служи

Изследователски екип

Озоновият слой е област в земната атмосфера, която играе основна роля в човешкото здраве, предпазвайки ни от сериозни заболявания, генерирани от слънчевата радиация. Озоновият слой обаче също е обект на международно безпокойство, тъй като учените в края на миналия век показаха, че той се свива. Но какво точно представлява озоновият слой и от какви заболявания ни защитава? Какво го накара да се свие? Успяхме ли да го предотвратим да продължи да намалява? След това ви го обясняваме.

Обобщение

- Озоновият слой е област в стратосферата на Земята, където концентрацията на озон е по-висока, отколкото в други части на атмосферата.

- Озоновият слой ни предпазва от ултравиолетовото лъчение на слънцето, което е причина за заболявания като рак или катаракта.

- Използването на газови емисии, като CFC, е повредило озоновия слой. В момента емитираме само 1,6% от това, което сме изпуснали през 1986 г.

- Поради международните усилия за спиране на производството и емисиите на тези газове, озоновият слой бавно се възстановява.

- Проучванията обаче установяват, че емисиите на тези газове са се появили отново в Източен Китай, което оказва влияние върху възстановяването на озоновия слой.

Какво представлява озоновият слой?

Нека да разгледаме следното изображение. Това изображение показва положението на озоновия слой в земната атмосфера. Земната атмосфера е разделена на пет слоя. За нашата тема най-важни са тропосферата (вижте графиката по-долу), която започва от земята до 12 километра височина, и стратосферата, която се движи от 12 километра до 50 километра височина. Озоновият слой е в стратосферата.

Този образ обаче може също да ни обърка: може да ни накара да повярваме, че озоновият слой е един вид еднородна сфера, която заобикаля Земята. В действителност озоновият слой не е еднакво групиране на газове на планетата. Нека да видим по-подробно от какво се състои този наречен озонов слой.

Първото нещо, което трябва да знаем, е от какво е направено. Както казва името му, той е съставен от озон (O3). Какво представлява озонът? Това е молекула, изградена от три кислородни атома. Трябва да се отбележи, че кислородът, от който се нуждаем, е друга молекула: молекула, съставена от два кислородни атома (O2).

Сега нашата атмосфера се състои от различни видове газове. Приблизително 78% се състои от азотни молекули (N2) и 21% от кислород (O2). Тогава останалите 0,91% се състоят от аргон и останалата част от различни газове, включително озон.

В този смисъл концентрацията на озон в нашата атмосфера е много малка. Всъщност, както заяви Националната администрация за океаните и атмосферата на Съединените щати, в зоната на озоновия слой концентрацията на този газ е само три молекули на всеки 10 милиона молекули въздух (набор от други газове, които изграждат нашата атмосфера ). Тези няколко озонови молекули обаче изпълняват фундаментална функция за живота, както ще видим в следващия раздел.

Второто нещо, което трябва да знаем, е, че озонът се намира не само в определено положение в атмосферата, но че концентрацията му варира в зависимост от надморската височина, на която се намираме. Нека да видим следната графика от проекта „Нашият свят в данни“, разработен от изследователи от Оксфордския университет.

Графиката показва концентрацията на озон в зависимост от надморската височина. Нивата на озон са много ниски в тропосферата. Въпреки това, близо до земята тези нива са малко по-високи. Този озон, който се намира близо до земята, може да се счита за замърсител. Защо? Тъй като озонът е вреден за човешкото здраве при вдишване, особено за деца, възрастни хора и хора с дихателни проблеми.

От 10 километра над земята, до 35 или 50 километра (в зависимост от положението на Земята), озонът се намира във високи концентрации. Според Encyclopedia Britannica, 90% от озона се намира в този участък на атмосферата, който ние наричаме стратосфера. Ние наричаме тази висока концентрация на озон "озонов слой". Нека обаче помним, че в действителност броят на озоновите молекули в сравнение с другите молекули на въздуха е минимален.

Третото нещо, което трябва да знаем, е как озонът се образува на Земята. Когато определен вид ултравиолетова енергия от Слънцето попадне върху кислородните молекули (O2), той ги разделя на два кислородни атома. Не забравяйте, че молекулата на кислорода (това, което трябва да дишаме) се състои от два атома. Това, което прави този специален тип слънчева светлина, е взаимодействието с тази молекула и я разделя на два прости кислородни атома. След това тези прости кислородни атоми се групират заедно с други кислородни молекули (O2) и образуват озон (O3). И накрая, озонът може да се образува и в тропосферата, когато определени газове от човешката дейност взаимодействат с кислорода.

За какво служи озоновият слой?

Преди да разберете за какво служи озоновият слой, е необходимо да знаете, че Слънцето излъчва ултравиолетова енергия. Ултравиолетовата енергия е форма на електромагнитно излъчване. Това звучи сложно, но светлината е и форма на електромагнитно излъчване. Всъщност бихме могли да разберем ултравиолетовото лъчение като форма на светлина, която хората не могат да видят. Някои насекоми обаче могат да го видят.

Нека да разгледаме графиката по-горе. Електромагнитното излъчване има различни дължини на вълната. Можем да видим малка част от електромагнитното излъчване, което нашата система за възприятие интерпретира като класически цветове. В зависимост от дължината на вълната обаче имаме различни видове радиация: микровълни, радиовълни, рентгенови лъчи, а също и ултравиолетови лъчи. Дължината на вълната, която съответства на ултравиолетовото лъчение, варира от 10 нанометра (nm) до 400 nm.

Защитата от ултравиолетовата радиация е важна, тъй като може да причини здравословни проблеми като рак. Сега ултравиолетовото лъчение може да бъде разделено на различни видове в зависимост от дължината на вълната. Има няколко вида ултравиолетово (UV) лъчение. Най-много обаче ни вълнуват типове A, B и C. Ултравиолетовото лъчение A (UVA) има дължина на вълната от 315 nm до 400. Тип B (UVB) от 280 до 315. И, накрая, тип C ( UVC) от 100 до 280.

Озоновият слой отразява ултравиолетовото лъчение в диапазона от 315 до 280 nm. В предишното изображение можем да видим как озоновият слой филтрира ултравиолетовото лъчение. Той напълно блокира UVC лъчите, почти всички UVB (между 97 и 99%) и част от UVA.

Трябва да се отбележи, че излагането на UV лъчи е вредно за здравето. Рисковете обаче варират в зависимост от вида на UV лъчението, на което сме изложени. Най-опасният е UVC, който за щастие е напълно филтриран от озоновия слой. От друга страна, следващата най-опасна е UVB, която е силно свързана със случаи на рак на кожата, стареене на кожата и забавено потъмняване. И накрая, UVA лъчите са по-малко опасни. Те са свързани с тен и също допринасят за стареенето на кожата. По същия начин той също е свързан с развитието на рак на кожата, но в по-малка степен от UVB лъчите.

Но как озоновият слой филтрира тези лъчи? Според НАСА озонът реагира на ултравиолетовата енергия и се разделя на молекула кислород (O2) и обикновен кислороден атом. Тази реакция превръща ултравиолетовото лъчение в топлина и по този начин озонът предотвратява навлизането на UV лъчите в долните части на атмосферата. След това простите кислородни атоми, останали в атмосферата, се свързват отново с кислородни молекули (O2) и отново се превръщат в озон.

Защо е засегнат озоновият слой?

Както посочва Енциклопедия Британика, човешката дейност е повлияла на озоновия слой. Това беше потвърдено от проучвания като това на Майкъл Б. Макълрой и Рос Дж. Салавич, професори в катедрата по Земя и планетарни науки в Харвардския университет. Човешката дейност води до прогресивно изчерпване на озона в стратосферата, което започва да се наблюдава през 1970 г. Това изчерпване се увеличава с годините, докато не създава това, което учените наричат ​​дупки в озоновия слой; тоест места, където концентрацията на озон е намалена. Къде можем да намерим дупки в нашия озонов слой?

В момента имаме една от тези дупки на антарктическия континент. Защо на това място? За съжаление климатичните условия в този регион допринасят за химични реакции, които разграждат озона. Всъщност не само Антарктика (Южен полюс) изпитва по-нататъшно изчерпване на озона, но и Арктика (Северен полюс). Проблемът обаче е по-голям при първия. Как да разберем, че това се е случило?

(Синята част на изображението показва дупката в озоновия слой, разположен в Антарктида или на антарктическия континент. Източник: НАСА)

Различни измервания на концентрацията на озон от сателити, самолети и сензори от Земята показват, че озонът в атмосферата е намалял с приблизително 5% между 70-те и средата на 90-те години. Също така, други измервания показват, че с намаляването на озона в атмосферата там в същото време беше и увеличаване на ултравиолетовата радиация на повърхността на Земята. Но защо се е случило това разрушаване на озона?

Учените са успели да свържат разрушаването на озона с увеличаването на някои химикали в атмосферата. Тези вещества са газове, които съдържат хлор и бром, които имат потенциал да разграждат озона в атмосферата. Както обяснява „Нашият свят в данните“, има различни вещества, които влияят по този начин на озоновия слой. В тази група имаме известните CFC (хлорофлуорвъглеводороди), които са били използвани за производството на хладилни агенти, изолатори и аерозолни горива, както и други газове като метил хлорид, халогени и бромид.

Няколко проучвания свързват това намаление с увеличаването на вещества като CFC. Това е сериозен екологичен проблем, тъй като изчерпването на озоновия слой увеличава количеството ултравиолетово лъчение, достигащо земната повърхност. Защо това е проблем? Тъй като UV лъчението е свързано не само с увеличаването на честотата на рака на кожата, но и с други заболявания като катаракта. Освен това е свързано и с генетично увреждане на имунната система.

По тази причина международната общност положи големи усилия да намали потреблението и производството на тези газове. Но какво е текущото състояние на нашия озонов слой?

Възстановява ли се озоновият слой?

През последните години преживяхме възстановяване на озоновия слой. Както обяснява Encyclopedia Britannica, признаването на опасностите от хлор и бром в атмосферата доведе до международни усилия за ограничаване на производството на CFC и други химикали, които влияят негативно върху този слой.

През 1985 г. Виенската конвенция е подписана от 28 държави. В рамките на тази конвенция е Монреалският протокол, който е подписан от 27 държави през 1987 г. Целта е да се намали световното производство и потребление на множество вещества, които влияят на озоновия слой. Установено е, че глобалното потребление на фреони трябва да бъде намалено с 50% до 1998 г.

Впоследствие бяха направени изменения за засилване на тези мерки. Така до 2005 г. страните, подписали споразумението, са намалили потреблението си на тези химикали с 90 до 95%, както е показано на следващата графика от „Нашият свят в данни“ В момента всички членове на ООН са ратифицирали този протокол.

На графиката по-горе можем да видим как консумацията на химикали, които влияят на озона, намалява след подписването на протокола. Сега ние консумираме само 1,6% от това, което сме консумирали през 1986 г. В резултат на това учените не само наблюдават повишаване на концентрацията на озон от 2000 г., но също така наблюдават, че дупката в озоновия слой над Антарктида намалява. Този процес на възстановяване на озоновия слой обаче протича бавно (както виждаме на графиката по-долу) и се очаква едва до средата на този век стойностите да се върнат към тези от 60-те години.

Нови емисии на CFC

За съжаление през последните години беше установено, че скоростта на намаляване на емисиите на CFC-11 (често срещан тип CFC, използван като хладилен агент) е намаляла с 50%. Защо се е случило това?

Първо, трябва да знаем, че въпреки факта, че страните драстично са намалили потреблението и производството на фреони, много продукти, произведени през предишните десетилетия, все още отделят тези видове химикали. С други думи, тези стари продукти, дори след производството, продължават да отделят CFC в околната среда. По този начин се смяташе, че с течение на годините емисиите на тези продукти ще намаляват, тъй като се очакваше те постепенно да изчезнат.

През 2018 г. обаче група изследователи откриха, че това намаляване на емисиите се случва по-бавно от очакваното от 2012 г. Това беше посочено в проучване, публикувано в специализираното списание Nature. Те откриха доказателства, които категорично предполагат, че това се дължи на увеличаване на емисиите на CFC-11. Освен това те откриха, че това увеличение на емисиите идва от Източна Азия. И накрая, екипът намери доказателства, че това увеличение се дължи на нов източник на производство на CFC, а не на стари продукти, които все още отделят химикали в околната среда.

В резултат на това Агенцията за разследване на околната среда на НПО проведе разследване в Китай и установи, че повечето от компаниите, с които са се свързали, използват CFC-11 в повечето от полиуретановата изолация, която произвеждат. По-късно, на 23 май тази година (2019), друго проучване, публикувано също в Nature и написано в съавторство от повече от 30 учени, показва, че това увеличение наистина се извършва в Източен Китай.

Изправено пред тези доказателства, китайското правителство започна да предприема драстични мерки срещу компании, които използват тези видове химикали. Например, през ноември 2018 г. бяха арестувани няколко заподозрени, притежаващи CFC.