Озон в атмосфере. Озоновый слой Земли

Страница 4 из 5

Значение озонового слоя – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.

Значение озонового слоя для биосферы — человека и других живых организмов.

Несмотря на ничтожно малое содержание озона в атмосфере, значение его поистине огромно. Жизнь на Земле, какой мы ее наблюдаем в настоящее время, была бы совсем другой, если бы ее не защищал тонкий трехмиллиметровый озоновый слой. А исчезни сегодня озоновый «экран», жизнь, возможно, сохранилась бы только глубоко под водой в Мировом океане или под землей.

Дело в том, что озоновый слой (озоносфера) поглощает особенно губительные коротковолновые ультрафиолетовые лучи, препятствуя тем самым повреждению живых систем.

Снижение концентрации озона в атмосфере в целом хотя бы на 10 % уже сказывается на живых организмах — снижается урожай растений, у животных и человека наблюдаются различного рода патологии, например нарушение легочной функции, увеличение хронических заболеваний легких, нервной и иммунной систем, рак кожи и сетчатки глаз. Заметные сдвиги под влиянием возросшего ультрафиолетового облучения могут наблюдаться и в состоянии целых экосистем, особенно наземной растительности и фитопланктона, а также осуществлении биогеохимических циклов.

Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.

Значение озонового слоя Земли. Спектры поглощения озона и нуклеиновых кислот.

Для наглядного представления значения озонового слоя для всего живого на планете рассмотрим спектры поглощения озона и важнейших составляющих живых организмов – нуклеиновых кислот и белков.

Любое вещество имеет свои полосы поглощения. И озон, и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), и белки интенсивнее всего поглощают в области спектра с длиной волны 200-300 нм. А губительные для живых организмов УФ-лучи как раз и занимают эту часть спектра солнечного излучения.

Рис 1. Спектральная кривая поражения генетического аппарата микроорганизмов ультрафиолетовыми лучами.

Чтобы не быть голословными и убедить самых недоверчивых в огромном значении озонового слоя, углубимся немного в теорию и докажем, что озоновый слой поглощает смертельные для всего живого ультрафиолетовые лучи. Для этого рассмотрим спектры поглощения озона (озонового слоя) и нуклеиновых кислот и белков.

Для начала определимся с понятиями.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА — уменьшение интенсивности оптического излучения при прохождении через какую-либо среду за счёт взаимодействия с ней, в результате которого световая энергия переходит в другие виды энергии или в оптическое излучение другого спектрального состава.

СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ - это совокупность частот, поглощаемых данным веществом.

Спектр поглощения озона.

Озон (O 3) имеет очень сложный спектр поглощения, где выделены полосы максимально интенсивного поглощения. Как и многие другие полосы поглощения в молекулярной спектроскопии, эти полосы носят имя исследователя, открывшего их.

Полосы поглощения озона:

Полоса Хартли (200 — 300 нм; l max =255 нм);
Полоса Хюггинса (320-340 нм);
Полоса Шалона–Лефевра (330-350 нм);
Полоса Шаппюи (500 — 650 нм; l max =600 нм).

Рис 2. Полосы поглощения озона.

Главная полоса поглощения – полоса Хартли . Максимальное поглощение у нее достигается на длине волны в 255 нм. Обратите внимание, на рисунке 1 максимум поражения генетического аппарата у живых организмов также приходится именно на эту длину волны. Следовательно, максимальное значение озонового слоя Земли для живых организмов проявляется именно в этой полосе.

При длинах волн более 300 нм к полосам Хартли примыкают более слабые полосы Хаггинса и Шалона–Лефевра (рис. 2). Коэффициент поглощения в этих полосах на несколько порядков меньше, чем у полос Хартли. Отдельные близко расположенные в этих системах полосы имеют хорошо различимые резкие максимумы и минимумы. Наконец, в видимом участке спектра расположена широкая полоса Шаппюи , с которой связана синяя окраска озона.

Очень сильное поглощение озона наблюдается также в области вакуумного ультрафиолета (100 – 200 нм). Вместе с поглощением в полосах Хартли это поглощение приводит к обрыву солнечного спектра на поверхности Земли при длинах волн меньше 290 нм, что очень важно для защиты жизни на нашей планете от коротковолновых излучений.

Спектры поглощения нуклеиновых кислот и белков.

Нуклеиновые кислоты поглощают только в УФ области (180-220 и 240-280 нм). Их хромофорами являются, в основном, пуриновые и пиримидиновые основания.

Рис 3. Спектр поглощения белков и нуклеиновых кислот.

Хромофоры — ненасыщенные группы атомов, обуславливающие цвет химического соединения и поглощающие электромагнитное излучение.

Белки имеют три типа хромофорных групп: собственно пептидные группы, боковые группы аминокислотных остатков и простетические группы. Первые две поглощают в УФ области и не поглощают в видимой области. Пептидные группы -CO-NH- поглощают в районе 190 нм. Боковые группы трех ароматических кислот — триптофана, тирозина и фенилаланина — также поглощают на этих длинах волн, причем значительно сильнее, чем пептидные группы. Кроме того они имеют полосу поглощения в диапазоне 260-280 нм.

Простетические группы (гем в гемоглобине и др. хромофоры) поглощают в УФ и в видимой области. Именно они придают белку цвет (например, красный цвет гемоглобину).

Значение озонового слоя, как терморегулятора атмосферы.

Озоновый слой имеет значение не только как экран биосферы от повреждения жестким ультрафиолетовым излучением, но и определяет термический режим атмосферы Земли . В инфракрасной области спектра у озона есть еще важная полоса поглощения с максимумом 960 нм. Благодаря этому, О 3 поглощает выделяемую Землей энергию инфракрасного диапазона (тепловую), не дает ей рассеяться в Космосе, и тем самым задерживает тепло в атмосфере нашей планеты.

Озон задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.

Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.

А чем же так опасны ультрафиолетовые лучи? Почему мы придаем такое большое значение озоновому слою, поглощающему их. Познакомимся с ультрафиолетовой частью спектра солнечного излучения поближе.

Как влияет на растения ультрафиолетовая часть солнечного спектра? Вернемся снова к теории. Ультрафиолетовый диапазон длин волн подразделяют на «дальний», при 100-200 нм (нам до него дела нет, этот «свет» поглощается молекулами кислорода в верхних слоях атмосферы и поверхности Земли не достигает) и «ближний», при 200-380 нм, который, в свою очередь, условно делят на 3 части.

УФА – «полезный», с длиной волны от 320 нм до привычного «фиолетового» (он начинается с 380 нм). Ультрафиолетовое излучение с этой длиной волны глубже всего проникает в ткани животных и растений. У человека, например, она участвует в выработке витамина D, некоторые виды ящериц его вообще видят глазами, не говоря уже о том, что УФА стимулирует некоторые виды рептилий во время брачного периода.

УФВ – 280-320 нм – диапазон среднего ультрафиолета. Он вызывает не только преждевременное старение кожи человека и замедление вегетативного роста большинства растений, но и несмолкающие споры о своем влиянии на биосферу. Благодаря УФВ европейцы получают золотисто-коричневый цвет кожи во время летних отпусков. Чем ближе к границе с УФС (280 нм), тем смертоноснее лучи.

И, наконец, УФС – «жесткий» ультрафиолет с длиной волны от 200 до 280 нм. Есть мнение, что на некоторых стадиях развития жизни на Земле УФС весьма активно участвовал в создании ДНК, потому что спектр поглощения нуклеиновых кислот имеет пик в области 254 нм. Продемонстрировано это на рис. 1. Как видно из рисунка, с УФС связано не только начало жизни на Земле, но и, при некоторых условиях, её конец. В диапазоне УФС, на длине волны 254 нм, излучают стерилизаторы – ртутные ультрафиолетовые лампы низкого давления, применяемые только в медицине.

Итак, ультрафиолетовая солнечная радиация по степени воздействия на живые организмы делится на три вида:

УФ-А (длина волны — 0,4–0,315 мкм) – наименее опасный для живого вещества вид ультрафиолетового излучения. До поверхности земли этих лучей доходит наибольшее количество.
УФ-В (длина волны — 0,315–0,280 мкм) – доходит до земли лишь в небольших дозах.
УФ-С (длина волны — 0,28–0,01 мкм) – наиболее опасный для живого вещества вид ультрафиолетовых лучей: даже в небольших дозах оказывает губительное воздействие на живые организмы. К счастью, УФ-С почти полностью поглощается озоновым слоем и до земли практически не доходит.

Озоносфера — слой атмосферы нашей планеты, задерживающий наиболее жесткую часть ультрафиолетового спектра. Некоторые виды солнечных лучей губительно действуют на живые организмы. Периодически озоносфера истончается, в ней появляются бреши разной величины. Через возникшие отверстия на поверхность Земли могут свободно проникать опасные лучи. Где находится Что можно сделать для его сохранения? Обсуждению этих проблем географии и экологии Земли посвящена предлагаемая статья.

Что такое озон?

Кислород на Земле существует в виде двух простых газообразных соединений, входит в состав воды и очень большое число других распространенных неорганических и органических веществ (силикатов, карбонатов, сульфатов, белков, углеводов, жиров). Одно из более известных аллотропных видоизменений элемента — простое вещество кислород, его формула — О 2 . Вторая модификация атомов - О этого вещества — О 3 . Трехатомные молекулы образуются при избытке энергии, например, в результате грозовых разрядов в природе. Далее мы выясним, что такое озоновый слой Земли, почему его толщина постоянно изменяется.

Озон при обычных условиях — газ синего цвета, обладающий резким, специфическим ароматом. Молекулярный вес вещества составляет 48 (для сравнения — Mr (возд.) = 29). Запах озона напоминает о грозе, ведь после этого природного явления молекул О 3 в воздухе становится больше. Концентрация увеличивается не только там, где находится озоновый слой, но и близко к поверхности Земли. Это химически активное вещество является токсичным для живых организмов, но быстро диссоциирует (распадается). В лаборатории и промышленности созданы специальные приборы - озонаторы - для пропускания электрических разрядов через воздух или кислород.

слой?

Молекулы О 3 обладают высокой химической и биологической активностью. Присоединение третьего атома к двухатомному кислороду сопровождается повышением запаса энергии и нестабильностью соединения. Озон легко распадается на молекулярный кислород и активную частицу, которая энергично окисляет другие вещества и убивает микроорганизмы. Но чаще вопросы, связанные с пахнущим соединением, касаются его скопления в атмосфере над Землей. Что такое озоновый слой и почему его разрушение вредно?

Непосредственно у поверхности нашей планеты всегда присутствует некоторое количество молекул О 3 , но с высотой концентрация соединения возрастает. Образование этого вещества происходит в стратосфере благодаря ультрафиолетовому излучению Солнца, несущему большой запас энергии.

Озоносфера

Существует область пространства над Землей, где озона намного больше, чем у поверхности. Но в целом оболочка, состоящая из молекул О 3 , — тонкая и прерывистая. Где находится озоновый слой Земли или озоносфера нашей планеты? Непостоянство толщины этого экрана не раз приводило в замешательство исследователей.

В атмосфере Земли всегда присутствует некоторое количество озона, наблюдаются значительные колебания его концентрации с высотой и по годам. Разберемся в этих проблемах после того, как выясним точное расположение защитного экрана из молекул О 3 .

Где находится озоновый слой Земли?

Заметное повышение содержания начинается на расстоянии 10 км и сохраняется до 50 км над Землей. Но то количество вещества, которое имеется в тропосфере, — это еще не экран. По мере удаления от земной поверхности возрастает плотность озона. Максимальные значения приходятся на стратосферу, ее область на высоте от 20 до 25 км. Здесь молекул О 3 содержится в 10 раз больше, чем у поверхности Земли.

Но почему толщина, целостность слоя озона вызывает беспокойство ученых и простых людей? Бум по поводу состояния защитного экрана разразился в минувшем столетии. Исследователи обнаружили, что озоновый слой атмосферы над Антарктидой стал тоньше. Была установлена основная причина явления — диссоциация молекул О 3 . Разрушение происходит в результате совместного воздействия ряда факторов, ведущим среди них считается антропогенный, связанный с деятельностью человечества.

Озоновые дыры

В последние 30-40 лет ученые отмечают появление брешей в защитном экране над поверхностью Земли. Тревогу научного сообщества вызвали сообщения о том, что озоновый слой — щит Земли — интенсивно деградирует. Все СМИ в середине 1980 годов напечатали сообщения о «дыре» над Антарктидой. Исследователи обратили внимание, что эта брешь в слое озона увеличивается в весенний период. Основной причиной роста повреждения были названы искусственные и синтетические вещества — хлорфторуглероды. Наиболее распространенные группы этих соединений — фреоны или хладогены. Известно более 40 веществ, относящихся к данной группе. Они поступают из многих источников, потому что области применения включают в себя пищевую, химическую, парфюмерную и другие отрасли.

В состав фреонов, кроме углерода и водорода, входят галогены: фтор, хлор, иногда бром. Большое количество подобных веществ используется в качестве хладогентов в холодильниках, кондиционерах. Сами по себе фреоны устойчивы, но при высоких температурах и в присутствии активных химических агентов вступают в реакции окисления. Среди продуктов реакции могут быть соединения, токсичные для живых организмов.

Фреоны и озоновый экран

Хлорфторуглероды взаимодействуют с молекулами О3 и разрушают защитный слой над поверхностью Земли. Сначала истончение озоносферы приняли за естественное колебание ее толщины, что происходит постоянно. Но со временем отверстия, подобные «дыре» над Антарктидой, были замечены по всему Северному полушарию. Количество таких брешей увеличилось со времени первого наблюдения, но по размерам они меньше, чем над ледяным материком.

Первоначально ученые сомневались, что именно фреоны вызывают процесс разрушения озона. Это вещества с большой молекулярной массой. Как они могут достичь стратосферы, где находится озоновый слой, если намного тяжелее кислорода, азота и углекислого газа? Наблюдения за в атмосфере во время грозы, а также проведенные эксперименты доказали возможность проникновения разных частиц с воздухом на высоту 10-20 км над Землей, где находится граница тропосферы и стратосферы.

Многообразие разрушителей озона

В зону озонового экрана также поступают оксиды азота, возникающие в результате сгорания топлива в двигателях сверхзвуковых самолетов и разных типов космических аппаратов. Дополняют список веществ, от которых разрушаются атмосфера, озонный слой, выбросы земных вулканов. Иной раз потоки газов и пыли достигают высоты 10-15 километров и разносятся на сотни тысяч километров.

Смог над крупными промышленными центрами и мегаполисами тоже вносит свою лепту в диссоциацию молекул О 3 в атмосфере. Причиной увеличения размеров озоновых дыр также считается возрастание концентраций так называемых парниковых газов в атмосфере, где находится озоновый слой. Таким образом, глобальная экологическая проблема климатических изменений непосредственно связана с вопросами по поводу разрушения озона. Дело в том, что парниковые газы содержат вещества, вступающие в реакцию с молекулами О 3 . Озон диссоциирует, атом кислорода вызывает окисление других элементов.

Опасность потери озонового щита

Были ли бреши в озоносфере до полетов в космос, появления фреонов и других загрязнителей атмосферы? Перечисленные вопросы являются дискуссионными, но вывод напрашивается один: озоновый слой атмосферы необходимо изучать и сохранять от разрушения. Наша планета без экрана из молекул О 3 лишается своей защиты от жестких космических лучей определенной длины, поглощаемых слоем активного вещества. Если озоновый экран тонкий или отсутствует, то основные жизненные процессы на Земле подвергаются опасности. Чрезмерное повышает риск мутаций в клетках живых организмов.

Охрана озонового слоя

Отсутствие данных о толщине защитного экрана в прошлые столетия и тысячелетия затрудняет прогнозы. Что произойдет, если озоносфера разрушится полностью? Несколько десятилетий медики отмечают рост числа людей, пораженных раком кожи. Это одно из заболеваний, к которому приводит чрезмерное ультрафиолетовое облучение.

В 1987 году несколько стран присоединились к Монреальскому протоколу, который предусматривал сокращение и полный запрет на производство хлорфторуглеродов. Это была только одна из мер, которые помогут сохранить озоновый слой — ультрафиолетовый щит Земли. Но фреоны по-прежнему вырабатываются промышленностью и поступают в атмосферу. Тем не менее соблюдение Монреальского протокола привело к сокращению озоновых дыр.

Что может сделать каждый для сохранения озоносферы?

Исследователи предполагают, что на полное восстановление защитного экрана потребуется еще несколько десятилетий. Это в том случае, если прекратится его интенсивное разрушение, что вызывает немало сомнений. продолжают поступать в атмосферу, производятся запуски ракет и других космических аппаратов, растет парк воздушных судов в разных странах. Это означает, что ученым еще предстоит разработать эффективные пути охраны озонового щита от разрушения.

На бытовом уровне каждый человек тоже может внести свой вклад. Озон меньше будет подвергаться разложению, если воздух станет чище, будет меньше содержать пыли, сажи, токсичных выхлопов автотранспорта. Для охраны тонкой озоносферы необходимо прекратить сжигание отходов, наладить повсеместно их безопасную утилизацию. Транспорт нужно переводить на более экологически чистые виды топлива, повсеместно экономить разные виды энергоресурсов.

Атмосфера

Атмосфера - смесь различных газов, окружающих Землю. Эти газы обеспечивают жизнь всем живым организмам.
Атмосфера дает нам воздух и защищает от вредного воздействия солнечных лучей. Благодаря своей массе и земному притяжению она удерживается вокруг планеты. Кроме того, слой атмосферы (толщиной около 480 км) служит щитом от бомбардировки странствующими в космосе метеорами.

Что такое атмосфера?
Атмосфера состоит из смеси 10 различных газов, преимущественно азота (около 78%) и кислорода (21%). Оставшийся один процент приходится в основном на аргон плюс небольшие количества углекислого газа, гелия и неона. Данные газы являются инертными (они не вступают в химические реакции с другими веществами). Крошечную долю атмосферы составляют также двуокись серы, аммиак, угарный газ, озон (родственный кислороду газ) и водяные пары. И, наконец, в атмосфере содержатся загрязняющие вещества, такие как газообразные загрязнения, частицы дыма, соль, пыль и вулканический пепел.

Все выше и выше
Эта смесь газов и мельчайших твердых частиц состоит из четырех основных слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы. Первый слой - тропосфера - является самым тонким, заканчиваясь на высоте около 12 км над землей. Но даже этот потолок непреодолим для самолетов, которые летают, как правило, на высоте 9-11 км. Это самый теплый слой, поскольку солнечные лучи отражаются от земной поверхности и нагревают воздух. По мере удаления от земли температура воздуха падает до -55°С в верхней части тропосферы.
Далее идет стратосфера, которая простирается до высоты около 50 км над поверхностью. В верхней части тропосферы находится озоновый слой. Здесь температура выше, чем в тропосфере, так как озон задерживает значительную часть губительного ультрафиолетового излучения. Однако экологи обеспокоены тем, что загрязняющие вещества разрушают этот слой.
Над стратосферой (50-70 км) находится мезосфера. В пределах мезосферы, при температуре около -225°С, имеется мезопауза - самая холодная область атмосферы. Здесь так холодно, что образуются облака изо льда, которые можно наблюдать поздно вечером, когда заходящее солнце подсвечивает их снизу.
Метеоры, летящие к Земле, обычно сгорают в мезосфере. Несмотря на то, что воздух здесь очень разрежен, трение, возникающее при столкновении метеора с молекулами кислорода, создает сверхвысокую температуру.

На краю космоса
Последний основной слой атмосферы, отделяющий Землю от космоса, называется термосферой. Он находится на высоте примерно 100 км от земной поверхности и состоит из ионосферы и магнитосферы.
В ионосфере солнечная радиация вызывает ионизацию. Именно здесь частицы получают электрический заряд. Когда они проносятся через атмосферу, можно наблюдать находящееся на большой высоте полярное сияние. Кроме того, ионосфера отражает радиоволны, обеспечивая возможность дальней радиосвязи.
Выше расположена магнитосфера, которая представляет собой наружный край магнитного поля Земли. Она действует как гигантский магнит и защищает Землю, улавливая частицы большой энергии.
Термосфера имеет наименьшую плотность среди всех слоев, атмосфера постепенно исчезает и сливается с космическим пространством.

Ветер и погода
Системы формирования погоды всего мира находятся в тропосфере. Они возникают в результате совместного воздействия на атмосферу солнечной радиации и вращения Земли. Движение воздуха, известное как ветер, происходит, когда теплые воздушные массы поднимаются вверх, вытесняемые холодными. Воздух больше всего прогревается на экваторе, где солнце находится в зените, и становится холоднее по мере приближения к полюсам.
Часть атмосферы, наполненная жизнью, называется биосферой. Она простирается от высоты птичьего полета до поверхности и в глубь земли и океана. В границах биосферы происходит тонкий процесс обеспечения баланса между растительной и животной жизнью.
Животные потребляют кислород и выдыхают углекислый газ, который "впитывают" зеленые растения в результате фотосинтеза, используя энергию солнечного света для выделения кислорода в воздух. Так обеспечивается замкнутый цикл, от которого зависит выживание всех животных и растений.

Угроза для атмосферы
Атмосфера позволяла сохранять это естественное равновесие в течение сотен тысяч лет, однако теперь этому источнику жизни и защиты серьезно угрожают последствия деятельности человека: парниковый эффект, глобальное потепление климата, загрязнение воздуха, разрушение озонового слоя и кислотные дожди.
В результате всемирной индустриализации за последние 200 лет нарушился газовый баланс атмосферы. Сжигание ископаемых видов топлива (угля, нефти, природного газа) привело к колоссальным выбросам двуокиси углерода и других газов, особенно после появления автомобилей в конце XIX века. Прогресс в области агротехники также повлек за собой увеличение количества метана и оксидов азота, поступающих в атмосферу.

Парниковый эффект
Эти газы, уже присутствующие в атмосфере, задерживают тепло солнечных лучей, отражающихся от поверхности. Если бы их не было, на Земле царил бы такой холод, что океаны бы замерзли, а все живые организмы погибли бы.
Однако, когда содержание "парниковых газов" увеличивается из-за загрязнения воздуха, слишком большое количество тепла удерживается в атмосфере, что приводит к потеплению климата во всем мире. В результате, только за последнее столетие средняя температура на планете увеличилась на полградуса Цельсия. Сегодня ученые прогнозируют дальнейшее потепление примерно на 1,5-4,5°С к середине нынешнего века.
По оценкам, более миллиарда людей (около одной пятой населения Земли) дышат сегодня воздухом, сильно зараженным вредными газами. В основном речь идет об угарном газе и сернистом ангидриде. Это стало причиной резкого увеличения количества заболеваний грудной клетки и легких, особенно среди детей и пожилых людей.
Тревогу вызывает и возросшее количество людей, страдающих от рака кожи. Это результат воздействия ультрафиолетовых лучей, проникающих через разрушенный озоновый слой.

Озоновые дыры
Озоновый слой в стратосфере защищает нас путем поглощения ультрафиолетовых солнечных лучей. Однако широкое применение во всем мире хлор- и фторсодержащих углеводородов (ХФУ), используемых в аэрозольных баллончиках и холодильниках, а также многих видов бытовой химии и полистирола привело к тому, что по мере подъема вверх эти газы распадаются и образуют хлор, который, в свою очередь, разрушает озон.
Исследователи Антарктиды впервые сообщили об этом явлении в 1985 году, когда над частью южного полушария образовалась дыра в озоновом слое. Если это произойдет и в других местах планеты, мы будем подвергаться более интенсивному воздействию вредного излучения. В 1995 году ученые сообщили тревожную весть о появлении озоновой дыры над Арктикой и частью Северной Европы.

Кислотные дожди
Кислотный дождь (включающий серную и азотную кислоту) образуется в результате реакции сернистого ангидрида и окислов азота (промышленных загрязняющих веществ) с водяными парами в атмосфере. В местах выпадения кислотных дождей погибают растения и животные. Известны случаи, когда кислотные дожди уничтожали целые леса. Более того, кислотные дожди попадают в озера и реки, распространяя свое пагубное воздействие на большие площади и убивая даже мельчайшие формы жизни.
Нарушения естественного баланса атмосферы чреваты крайне негативными последствиями. Предполагается, что уровень Мирового океана повысится в результате глобального потепления, это приведет к затоплению низин суши. Такие города, как Лондон и Нью-Йорк, могут пострадать от наводнений. Это повлечет многочисленные жертвы, возникновение эпидемий в связи с заражением водных ресурсов. Изменится карта выпадения дождей, и огромные территории будут испытывать засуху, что вызовет повсеместный голод. За все это придется расплачиваться огромным количеством человеческих жизней.

Что еще можно сделать?
Сегодня все больше людей задумываются над проблемами окружающей среды, и правительства многих стран мира уделяют пристальное внимание вопросам экологии. Такие проблемы, как рациональное использование энергии, решаются в глобальном масштабе. Если мы будем потреблять меньше электроэнергии и ездить на несколько километров меньше, нам удастся сократить количество ископаемых видов топлива, используемого для производства электричества, бензина и дизельного топлива. Во многих странах работают над использованием альтернативных источников энергии, включая энергию ветра и солнечную энергию. Однако они еще не скоро смогут заменить ископаемое топливо в широком масштабе.
Деревья, как и другие растения, преобразуют углекислый газ в кислород и играют жизненно важную роль в регулировании содержания парниковых газов в атмосфере. В Южной Америке вырубаются колоссальные количества тропического леса. Уничтожение миллионов квадратных километров леса означает поступление меньшего количества кислорода в атмосферу и скопление большего количества углекислого газа, создающего эффект тепловой ловушки.

Всемирные кампании
Во всем мире проходят кампании с целью убедить правительства соответствующих стран прекратить уничтожение тропических лесов. В некоторых странах предпринимаются попытки восстановить природный баланс путем поощрения и субсидирования посадки деревьев.
Однако мы больше не можем быть уверены в чистоте воздуха, которым дышим. Благодаря давлению со стороны общественности, постепенно сокращается применение ХФУ, а вместо них используются альтернативные химические вещества. И тем не менее, атмосфера по-прежнему в опасности. Необходимо обеспечить жесткий контроль над действиями человека, чтобы гарантировать "безоблачное" будущее нашей атмосферы.

В настоящее время общепринято мнение, что все живое на Земле от губительного воздействия жесткого, биологически опасного ультрафиолетового излучения защищает озоновый слой. Поэтому немалую тревогу во всем мире вызвало сообщение о том, что в этом слое обнаружены "дыры" - области, где толщина озонового слоя существенно уменьшена. После ряда исследований был сделан вывод, что разрушению озона способствуют фреоны - фторхлорпроизводные предельных углеводородов (C n H 2n+2), имеющие химические формулы типа CFCl 3 , CHFCl 2 , C 3 H 2 F 4 Cl 2 и другие. Фреоны к тому времени уже находили широчайшее применение: они служили рабочим веществом в домашних и промышленных холодильниках, ими в качестве пропеллента (выталкивающего газа) заряжались аэрозольные баллончики с парфюмерией и бытовой химией, их использовали для проявки некоторых технических фотоматериалов. И поскольку утечки фреонов при этом колоссальны, в 1985 году была принята Венская конвенция по защите озонового слоя, а 1 января 1989 года составлен Международный (Монреальский) протокол о запрещении производства фреонов. Тем не менее у старшего научного сотрудника одного из московских институтов Н. И. Чугунова, специалиста в области физической химии, участника советско-американских переговоров о запрещении химического оружия (Женева, 1976 год), возникли серьезные сомнения как в "заслугах" озона в защите от ультрафиолета, так и в "вине" фреонов в разрушении озонового слоя.

Суть предлагаемой гипотезы заключается в том, что все живое на Земле от биологически опасного ультрафиолета защищает не озон, а кислород атмосферы. Именно кислород, поглощая это коротковолновое излучение, преобразуется в озон. Рассмотрим гипотезу с точки зрения основного закона природы - закона сохранения энергии.

Если, как сейчас принято считать, озоновый слой задерживает ультрафиолетовое излучение, то он поглощает его энергию. Но энергия не может исчезнуть бесследно, и поэтому с озоновым слоем что-то должно произойти. Есть несколько вариантов.

Переход энергии излучения в тепловую. Следствием этого должно быть нагревание озонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холодной атмосферы. А первая область повышенной температуры (так называемый мезопик) находится в два с лишним раза выше озонового слоя.

Энергия ультрафиолета расходуется на разрушение озона. Если это так, рушится не только основной тезис о защитных свойствах озонового слоя, но и обвинения в адрес "коварных" промышленных выбросов, которые якобы разрушают его.

Накопление энергии излучения в озоновом слое. Оно не может происходить бесконечно. В какой-то момент будет достигнут предел насыщения озонового слоя энергией, и тогда, скорее всего, пойдет химическая реакция взрывного типа. Однако в природе никто и никогда не наблюдал взрывов озонового слоя.

Несоответствие закону сохранения энергии свидетельствует о том, что мнение о поглощении озоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано.

Известно, что на высоте 20-25 километров над Землей озон образует слой повышенной концентрации. Возникает вопрос - откуда он там появился? Если рассматривать озон как дар природы, то на эту роль он не пригоден - слишком легко разлагается. Причем процесс разложения имеет ту особенность, что при малом содержании озона в атмосфере скорость разложения невелика, а с ростом концентрации она резко увеличива ется, и при 20-40% содержания озона в кислороде разложение идет уже со взрывом. А чтобы в воздухе появился озон, необходимо воздействие какого-то источника энергии на атмосферный кислород. Им может быть электрический разряд (особая "свежесть" воздуха после грозы - следствие появления озона), а также коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Именно облучение воздуха ультрафиолетом длиной волны около 200 нанометров (нм) - один из способов получения озона в лабораторных и промышленных условиях.

Ультрафиолетовое излучение Солнца лежит в диапазоне длин волн от 10 до 400 нм. Чем короче длина волны, тем больше энергии несет излучение. Энергия излучения расходуется на возбуждение (переход на более высокий энергетический уровень), диссоциацию (разъединение) и ионизацию (превращение в ионы) молекул газов атмосферы. Расходуя энергию, излучение ослабевает, или, иначе, поглощается. Это явление количественно характеризуют коэффициентом поглощения. С уменьшением длины волны коэффициент поглощения увеличива ется - излучение воздействует на вещество сильнее.

Принято подразделять ультрафиолетовое излучение на два диапазона - ближний ультрафиолет (длина волны 200-400 нм) и дальний, или вакуумный (10-200 нм). Судьба вакуумного ультрафиолета нас не волнует - он поглощается в высоких слоях атмосферы. Именно ему принадлежит заслуга в создании ионосферы. Следует обратить внимание на отсутствие логики при рассмотрении процессов поглощения энергии в атмосфере - дальний ультрафиолет создает ионосферу, а ближний ничего не создает, энергия исчезает без последствий. Так получается по гипотезе о его поглощении озоновым слоем.Предлагаемая гипотеза устраняет эту нелогичность.

Нас интересует ближний ультрафиолет, который пронизывает нижележащие слои атмосферы, в том числе - стратосферу, тропосферу, и облучает Землю. На своем пути излучение продолжает изменять спектральный состав за счет поглощения коротких волн. На высоте 34 километра излучений с длиной волн короче 280 нм не обнаружено. Наиболее же биологически опасным считается излучение с длинами волн от 255 до 266 нм. Из этого следует, что губительный ультрафиолет поглощается, не достигнув озонового слоя, то есть высот 20-25 километров. А до поверхности Земли доходит излучение с минимальной длиной волны 293 нм, опасности не
представляющее. Таким образом озоновый слой не принимает участия в поглощении биологически опасного излучения.

Рассмотрим наиболее вероятный процесс образования озона в атмосфере. При поглощении энергии коротковолнового ультрафиолетового излучения часть молекул ионизуется, теряя электрон и приобретая положительный заряд, а часть диссоциирует на два нейтральных атома. Свободный электрон, образовавшийся при ионизации, соединяется с одним из атомов, образуя отрицательный ион кислорода. Разноименно заряженные ионы соединяются, образуя нейтральную молекулу озона. Одновременно атомы и молекулы, поглощая энергию, переходят на верхний энергетический уровень, в возбужденное состояние. Для молекулы кислорода величина энергии возбуждения равна 5,1 эВ. В возбужденном состоянии молекулы находятся около 10 -8 секунды, после чего, испуская квант излучения, распадаются (диссоциируют) на атомы.

В процессе ионизации кислород имеет преимущество: он требует для этого наименьшей энергии среди всех составляющих атмосферу газов - 12,5 эВ (у водяного пара - 13,2; углекислого газа - 14,5; водорода - 15,4; азота - 15,8 эВ).

Таким образом, при поглощении ультрафиолета в атмосфере образуется своего рода смесь, в которой преобладают свободные электроны, нейтральные атомы кислорода, положительные ионы молекул кислорода, при их взимодействии образуется озон.

Взаимодействие ультрафиолетового излучения с кислородом происходит по всей высоте атмосферы - есть сведения, что в мезосфере, на высоте от 50 до 80 километров, уже наблюдается процесс образования озона, который продолжается в стратосфере (от 15 до 50 км) и в тропосфере (до 15 км). Вместе с тем верхние слои атмосферы, в частности мезосфера, подвержены такому сильному воздействию коротковолнового ультрафиолета, что ионизуются и распадаются молекулы всех составляющих атмосферу газов. Не может не разлагаться и только что образовавшийся там озон, тем более, что для этого требуется почти такая же энергия, как и для молекул кислорода. И тем не менее разрушается он не полностью - часть озона, который в 1,62 раза тяжелей воздуха, опускается в нижние слои атмосферы до высоты 20-25 километров, где плотность атмосферы (примерно 100 г/м 3) позволяет ему находиться как бы в равновесном состоянии. Там молекулы озона создают слой повышенной концентрации. При нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составляла бы 3-4 миллиметра. Практически невозможно представить, до каких сверхвысоких температур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы он действительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения.

На высотах ниже 20-25 километров продолжается синтез озона, о чем свидетельствует изменение длины волн ультрафиолетового излучения с 280 нм на высоте 34 километра до 293 нм у поверхности Земли. Образовавшийся озон, будучи не в состоянии подняться вверх, остается в тропосфере. Это определяет постоянное содержание озона в воздухе приземного слоя зимой на уровне до 2. 10 -6 %. Летом концентрация озона в 3-4 раза выше, по-видимому, за счет дополнительного образования озона при грозовых разрядах.

Таким образом, от жесткого ультрафиолетового излучения все живое на Земле защищает кислород атмосферы, озон же оказывается всего лишь побочным продуктом этого процесса.

Когда было обнаружено появление "дыр" в озоновом слое над Антарктикой в сентябре-октябре и над Арктикой - ориентировочно в январе-марте, возникли сомнения в достоверности гипотезы о защитных свойствах озона и о разрушении его промышленными выбросами, так как ни в Антарктиде, ни на Северном полюсе никакого производства нет.

С позиции же предлагаемой гипотезы сезонность появления "дыр" в озоновом слое объясняется тем, что летом и осенью над Антарктидой и зимой и весной над Северным полюсом атмосфера Земли практически не подвергается воздействию ультрафиолета. Полюса Земли в эти периоды находятся в "тени", над ними нет источника энергии, необходимой для образования озона.

ЛИТЕРАТУРА

Митра С. К. Верхняя атмосфера. - М., 1955.
Прокофьева И. А. Атмосферный озон . - М.; Л., 1951.

Вода, солнечные лучи и кислород, содержащийся в земной атмосфере – вот основные условия возникновения и факторы, обеспечивающие продолжение жизни на нашей планете. При этом уже давно доказано, что спектр и интенсивность солнечной радиации в космическом вакууме неизменны, а на Земле воздействие ультрафиолетового излучения зависит от очень многих причин: времени года, географического местоположения, высоты над уровнем моря, толщины озонового слоя, облачности и уровня концентрации естественных и промышленных примесей в воздухе.

Что такое ультрафиолетовые лучи

Солнце излучает лучи в видимых и невидимых для человеческого глаза диапазонах. К невидимому спектру относятся инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.

Инфракрасное излучение – это электромагнитные волны длиной от 7 до 14 нм, которые несут на Землю колоссальный поток тепловой энергии, и поэтому их часто называют тепловыми. Доля инфракрасных лучей в солнечной радиации – 40%.

Ультрафиолетовое излучение представляет собой спектр электромагнитных волн, диапазон которых разделён условно на ближние и дальние ультрафиолетовые лучи. Дальние или вакуумные лучи полностью поглощаются верхними слоями атмосферы. В земных условиях они искусственно генерируются только в вакуумных камерах.

Ближние ультрафиолетовый лучи, разделены на три подгруппы диапазонов:

длинный – А (UVA) от 400 до 315 нм;
средний – В (UVB) от 315 до 280 нм;
короткий – С (UVС) от 280 до 100 нм.

Чем измеряется ультрафиолетовое излучение? Сегодня существуют много специальных приборов, как для бытового, так и для профессионального применения, которые позволяют измерить частоту, интенсивность и величину полученной дозы УФ-лучей, и тем самым оценить их вероятную вредность для организма.

Несмотря на то, что ультрафиолетовое излучение в составе солнечного света занимает всего лишь около 10%, именно благодаря его воздействию произошёл качественны скачок в эволюционном развитии жизни – выход организмов из воды на сушу.

Основные источники ультрафиолетового излучения

Главный и естественный источник ультрафиолетового излучения – это конечно же Солнце. Но и человек научился «производить ультрафиолет» с помощью специальных ламповых приборов:

ртутно-кварцевые лампы высокого давления, работающие в общем диапазоне УФ-излучения – 100-400 нм;
витальные люминесцентные лампы, генерирующие длину волн от 280 до 380 нм, с максимальным пиком излучения между 310 и 320 нм;
озонные и безозонные (с кварцевым стеклом) бактерицидные лампы, 80% ультрафиолетовых лучей которых приходится на длину 185 нм.

Как ультрафиолетовое излучение солнца, так и искусственный ультрафиолетовый свет обладают возможностью воздействовать на химическую структуру клеток живых организмов и растений, и на сегодняшний момент, известны только некоторые разновидности бактерий, которые могут обходиться и без него. Для всех остальных отсутствие ультрафиолетового излучения приведёт к неминуемой гибели.

Так каково же реальное биологическое действие ультрафиолетовых лучей, какова польза и есть ли вред от ультрафиолета для человека?

Влияние ультрафиолетовых лучей на организм человека

Самая коварная ультрафиолетовая радиация – это коротковолновое ультрафиолетовое излучение, поскольку оно разрушает любые виды белковых молекул.

Так почему на нашей планете возможна и продолжается наземная жизнь? Какой слой атмосферы задерживает губительные ультрафиолетовые лучи?

От жесткого ультрафиолетового излучения живые организмы защищают озоновые слои стратосферы, которые полностью поглощают лучи этого диапазона, и они просто не достигают поверхности Земли.

Поэтому, 95% общей массы солнечного ультрафиолета приходиться на длинные волны (А), а приблизительно 5% на средние (В). Но тут важно уточнить. Несмотря на то, что длинных УФ-волн гораздо больше, и они обладают большой проникающей способностью, оказывая воздействие на сетчатый и сосочковый слои кожи, именно 5% средних волн, которые не могут проникнуть дальше эпидермиса, обладают наибольшим биологическим воздействием.

Именно ультрафиолетовое излучение среднего диапазона интенсивно воздействует на кожный покров, глаза, а также активно влияет на работу эндокринной, центральной нервной и иммунной систем.

С одной стороны, облучение ультрафиолетом может вызвать:

сильный солнечный ожог кожных покровов – ультрафиолетовая эритема;
помутнение хрусталика, приводящее к слепоте – катаракта;
рак кожи – меланома.

Помимо этого, ультрафиолетовые лучи обладают мутагенным действием и вызывают сбои в работе иммунной системы, которые становятся причиной возникновения других онкологических патологий.

С другой стороны, именно действие ультрафиолетового излучения оказывает значимое влияние на метаболические процессы, происходящие в человеческом организме в целом. Повышается синтез мелатонина и серотонина, уровень которых оказывает положительное воздействие на работу эндокринной и центральной нервной системы. Ультрафиолетовый свет активизирует выработку витамина D, который является главным компонентом для усвоения кальция, а также препятствует развитию рахита и остеопороза.

Облучение ультрафиолетом кожных покровов

Поражение кожи могут носить как структурный, так и функциональный характер, которые, в свою очередь, можно разделить на:

Острые повреждения – возникают из-за высоких доз солнечной радиации лучей среднего диапазона, полученных при этом за короткое время. К ним относятся острый фотодерматоз и эритема.
Отсроченные повреждения – возникают на фоне продолжительного облучения длинноволновыми ультрафиолетовыми лучами, интенсивность которых, кстати, не зависит ни от времени года и от времени светового дня. К ним относят хронические фотодерматиты, фотостарение кожи или солнечная геродермия, ультрафиолетовый мутагенез и возникновение новообразований: меланомы, плоскоклеточного и базальноклеточного рака кожи. Среди перечня отсроченных повреждений есть и герпес.

Важно отметить, что и острые, и отсроченные повреждения можно получить при чрезмерном увлечении принятия искусственных солнечных ванн, не ношении солнцезащитных очков, а также при посещении соляриев, использующих несертифицированное оборудование и/или не проводящих мероприятий по специальной профилактической калибровке ультрафиолетовых ламп.

Защита кожи от ультрафиолета

Если не злоупотреблять любыми «солнечными ваннами», то человеческое тело справится с защитой от излучения самостоятельно, ведь боле 20% задерживается здоровым эпидермисом. Сегодня защита от ультрафиолета кожных покровов сводиться к следующим приемам, которые минимизируют риск образования злокачественных новообразований:

ограничение времени нахождения на солнце, особенно в полуденные летние часы;
ношение лёгкой, но закрытой одежды, ведь для получения необходимой дозы, стимулирующей выработку витамина D, совсем не обязательно покрываться загаром;
подбор солнцезащитных кремов в зависимости от конкретного ультрафиолетового индекса, характерного для данной местности, времени года и суток, а также от собственного типа кожи.

Внимание! Для коренных жителей средней полосы России, показатель УФ-индекса выше 8, не просто требует применения активной защиты, но и представляет реальную угрозу для здоровья. Измерение величины излучения и прогнозы солнечных индексов можно найти на ведущих сайтах погоды.

Воздействие ультрафиолета на глаза

Повреждение структуры глазной роговицы и хрусталика (электроофтальмия) возможны при зрительном контакте с любым источником ультрафиолетового излучения. Несмотря на то, что здоровая роговица не пропускает и отражает жесткий ультрафиолет на 70%, причин, которые могут стать источником возникновения серьёзных заболеваний достаточно много. Среди них:

незащищённое наблюдении за вспышками, солнечными затмениями;
случайный взгляд на светило на морском побережье или в высоких горах;
фото-травма от вспышки фотоаппарата;
наблюдение за работой сварочного аппарата ил пренебрежение техникой безопасности (отсутствие защитного шлема) при работе с ним;
длительная работа стробоскопа на дискотеках;
нарушение правил посещения солярия;
длительное нахождение в помещении, в котором работают кварцевые бактерицидные озоновые лампы.

Каковы первые признаки электроофтальмии? Клинические симптомы, а именно покраснение глазных склер и век, болевой синдром при движении глазных яблок и ощущение инородного тела в глазе, как правило, наступают спустя 5-10 часов после перечисленных выше обстоятельств. Тем не менее, средства защиты от ультрафиолетового излучения доступны каждому, ведь даже обычные линзы из стекла, не пропускают большую часть УФ-лучей.

Использование защитных очков со специальным фотохромным покрытием на линзах, так называемые «очки-хамелеоны», станет оптимальным «бытовым» вариантом для защиты глаз. Вам не придется утруждать себя вопросом, а какого цвета и степени затемнения ультрафиолетовый фильтр действительно обеспечивает эффективную защиту в конкретных обстоятельствах.

И конечно же, что при ожидаемом зрительном контакте со вспышками ультрафиолета, необходимо заранее надевать защитные очки или использовать другие приспособления, которые задерживают губительные для роговицы и хрусталика лучи.

Применение ультрафиолета в медицине

Ультрафиолет убивает грибок и другие микробы, находящиеся в воздухе и на поверхности стен, потолков, пола и предметов, а после воздействия специальных ламп происходит очищение от плесни. Это бактерицидное свойство ультрафиолета люди используют для обеспечения стерильности манипуляционных и хирургических помещений. Но ультрафиолетовое излучение в медицине используется не только для борьбы с внутрибольничными инфекциями.

Свойства ультрафиолетового излучения нашло своё применение при самых различных заболеваниях. При этом возникают и постоянно совершенствуются новые методики. Например, придуманное около 50 лет назад ультрафиолетовое облучение крови, первоначально применялось для подавления роста бактерий в крови при сепсисе, тяжёлых пневмониях, обширных гнойных ранах и других гнойно-септических патологиях.

Сегодня, ультрафиолетовое облучение крови или очистка крови, помогает бороться с острыми отравлениями, передозировкой лекарств, фурункулёзом, деструктивным панкреатитом, облитерирующим атеросклерозом, ишемией, церебральным атеросклерозом, алкоголизмом, наркоманией, острыми психическими расстройствами и многими другими болезнями, список которых постоянно расширяется.

Заболевания, при которых показано применение ультрафиолетового излучения, и когда любая процедура с УФ-лучами вредна:

ПОКАЗАНИЯ	ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
солнечное голодание, рахит	индивидуальная непереносимость
раны и язвы	онкология
отморожения и ожоги	кровотечения
невралгии и миозиты	гемофилия
псориаз, экзема, витилиго, рожа	ОНМК
заболевания органов дыхания	фотодерматит
сахарный диабет	почечная и печёночная недостаточность
аднекситы	малярия
остеомиелит, остеопороз	гиперфункция щитовидки
несистемные ревматические поражения	инфаркты, инсульты

Для того, чтобы жить без боли, людям с поражением суставов, неоценимую помощь в общей комплексной терапии принесёт ультрафиолетовая лампа.

Влияние ультрафиолета при ревматоидных артритах и артрозах, совмещение методики ультрафиолетовой терапии с правильным подбором биодозы и грамотной схемой приёма антибиотиков – это 100% гарантия достижения системно-оздоровительного эффекта при минимальной лекарственной нагрузке.

В заключение отметим, что положительное влияние ультрафиолетового излучения на организм и всего одна единственная процедура ультрафиолетового облучения (очищения) крови + 2 сеанса в солярии, помогут здоровому человеку выглядеть и чувствовать себя на 10 лет моложе.