Состояние озоновой дыра над Антарктидой на 2013 год

Содержание

Введение……………………………………………………………………….… 2

1    Значение озонового слоя в атмосфере……………………………...........…4

1.1 Единицы измерения и распределение О₃ в атмосфере………………….…9

1.2 Спутниковые методы измерения озона…………………………………... 10

2    Распределение озона в воздушных массах…………………………..........12

2.1 Особенности распределения общего содержания озона в циклонах и антициклонах…………………………………………………………………....16

2.2 Результаты исследований ОСО и тропических циклонов………….........18

2.3 Физический механизм климатических изменений…………………….....20

3   Особенности поля ОСО и циркуляции в нижней стратосфере……….......20

4   Состояние озоновой дыра над Антарктидой на 2013 год………………...23

4.1 Что было сделано в области защиты озонового слоя…………………….25

4.2 Факты говорят сами за себя………………………………………………..26

Заключение……………………………………………………………………...28 

Введение

 

Атмосферный озон играет важную роль для всего живого на планете, образуя озоновый слой в стратосфере он защищает растения и животных от жёсткого ультрафиолетового излучения.

Озон - это газ голубоватого цвета с характерным запахом, очень сильный окислитель. Молекулярная формула озона О₃. Он тяжелее кислорода и нашего привычного воздуха. Озон располагается на высоте 20-55 км. Этот слой называется озоносферой. Озон имеет глубокую полосу поглощения в диапазоне 270 – 330 нм.

Если все количество озона  в озоносфере привести к приземным условиям (давление 1013 гПа, температура 200^oС), то толщина слоя озона составит около 3мм. Толщину такого приведенного слоя озона используют в качестве меры содержания общего его количества в атмосфере. Единица содержания озона в атмосфере – 1 добсон (1 е.Д. =10^-3 см). Нормальное содержание озона – около 300 е.Д.

Содержание озона в  атмосфере Земли характеризуется  довольно большой изменчивостью  в пространстве и во времени. На фоне этих короткопериодных «шумов» необходимо выявлять обусловленные природными факторами и антропогенным загрязнением длительные тренды изменения содержания озона, составляющие 1—2 % за 10 лет. Эта  задача может быть решена только путем  накопления и статистического анализа  длительных рядов измерений, выполненных  в различных пунктах земного  шара высокочувствительными стабильными  приборами по единой методике. По общему содержанию озона такие ряды накапливаются  на многих станциях мировой озонометрической сети, созданной в период подготовки Международного геофизического года (1957—1959 гг.). Самый длинный ряд наблюдений, начиная с 1926 г., накоплен на станции Ароза в Швейцарии. Резкое увеличение количества данных об общем содержании озона и его пространственно временной изменчивости произошло в 70е годы после создания спутниковой системы наблюдений озона. Так, спутниковый спектрометр TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer) ежедневно осуществляет более 180 000 измерений на освещенной Солнцем поверхности Земли.

Общее содержание озона характеризует  в основном влияние озона на биосферу, поскольку оно определяет интенсивность  достигающего поверхности Земли  биологически активного ультрафиолетового  излучения Солнца. На термический режим стратосферы, определяющий ее динамику, циркуляцию и, в конечном счете, климат Земли, сильное влияние оказывает вертикальное распределение (профиль) озона. Поэтому организация мониторинга изменений вертикального распределения озона не менее важна, чем контроль трендов его общего содержания. Однако стратосфера является трудно достижимой областью, поэтому более или менее регулярные измерения вертикального распределения озона начались лишь в конце 40х годов вследствие быстрого развития аэростатных, ракетных и спутниковых методов исследования атмосферы.

В течение почти полувека, до начала широкого использования аэростатной  и ракетной техники, измерения концентрации озона проводились оптическими  методами, не утратившими значения и в настоящее время благодаря  уникальным оптическим свойствам озона. Озон имеет исключительно сильные  полосы поглощения в ближней ультрафиолетовой области спектра. Главная полоса поглощения озона — полоса Хартли занимает диапазон длин волн от 220 до 290 нм. К ней примыкает область  более слабых полос Хёггинса, простирающаяся от 300 до 360 нм. В этой области на фоне довольно слабого континуума наблюдаются достаточно резкие минимумы и максимумы, которые используются для измерения содержания озона по ослаблению излучения внеземных источников света — Солнца, Луны, звезд. В красной части спектра расположена слабая полоса поглощения Шаппюи, простирающаяся от 440 до 850 нм.

Для измерения концентрации озона по поглощению инфракрасного  излучения Земли и Солнца обычно используется полоса 9,59 мкм, которая  находится в центре длинноволнового  окна прозрачности атмосферы 8—13 мкм. Эта полоса поглощения озона состоит  из большого числа линий, и ее тонкую структуру экспериментально разрешить  не удается. Другие полосы поглощения озона в инфракрасной области  или перекрываются более сильными полосами поглощения Н2О и С02, или  имеют малую интенсивность.

 

1 Значение озонового  слоя в атмосфере

 

В схеме радиационного  баланса системы Солнце-атмосфера  это поверхность Земли – космос, определяющей энергетические процессы в атмосфере, озону отведена существенная роль.

Озон обладает способностью сильно поглощать УФ излучение Солнца. Главная полоса поглощения перекрывает  диапазон от 200 до 300нм. Кроме того, озон имеет ряд колебательно вращательных полос поглощения – в инфракрасной части спектра, наиболее сильной  из которой является полоса, соответствующая 9,57 мкм. Эти оптические свойства озона определяют его активную роль в радиационном балансе Земли. Поглощая ультрафиолетовую радиацию, озон определяет его тепловой режим атмосферы на высотах 30-60 км, вносит соответствующие изменения в спектр, коротковолнового излучения, приходящего к поверхности Земли, и в баланс длинноволнового излучения в атмосфере.

Когда речь идёт об озоне  и других радиационных – активных газах необходимо учитывать их малое  содержание в атмосфере. Из истории  климата Земли известно, что состав атмосферы никогда не был изменённым и особенно по содержанию малых газов. Его эволюция соответствовала происходившим  геологическим, биологическим и  фотохимическим процессами. Эволюция происходила и происходит в масштабах  тысяч и миллионов лет, и в этом плане она не так беспокоит современное человечество, однако растущее вмешательство человека в естественные процессы меняет представление о характере и скорости эволюции состава атмосферы.

Так возрастающий выброс CO₂ в атмосферу ставит вопрос о возможном изменении климата, а выброс некоторых химически активных соединений ставит вопрос о возможном изменении концентрации атмосферных газов, содержащихся в относительно малых количествах, но являющихся радиационно-активными. Количество озона в атмосфере относительно невелико (толщина приведенного слоя около 0.3 см). [8]

Проблема озона и его  влияние на климат и на человека сложным образом связана с  процессами образованиями и разрушениями озона в результате фотохимических реакций, с процессами переноса перемешивания  озона, радиационными процессами в  атмосферу и с процессами циркуляции.

Озоновый слой на самом  деле не является слоем. Озон распределён  практически по всей атмосфере. Но не совсем равномерно:

Рисунок 1 – распределение  озона по высоте в атмосфере.

 Озоновый слой расположен на высоте 25-30 км от поверхности земли и находится в состоянии динамического равновесия, когда процессы синтеза и разложения озона компенсируют друг друга. Стратосферный озон поглощает жесткую УФ радиацию Солнца и этим защищает всё живое на Земле. Озон также поглощает ИК излучение Земли, следствием чего является разогрев стратосферы и рост температуры с высотой в этой области. Так возникает температурная инверсия, ограничивающая перенос воздушных масс и процессы формирования погоды за пределами тропосферы. Истощение  озонового слоя вызвано действием озоноразрушающих веществ, попадающих в стратосферу. Это техногенные газы, прежде всего хлорфторуглероды (ХФУ) – стойкие химические соединения, которые могут диффундировать к озоновом слою десятки лет.

ХФУ перемещаются за озоновый слой и поглощают УФ – излучение. В результате фотохимических реакций  выделяется атомарный хлор, катализирующий последующие цепные реакции с  участием озона. При этом один атом хлора может уничтожить до 10 тыс. молекул озона. Помимо ХФУ существенное влияние на запасы  озона в стратосфере оказывают выбросы сверхзвуковой авиации, содержащие такие озоноразрушающие вещества, как окислы азота. Один запуск, например, космического корабля типа <Шатл>  приводит к ликвидации 10 млн. тонн озона. С 60-х годов началось массовое производство фреонов, и в атмосфере накопилось большое количество озоноразрушающих веществ, которые, не разлагаясь будут в течении десятилетий диффундировать к озоновому слою, продолжая  его разрушение. Поэтому (по мнению некоторых ученых) необходимо переходить к активным методам, позволяющим восстанавливать запасы озона.

Эти методы основаны на использовании  электромагнитного и лазерного  излучений, электрических зарядов, которые способствуют образованию  озона в результате фотодиссоциации кислорода.

Данные Росгидромета показали, что до настоящего времени озоноразрушающие вещества (хлорфторуглероды) не сыграли определяющей роли в наблюдаемой межгодовой изменчивости общего содержания озона, происходящей под влиянием естественных факторов.

Влияние толщины озонового  слоя на здоровье населения: по данным ООН. Сокращение озонового слоя всего на 1% приводит к появлению у людей 100тыс. новых случаев котаракты и 10тыс. случаев рака кожи. Последствия убыли озона могут быть угрожающими, они могут привести к более чем 3 млн. смертельных случаев от рака кожи до 2030 года и 19 млн. – до 2060 года.

Число глазных заболеваний (котаракты) может увеличиваться на 130 млн. до 2060 года; примерно 50% из них придётся на долю развивающихся стран. Число этих заболеваний растёт. В США за 7 лет количество случаев заболевания одним из опасных видов рака кожи (меланомой) возросло на 3-7%.

Кроме увеличения заболеваемости, существует множество других трудно учитываемых воздействий на здоровье человека и животных (например, снижение иммунитета), на урожаи с/х культур, на водные экосистемы.

Толщину озонового слоя над  территорией Омской области ежедневно  определяют сотрудники гидрометеорологической станции Омск (ОГМСК Омск), расположенной  на опытных полях СИБНИИСХоза.

Норма по содержанию озона  определяется по данным за 20-летний период наблюдений. Обычно отклонения среднегодового значения толщины озонового слоя по сравнению со среднемноголетним, рассчитанным за 20 лет, над Омской областью не превышает 5% в ту или иную сторону. Опасное значение толщины озонового слоя, особенно в летний период, когда люди носят лёгкую одежду или загорают случается очень редко, последний раз было 4-5 лет назад.

Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой – международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года, разработанный с целью защиты озонового слоя с помощью снятия с производства некоторых химических веществ, которые разрушают озоновый слой. Протокол был подготовлен к подписанию 16 сентября 1987 года и вступил в силу 1 января 1989 года. После этого последовала первая встреча в Хельсинки в мае 1989 года. С тех пор протокол подвергался пересмотру семь раз: (Лондон), 1991 (Найроби), 1992 (Копенгаген), 1993 (Бангкок), 1995 (вена), 1997 (Монреаль) и 1999 (Пекин). Если страны, подписавшие протокол, будут его придерживаться и в будущем, то можно надеяться, что озоновый слой восстановится к 2050 году. Генеральный секретарь ООН (1997-2006) Кофи Аннан сказал, что “возможно”, единственным очень успешным международным соглашением можно считать “Монреальский протокол”.

СССР подписал Монреальский протокол в 1987 году. В 1991 году Россия, Украина и Белоруссия подтвердили свою правопреемственность этому решению.

По состоянию на декабрь 2009 года 196 государств-членов ООН ратифицировал  первоначальную версию Монреальского протокола. Не все страны ратифицировали каждую последующую поправку. Только 161 страна подписала Пекинскую поправку.

В середине 1980-х гг. озоновый слой начал интенсивно истощаться. Причиной этому явились, по мнению нескольких ученых, некоторые галогенированные углеводороды, широко применяемые в промышленности, попадающие в атмосферу Земли. С целью международного противодействия разрушению озонового слоя был разработан Монреальский протокол. Он предусматривает для каждой группы галогенированных углеводородов определённый срок, в течение которого она должна быть снята с производства и исключена из использования.

1. Единицы измерения и распределение О3 в атмосфере

Роль озона в качестве климатического фактора зависит  от общего количсетва и вертикального распределния в атмосфере. При этом под общим количеством понимают толщину его слоя (Х) в сантиметрах, приведённого к нормальному давлению и температуре. Величину (Х)=0,001 см называют единицей Добсона (Д.е). общее содержание озона определяет, в частности, количество биологически активной УФ – радиации, достигающей поверхности Земли.

В тропической зоне между 30 ю.ш. и 30 с.ш. (Х) в общем невелико, мало зависит от широты и времени года и в среднем равно 266 Д.е.

К широте 50-60 среднее годовое  Х возрастает до 356 Д.е., в северном полушарии и до 340 Д.е. в южном.

Величина Х в умеренных  и полярных широтах достигает  обычно довольно крутого максимума  весной, в марте – апреле в  северном полушарии и в сентябре – ноябре в южном. Летом и осенью в обоих полушариях наблюдается  пологий, растянутый минимум озона. Такой годовой ход Х отличается от хода притока радиации и вызванных  ею фотохимических процессов. Весенний максимум резче в северном полушарии, где в апреле среднее Х=446 Д.е. на широтах 70-90, а длящиеся по нескольку  дней повышения – “волны” озона при холодных вторжениях – могут увеличивать Х до 690 Д.е.Среднее годовое количество озона в атмосфере по данным за 1957-1975 гг. составляет 296 Д.е., то есть в атмосфере имеется в среднем 3,29*10⁹ тонн озона. Из них около 46% приходится на тропический пояс Земли. В тропосфере содержится 1,16*10⁸ тонн озона (около 3,5% его общей массы), а в ее тропическом поясе 0,6*10⁹ тонн озона.

Иногда наблюдают периоды  с экстремально высокими (и низкими) значениями Х продолжительностью от 2 до 3 дней месяца и более. Ряд случаев когда средние месячные Х были очень высоки и превышали 480 Д.е., отмечался в Канаде, северо-восточных районах Сибири и на побережье Охотского моря, что свидетельствует о существованиях “местных полюсов озона”.