Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

17.2I: Озон

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5769

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Озон є високоактивною формою кисню (O 3, а не O 2). Озон виробляється, коли електрична іскра проходить через повітря, і це пояснює характерний запах, який виділяють деякі електродвигуни. Озон представляє дві абсолютно різні біологічні проблеми: занадто багато на низьких рівнях атмосфери (тропосфера); занадто мало на великих висотах (стратосфера).

    Озон в тропосфері

    Озон утворюється в результаті реакції сонячного світла, кисню та автомобільних вихлопних газів (який містить вуглеводні та оксиди азоту). Озон багато в чому відповідає за дискомфорт, пов'язаний з фотохімічним смогом. Ця форма смогу, давно знайома людям в басейні Лос-Анджелеса, зараз поширена всюди, де сонячне світло і застійне повітря відбуваються в міських районах (Мехіко є драматичним прикладом з рівнем озону, який часто перевищує 100 ppb і іноді піднімається вище 350 ppb). Високий рівень озону під час накопичення смогу може спричинити труднощі людям з респіраторними захворюваннями, такими як емфізема та астма. Озон також пошкоджує рослини і може бути важливим фактором шкоди, яка завдає лісів у Європі та Північній Америці.

    Озон в стратосфері

    Хоча ми часто маємо занадто багато озону навколо нас, концентрація озону висока в стратосфері (яка починається приблизно на 7 миль [11 км] вгору - де круїзи авіалайнерів) знизилася протягом останніх двох десятиліть. Супутниковий моніторинг стратосфери, який розпочався в 1978 році, виявив помітний спад. Найсерйозніший спад відбувається над Антарктидою навесні (жовтень), коли стрімке падіння озону викликає озонову діру. На малюнку (люб'язно надано NASA) зображена карта озонової діри, виміряної над Антарктидою 5 жовтня 1987 року пристроєм, перенесеним на супутник Nimbus 7. Намальовані кінчики Південної Америки (верхній правий квадрант) та Африки (нижній правий), як і контур Австралії та Нової Зеландії (нижній лівий).

    2019hole1.jpg
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Вчені з NASA та NOAA працюють разом, щоб відстежувати озоновий шар протягом року та визначити, коли діра досягає свого річного максимального ступеня. Цього року надзвичайно сильні погодні умови викликали теплі температури у верхній атмосфері над районом Південного полюса Антарктики, що призвело до невеликої озонової діри. Кредити: НАСА Годдард/Кеті Мерсманн Це відео можна безкоштовно завантажити в Науковій студії візуалізації НАСА

    Одиниця Добсона - це міра кількості молекул озону у вертикальному стовпчику атмосфери. Ви можете бачити, що концентрація озону зменшується у все менших концентричних колах з найнижчим показанням, зосередженим над Південним полюсом. Незважаючи на аномальне збільшення в жовтні 2015 року (пов'язане з виверженням вулкана в Чилі), діра неухильно скорочується протягом останніх 14 років. Ймовірно, це результат поетапного припинення виробництва та використання хлорфторуглеродів.

    Озоновий щит

    Поширення цього повітря, зруйнованого озоном, може пояснити більш поступове і більш тривале зниження, яке спостерігається в середніх широтах. З 1978-1990, середній рівень озону знизився на 8% в Європі і близько 5% у США. Це зловісно, тому що озон захищає земну поверхню від більшої частини ультрафіолетового випромінювання, що досягає землі від сонця. Ультрафіолетові промені можуть викликати рак шкіри, катаракту, а також можуть пригнічувати імунну систему.

    альт
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): O3_UVB

    Графік (від C. R.Roy, et. al., in Nature 347: 235, 1990) показує вимірювання інтенсивності ультрафіолетового світла та концентрації озону в кілька сонячних днів у Мельбурні, Австралія, протягом грудня 1987 року та січня 1988 року. Коли рівень озону був низьким, ультрафіолетове світло було більш інтенсивним і навпаки. Падіння озону, яке тривало близько місяця, ймовірно, було спричинене озонозруйнованим повітрям, що дрейфує з озонової діри над Південним полюсом. Велика частина ультрафіолетового світла, що досягає землі, становить ультрафіолет «В» (UV-B), який включає довжини хвиль від 280 до 320 нм.

    Хлорфторуглеці (ХФУ)

    Хлорфторуглеці (ХФУ) - це синтетичні гази, в яких атоми водню метану замінюються атомами фтору та хлору (наприклад, CHF 2 Cl, CfCl 3, CF 2 Cl 2). Ці гази негорючі, нетоксичні і дуже стійкі. Вони широко використовувалися в промисловості як холодоагенти (наприклад, в холодильниках і кондиціонерах), розчинники, пропелленти в аерозольних балончиках (зараз заборонені в деяких країнах), а також у виробництві пінопласту. ХФУ виходять у повітря з усіх цих застосувань (наприклад, з негерметичних та викинутих холодильних установок). Їх хімічна інертність, що робить ХФУ настільки бажаними для промисловості, також робить їх загрозою для атмосфери. Потрапивши в атмосферу, може знадобитися 60-100 років, щоб вони розкладалися і зникли. А поки вони становлять загрозу для озонового щита.

    Хоча деяке недавнє виснаження озону в стратосфері, ймовірно, було пов'язано з природними причинами (виверження вулканів, менша кількість сонячних плям), деякі, швидше за все, викликані хлорфторуглеродами (ХФУ). Однак багатонаціональна угода, складена в 1987 році - Монреальський протокол - встановила графік скорочення використання цих матеріалів. І, власне, моніторинг показує, що концентрація ХФУ в стратосфері зменшується з середини 90-х років.

    ХФУ в значній мірі замінені гідрофторуглеродами (ГФУ) в кондиціонерах і холодильниках. ГФУ не руйнують озон, але є потужними парниковими газами. Поки озонова діра над Антарктикою все ще зберігається, є ознаки відновлення рівня озону в середніх широтах (де ми живемо). Чи збережеться ця тенденція, може залежати від внеску в руйнування озону закисом азоту.

    Дописувачі та атрибуція