истощение озонового слоя

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Выберите стиль цитирования
Копировать цитату
Делиться
Делиться
Поделиться в социальных сетях
Дать обратную связь
Внешние веб-сайты
Обратная связь
Спасибо за ваш отзыв

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Внешние веб-сайты

• Агентство по охране окружающей среды США — Защита озонового слоя
• Химия LibreTexts Library — Истощение озонового слоя

Распечатать
Распечатать Распечатать
Пожалуйста, выберите разделы, которые вы хотите распечатать:
Цитировать
провереноЦитировать

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения.Пожалуйста, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам, если у вас есть какие-либо вопросы.

Выберите стиль цитирования
Копировать цитату
Делиться
Делиться
Поделиться в социальных сетях
Обратная связь
Внешние веб-сайты
Обратная связь
Спасибо за ваш отзыв

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, следует ли пересматривать статью.

Внешние веб-сайты

• Агентство по охране окружающей среды США — Защита озонового слоя
• Химия LibreTexts Library — Истощение озонового слоя

Альтернативные названия: озоновая дыра
Оглавление

истощение озонового слоя

истощение озонового слоя, постепенное истончение озонового слоя Земли в верхних слоях атмосферы, вызванное выбросом химических соединений, содержащих газообразный хлор или бром, от промышленности и другой деятельности человека. Истончение наиболее заметно в полярных районах, особенно над Антарктидой. Истощение озонового слоя является серьезной экологической проблемой, поскольку оно увеличивает количество ультрафиолетового (УФ) излучения, достигающего поверхности Земли, что увеличивает уровень рака кожи, катаракты глаз и повреждения генетической и иммунной систем. Монреальский протокол, ратифицированный в 1987 году, стал первым из нескольких всеобъемлющих международных соглашений, принятых для прекращения производства и использования озоноразрушающих химических веществ. Ожидается, что в результате продолжающегося международного сотрудничества по этому вопросу озоновый слой со временем восстановится.

История

В 1969 году голландский химик Пол Крутцен опубликовал статью, в которой описывался основной каталитический цикл оксида азота, влияющий на уровень озона. Крутцен продемонстрировал, что оксиды азота могут реагировать со свободными атомами кислорода, тем самым замедляя образование озона ( O₃), а также может разлагать озон на диоксид азота ( NO₂) и газообразный кислород ( O₂). Некоторые ученые и защитники окружающей среды в 1970-х годах использовали исследования Круцена в поддержку своих аргументов против создания флота американских сверхзвуковых транспортных кораблей (SST).Они опасались, что потенциальный выброс оксидов азота и водяного пара от этих самолетов повредит озоновый слой. (SST были разработаны для полетов на высотах, совпадающих с озоновым слоем, примерно от 15 до 35 км [от 9 до 22 миль] над поверхностью Земли.) На самом деле американская программа SST была отменена, и только небольшое количество французско-британских Concordes и советские Ту-144 поступили на вооружение, так что влияние ТПМ на озоновый слой оказалось незначительным для количества эксплуатируемых самолетов.

Однако в 1974 году американские химики Марио Молина и Ф. Шервуд Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине признали, что производимые человеком хлорфторуглероды (ХФУ) — молекулы, содержащие только атомы углерода, фтора и хлора — могут быть основным источником хлора в организме человека. стратосфера. Они также отметили, что хлор может разрушить значительное количество озона после того, как он был высвобожден из фреонов под действием УФ-излучения. Свободные атомы хлора и хлорсодержащие газы, такие как монооксид хлора (ClO), затем могут расщепить молекулы озона, оторвав один из трех атомов кислорода. Более поздние исследования показали, что бром и некоторые бромсодержащие соединения, такие как монооксид брома (BrO), разрушают озон даже более эффективно, чем хлор и его химически активные соединения. Последующие лабораторные измерения, измерения атмосферы и исследования по моделированию атмосферы вскоре подтвердили важность их результатов. Крутцен, Молина и Роуленд получили Нобелевскую премию по химии в 1995 году за свои усилия.

Деятельность человека оказала значительное влияние на глобальную концентрацию и распределение стратосферного озона еще до 1980-х годов. Кроме того, ученые отметили, что по крайней мере к 1980 году начали происходить большие ежегодные снижения средних концентраций озона.Измерения со спутников, самолетов, наземных датчиков и других приборов показывают, что общие интегрированные уровни содержания озона в столбе (т. середины 1990-х годов, после чего мало что изменилось. Наибольшее уменьшение озона произошло в высоких широтах (по направлению к полюсам), а наименьшее — в более низких широтах (тропиках). Кроме того, атмосферные измерения показывают, что истощение озонового слоя увеличивает количество УФ-излучения, достигающего поверхности Земли.

Это глобальное уменьшение содержания озона в стратосфере хорошо коррелирует с повышением уровня хлора и брома в стратосфере в результате производства и выброса фреонов и других галоидоуглеродов. Галогенуглероды производятся промышленностью для различных целей, таких как хладагенты (в холодильниках, кондиционерах и больших чиллерах), пропелленты для аэрозольных баллончиков, пенообразователи для изготовления пенопласта, средства пожаротушения и растворители для химической чистки и обезжиривания. Атмосферные измерения четко подтвердили теоретические исследования, показывающие, что хлор и бром, высвобождаемые из галоидоуглеродов в стратосфере, реагируют с озоном и разрушают его.

Антарктическая озоновая дыра

Самый серьезный случай истощения озонового слоя был впервые задокументирован в 1985 году в статье ученых Британской антарктической службы (БАС) Джозефа К. Фармана, Брайана Г. Гардинера и Джонатана Д. Шанклина. Начиная с конца 1970-х годов весной (с сентября по ноябрь) над Антарктидой наблюдалось значительное и быстрое уменьшение общего содержания озона, часто более чем на 60 процентов по сравнению со среднемировым значением. Фарман и его коллеги впервые зафиксировали это явление над своей станцией BAS в заливе Галлей, Антарктида.Их анализ привлек внимание научного сообщества, которое обнаружило, что это снижение общего содержания озона составило более 50 процентов по сравнению с историческими значениями, наблюдаемыми как с помощью наземных, так и спутниковых методов.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В результате статьи Фармана возник ряд гипотез, пытавшихся объяснить антарктическую «озоновую дыру». Первоначально предполагалось, что уменьшение содержания озона можно объяснить каталитическим циклом хлора, в котором отдельные атомы хлора и их соединения отрывают отдельные атомы кислорода от молекул озона. Поскольку произошла большая потеря озона, чем можно было объяснить поступлением реактивного хлора, доступного в полярных регионах, известными в то время процессами, возникли другие гипотезы. Специальная кампания измерений, проведенная Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (НОАА) в 1987 году, а также более поздние измерения доказали, что химия хлора и брома действительно ответственна за озоновую дыру, но за Другая причина: дыра оказалась продуктом химических реакций, происходящих с частицами, составляющими полярные стратосферные облака (ПСО) в нижней стратосфере.

Зимой воздух над Антарктидой становится чрезвычайно холодным из-за недостатка солнечного света и уменьшения смешения воздуха нижних стратосферных слоев над Антарктидой с воздухом вне региона. Это уменьшенное перемешивание вызвано циркумполярным вихрем, также называемым полярным зимним вихрем. Ограниченный стратосферной струей ветра, циркулирующей примерно между 50° и 65° южной широты, воздух над Антарктидой и прилегающими к ней морями эффективно изолирован от воздуха за пределами региона. Чрезвычайно низкие температуры внутри вихря приводят к образованию ПСО, которые возникают на высоте примерно от 12 до 22 км (примерно от 7 до 14 миль).Химические реакции, которые происходят на частицах PSC, превращают менее реакционноспособные хлорсодержащие молекулы в более реакционноспособные формы, такие как молекулярный хлор (Cl₂), которые накапливаются в течение полярной ночи. (Соединения брома и оксиды азота также могут реагировать с этими облачными частицами.) Когда ранней весной в Антарктиду возвращается день, солнечный свет расщепляет молекулярный хлор на отдельные атомы хлора, которые могут реагировать с озоном и разрушать его. Разрушение озона продолжается до распада полярного вихря, что обычно происходит в ноябре.

В Северном полушарии также формируется полярный зимний вихрь. Однако в целом он не такой сильный и не такой холодный, как тот, что формируется в Антарктиде. Хотя в Арктике могут образовываться полярные стратосферные облака, они редко существуют достаточно долго, чтобы привести к значительному уменьшению содержания озона. Было измерено уменьшение содержания озона в Арктике на целых 40 процентов. Это истончение обычно происходит в те годы, когда температура нижних слоев стратосферы в арктическом вихре была достаточно низкой, чтобы привести к процессам разрушения озона, подобным тем, которые наблюдаются в антарктической озоновой дыре. Как и в Антарктиде, значительное увеличение концентрации реактивного хлора было зарегистрировано в арктических регионах, где наблюдается высокий уровень разрушения озона.