Ozonosfera yra mūsų planetos atmosferos sluoksnis, blokuojantis sunkiausią ultravioletinių spindulių spektro dalį. Kai kurios saulės šviesos rūšys neigiamai veikia gyvus organizmus. Periodiškai ozonosfera plonėja, joje atsiranda įvairaus dydžio tarpelių. Pavojingi spinduliai gali laisvai prasiskverbti pro Žemės paviršiuje atsiradusias skylutes. Kur yra ozono sluoksnis? Ką galima padaryti norint jį išsaugoti? Siūlomas straipsnis skirtas šioms Žemės geografijos ir ekologijos problemoms aptarti.
Kas yra ozonas?
Deguonis Žemėje egzistuoja dviejų paprastų dujinių junginių pavidalu, yra vandens dalis ir labai daug kitų įprastų neorganinių ir organinių medžiagų (silikatų, karbonatų, sulfatų, b altymų, angliavandenių, riebalų). Viena iš labiau žinomų alotropinių elemento modifikacijų yra paprasta medžiaga deguonis, jos formulė yra O2. Antroji atomų modifikacija yra O (ozonas). Šios medžiagos formulė yra O3. Triatominės molekulės susidaro, kai yra energijos perteklius, pavyzdžiui, dėl žaibo iškrovų gamtoje. Toliau išsiaiškinsime, kas yra Žemės ozono sluoksnis, kodėl jo storis nuolat kinta.
Ozonas įprastomis sąlygomis yra mėlynos dujos, turinčios aštrų specifinį aromatą. Medžiagos molekulinė masė yra 48 (palyginimui - Mr(oras)=29). Ozono kvapas primena perkūniją, nes po šio gamtos reiškinio ore daugiau O3 molekulių. Koncentracija didėja ne tik ten, kur yra ozono sluoksnis, bet ir arti Žemės paviršiaus. Ši chemiškai aktyvi medžiaga yra toksiška gyviems organizmams, tačiau greitai disocijuoja (suyra). Laboratorijoje ir pramonėje buvo sukurti specialūs prietaisai - ozonizatoriai, skirti elektros iškrovoms praleisti per orą ar deguonį.
Kas yra ozono sluoksnis?
O3 molekulės pasižymi dideliu cheminiu ir biologiniu aktyvumu. Trečiojo atomo prisijungimą prie dviatominio deguonies lydi energijos rezervo padidėjimas ir junginio nestabilumas. Ozonas lengvai skyla į molekulinį deguonį ir aktyvią dalelę, kuri energingai oksiduoja kitas medžiagas ir naikina mikroorganizmus. Tačiau dažniau klausimai, susiję su kvapniu junginiu, yra susiję su jo kaupimu atmosferoje virš Žemės. Kas yra ozono sluoksnis ir kodėl jo sunaikinimas yra žalingas?
Arti mūsų planetos paviršiaus visada yra tam tikras O3 molekulių kiekis, tačiau junginio koncentracija didėja didėjant aukščiui. Ši medžiaga susidaro stratosferoje dėl saulės ultravioletinės spinduliuotės, kuri perneša daug energijos.
Ozono sfera
Yraerdvės sritis virš Žemės, kur ozono yra daug daugiau nei paviršiuje. Tačiau apskritai apvalkalas, sudarytas iš O3 molekulių, yra plonas ir nenutrūkstamas. Kur yra Žemės ozono sluoksnis arba mūsų planetos ozonosfera? Šio ekrano storio kintamumas ne kartą suklaidino tyrėjus.
Žemės atmosferoje visada yra tam tikras ozono kiekis, jo koncentracija svyruoja priklausomai nuo aukščio ir bėgant metams. Išnagrinėsime šias problemas, kai išsiaiškinsime tikslią molekulių apsauginio ekrano vietą O3.
Kur yra Žemės ozono sluoksnis?
Pastebimas ozono molekulių kiekio padidėjimas prasideda 10 km atstumu ir išlieka iki 50 km virš Žemės. Tačiau troposferoje esančios medžiagos kiekis dar nėra ekranas. Tolstant nuo žemės paviršiaus ozono tankis didėja. Didžiausios vertės patenka į stratosferą, jos regioną 20–25 km aukštyje. Čia yra 10 kartų daugiau O3 molekulių nei Žemės paviršiuje.
Bet kodėl ozono sluoksnio storis ir vientisumas kelia susirūpinimą mokslininkams ir paprastiems žmonėms? Bumas dėl apsauginio ekrano būklės kilo praėjusį šimtmetį. Tyrėjai nustatė, kad virš Antarktidos atmosferos ozono sluoksnis suplonėjo. Nustatyta pagrindinė reiškinio priežastis – O3 molekulių disociacija. Destrukcija įvyksta dėl daugelio veiksnių bendro poveikio, tarp kurių pirmaujanti yra antropogeninė, susijusi su žmonijos veikla.
Ozono skylės
Per pastaruosius 30–40 metų mokslininkai pastebėjo, kad apsauginiame ekrane virš Žemės paviršiaus atsirado tarpų. Mokslo bendruomenę sunerimo pranešimai, kad ozono sluoksnis – Žemės skydas – sparčiai degraduoja. Visa žiniasklaida devintojo dešimtmečio viduryje spausdino pranešimus apie „skylę“virš Antarktidos. Mokslininkai pastebėjo, kad šis ozono sluoksnio tarpas pavasarį didėja. Pagrindine žalos augimo priežastimi buvo įvardintos dirbtinės ir sintetinės medžiagos – chlorfluorangliavandeniliai. Dažniausios šių junginių grupės yra freonai arba š altnešiai. Yra žinoma daugiau nei 40 šiai grupei priklausančių medžiagų. Jie gaunami iš daugelio š altinių, nes naudojami maisto, chemijos, kvepalų ir kitose pramonės šakose.
Freonų sudėtyje, be anglies ir vandenilio, yra halogenų: fluoro, chloro, kartais bromo. Daug tokių medžiagų yra naudojamos kaip š altnešiai šaldytuvuose ir oro kondicionieriuose. Patys freonai yra stabilūs, tačiau esant aukštai temperatūrai ir esant aktyviems cheminiams veiksniams, jie įsitraukia į oksidacijos reakcijas. Reakcijos produktuose gali būti junginių, kurie yra toksiški gyviems organizmams.
Freonų ir ozono ekranas
Chlorfluorangliavandeniliai sąveikauja su O3 molekulėmis ir sunaikina apsauginį sluoksnį virš Žemės paviršiaus. Iš pradžių ozonosferos plonėjimas buvo priimtas kaip natūralus jos storio svyravimas, kuris vyksta visą laiką. Tačiau laikui bėgant buvo pastebėtos tokios skylės kaip „skylė“virš Antarktidosvisame Šiaurės pusrutulyje. Nuo pirmojo stebėjimo tokių tarpų padaugėjo, tačiau jie yra mažesni nei virš ledinio žemyno.
Iš pradžių mokslininkai abejojo, kad ozono sluoksnio ardymo procesą sukėlė būtent CFC. Tai didelės molekulinės masės medžiagos. Kaip jie gali pasiekti stratosferą, kur yra ozono sluoksnis, jei jis daug sunkesnis už deguonį, azotą ir anglies dioksidą? Perkūnijos metu atmosferoje kylančių srautų stebėjimai, taip pat eksperimentai įrodė galimybę įvairioms dalelėms su oru prasiskverbti į 10–20 km aukštį virš Žemės, kur yra troposferos ir stratosferos riba.
Ozono sluoksnį ardančių medžiagų įvairovė
Ozono skydas taip pat gauna azoto oksidų, susidarančių deginant kurą viršgarsinių orlaivių ir įvairių tipų erdvėlaivių varikliuose. Papildykite sąrašą medžiagų, dėl kurių sunaikinama atmosfera, ozono sluoksnis ir sausumos ugnikalnių emisijos. Kartais dujų ir dulkių srautai pasiekia 10–15 kilometrų aukštį ir pasklinda šimtais tūkstančių kilometrų.
Smogas virš didelių pramonės centrų ir megapolių taip pat prisideda prie O3 molekulių atskyrimo atmosferoje. Ozono skylių dydžio padidėjimo priežastimi laikomas ir vadinamųjų šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracijų padidėjimas atmosferoje, kurioje yra ozono sluoksnis. Taigi pasaulinė klimato kaitos aplinkos problema yra tiesiogiai susijusi su ozono sluoksnio ardymo problemomis. Faktas yra tas, kad šiltnamio efektą sukeliančių dujų yramedžiagos, kurios reaguoja su O3 molekulėmis. Ozonas disocijuoja, deguonies atomas sukelia kitų elementų oksidaciją.
Pavojus prarasti ozono skydą
Ar ozonosferoje buvo spragų prieš skrydžius į kosmosą, freonų ir kitų atmosferos teršalų atsiradimą? Aukščiau pateikti klausimai yra diskutuotini, tačiau išplaukia viena išvada: atmosferos ozono sluoksnis turi būti tiriamas ir apsaugotas nuo sunaikinimo. Mūsų planeta be molekulių ekrano O3 praranda apsaugą nuo tam tikro ilgio kietų kosminių spindulių, kuriuos sugeria veikliosios medžiagos sluoksnis. Jei ozono skydas yra plonas arba jo nėra, kyla pavojus pagrindiniams gyvybės procesams Žemėje. Pernelyg didelė ultravioletinė spinduliuotė padidina gyvų organizmų ląstelių mutacijų riziką.
Ozono sluoksnio apsauga
Duomenų apie apsauginio ekrano storį per pastaruosius šimtmečius ir tūkstantmečius stoka apsunkina prognozes. Kas atsitiks, jei ozonosfera visiškai subyrės? Jau keletą dešimtmečių gydytojai pastebėjo, kad daugėja žmonių, sergančių odos vėžiu. Tai viena iš ligų, kurią sukelia per didelė ultravioletinė spinduliuotė.
1987 m. kelios šalys prisijungė prie Monrealio protokolo, numatančio sumažinti ir visiškai uždrausti chlorfluorangliavandenilių gamybą. Tai buvo tik viena iš priemonių, padėsiančių išsaugoti ozono sluoksnį – Žemės ultravioletinį skydą. Tačiau freonus vis dar gamina pramonė ir jie patenka į atmosferą. Tačiau laikytis MonrealioProtokolas sumažino ozono skyles.
Ką kiekvienas gali padaryti, kad išsaugotų ozonosferą?
Tyrėjai teigia, kad pilnas apsauginio ekrano atstatymas užtruks dar kelis dešimtmečius. Taip yra tuo atveju, jei jo intensyvus naikinimas sustos, o tai kelia daug abejonių. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos ir toliau patenka į atmosferą, paleidžiamos raketos ir kiti erdvėlaiviai, auga įvairių šalių orlaivių parkas. Tai reiškia, kad mokslininkai dar turi sukurti veiksmingus būdus, kaip apsaugoti ozono skydą nuo sunaikinimo.
Kasdieniame lygmenyje kiekvienas taip pat gali prisidėti. Ozonas bus mažiau skaidomas, jei oras taps švaresnis, jame bus mažiau dulkių, suodžių ir toksiškų transporto priemonių emisijų. Norint apsaugoti ploną ozonosferą, būtina sustabdyti atliekų deginimą, užtikrinti jų saugų šalinimą visur. Transportą reikėtų pereiti prie ekologiškesnio kuro, o visur taupyti įvairius energijos išteklius.
