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.
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.
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.
Зачем нужно изучать процессы в атмосфере? Дело в том, что атмосферой называется газовая оболочка нашей планеты . Без нее жизнь на была бы невозможна. Благодаря атмосфере растения и животные получают необходимые для жизнедеятельности газы.
Каждому будет интересно узнать, какой слой атмосферы задерживает губительные ультрафиолетовые излучения, которые являются опасными для жизни . Это озоновый слой. Известно, что ультрафиолетовые лучи нарушают рост и развитие растений, а также являются причиной заболеваний у человека. Вот почему атмосферу называют броней Земли .
А благодаря имеющимся в ней парниковым газам, она поглощает длинноволновое, испускаемое Землей, излучение. Это делает климат на нашей планете комфортным для проживания. Чтобы ответить на вопрос — как изучают атмосферу — необходимо разобраться с тем, какие задачи ставит перед собой метеорология.
Вконтакте
Что изучает метеорология
Метеорология — это наука об атмосферных явлениях . Она занимается изучением состояния воздушной оболочки Земли и происходящих в ней процессов. В задачи метеорологии входит:
- наблюдение за погодой;
- климатом;
- химическим составом ;
- температурными характеристиками в толще атмосферы.
Развитие этой науки пришлось на вторую половину 18 века. В этот период появилась и сеть метеостанций, которая со временем постепенно увеличилась.
Исследования атмосферы
Как изучают атмосферу? Наиболее важным звеном метеорологии являются метеостанции . На них осуществляется сбор важнейшей информации : фиксируется температура воздуха, количество выпадающих осадков, направление и скорость ветра, атмосферное давление, облачность и другие явления.
Важно! Метеостанции остаются главным способом изучения воздушной оболочки. На их основе собранных данных делаются выводы о тенденциях в изменении климата. Всего в мире действует свыше 8000 метеорологических станций, включая автоматические.
Помимо метеостанций есть и другие методы исследования атмосферы, например, аэрологические станции .
Таких объектов в мире насчитывается около 800. Они функционируют, начиная с 30-х годов 20 века. Для исследования привлекаются аэростаты и стратостаты . Для изучения наиболее высоких и разреженных слоев газовой оболочки используют радиозонды.
Начиная с 60-х годов 20 века, в исследовании атмосферных процессов принимают участие искусственные спутники . С их помощью изучают температурный фон, расположение облачности и гроз, циклонические и антициклонические образования, состояние полярных льдов и т. д.
Спутники совершают вращение вокруг земного шара на высоте 800 – 1000 км, а геостационарные – на высоте в 36 000 км. Использование летательных аппаратов позволяет расширить наши знания о происходящих в атмосферных слоях процессах, и текущем состоянии газовой оболочки.
Существуют различные методы исследования атмосферы, о которых будет рассказано ниже.
Вся информация, полученная при наблюдении за воздушной оболочкой планеты, стекается во Всемирную метеорологическую организацию .
С помощью чего ученые изучают атмосферу
И взрослым, и детям любопытно будет узнать, как изучают атмосферу с помощью оборудования. Основными приборами являются следующие:
- термометры;
- барометры;
- осадкомеры;
- флюгеры;
- гигрометры;
- радары;
- аэростаты.
Для обработки информации стали применяться компьютеры . Узнав, с помощью чего ученые изучают атмосферу, можно попробовать определить некоторые параметры в домашних условиях с помощью специальных приборов.
Термометр
Термометры
были изобретены еще в 17 веке, однако до сих пор являются одними из самых востребованных приборов в метеорологии
.
Принцип действия термометра основан на способности жидких веществ расширяться при их нагреве. Повышение температуры воздуха приводит к нагреванию жидкости в колпачке термометра, в результате чего она расширяется, заполняя стеклянную трубку, вдоль которой нанесены градации температуры.
В качестве жидкостей чаще всего применяются спирт или ртуть . Для единиц измерения используются градусы: 0 – начало перехода воды из жидкой фазы в твердую, 100 – закипает, превращаясь в газ.
Помимо обычного термометра, показывающего текущее значение температуры, применяют еще так называемые минимальный и максимальный термометры , а также специальный почвенный термометр. Они позволяют определить минимальную и максимальную суточные температуры и температуру почвы (на выбранной глубине).
Барометр
Барометры показывают величину атмосферного давления . Оно, в свою очередь, зависит от высоты. Но так же оно колеблется под действием, происходящих в атмосфере, процессов.
Низкое давление означает преобладание восходящих движений воздуха, с которыми нередко связано выпадение осадков. Более теплый и влажный воздух, поднимаясь в толщу атмосферы, охлаждается и расширяется, что, в конечном счете, приводит к дождю или снегу .
Если давление высокое, то воздух опускается, прижимаясь к земле. А поскольку на высотах он содержит мало влаги, то и осадков обычно не бывает. Но одного лишь атмосферного давления не достаточно для их прогнозирования.
Осадкомер
Как изучают атмосферу с помощью этого прибора? Осадкомер представляет собой емкость для сбора выпадающей из атмосферы воды . Единицей измерения был принят миллиметр водяного слоя. То есть, если было, допустим, 10 мм, то это значит, что именно такой слой жидкости и выпал из атмосферы . Однако после попадания на землю вода начинает течь, скапливаясь в углублениях и образуя лужи. У осадкомера же ровное дно, поэтому подобных искажений не возникает.
Если осадки твердые (снег, град), то они занимают больший объем, поэтому перед измерением их растапливают. При среднем дожде выпадает 10 – 20 мм влаги . Если в течение короткого времени было больше 20 мм, то образуются большие лужи, а если больше 40, то уже возможны подтопления. Иногда за раз впадает 50 – 100 мм, а в исключительных случаях и до 500 – 1000 мм, что всегда (даже если дождь затяжной) вызывает различные наводнения .
Флюгер и анемометр
Для изучения атмосферы применяются флюгер и анемометр. Эти приборы измеряют скорость и направление ветра . Они должны быть подняты на достаточную высоту, поскольку у земли потоки воздуха могут искажаться местными препятствиями.
Ветер до 15 м/с считается умеренным, а если его скорость больше 20 м/с, то очень сильным.
Наиболее сильные порывы отмечается при грозовых шквалах, торнадо, тропических циклонах и при большом барическом градиенте (граница между глубоким циклоном и мощным антициклоном). Такие ветра способны производить сильные разрушения . От того, как человек изучает атмосферу, зависит жизнь целых городов, которые могут быть стерты с лица Земли катаклизмами.
Радар
Радаром называется техническое сооружение, применяемое для сканирования атмосферы. Они активно используются при картографировании атмосферных процессов
.
Действие радара основано на отражении, испускаемого устройством электромагнитного излучения, от облаков и осадков. Различные виды препятствий по-разному отражают это излучение, что позволяет определить их особенности.
Радары активно используются в современной метеорологии.
Аэростаты запускаются на большие высоты, что дает возможность измерять метеопараметры в толще атмосферы . Такие сведения дополняют информацию, полученную от наземных станций.
Значение атмосферы очень велико, поэтому для ее исследования применяются новейшее оборудование и технологии.
Биосферные станции
Это особая группа метеорологических станций, которые применяются для изучения атмосферы. Они ведут замеры уровня запыленности и содержания в воздухе различных газовых примесей . Благодаря работе таких исследовательских центров, удалось выявить устойчивую тенденцию к росту содержания парниковых газов в атмосфере, разрушение озонового слоя и увеличение запыленности тропосферы в прошлом веке.
К биосферным станциям предъявляют повышенные требования . Например, персонал должен состоять только из профессионалов, а расположение объекта должно исключать действие локальных загрязнений. Какие специалисты потребуются для работы на объекте, зависит от его расположения . Некоторые из таких станций находятся на маленьких островах посреди , а также в Антарктиде. По мере того, как изучают атмосферу на предмет загрязнения, придумывают и новые методы борьбы с ним.
Атмосфера, её строение
Роль атмосферы в жизни Земли
Итог
Огромное значение атмосферы в жизни людей объясняется тем, что без нее невозможна жизнь на Земле . Поэтому газовую оболочку планеты нужно не только исследовать, но и беречь от разрушения . Различные способы изучения помогают ученым сохранить озоновый слой.
Стратосфера - слой атмосферы, расположенный на высоте от 11 до 50 км. Основной особенностью стратосферы является повышенное содержание в ней озона (O3). До высоты 10 км и более 60 км озон почти отсутствует, а наибольшая концентрация его содержится на высоте 20 – 30 км, который называется озоновым слоем. Озоновый слой в разных широтах расположен на разных высотах, а именно: в тропических широтах на высоте 25 - 30 км, в умеренных – 20 - 25 км, в полярных - 15 - 20 км. Озоновый слой образовался и удерживается сочетанным взаимодействием ультрафиолетового солнечного излучения с молекулами кислорода (O2), которые диссоциируют на атомы, а затем снова соединяются с другими молекулами O2, образуя озон (O3).
Озоновый слой с концентрацией озона (около 8 мл/м³) поглощает вредные ультрафиолетовые лучи Солнца и служит надежным щитом от этого излучения, которое губительно для всего живого на Земле. Следовательно, благодаря озоновому слою, возникла жизнь на Земле. Если бы весь слой озона, находящийся в атмосфере, сжать под давлением, и сосредоточить у поверхности Земли, то образовалась бы пленка всего в 3 мм толщиной. Однако пленка озона такой мизерной толщины надежно защищает Землю, поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. При поглощении солнечной энергии озоновым слоем, температура атмосферы повышается, а значит, слой озона является своеобразным резервуаром тепловой энергии в атмосфере. Кроме этого, озон задерживает около 20% излучения Земли, утепляя атмосферу.
Космическое излучение
Озон осуществляет регулирование жесткости космического излучения, и если хотя бы небольшое количество озона уничтожается, то резко возрастает жесткость излучения, а это приводит к изменениям в живом мире Земли.
Озон является активным газом, который действует неблагоприятно на человеческий организм. В нижней части атмосферы у поверхности Земли концентрация озона незначительная, поэтому он не приносит вред человеку. Однако в крупных городах, где осуществляется интенсивное автотранспортное движение, образуется большое количество озона в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин. Доказано, что малая концентрация озона или его отсутствие, отрицательно отражается на человечестве, приводит к раковым заболеваниям.
Научная теория
Согласно научной теории, в последнее время в атмосфере происходит разрушение озонового слоя, вследствие чего возникают озоновые дыры, т.е. падает концентрация озона в озоновом слое нашей планеты. Утончение озонового слоя происходит из-за разрушения молекул озона в реакциях с различными соединениями антропогенного и природного происхождения, а именно при соединении с хлор- и бромсодержащими фреонами, а также с простыми веществами (водород, атомы хлора, кислорода, брома).
В 1985 году на Южном полюсе учеными была обнаружена озоновая дыра, т.е. уровень озона в атмосфере был значительно ниже нормы во время антарктической весны. Такие изменения повторялись каждый год в одно и то же время, но с потеплением дыра затягивалась. Подобные дыры появлялись и на Северном полюсе - во время арктической весны.
Похожие материалы:
