Озоновый слой Земли: почему разрушается и чем опасны дыры

Геомагнитные бури отрицательно сказываются не только на здоровье метеочувствительных людей. Возмущение магнитного поля Земли влияет и на состояние ее озонового слоя: за сутки воздействия геомагнитных бурь разрушается до четверти его объема.

Для оценки разрушения озонового слоя ученые из Санкт-Петербургского университета применили специальную математическую модель, которая учитывает разные процессы, происходящие в атмосфере. Полученные результаты могут быть использованы для более точного прогнозирования будущего озонового слоя и климата нашей планеты.

О том, что такое озоновый слой Земли, почему он так важен и чем опасны озоновые дыры — в материале РЕН ТВ.

Зачем нужен озоновый слой

Озон — одна из наиболее важных малых составляющих нашей атмосферы. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство — это способность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца.

С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный при непосредственном контакте отравить ту самую флору и фауну, которую он защищает в качестве стратосферного озонового слоя.

Помимо этого, озон — эффективный парниковый газ, который заметно влияет на изменение климата Земли. Эти свойства и делают озон таким важным для нас. Сохранение его обеспечивает те экологические и биологические условия, в которых земная фауна и флора существуют уже многие миллионы лет.

Что такое озоновый слой Земли

Озон — бесцветный газ, распространенный во всех слоях атмосферы. Это аллотропная модификация кислорода, в которой соединяются три атома этого химического элемента. 

Озон — очень мощный окислитель: он намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород, и вступает в химическое взаимодействие практически со всеми металлам и неметаллами, многими неорганическими и органическими веществами.

Большая часть озона земной атмосферы (около 90%) находится в стратосфере. Это часть газовой оболочки Земли, которая начинается на высоте около 10-16 километров (в зависимости от широты) над поверхностью планеты и простирается до высоты около 50 километров.

Озоновый слой и УФ-излучение

Озон в стратосфере защищает жизнь на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Этот слой особенно важен, потому что он выполняет функцию солнцезащитного крема: не дает ультрафиолетовому излучению от Солнца доходить до тропосферы в полном объеме.

УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.

В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, гепатита C, экземы и рахита. При этом также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование этого излучения происходит под четким медицинским наблюдением.

Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний и иммунной системы. УФ-излучение способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.

Мощность ультрафиолетового излучения

Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:

• УФ-А (от 320 до 400 нанометров): не поглощаемая озоном длина, так как находится на безопасном расстоянии.
• УФ-В (от 280 до 320 нанометров): большая часть поглощается озоном, но эта длина излучения может быть вредна для чувствительной кожи.
• УФ-С (менее 280 нанометров): полностью поглощается озоном. Это наиболее опасная длина, потому что она самая короткая и может уничтожить значительную часть нашей экосистемы.

Что такое озоновая дыра

Озоновая дыра — это локальное утончение озонового слоя. Как видно по спутниковым снимкам, озоновые дыры — это не буквальные дыры. Ученые используют этот термин как метафору для мест, где концентрация озона крайне низкая.

Толщину озонового слоя измеряют "единицами Добсона" (1 единица Добсона равна слою озона в 10 микрометров). Озоновые дыры — это места, где содержание озона — 220 единиц Добсона или ниже.

Как правило, когда говорят об озоновых дырах, имеют в виду истончение озонового слоя над Антарктидой. Это связано с тем, что особые метеорологические и химические условия, формирующиеся над южным полюсом, усиливают антропогенное воздействие на стратосферу. 

Как возникает озоновая дыра

Низкие температуры полярной ночи и разница между полюсами холода и более теплыми умеренными зонами приводит к формированию стратосферного полярного вихря. Он состоит из сильных воздушных потоков, циркулирующих высоко в атмосфере над Антарктидой, изолирующих холодный воздух и позволяющих накапливать химические вещества, разрушающие озоновый слой. В результате каждую весну в южном полушарии над регионом формируется озоновая дыра.

Тем не менее, это не единственный известный подобный объект. Аналогичные (хотя из-за близости к горным массивам материка и менее регулярные и менее устойчивые) процессы можно наблюдать и у северного полюса.

Новая опасная озоновая дыра

В 2022 году ученый Цин Бин Лу, профессор Университета Ватерлоо в Канаде, обнаружил большую озоновую дыру в тропическом регионе планеты.

Оказалось, что озоновая дыра над тропиками в семь раз больше, чем над Антарктидой, о которой экологи беспокоились все эти годы. Еще хуже то, что дыра существует с 1980-х годов. В отличие от Антарктической дыры, которая появляется весной, дыра над тропиками видна круглый год.

Содержание озона в тропической озоновой дыре на 25% меньше по сравнению с его содержанием в нетронутой атмосфере. Расчеты показывают, что истощение озонового слоя над экваториальными районами способно негативно отразиться на экосистемах планеты и нанести вред 50% населения мира.

Почему ученые критикуют канадское открытие

Международное сообщество ученых спорит, насколько достоверным является исследование канадских коллег.

"Никакой тропической озоновой дыры не существует", — считает Пол Янг, специалист по атмосферным явлениям из Ланкастерского университета в Англии и один из авторов доклада "Научная оценка разрушения озонового слоя 2022", который совместно подготовили Всемирная метеорологическая организация (ВМО) и ООН.

Недоверие к ученым связано с новым определением озоновой дыры, которое вводят в докладе канадские метеорологи.

"Автор исследования нашел тропическую озоновую дыру, потому что он смотрит на то, как изменилось количество озона в процентах, а не на абсолютные изменения. А последние как раз более важны для подсчетов вредного ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли", — убежден Янг.

Таким образом получается, что по старому подходу тропической озоновой дыры не существует, в то время как по процентным потерям, исходя из измерений, утончение озонового слоя все-таки есть.

Почему истощается озоновый слой Земли

Причиной повреждения и истончения озоносферы Земли были признаны синтетические и искусственные вещества, образованные в результате промышленной деятельности.

Причина разрушения озона — хлорфторуглерод, группа органических соединений, включающих атомы фтора, хлора и углерода. Эти соединения не токсичны, стабильны и, взаимодействуя с воздухом, не образуют взрывоопасных веществ.

Фреон (хладагент) — яркий представитель этих соединений и включает в себя более 40 различных веществ. Область применения фреона захватывает практически все сферы жизнедеятельности человека.

Впервые хлорфторуглероды стали использовать в работе холодильных устройств (холодильники, кондиционеры), заменив ими токсичные и взрывоопасные аммиак и сернистый газ. Позже хлорфторуглероды стали широко эксплуатировать в аэрозольных баллонах, вспенивателях, растворителях, а также в пищевой и парфюмерной отраслях.

Однако сейчас известно, что под воздействием солнечной радиации хлорфторуглероды разлагаются в атмосфере и образуют вещества, которые эффективно разрушают молекулы озона. И если на Земле фреон не представляет опасности для жизни, в стратосфере он активно разрушает защитную систему нашей планеты.

Что такое Монреальский протокол

В 1987 году ВМО и Программа ООН по окружающей среде собрали ученых, дипломатов, защитников окружающей среды, членов правительств, представителей промышленности и коммерческих организаций для заключения соглашения о поэтапном отказе от химических веществ. В январе 1989 года вступил в силу Монреальский протокол — первое в мире международное соглашение о регулировании химических загрязнителей.

В рамках протокола было решено постепенно сокращать производство и использование озоноразрушающих химических веществ. В первую очередь был введен запрет на использование ХФУ (хлорфторуглерода) в распылительных аэрозольных баллончиках.

Как восстанавливается озоновый слой Земли

Озоновый слой Земли восстановится в течение четырех десятилетий. К такому выводу пришла группа экспертов, работу которой поддерживает ООН. Свое заключение ученые представили в конце 2022 года.

В докладе, который выходит раз в четыре года, говорится о том, что поэтапный вывод из обращения почти 99 процентов запрещенных озоноразрушающих веществ позволил обеспечить сохранность озонового слоя и, как следствие, уменьшить воздействие на человека вредных ультрафиолетовых лучей. 

При сохранении нынешней политики ожидается, что озоновый слой восстановится до значений 1980 года (приблизительная дата появления озоновой дыры) примерно к 2066 году над Антарктикой, к 2045 году — над Арктикой и к 2040 году — над остальными регионами мира.

Колебания размера Антарктической озоновой дыры, особенно в период с 2019 по 2021 год, были обусловлены в основном метеорологическими явлениями. Тем не менее с 2000 года состояние Антарктической озоновой дыры с точки зрения ее площади и глубины медленно улучшается. 

"То, что озоновый слой, согласно последнему четырехлетнему докладу, находится на пути к восстановлению, —поистине фантастическая новость. Влияние Монреальского протокола на смягчение последствий изменения климата трудно переоценить. За последние 35 лет протокол стал подлинным защитником окружающей среды", — считает исполнительный секретарь Секретариата по озону Программы ООН по окружающей среде Мег Секи.

Экологи отмечают: очень важно понимать, что прогресс в этом случае не является необратимым. Если вредные химикаты снова начнут применяться, то дыры в озоновом слое начнут расти вновь.