Який шар атмосфери затримує згубні ультрафіолетові промені. Навіщо і як вивчають атмосферу: наука про броню Землі

Атмосфера(Від грец. Atmos - пар і spharia - куля) - повітряна оболонка Землі, що обертається разом з нею. Розвиток атмосфери був із геологічними і геохімічними процесами, які протікають нашій планеті, і навіть із діяльністю живих організмів.

Нижня межа атмосфери збігається з поверхнею Землі, тому що повітря проникає в дрібні пори в грунті і розчинене навіть у воді.

Верхня межа на висоті 2000-3000 км поступово перетворюється на космічний простір.

Завдяки атмосфері, в якій міститься кисень, можливе життя на Землі. Атмосферний кисень використовують у процесі дихання людини, тваринами, рослинами.

Якби не було атмосфери, на Землі була б така сама тиша, як на Місяці. Адже звук – це коливання частинок повітря. Блакитний колір піднебіння пояснюється тим, що сонячні промені, проходячи крізь атмосферу, як через лінзу, розкладаються на кольори. При цьому розсіюються найбільше промені блакитного та синього кольорів.

Атмосфера затримує більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, яке згубно діє живі організми. Також вона утримує біля Землі тепло, не даючи нашій планеті охолоджуватися.

Будова атмосфери

В атмосфері можна виділити кілька шарів, що розрізняються по щільності (рис. 1).

Тропосфера

Тропосфера- Найнижчий шар атмосфери, товщина якого над полюсами становить 8-10 км, в помірних широтах - 10-12 км, а над екватором - 16-18 км.

Мал. 1. Будова атмосфери Землі

Повітря у тропосфері нагрівається від земної поверхні, тобто від суші та води. Тому температура повітря в цьому шарі з висотою знижується в середньому на 0,6 ° С на кожні 100 м. У верхній межі тропосфери вона сягає -55 °С. При цьому в районі екватора на верхньому кордоні тропосфери температура повітря становить -70 °С, а в районі Північного полюса -65 °С.

У тропосфері зосереджено близько 80 % маси атмосфери, знаходиться майже вся водяна пара, виникають грози, бурі, хмари та опади, а також відбувається вертикальне (конвекція) та горизонтальне (вітер) переміщення повітря.

Можна сміливо сказати, що погода переважно формується у тропосфері.

Стратосфера

Стратосфера- Шар атмосфери, розташований над тропосферою на висоті від 8 до 50 км. Колір піднебіння в цьому шарі здається фіолетовим, що пояснюється розрідженістю повітря, через яку сонячні промені майже не розсіюються.

У стратосфері зосереджено 20% маси атмосфери. Повітря в цьому шарі розріджене, практично немає водяної пари, а тому майже не утворюються хмари та опади. Однак у стратосфері спостерігаються стійкі повітряні течії, швидкість яких сягає 300 км/год.

У цьому шарі зосереджений озон(Озоновий екран, озоносфера), шар, який поглинає ультрафіолетові промені, не пропускаючи їх до Землі і тим самим захищаючи живі організми на нашій планеті. Завдяки озону, температура повітря на верхньому кордоні стратосфери знаходиться в межах від -50 до 4-55 °С.

Між мезосферою та стратосферою розташована перехідна зона – стратопауза.

Мезосфера

Мезосфера- Шар атмосфери, розташований на висоті 50-80 км. Щільність повітря тут у 200 разів менша, ніж у поверхні Землі. Колір піднебіння у мезосфері здається чорним, протягом дня видно зірки. Температура повітря знижується до -75(-90)°С.

На висоті 80 км. починається термосфери.Температура повітря у цьому шарі різко підвищується до висоти 250 м, а потім стає постійною: на висоті 150 км вона досягає 220-240 ° С; на висоті 500-600 км. перевищує 1500 °С.

У мезосфері та термосфері під дією космічних променів молекули газів розпадаються на заряджені (іонізовані) частинки атомів, тому ця частина атмосфери отримала назву іоносфера- Шар дуже розрідженого повітря, розташований на висоті від 50 до 1000 км, що складається в основному з іонізованих атомів кисню, молекул окису азоту і вільних електронів. Для цього шару характерна висока наелектризованість, і від нього, як від дзеркала, відбиваються довгі та середні радіохвилі.

В іоносфері виникають полярні сяйва - світіння розріджених газів під впливом електрично заряджених частинок, що летять від Сонця, і спостерігаються різкі коливання магнітного поля.

Екзосфера

Екзосфера- Зовнішній шар атмосфери, розташований вище 1000 км. Цей шар ще називають сферою розсіювання, тому що частинки газів рухаються тут з великою швидкістю і можуть розсіюватись у космічний простір.

Склад атмосфери

Атмосфера - це суміш газів, що складається з азоту (78,08%), кисню (20,95%), вуглекислого газу (0,03%), аргону (0,93%), невеликої кількості гелію, неону, ксенону, криптону (0,01%), озону та інших газів, але їх вміст мізерний (табл. 1). Сучасний склад повітря Землі встановився понад сотню мільйонів років тому, проте різко зросла виробнича діяльність людини все ж таки призвела до її зміни. В даний час відзначається збільшення вмісту 2 приблизно на 10-12%.

Гази, що входять до складу атмосфери, виконують різні функціональні ролі. Однак основне значення цих газів визначається насамперед тим, що вони дуже поглинають променисту енергію і тим самим істотно впливають на температурний режим поверхні Землі та атмосфери.

Таблиця 1. Хімічний склад сухого атмосферного повітря біля земної поверхні

	Об'ємна концентрація. %	Молекулярна маса, од.

Кисень

Вуглекислий газ





Оксид азоту
	від 0 до 0,00001
Двоокис сірки	від 0 до 0,000007 влітку; від 0 до 0,000002 взимку
	Від 0 ло 0,000002	46,0055/17,03061
Двоокис азога

Окис вуглецю

Азот,найпоширеніший газ у атмосфері, хімічно мало активний.

Кисень, на відміну азоту, хімічно дуже активний елемент. Специфічна функція кисню – окислення органічної речовини гетеротрофних організмів, гірських порід та недоокислених газів, що викидаються в атмосферу вулканами. Без кисню не було б розкладання мертвої органічної речовини.

Роль вуглекислого газу атмосфері винятково велика. Він надходить в атмосферу в результаті процесів горіння, дихання живих організмів, гниття і є насамперед основним будівельним матеріалом для створення органічної речовини при фотосинтезі. Крім цього, величезне значення має властивість вуглекислого газу пропускати короткохвильову сонячну радіацію та поглинати частину теплового довгохвильового випромінювання, що створить так званий парниковий ефект, про який йтиметься нижче.

Вплив на атмосферні процеси, особливо на тепловий режим стратосфери, чинить і озон.Цей газ є природним поглиначем ультрафіолетового випромінювання Сонця, а поглинання сонячної радіації веде до нагрівання повітря. Середні місячні значення загального вмісту озону в атмосфері змінюються в залежності від широти місцевості та пори року в межах 0,23-0,52 см (така товщина шару озону при наземному тиску та температурі). Спостерігається збільшення вмісту озону від екватора до полюсів та річний хід з мінімумом восени та максимумом навесні.

Характерною властивістю атмосфери можна назвати те, що вміст основних газів (азоту, кисню, аргону) з висотою змінюється незначно: на висоті 65 км в атмосфері вміст азоту - 86%, кисню - 19, аргону - 0,91, на висоті 95 км - азоту 77, кисню - 21,3, аргону - 0,82%. Постійність складу атмосферного повітря по вертикалі та горизонталі підтримується його перемішуванням.

Крім газів, у повітрі містяться водяна параі Тверді частки.Останні можуть мати як природне, і штучне (антропогенне) походження. Це квітковий пилок, крихітні кристали солі, дорожній пил, аерозольні домішки. Коли у вікно проникають сонячні промені, їх можна побачити неозброєним оком.

Особливо багато твердих частинок повітря міст і великих промислових центрів, де до аерозолям додаються викиди шкідливих газів, їх домішок, що утворюються при спалюванні палива.

Концентрація аерозолів в атмосфері визначає прозорість повітря, що позначається на сонячній радіації, що досягає Землі. Найбільші аерозолі - ядра конденсації (від лат. condensatio- Ущільнення, згущення) - сприяють перетворенню водяної пари на водяні краплі.

Значення водяної пари визначається насамперед тим, що він затримує довгохвильове теплове випромінювання земної поверхні; представляє основну ланку великих та малих кругообігів вологи; підвищує температуру повітря під час конденсації водяних нарів.

Кількість водяної пари в атмосфері змінюється у часі та просторі. Так, концентрація водяної пари біля земної поверхні коливається від 3 % у тропіках до 2-10 (15) % в Антарктиді.

Середній вміст водяної пари у вертикальному стовпі атмосфери в помірних широтах становить близько 1,6-1,7 см (таку товщину матиме шар сконденсованої водяної пари). Відомості щодо водяної пари у різних шарах атмосфери суперечливі. Передбачалося, наприклад, що в діапазоні висот від 20 до 30 км. питома вологість сильно збільшується з висотою. Однак наступні виміри вказують на велику сухість стратосфери. Очевидно, питома вологість у стратосфері залежить від висоти і становить 2-4 мг/кг.

Мінливість вмісту водяної пари в тропосфері визначається взаємодією процесів випаровування, конденсації та горизонтального перенесення. В результаті конденсації водяної пари утворюються хмари та випадають атмосферні опади у вигляді дощу, граду та снігу.

Процеси фазових переходів води протікають переважно в тропосфері, саме тому хмари в стратосфері (на висотах 20-30 км) і мезосфері (поблизу мезопаузи), що отримали назву перламутрових і сріблястих, спостерігаються порівняно рідко, тоді як тропосферні хмари нерідко закривають. поверхні.

Кількість водяної пари, яка може бути в повітрі, залежить від температури повітря.

В 1 м 3 повітря при температурі -20 ° С може бути не більше 1 г води; при 0 ° С - не більше 5 г; при +10 ° С - не більше 9 г; при +30 ° С - не більше 30 г води.

Висновок:Чим вище температура повітря, тим більше водяної пари може в ній утримуватися.

Повітря може бути насиченимі не насиченимводяною парою. Так, якщо при температурі +30 °С в 1 м 3 повітря міститься 15 г водяної пари, повітря не насичене водяною парою; якщо ж 30 г - насичений.

Абсолютна вологість- Це кількість водяної пари, що міститься в 1 м 3 повітря. Воно виявляється у грамах. Наприклад, якщо кажуть «абсолютна вологість дорівнює 15», це означає, що у 1 м Л міститься 15 р водяної пари.

Відносна вологість повітря— це відношення (у відсотках) фактичного вмісту водяної пари в 1 м 3 повітря до кількості водяної пари, яка може утримуватися в 1 м Л при даній температурі. Наприклад, якщо радіо під час передачі зведення погоди повідомили, що відносна вологість дорівнює 70 %, це означає, що повітря містить 70 % тієї водяної пари, яку він може вмістити при даній температурі.

Чим більша відносна вологість повітря, т. с. що ближче повітря до стану насичення, то ймовірніше випадання опадів.

Завжди висока (до 90%) відносна вологість повітря спостерігається в екваторіальній зоні, тому що там протягом усього року тримається висока температура повітря і відбувається випаровування з поверхні океанів. Така ж висока відносна вологість і в полярних районах, але вже тому, що при низьких температурах навіть невелика кількість водяної пари робить повітря насиченим або близьким до насичення. У помірних широтах відносна вологість змінюється за сезонами - взимку вона вище, влітку - нижче.

Особливо низька відносна вологість повітря в пустелях: 1 м 1 повітря там містить у два-три рази менше за можливу при даній температурі кількість водяної пари.

Для вимірювання відносної вологості користуються гігрометром (від грец. Hygros - вологий і metroco - вимірюваю).

При охолодженні насичене повітря не може утримати в собі колишньої кількості водяної пари, воно згущується (конденсується), перетворюючись на крапельки туману. Туман можна спостерігати влітку у прохолодну ніч.

Хмари- це той самий туман, тільки утворюється він не біля земної поверхні, а на деякій висоті. Піднімаючись вгору, повітря охолоджується, і водяна пара, що знаходиться в ньому, конденсується. Дрібні крапельки води, що утворилися, і складають хмари.

В освіті хмар беруть участь і тверді частки, що перебувають у тропосфері у зваженому стані.

Хмари можуть мати різну форму, яка залежить від умов утворення (табл. 14).

Найнижчі та найважчі хмари — шаруваті. Вони знаходяться на висоті 2 км від земної поверхні. На висоті від 2 до 8 км можна спостерігати більш мальовничі купові хмари. Найвищі та найлегші — перисті хмари. Вони знаходяться на висоті від 8 до 18 км над земною поверхнею.

Сімейства	Пологи хмар	Зовнішній вигляд
А. Хмари верхнього ярусу – понад 6 км	I. Перисті	Ниткоподібні, волокнисті, білі
	ІІ. Перисто-купчасті	Шари та гряди з дрібних пластівців та завитків, білі
	ІІІ. Перисто-шаруваті	Прозора біла вуаль
Б. Хмари середнього ярусу - понад 2 км	IV. Високо-купчасті	Пласти та гряди білого та сірого кольору
Б. Хмари середнього ярусу - понад 2 км	V. Високошарові	Рівна пелена молочно-сірого кольору
В. Хмари нижнього ярусу – до 2 км	VI. Шарувато-дощові	Суцільний безформний сірий шар
	VII. Шарува-купчасті	Непрозорі шари та гряди сірого кольору
	VIII. Шаруваті	Непрозора пелена сірого кольору
Г. Хмари вертикального розвитку – від нижнього до верхнього ярусу	IX. Купчасті	Клуби та бані яскраво-білого кольору, при вітрі з розірваними краями
	X. Купово-дощові	Потужні маси темно-свинцевого кольору.

Охорона атмосфери

Головним джерелом є промислові підприємства та автомобілі. У великих містах проблема загазованості головних транспортних магістралей дуже гостро стоїть. Саме тому у багатьох великих містах світу, зокрема й у нашій країні, запроваджено екологічний контроль токсичності вихлопних газів автомобілів. За даними фахівців, задимленість і запиленість повітря може наполовину скоротити надходження сонячної енергії до земної поверхні, що призведе до зміни природних умов.

Озоновий екран - шар атмосфери з найбільшою концентрацією молекул озону Оз на висоті близько 20 - 25 км, що поглинає тверде ультрафіолетове випромінювання, яке згубне для організмів. Руйнування о.е. в результаті антропогенного забруднення атмосфери таїть загрозу всій живій, і насамперед людині.
Озоновий екран (озоносфера) – це шар атмосфери в межах стратосфери, розташований на різній висоті від поверхні Землі та має найбільшу щільність (концентрацію молекул) озону на висоті 22 – 26 км.
Озоновий екран – частина атмосфери, де знаходиться у невеликій концентрації озон.
Зміст нітратів у продуктах рослинництва. Руйнування озонового екрану пов'язують з оксидом азоту, який є джерелом утворення інших оксидів, що каталізують фотохімічну реакцію розкладання молекул озону.
Виникнення озонового екрану, що відгородив поверхню Землі від хімічно активної радіації, що пронизує космічний простір, різко змінило хід еволюції живої речовини. В умовах протобіосфери (первинної біосфери) мутагенез мав дуже напружений характер: бурхливо виникали і різноманітно змінювалися нові форми живої речовини, відбувалося швидке накопичення генофондів.
Озоносфера (озоновий екран), що лежить вище біосфери, у шарі від 20 до 35 км, поглинаючи ультрафіолетове випромінювання, згубне живих істот біосфери, утворюється з допомогою кисню, біогенного за походженням, тобто. також створеного живою речовиною Землі. Однак жива речовина якщо і проникає в ці шари у вигляді суперечки або аеропланктону, то в них не відтворюється і концентрація його незначна. Зауважимо, що, проникаючи у цю оболонку Землі і ще вище, в космос, людина бере із собою у космічний корабель хіба що частинку біосфери, тобто. всю життєзабезпечуючу систему.
Розкажіть, як формується озоновий екран та що веде до його руйнування.
Біосфера займає простір від озонового екрану, де на висоті 20 км зустрічаються суперечки бактерій та грибів, до глибини понад 3 км під земною поверхнею та близько 2 км під дном океану. Там, у водах родовищ нафти, виявляються анаеробні бактерії. Найбільша концентрація біомаси зосереджена межах розділу геосфер, тобто. у прибережних та поверхневих водах океану та на поверхні суші. Це тим, що джерелом енергії біосфери є сонячне світло, і аутотрофные, а й гетеротрофні організми, переважно, заселяють місця, де сонячна радіація найінтенсивніша.
Найбільш небезпечні для людини та багатьох тварин наслідки виснаження озонового екрану – збільшення числа захворювань на рак шкіри та катарактою очей. У свою чергу, це, згідно з офіційними даними ООН, призводить до появи у світі 100 тис. нових випадків катаракти та 10 тис. випадків раку шкіри, а також зниження імунітету як у людини, так і у тварин.
Стіна екологічних заборон, що досягла глобального рівня (руйнування озонового екрану, закислення опадів, зміна клімату тощо), виявилася не єдиним чинником у суспільному розвиткові. Одночасно та паралельно змінилася економічна структура.
Динаміка озонової діри в межах Антарктиди (за Н. Ф. Реймерсом, 1990 р. (простір без штрихування. Вкрай небезпечні для людини та багатьох тварин наслідки виснаження озонового екрану - збільшення числа захворювань на рак шкіри та катарактою очей. У свою чергу, це, згідно з офіційними) даними ООН, призводить до появи у світі 100 тис. нових випадків катаракти та 10 тис. випадків раку шкіри, а також зниження імунітету як у людини, так і у тварин.
Приблизно те саме сталося зі зростанням виробництва фреонів, їх впливом на озоновий екран планети.
Ми вже говорили, що життя зберігається тому, що навколо планети утворився озоновий екран, який захистив біосферу від смертоносних ультрафіолетових променів. Але останні десятиліття відзначено зниження вмісту озону в захисному шарі.

В результаті фотосинтезу в атмосфері почало з'являтися все більше і більше кисню і навколо планети утворився озоновий екран, що став надійним захистом організмів від згубної ультрафіолетової радіації сонця та короткохвильового космічного випромінювання. Під його захистом почало бурхливо розквітати життя: скачала в поверхневих шарах океану стали розвиватися зважені у воді рослини (фітопланктон), що виділяють кисень. З океа-н-а органічне життя перемістилося на сушу; перші живі істоти почали заселяти землю приблизно 400 млн років тому. Організми, що розвиваються на землі та здатні до фотосинтезу (рослини), ще більше збільшили надходження кисню в атмосферу. Вважають, що знадобилося не менш як півмільярда років, щоб вміст кисню в атмосфері досяг сучасного рівня, який не змінюється вже близько 50 млн. років.
Але висока вартість таких польотів настільки уповільнила розвиток надзвукових перевезень, що тепер вони не становлять суттєвої загрози для озонового екрану.
Глобальний моніторинг проводиться з метою отримання інформації про біосферу в цілому або про окремі біосферні процеси, зокрема зміну клімату, стан озонового екрану тощо. Конкретні цілі глобального моніторингу, а також його об'єкти визначаються в ході міжнародного співробітництва в рамках різних міжнародних угод та декларацій.
Моніторинг глобальний - стеження за загальними - овими процесами і явищами, включаючи антропогенні впливу на біосферу, і попередження про екстремальні ситуації, що виникають, таких як ослаблення озонового екрану планети, та ін явищах в екосфері Землі.
Найбільш короткохвильова (200 – 280 нм) зона цієї частини спектру (ультрафіолет С) активно абсорбується шкірою; через небезпеку УФ-С близький до JT-променів, але практично повністю поглинається озоновим екраном.
Вихід рослин на сушу, очевидно, був із досягненням вмісту кисню у атмосфері приблизно 10 % від сучасного. Тепер озоновий екран міг хоча б частково захистити організми від ультрафіолетового випромінювання.
Руйнування озонового екрану Землі супроводжується низкою небезпечних явних та прихованих негативних впливів на людину та живу природу.
У верхній межі тропосфери під впливом космічних випромінювань із кисню утворюється озон. Отже, озоновий екран, що оберігає життя від смертоносних випромінювань, - також результат діяльності живої речовини.
Природні умови безпосередньо беруть участь у матеріальної виробництв, і непроизводстнн. Земля, озоновий екран планети, що захищає все живе від косміч. Багато природних умов з розвитком виробляє, сил переходить у розряд ресурсів, тому межа між цими поняттями умовна.
Нижня межа біосфери проходить на глибині 3 км на суші та на 2 км нижче дна океану. Верхня межа - озоновий екран, вище за який УФ випромінювання сонця виключають органічне життя. Основою органічного життя є вуглець.
На цій глибині у нафтоносних водах знайдено мікроорганізми. Верхньою межею служить захисний озоновий екран, який захищає живі організми Землі від шкідливих впливів ультрафіолетових променів. До біосфери належить і людина.
Якими є механізми утримання озоносфери як шару в стратосфері з найбільшою щільністю озону на висотах 22 - 25 км над поверхнею Землі, поки не зовсім ясно. Якщо вплив людини на озоновий екран обмежений хімічними речовинами, то захист озоносфери від руйнування є цілком реальним шляхом заборони хлорфторвуглеводнів та інших небезпечних для неї хімічних агентів. Якщо ж витончення озоносфери пов'язане зі зміною магнітного поля Землі, як припускають деякі дослідники, потрібно встановити причини цієї зміни.
Фактично ж, як бачимо, географічна оболонка включає земну кору, атмосферу, гідросферу і біосферу. Межі географічної оболонки визначаються зверху озоновим екраном, а знизу – земною корою: під материками на глибині 30 – 40 км (у тому числі під горами – до 70 – 80 км), а під океанами – 5 – 8 км.
У більшості випадків як верхній теоретичний кордон біосфери вказують озоновий шар без уточнення його кордонів, що цілком прийнятно, якщо не обговорювати різницю між нео - і палеобіосферою. Інакше слід враховувати, що озоновий екран утворився лише близько 600 млн років тому, після чого організми змогли вийти на сушу.

На високій активності живої речовини ґрунтуються і регуляторні процеси в біосфері. Так, продукція кисню підтримує озоновий екран і, як наслідок, відносну сталість потоку променистої енергії, що досягає поверхні планети. Постійність мінерального складу океанічних вод підтримується діяльністю організмів, що активно витягують окремі елементи, що врівноважує їх приплив з річковим стоком, що надходить в океан. Подібне регулювання здійснюється і в багатьох інших процесах.
Ядерні вибухи впливають на стратосферний озоновий екран, який, як відомо, захищає живі організми від згубної дії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання.
Задля збереження озонового шару Землі проводять заходи, створені задля зниження викидів фреонів, заміну їх у екологічно безпечні речовини. В даний час вирішення проблеми збереження озонового екрану та знищення озонових дірок необхідне для збереження земної цивілізації. На Конференції ООН з навколишнього середовища та розвитку, що пройшла в Ріо-де - Жанейро, було зроблено висновок, що наша атмосфера все більшою мірою зазнає впливу газів, що викликають парниковий ефект і загрожують зміною клімату, а також хімічних речовин, що зменшують озоновий шар.
У верхніх шарах стратосфери розташований у невеликій концентрації озон. Тому цю частину атмосфери часто називають озоновим екраном. Озон відіграє велику роль у формуванні температурного режиму нижчих шарів атмосфери і, отже, повітряних течій. Над різними ділянками земної поверхні та в різні пори року вміст озону неоднаковий.
Біосфера – загальнопланетарна оболонка Землі, де існує життя. В атмосфері верхні межі життя визначаються озоновим екраном – тонким шаром озону на висоті 16 – 20 км. Океа насичений життям цілком. Біосфера є глобальною екосистемою, що підтримується біологічним кругообігом речовини і потоками сонячної енергії. Всі екосистеми Землі є се складовими частинами.
Озон О3 – газ, молекула якого складається з трьох атомів кисню. Активний окислювач, здатний знищувати хвороботворні мікроорганізми; озоновий екран у верхніх шарах атмосфери оберігає нашу планету від ультрафіолетового випромінювання Сонця.
Поступове збільшення ССЬ в атмосфері, що відбувається в наші дні, пов'язане з промисловими викидами, може бути причиною наростання парникового ефекту та потепління клімату. У той же час часткове руйнування озонового екрану, що спостерігається зараз, може певною мірою компенсувати цей ефект за рахунок збільшення втрат тепла з поверхні Землі. Одночасно збільшиться потік короткохвильового ультрафіолетового випромінювання, що є небезпечним для багатьох живих організмів. Як бачимо, антропогенне втручання в структуру атмосфери загрожує непередбачуваними та небажаними наслідками.
Вуглеводні у складі нафти і газу практично нешкідливі, але, виділяючись при використанні копалин, вони накопичуються в атмосфері, воді, грунті і виявляються збудниками небезпечних захворювань. Виробництво та масовий викид фреонів в атмосферу здатні зруйнувати захисний озоновий екран.
Розглянемо найхарактерніші наслідки забруднень атмосфери людиною. Типовими наслідками є кислотні опади, парниковий ефект, порушення озонового екрану, пилові та аерозольні забруднення від великих промислових центрів.
Озон постійно утворюється у верхніх частинах атмосфери. Вважають, що на висоті близько 25 - 30 км озон утворює потужний озоновий екран, який затримує основну масу ультрафіолетових променів, захищаючи організми від їхньої згубної дії. Разом із вуглекислим газом повітря та парами води він оберігає Землю від переохолодження, затримує довгохвильове інфрачервоне (теплове) випромінювання нашої планети.
Досить сказати, що кисень нашої атмосфери, без якого життя неможливе, озоновий екран, відсутність якого занапастило б земне життя, ґрунтовий покрив, на якому розвивається вся рослинність планети, поклади вугілля та родовища нафти – все це результат тривалої діяльності живих організмів.
У практиці землеробства марно втрачається до 30 - 50% всіх мінеральних добрив, що вносяться. Виділення оксидів азоту в атмосферу спричиняє не лише економічні втрати, а й загрожує порушенням озонового екрану планети.
Конверсовані підприємства мають бути націлені на проектування, виробництво та впровадження суперсучасних технологічних систем для випуску цивільної продукції на рівні світових стандартів та масового попиту. Тільки спеціалізовані наукові установи і заводи ВПК здатні вирішити, наприклад, найважливіше завдання заміни фреонів, що знищують озоновий екран Землі, інші екологічно більш безпечні хладоагенти.
Верхня межа життя в атмосфері визначається рівнем УФ-радіації. На висоті 25 - 30 км більшу частину ультрафіолетового випромінювання Сонця поглинає відносно тонкий шар озону, що знаходиться тут, - озоновий екран. Якщо живі організми піднімаються вище за захисний шар озону, вони гинуть. Атмосфера над поверхнею Землі насичена різноманітними живими організмами, які пересуваються у повітрі активним чи пасивним способом. Суперечки бактерій і грибів виявляють до висоти 20 – 22 км, але основна частина аеропланктону зосереджена у шарі до 1 – 1 5 км.
Передбачається, що глобальне забруднення атмосфери деякими речовинами (фреонами, оксидами азоту та інших.) може порушити функціонування озонового екрана.

ОЗОНОСФЕРА ОЗОНОВИЙ ЕКРАН - шар атмосфери, що близько збігається зі стратосферою, що лежить між 7 - 8 (на полюсах), 17 - 18 (на екваторі) і 50 км (з найбільшою щільністю озону на висотах 20 - 22 км) концентрацією молекул озону, що відбивають жорстке космічне випромінювання, згубне живого. Передбачається, що глобальне забруднення атмосфери деякими речовинами (фреонами, оксидами азоту та інших.) може порушити функціонування озонового екрана.
Озоновий шар ефективно поглинає електромагнітне випромінювання з довжинами хвиль області 220 - 300 нм, виконуючи функцію екрана. Таким чином, УФ із довжиною хвилі до 220 нм повністю поглинається молекулами кисню атмосфери, а в ділянці 220 - 300 нм ефективно затримується озоновим екраном. Важливою частиною сонячного спектру є область, що примикає по обидва боки до 300 нм.
Процес фотодисоціації лежить в основі виникнення озону з молекулярного кисню. Озоновий шар розташовується на висоті 10 – 100 км; максимальна концентрація озону реєструється на висоті близько 20 км. Озоновий екран має величезне значення для збереження життя на Землі: в шарі озону поглинається більшість ультрафіолетового випромінювання, що йде від Сонця, причому в його короткохвильовій частині, найбільш згубної для живих організмів. До Землі доходить лише м'яка частина потоку ультрафіолетових променів з довжиною хвилі близько 300 - 400 нм, щодо нешкідливих, а, по ряду параметрів необхідні нормального розвитку та функціонування живих організмів. На цій підставі деякі вчені проводять межу біосфери саме на висоті озонового шару.
Еволюційний чинник - це сучасний чинник середовища, породжений еволюцією життя. Так, наприклад, озоновий екран - нині діючий екологічний фактор, що впливає на організми, популяції, біоценози, екологічні системи, у тому числі і на біосферу, - існував у минулі геологічні епохи. Виникнення озонового екрану пов'язане з появою фотосинтезу та накопиченням в атмосфері кисню.
Ще одним лімітуючим фактором проникнення життя нагору є жорстке космічне випромінювання. На висоті 22 – 24 км від поверхні Землі спостерігається максимальна концентрація озону – озоновий екран. Озоновий екран відображає згубні для живих організмів космічні випромінювання (гама- та рентгенівські промені) та частково ультрафіолетові промені.
Біологічні ефекти, викликані випромінюванням різної довжини хвилі. Найважливішим джерелом природного випромінювання є сонячна радіація. Основна маса падаючої Землю сонячної енергії (приблизно 75 %) посідає частку видимих променів, майже 20 % - на ІЧ-область спектру і приблизно 5 % - на УФ з довжиною хвилі 300 - 380 нм. Нижня межа довжин хвиль сонячної радіації, що падає на земну поверхню, визначається густиною так званого озонового екрану.

Навіщо слід вивчати процеси в атмосфері? Справа в тому, що атмосферою називається газова оболонка нашої планети. Без неї життя не було б неможливим. Завдяки атмосфері рослини та тварини одержують необхідні для життєдіяльності гази.

Кожному буде цікаво дізнатися, який шар атмосфери затримує згубні ультрафіолетові випромінювання, які є небезпечними для життя. Це озоновий шар. Відомо, що ультрафіолетові промені порушують зростання та розвиток рослин, а також є причиною захворювань у людини. Ось чому атмосферу називають бронею Землі.

А завдяки наявним у ній парниковим газам, вона поглинає довгохвильове випромінювання, що випускається Землею. Це робить клімат на планеті комфортним для проживання. Щоб відповісти на запитання, як вивчають атмосферу, необхідно розібратися з тим, які завдання ставить перед собою метеорологія.

Вконтакте

Що вивчає метеорологія

Метеорологія - це наука про атмосферні явища. Вона займається вивченням стану повітряної оболонки Землі та процесів, що відбуваються в ній. До завдань метеорології входить:

спостереження за погодою;
кліматом;
хімічним складом;
температурними характеристиками у товщі атмосфери.

Розвиток цієї науки припав на другу половину 18 століття. У цей період з'явилася й мережа метеостанцій, яка поступово збільшилася.

Дослідження атмосфери

Як вивчають атмосферу? Найбільш важливою ланкою метеорології є метеостанції. На них здійснюється збирання найважливішої інформації: фіксується температура повітря, кількість опадів, напрямок і швидкість вітру, атмосферний тиск, хмарність та інші явища.

Важливо!Метеостанції залишаються основним методом вивчення повітряної оболонки. На основі зібраних даних робляться висновки про тенденції у зміні клімату. Загалом у світі діє понад 8000 метеорологічних станцій, включаючи автоматичні.

Крім метеостанцій, є й інші методи дослідження атмосфери, наприклад, а ерологічні станції.

Таких об'єктів у світі налічується близько 800. Вони функціонують починаючи з 30-х років 20 століття. Для дослідження залучаються аеростати та стратостати. Для вивчення найбільш високих та розріджених шарів газової оболонки використовують радіозонди.

Починаючи з 60-х років 20 століття, у дослідженні атмосферних процесів беруть участь штучні супутники. З їх допомогою вивчають температурний фон, розташування хмарності та гроз, циклонічні та антициклонічні утворення, стан полярних льодів тощо.

Супутники здійснюють обертання навколо земної куліна висоті 800 – 1000 км, а геостаціонарні – на висоті 36 000 км. Використання літальних апаратів дозволяє розширити наші знання про процеси, що відбуваються в атмосферних шарах, і поточний стан газової оболонки.

Існують різні методи дослідження атмосфери, про які буде наведено нижче.

Вся інформація, отримана при спостереженні за повітряною оболонкою планети, стікається у Всесвітню метеорологічну організацію.

За допомогою чого вчені вивчають атмосферу

І дорослим, і дітям цікаво дізнатиметься, як вивчають атмосферу за допомогою обладнання. Основними приладами є такі:

термометри;
барометри;
осадкомери;
флюгери;
гігрометри;
радари;
аеростати.

Для обробки інформації стали застосовувати комп'ютери. Дізнавшись, за допомогою чого вчені вивчають атмосферу, можна визначити деякі параметри в домашніх умовах за допомогою спеціальних приладів.

Термометр

Термометрибули винайдені ще в 17 столітті, проте досі є одними з найбільш затребуваних приладів у метеорології.

Принцип дії термометра ґрунтується на здатності рідких речовин розширюватися при їх нагріванні. Підвищення температури повітря призводить до нагрівання рідини в ковпачку термометра, внаслідок чого вона розширюється, заповнюючи скляну трубку, вздовж якої нанесено градацію температури.

Як рідини найчастіше застосовуються спирт чи ртуть. Для одиниць виміру використовуються градуси: 0 – початок переходу води з рідкої фази у тверду, 100 – закипає, перетворюючись на газ.

Окрім звичайного термометра, що показує поточне значення температури, застосовують ще так звані мінімальний та максимальний термометри, а також спеціальний ґрунтовий термометр. Вони дозволяють визначити мінімальну та максимальну добові температури та температуру ґрунту (на обраній глибині).

Барометр

Барометри показують у елічину атмосферного тиску. Воно, своєю чергою, залежить від висоти. Але так само воно вагається під дією, що відбуваються в атмосфері, процесів.

Низький тиск означає переважання висхідних рухів повітря, з якими нерідко пов'язане випадання опадів. Тепліше і вологіше повітря, піднімаючись у товщу атмосфери, охолоджується і розширюється, що, зрештою, наводить до дощу або снігу.

Якщо тиск високий, повітря опускається, притискаючись до землі. А оскільки на висотах містить мало вологи, то й опадів зазвичай не буває. Але лише атмосферного тиску мало їх прогнозування.

Осадкомір

Як вивчають атмосферу за допомогою цього приладу? Осадкомір є ємність для збору води, що випадає з атмосфери води. Одиницею вимірювання було прийнято міліметр водяного шару. Тобто якщо було, припустимо, 10 мм, то це означає, що саме такий шар рідини та випав з атмосфери. Однак після потрапляння на землю вода починає текти, накопичуючись у заглибленнях та утворюючи калюжі. У осадкомера рівне дно, тому подібних спотворень не виникає.

Якщо опади тверді (сніг, град), вони займають більший обсяг, тому перед виміром їх розтоплюють. За середнього дощу випадає 10 – 20 мм вологи. Якщо протягом короткого часу було більше 20 мм, то утворюються великі калюжі, а якщо більше 40, то можливі підтоплення. Іноді за раз впадає 50 – 100 мм, а у виняткових випадках і до 500 – 1000 мм, що завжди (навіть якщо затяжний дощ) викликає різні повені.

Флюгер та анемометр

Для вивчення атмосфери застосовуються флюгер та анемометр. Ці прилади вимірюють швидкість та напрям вітру. Вони мають бути підняті на достатню висоту, оскільки біля землі потоки повітря можуть спотворюватися місцевими перешкодами.

Вітер до 15 м/с вважається помірним, а якщо його швидкість більша за 20 м/с, то дуже сильним.

Найбільш сильні пориви відзначається при грозових шквалах, торнадо, тропічних циклонах і великому баричному градієнті (кордон між глибоким циклоном і потужним антициклоном). Такі вітри здатні виробляти сильні руйнування. Від того, як людина вивчає атмосферу, залежить життя цілих міст, які можуть бути стерті з лиця Землі катаклізмами.

Радар

Радаром називається технічна споруда, яка застосовується для сканування атмосфери. Вони активно використовуються при картографування атмосферних процесів.

Дія радара заснована на відображенні, що випромінюється пристроєм електромагнітного випромінювання, від хмар та опадів. Різні види перешкод по-різному відбивають це випромінювання, що дозволяє визначити їх особливості.

Радари активно використовуються у сучасній метеорології.

Аеростати запускаються на великі висоти, що дозволяє вимірювати метеопараметри в товщі атмосфери. Такі відомості доповнюють інформацію, одержану від наземних станцій.

Значення атмосфери дуже велике, тому її дослідження застосовуються новітнє устаткування й технології.

Біосферні станції

Це особлива група метеорологічних станцій, які використовуються для вивчення атмосфери. Вони ведуть виміри рівня запиленостіта змісту у повітрі різних газових домішок. Завдяки роботі таких дослідницьких центрів вдалося виявити стійку тенденцію до зростання вмісту парникових газів в атмосфері, руйнування озонового шару та збільшення запиленості тропосфери у минулому столітті.

До біосферних станцій пред'являють підвищені вимоги. Наприклад, персонал повинен складатися тільки з професіоналів, а розташування об'єкта має виключати дію локальних забруднень. Які фахівці знадобляться для роботи на об'єкті, залежить від його розташування. Деякі з таких станцій знаходяться на маленьких островах посеред , а також в Антарктиді. У міру того, як вивчають атмосферу щодо забруднення, вигадують і нові методи боротьби з ним.

Атмосфера, її будова

Роль атмосфери у житті Землі

Підсумок

Величезне значення атмосфери у житті людей пояснюється тим, що без неї неможливе життя на Землі. Тому газову оболонку планети потрібно не лише досліджувати, а й берегти від руйнування. Різні методи вивчення допомагають вченим зберегти озоновий шар.

Озоносфера - шар атмосфери нашої планети, який затримує найжорсткішу частину ультрафіолетового спектру. Деякі види сонячних променів згубно діють живі організми. Періодично озоносфера стоншується, у ній з'являються проломи різної величини. Через отвори на поверхню Землі можуть вільно проникати небезпечні промені. Де знаходиться Що можна зробити для його збереження? Обговоренню цих проблем географії та екології Землі присвячено запропоновану статтю.

Що таке озон?

Кисень на Землі існує у вигляді двох простих газоподібних сполук, входить до складу води та дуже велика кількість інших поширених неорганічних та органічних речовин (силікатів, карбонатів, сульфатів, білків, вуглеводів, жирів). Одне з найвідоміших алотропних видозмін елемента - проста речовина кисень, його формула - О 2 . Друга модифікація атомів - Про цю речовину - Про 3 . Трихатомні молекули утворюються при надлишку енергії, наприклад, внаслідок грозових розрядів у природі. Далі ми з'ясуємо, що таке озоновий шар Землі, чому його товщина постійно змінюється.

Озон за звичайних умов — газ синього кольору, що має різкий, специфічний аромат. Молекулярна вага речовини становить 48 (для порівняння - Mr (пов.) = 29). Запах озону нагадує про грозу, адже після цього природного явища молекул 3 у повітрі стає більше. Концентрація збільшується як там, де знаходиться озоновий шар, а й близько до Землі. Ця хімічно активна речовина є токсичною для живих організмів, але швидко дисоціює (розпадається). У лабораторії та промисловості створені спеціальні прилади – озонатори – для пропускання електричних розрядів через повітря чи кисень.

шар?

Молекули Про 3 мають високу хімічну та біологічну активність. Приєднання третього атома до двоатомного кисню супроводжується підвищенням запасу енергії та нестабільністю сполуки. Озон легко розпадається на молекулярний кисень та активну частинку, яка енергійно окислює інші речовини та вбиває мікроорганізми. Але найчастіше питання, пов'язані з пахне з'єднанням, стосуються його скупчення в атмосфері над Землею. Що таке озоновий шар і чому його руйнація шкідлива?

Безпосередньо біля поверхні нашої планети завжди є кілька молекул О 3 , але з висотою концентрація сполуки зростає. Утворення цієї речовини відбувається у стратосфері завдяки ультрафіолетовому випромінюванню Сонця, що несе великий запас енергії.

Озоносфера

Існує область простору над Землею, де озона набагато більша, ніж у поверхні. Але в цілому оболонка, що складається з молекул О 3 - тонка і переривчаста. Де знаходиться озоновий шар Землі чи озоносфера нашої планети? Непостійність товщини цього екрану не раз збентежило дослідників.

В атмосфері Землі завжди є деяка кількість озону, спостерігаються значні коливання його концентрації з висотою і по роках. Розберемося в цих проблемах після того, як з'ясуємо точне розташування захисного екрану з молекул 3 .

Де знаходиться озоновий шар Землі?

Помітне підвищення змісту починається з відривом 10 км і зберігається до 50 км над Землею. Але та кількість речовини, яка є у тропосфері, — це ще не екран. У міру віддалення від земної поверхні зростає густина озону. Максимальні значення припадають на стратосферу, її область висотою від 20 до 25 км. Тут молекул 3 міститься в 10 разів більше, ніж у поверхні Землі.

Але чому товщина, цілісність шару озону викликає занепокоєння вчених та простих людей? Бум із приводу стану захисного екрану вибухнув у минулому столітті. Дослідники виявили, що озоновий шар атмосфери над Антарктидою став тоншим. Було встановлено основну причину явища — дисоціація молекул Про 3 . Руйнування відбувається в результаті спільного впливу ряду факторів, провідним серед них вважається антропогенний, пов'язаний з діяльністю людства.

Озонові діри

Останні 30-40 років вчені відзначають появу проломів у захисному екрані над поверхнею Землі. Тривогу наукової спільноти викликали повідомлення, що озоновий шар — щит Землі — інтенсивно деградує. Усі ЗМІ у середині 1980 років надрукували повідомлення про «дірку» над Антарктидою. Дослідники звернули увагу, що цей пролом у шарі озону збільшується у весняний період. Основною причиною зростання пошкодження було названо штучні та синтетичні речовини — хлорфторвуглеці. Найбільш поширені групи цих сполук – фреони чи хладогени. Відомо понад 40 речовин, що належать до цієї групи. Вони надходять з багатьох джерел, тому що галузі застосування включають харчову, хімічну, парфумерну та інші галузі.

До складу фреонів, крім вуглецю та водню, входять галогени: фтор, хлор, іноді бром. Велика кількість подібних речовин використовується як хладогенти в холодильниках, кондиціонерах. Самі собою фреони стійкі, але за високих температурах й у присутності активних хімічних агентів входять у реакції окислення. Серед продуктів реакції можуть бути токсичні сполуки для живих організмів.

Фреони та озоновий екран

Хлорфторвуглеці взаємодіють із молекулами О3 і руйнують захисний шар над поверхнею Землі. Спочатку витончення озоносфери прийняли за природне коливання її товщини, що відбувається постійно. Але з часом отвори, подібні до «дірки» над Антарктидою, були помічені по всій Північній півкулі. Кількість таких проломів збільшилася з часу першого спостереження, але за розмірами вони менші, ніж над крижаним материком.

Спочатку вчені сумнівалися, що саме фреони спричиняють процес руйнування озону. Це речовини із великою молекулярною масою. Як вони можуть досягти стратосфери, де знаходиться озоновий шар, якщо набагато важче кисню, азоту та вуглекислого газу? Спостереження в атмосфері під час грози, а також проведені експерименти довели можливість проникнення різних частинок з повітрям на висоту 10-20 км над Землею, де знаходиться межа тропосфери та стратосфери.

Різноманітність руйнівників озону

До зони озонового екрану також надходять оксиди азоту, що виникають в результаті згоряння палива в двигунах надзвукових літаків та різних типів космічних апаратів. Доповнюють список речовин, яких руйнуються атмосфера, озонний шар, викиди земних вулканів. Іноді потоки газів та пилу досягають висоти 10-15 кілометрів і розносяться на сотні тисяч кілометрів.

Зміг над великими промисловими центрами і мегаполісами теж робить свій внесок у дисоціацію молекул Про 3 в атмосфері. Причиною збільшення розмірів озонових дірок також вважається зростання концентрацій про парникових газів в атмосфері, де знаходиться озоновий шар. Таким чином, глобальна екологічна проблема кліматичних змін безпосередньо пов'язана з питаннями руйнування озону. Справа в тому, що парникові гази містять речовини, що вступають у реакцію з молекулами 3 . Озон дисоціює, атом кисню викликає окислення інших елементів.

Небезпека втрати озонового щита

Чи були проломи в озоносфері до польотів у космос, появи фреонів та інших забруднювачів атмосфери? Перелічені питання є дискусійними, але висновок напрошується один: озоновий шар атмосфери необхідно вивчати та зберігати від руйнування. Наша планета без екрана з молекул О 3 позбавляється свого захисту від жорстких космічних променів певної довжини, що поглинаються шаром активної речовини. Якщо озоновий екран тонкий або відсутній, то основні життєві процеси на Землі наражаються на небезпеку. Надмірне підвищує ризик мутацій у клітинах живих організмів.

Охорона озонового шару

Відсутність даних про товщину захисного екрану в минулі сторіччя та тисячоліття ускладнює прогнози. Що станеться, якщо озоносфера повністю зруйнується? Декілька десятиліть медики відзначають зростання кількості людей, уражених раком шкіри. Це одне із захворювань, до якого призводить надмірне ультрафіолетове опромінення.

У 1987 році кілька країн приєдналися до Монреальського протоколу, який передбачав скорочення та повну заборону на виробництво хлорфторвуглеців. Це був лише один із заходів, які допоможуть зберегти озоновий шар — ультрафіолетовий щит Землі. Але фреони, як і раніше, виробляються промисловістю і надходять в атмосферу. Проте дотримання Монреальського протоколу призвело до скорочення озонових дірок.

Що може зробити кожен для збереження озоносфери?

Дослідники припускають, що на повне відновлення захисного екрану потрібно ще кілька десятиліть. Це в тому випадку, якщо припиниться його інтенсивна руйнація, що викликає чимало сумнівів. продовжують надходити в атмосферу, здійснюються запуски ракет та інших космічних апаратів, зростає парк повітряних суден у різних країнах. Це означає, що вчені ще мають розробити ефективні шляхи охорони озонового щита від руйнування.

На побутовому рівні кожна людина теж може зробити свій внесок. Озон менше піддаватиметься розкладанню, якщо повітря стане чистішим, менше міститиме пилу, сажі, токсичних вихлопів автотранспорту. Для охорони тонкої озоносфери необхідно припинити спалювання відходів, налагодити їх безпечну утилізацію. Транспорт потрібно переводити більш екологічно чисті види палива, повсюдно економити різні види енергоресурсів.

Нині загальноприйнято думка, що це живе Землі від згубного впливу жорсткого, біологічно небезпечного ультрафіолетового випромінювання захищає озоновий шар. Тому чималу тривогу у всьому світі викликало повідомлення про те, що в цьому шарі виявлені "дірки" - області, де товщина озонового шару суттєво зменшена. Після низки досліджень було зроблено висновок, що руйнуванню озону сприяють фреони - фторхлорпохідні граничних вуглеводнів (C n H 2n+2), що мають хімічні формули типу CFCl 3 , CHFCl 2 , C 3 H 2 F 4 Cl 2 та інші. Фреони до того часу вже знаходили найширше застосування: вони служили робочою речовиною в домашніх і промислових холодильниках, ними як пропелент (виштовхуючого газу) заряджалися аерозольні балончики з парфумерією та побутовою хімією, їх використовували для прояву деяких технічних фотоматеріалів. І оскільки витоки фреонів при цьому колосальні, 1985 року було прийнято Віденську конвенцію щодо захисту озонового шару, а 1 січня 1989 року складено Міжнародний (Монреальський) протокол про заборону виробництва фреонів. Проте у старшого наукового співробітника одного з московських інститутів М. І. Чугунова, фахівця в галузі фізичної хімії, учасника радянсько-американських переговорів про заборону хімічної зброї (Женева, 1976 рік), виникли серйозні сумніви як у "заслугах" озону у захисті від ультрафіолету, так і у "вині" фреонів у руйнуванні озонового шару.

Суть запропонованої гіпотези у тому, що це живе Землі від біологічно небезпечного ультрафіолету захищає не озон, а кисень атмосфери. Саме кисень, поглинаючи це короткохвильове випромінювання, перетворюється на озон. Розглянемо гіпотезу з погляду основного закону природи – закону збереження енергії.

Якщо, як зараз прийнято вважати, озоновий шар затримує ультрафіолетове випромінювання, він поглинає його енергію. Але енергія не може зникнути безвісти, і тому з озоновим шаром щось має статися. Є кілька варіантів.

Перехід енергії випромінювання у теплову.Наслідком цього має бути нагрівання озонового шару. Однак він розташований на висоті холодної атмосфери. А перша область підвищеної температури (так званий мезопік) знаходиться в два з лишком рази вище озонового шару.

Енергія ультрафіолету витрачається на руйнування озону.Якщо це так, руйнується не лише основна теза про захисні властивості озонового шару, а й звинувачення на адресу "підступних" промислових викидів, які нібито руйнують його.

Накопичення енергії випромінювання в озоновому шарі.Воно не може відбуватися безкінечно. У якийсь момент буде досягнуто межі насичення озонового шару енергією, і тоді, швидше за все, піде хімічна реакція вибухового типу. Однак у природі ніхто ніколи не спостерігав вибухів озонового шару.

Невідповідність закону збереження енергії свідчить про те, що думка про поглинання озоновим шаром жорсткого ультрафіолету не обґрунтована.

Відомо, що у висоті 20-25 кілометрів над Землею озон утворює шар підвищеної концентрації. Виникає питання – звідки він там з'явився? Якщо розглядати озон як дар природи, то на цю роль він не придатний - дуже легко розкладається. Причому процес розкладання має ту особливість, що при малому вмісті озону в атмосфері швидкість розкладання невелика, а зі зростанням концентрації вона різко збільшується, і при 20-40% вмісту озону в кисні розкладання йде вже з вибухом. А щоб у повітрі з'явився озон, потрібна дія якогось джерела енергії на атмосферний кисень. Їм може бути електричний розряд (особлива "свіжість" повітря після грози – наслідок появи озону), а також короткохвильове ультрафіолетове випромінювання. Саме опромінення повітря ультрафіолетом завдовжки хвилі близько 200 нанометрів (нм) – один із способів отримання озону в лабораторних та промислових умовах.

Ультрафіолетове випромінювання Сонця лежить у діапазоні довжин хвиль від 10 до 400 нм. Чим коротша довжина хвилі, тим більше енергії несе випромінювання. Енергія випромінювання витрачається на збудження (перехід більш високий енергетичний рівень), дисоціацію (роз'єднання) і іонізацію (перетворення на іони) молекул газів атмосфери. Витрачаючи енергію, випромінювання слабшає, чи інакше, поглинається. Це кількісно характеризують коефіцієнтом поглинання. Зі зменшенням довжини хвилі коефіцієнт поглинання збільшується - випромінювання впливає на речовину сильніше.

Прийнято підрозділяти ультрафіолетове випромінювання на два діапазони - ближній ультрафіолет (довжина хвилі 200-400 нм) та далекий, або вакуумний (10-200 нм). Доля вакуумного ультрафіолету нас не хвилює – він поглинається у високих шарах атмосфери. Саме йому належить заслуга у створенні іоносфери. Слід звернути увагу до відсутність логіки під час розгляду процесів поглинання енергії у атмосфері - далекий ультрафіолет створює іоносферу, а ближній щось створює, енергія зникає без наслідків. Так виходить за гіпотезою про його поглинання озоновим шаром. Пропонована гіпотеза усуває цю нелогічність.

Нас цікавить ближній ультрафіолет, який пронизує нижчі шари атмосфери, зокрема стратосферу, тропосферу, і опромінює Землю. На своєму шляху випромінювання продовжує змінювати спектральний склад з допомогою поглинання коротких хвиль. На висоті 34 кілометри випромінювань із довжиною хвиль коротше 280 нм не виявлено. Найбільш біологічно небезпечним вважається випромінювання з довжинами хвиль від 255 до 266 нм. З цього випливає, що згубний ультрафіолет поглинається, не досягнувши озонового шару, тобто висот 20-25 км. А до поверхні Землі доходить випромінювання з мінімальною довжиною хвилі 293 нм.
що представляє. Таким чином, озоновий шар не бере участі в поглинанні біологічно небезпечного випромінювання.

Розглянемо найімовірніший процес утворення озону в атмосфері. При поглинанні енергії короткохвильового ультрафіолетового випромінювання частина молекул іонізується, втрачаючи електрон і набуваючи позитивного заряду, а частина дисоціює на два нейтральні атоми. Вільний електрон, що утворився при іонізації, з'єднується з одним із атомів, утворюючи негативний іон кисню. Різноіменно заряджені іони з'єднуються, утворюючи нейтральну молекулу озону. Одночасно атоми та молекули, поглинаючи енергію, переходять на верхній енергетичний рівень у збуджений стан. Для молекули кисню величина енергії збудження дорівнює 5,1 еВ. У збудженому стані молекули знаходяться близько 10 -8 секунд, після чого, випускаючи квант випромінювання, розпадаються (дисоціюють) на атоми.

У процесі іонізації кисень має перевагу: він вимагає для цього найменшої енергії серед усіх складових атмосферу газів – 12,5 еВ (у водяної пари – 13,2; вуглекислого газу – 14,5; водню – 15,4; азоту – 15,8 еВ).

Таким чином, при поглинанні ультрафіолету в атмосфері утворюється свого роду суміш, в якій переважають вільні електрони, нейтральні атоми кисню, позитивні іони молекул кисню, при їхній дії утворюється озон.

Взаємодія ультрафіолетового випромінювання з киснем відбувається по всій висоті атмосфери - є відомості, що в мезосфері, на висоті від 50 до 80 кілометрів, вже спостерігається процес утворення озону, який продовжується в стратосфері (від 15 до 50 км) та в тропосфері (до 1 ). Водночас верхні шари атмосфери, зокрема мезосфера, схильні до такого сильного впливу короткохвильового ультрафіолету, що іонізуються та розпадаються молекули всіх складових атмосферу газів. Не може не розкладатися і озон, що тільки що утворився там, тим більше, що для цього потрібна майже така ж енергія, як і для молекул кисню. І тим не менш руйнується він не повністю - частина озону, який в 1,62 рази важчий за повітря, опускається в нижні шари атмосфери до висоти 20-25 кілометрів, де щільність атмосфери (приблизно 100 г/м 3 ) дозволяє йому знаходитися як би в рівноважний стан. Там молекули озону утворюють шар підвищеної концентрації. За нормального атмосферного тиску товщина озонового шару становила б 3-4 міліметри. Практично неможливо уявити, до яких надвисоких температур мав би розігрітися такий малопотужний шар, якби він справді поглинав майже всю енергію ультрафіолетового випромінювання.

На висотах нижче 20-25 кілометрів продовжується синтез озону, про що свідчить зміна довжини хвиль ультрафіолетового випромінювання з 280 нм на висоті 34 кілометри до 293 нм на поверхні Землі. Озон, що утворився, будучи не в змозі піднятися вгору, залишається в тропосфері. Це визначає постійний вміст озону у повітрі приземного шару взимку на рівні до 2 . 10-6%. Влітку концентрація озону в 3-4 рази вища, мабуть, за рахунок додаткової освіти озону при грозових розрядах.

Таким чином, від жорсткого ультрафіолетового випромінювання все живе на Землі захищає кисень атмосфери, а озон виявляється лише побічним продуктом цього процесу.

Коли було виявлено появу "дір" в озоновому шарі над Антарктикою у вересні-жовтні та над Арктикою - орієнтовно в січні-березні, виникли сумніви щодо достовірності гіпотези про захисні властивості озону та про руйнування його промисловими викидами, оскільки ні в Антаркті Північному полюсі жодного виробництва немає.

З позиції запропонованої гіпотези сезонність появи "дір" в озоновому шарі пояснюється тим, що влітку і восени над Антарктидою і взимку і навесні над Північним полюсом атмосфера Землі практично не піддається впливу ультрафіолету. Полюси Землі у періоди перебувають у " тіні " , з них немає джерела енергії, яка потрібна на утворення озону.

ЛІТЕРАТУРА

Мітра С. К. Верхня атмосфера.- М., 1955.
Прокоф'єва І. А. Атмосферний озон. - М.; Л., 1951.