера на USA, озоновата дупка над Антарктика изглежда, че бавно се смалява според учени от Новозеландския национален институт за водни и атмосферни проучвания. Дупката в озоновия слой, регион от земната стратосфера, която съдържа относително високи нива на токсичен газ на височина около 12-30 мили се формира всяка антарктическа пролет. През септември 2001 озоновата дупка достигна максимален размер от около 10 милиона кв. Мили, което прави 1.6 милиона кв. мили по-малко от нейния върхов размер през септември 2000. Докато озоновата дупка изглежда, че се стабилизира или дори намалява все пак тя си остава според NIWAR. И това излага на допълнителни рискове от UV радиация растения и животни, живеещи на Земята.
Как се формира озоновата дупка?
В Антарктика, зимата започва през март. С началото на зимата атмосферата изстива и ветровете, намиращи се на голяма височина започват да циркулират около континента, създавайки кръгла бариера, която спира въздуха от северните ширини да се смеси с въздуха от южните. Като резултат се образуват облаци в стратосферата, съдържащи озон и вещества отделяни от човешката дейност, които в последствие разрушават озона. Когато южната пролет настъпи, слънчевата енергия започва да затопля атмосферата. Това предизвиква химична реакция между веществата и озоновите молекули и тогава изтъняването на озоновия слой започва да се формира. По същество облаците служат за да сензибилизират химикалите отделяни от емисиите на човешката дейност в химикали, разрушаващи озоновите молекули. Когато настъпи антарктическото лято, ветровете, образуващи кръглата бариера около континента започват да затихват и богатият на озон въздух от север пада обратно от другата страна на Антарктика за да запълни изчерпания озонов пласт. Така дупката изчезва обикновено през ноември или декември. Хлорфлуоркарбонатите - добре познати хим. съединения наречени с общото наименование фреон. Това са емисии от човешката дейност с първостепенно значение за разрушаването на озона. Тези вещества обикновено се срещат в аерозоли и охладители, използвани в производството на хладилници и автомобилни радиатори. В средата на 70-те год. Учените установиха, че CFCs са основната причина за изтъняването на озоновия слой. Това бе потвърдено няколко години по-късно от сателитни наблюдения. CFCs се премествят чрез въздушния поток, достигайки до стратосферата.
Ефекти от озоновата дупка върху живота на Земята.
Намалените количества на пълния озонов стълб, която се наблюдават над голяма част от Земята позволяват проникването на слънчевата UV-В радиация (280-315 nm) до земната повърхност. Науката прогнозира, че озоновия слой ще бъде в най-уязвимо състояние през идващите две десетилетия, някои последствия от това се очакват през следващия век. Съвременните проучвания показват, че ефектите от озоновото изтъняване биха били много лоши, ако не се вземат предпазни мерки, включващи се в протокола подписан в Монтреал. Стратосферните озонови нива са най-близо до тяхната най-ниска точка, откакто науката е започнала да се занимава с този проблем, което от своя страна дава възможност на UV-B радиация да достигне своя максимум. Връзката между увеличаването на UV-B радиация и намаляването на озона бе подробно изложена чрез наземни инструменти в широк диапазон от условия. Подробните измервания на UV-B радиация сега имат по-добър географски обхват. Нивата на UV-B радиация са разнообразни, поради ефектите от замърсяването и повърхностното отражение. Пълния спектър UV-B, главно от тип UV-B, може да повреди животинската кожа (вкл. и човешката). Изгарянето от слънцето е най-видимия и добре познат резултат от прекомерно излагане на UV радиация. Последното може да предизвика обезцветяване на кожата, бръчки и червено кафяви петна. Растенията също страдат от прекомерно излагане на UV радиация. Ултравиолетовите лъчи от тип В могат да повредят и дори да убият растението чрез намеса във фото синтетичните процеси.Причината се крие в мутация на важни растителни клетки, намеса в респираторните процеси и способността на растенето да обсорбира СО2 и да произвежда О2.
Полза от ултравиолетовите лъчи.
Прекомерното излагане на UV радиация, както и прекомерното излагане към повечето неща, е това, което вреди на животните и растенията. Дори с напълно непокътнат озонов слой, част от спектъра на UV лъчи помагат на човек да продуцира V D, което е съществен за растежа на костите. Краткотрайно излагане на слънце може да достави до 100% от нуждите на човешкото тяло от Vit D. UV радиация може също да помага за лечение на хронични кожни заболявания, такива като псориазис и косопад. Учени и медици също създават своя собствена форма на UV радиация за положителни цели в медицината и индустрията. UV радиация се създава чрез подаване на ел. ток през газ или живачна пара. UV лъчи се използват и за стерилизиране в микробиологията.
Съществуване на други озонови дупки.
Докато озоновата дупка над Антарктида привличаше вниманието, а и даде представата ни за нея, голяма загуба на озон бе установена в Арктика през 1997 год. Учените отчетоха формиране на нова дупка с размерите на щата Тексас, както и много други, които траеха само няколко седмици, или няколко дни. Въпреки, че количеството на озон-изтощаващите газове е спряло да расте в атмосферата, повечето изследователи твърдят, че ще трябва да минат 30-50 години за да се възстановят първоначалните нива на озоновия слой. След подписването на протокола в Монреал през 1987 г. и с международното сътрудничество, нивата на най-пагубните, изтъняващи озона съставки и хлорфлуоркарбонати драматично спаднаха през 90-те. През 1977 г. агенцията за природна защита и лекарствено и хранително управление забрани употребата на CFCs в производството на флакони в USA. Смята се, че дори нивото на озон-разрушаващите газове да не се увеличава в атмосферата, повредите на озоновия слой се поддържат чрез механизъм на обратната връзка. Съгласно доклад на ВВС, главното изчерпване на озон в ниските слоеве на стратосферата и глобалното увеличаване на парниковите газове допринася за това, озоновите дупки да съществуват прекалено дълго време. Съществуват и естествени случаи, в които озона се изчерпва. Капчици от Н2РО4, отделящи се при вулканичната дейност също допринасят за изтъняването на озона. Но добрата новина е, че съществува широкоразпространено сътрудничество, работещо за намаляване на емисиите отделяни от човешката дейност, с което се очакват подобрения в състоянието на озоновия слой и респективно върху живота на Земята.
Състояние на озона.
Светът получава непрекъснат поток от отрицателни новини относно озоновия слой през последните пет години. През август 1994 г UNEP, публикува нейните последни анализи за състоянието на озоновия слой (Научна оценка на озоновото разрушаване) и за кратък период от време единствените добри новини са, че ние успяхме да намалим количеството на отделяните хлорни съединения в атмосферата. Съгласно UNEP, количеството на изхвърлените от човешката дейност химически вещества, разрушаващи О3 слой бяха намалени в сегашни дни, като директен резултат от намаляването на глобалните емисии на тези вещества. Все още има места в атмосферата, където се срещат хлорни и бромни съединения. Лошите новини на UNEP са, че бяха премерени рекордно ниски нива на озоновото състояние и най-лошото е, че около 1998 г. Нивото на хлорните и бромните съединения във високите слоеве на стратосферата бе завишено. Периодът, през който О3 слой може да бъде най-уязвим тепърва предстои. *** Каква е ситуацията с озоновия слой, установена на 26.10.2001 г.? В края на 2001 г. Озоновата дупка достига размер над 16 милиона кв. км. И тя е значително по-голяма от когато и да е било. Драстичното изтъняване се разпростира до края на Южна Америка, Фолкландски острови и Южна Джорджия. Най-ниска стойност - под 150 DU (50% изтъняване) е над Coats Land. Високият озонов пояс в южните умерени региони обгражда Антарктика, собено над Тихия океан. Няколко съвременни наблюдения на Халеевата обсерватория, използвайки лунна светлина дадоха пълна оценка на озоновия слой, която възлиза на стойност 220 DU, направени в началото на август (изтъняване 25%). През септември стойностите паднаха на 180 DU от началото на месеца с 2 единици на ден. След равноденствието стойностите бяха 125 DU, което е 60% под нормалното. Минималната средна стойност, записана тази година бе 116 DU,като стойностите сега бавно се покачват. Станция Ротера е записала стойност 200 DU между 27 и 29 юли. Стойностите, които дава Ротера общо взето паднаха от пиковата стойност - 340 DU от началото на юли до 150 в средата на септември и се покачиха отново на 250 в края на месеца. Наблюдава се отново спад до 140 в средата на октомври. В стойностите за озоновия слой, които дава станция Вернадски са паднали от 280 в началото на август (изтъняване 35%) до 210 в средата на септември. Значително покачване до 350 DU е отчетено около равноденствието, след което стойностите са паднали на 170 (изтъняване 50%) в средата на октомври. Забелязва се значителна денонощна вариация в тълкуването на стойностите, които дава Вернадски като станция, която лежи под силен стратосферен озонов градиент.
Как хората могат да помогнат за възстановяване на озоновия слой?
Докладът на UNEP изтъква, че съществуват четири достижения, които биха довели до първоначално спадане на хлорфлуоркарбоновите нива в ранните десетилетия на следващия век и това да ускори евентуално възстановяването на озоновия слой. Тези четири достижения са: (1). Пълно елиминиране на емисиите от метилбромид от агрикултурните структури и индустрията до 2001 г. (2). Пълно елиминиране на емисиите от хлорфлуоркарбонови съединения до 2004 г. (3). Застраховка, че за в бъдеще няма да се изхвърлят хлорфлуоркарбонови съединения от вече съществуващите машини в атмосферата. (4). Застраховка, че за в бъдеще няма де се изхвърля халон (съединение, съдържащо се в противопожарната пяна) в атмосферата. Изчислено е, че тези четири мерки, комбинирани заедно, биха ускорили намаляването на озон-изтощаващите съединения до 30% в следващите 50 години, при условие, че съществува пълно съгласие за поправка на протокола, подписан в Мантреал.