Проблема озоновых дыр

Понятие озоновой дыры связывают с уменьшением общего содержания озона во всех областях атмосферы над определенной территорией. Наиболее часто это явление ассоциируется с уменьшением общего количества озона над Антарктидой, где он был зафиксирован впервые и где такой процесс, протекающий с разной интенсивностью, в последние десятилетия наблюдается практически ежегодно. Над Антарктидой явление озоновой дыры носит ярко выраженный сезонный характер и проявляется лишь в весенний период.

Причины образования озоновой дыры над Антарктидой:

•увеличение поступления хлорфторуглеводородов в атмосферу (антропогенный фактор). Например, содержание оксида хлора превышало соответствующие значения, регистрируемые в стратосфере, в сотни раз. При таких высоких концентрациях ClO протекает процесс образования димеров (ClO)2;

•специфика движения воздушных масс в стратосфере высоких широт (полярный вихрь).Зимой над Антарктидой всегда образуется устойчивый антициклон, так называемый полярный вихрь.

Последствия этого атмосферного явления следующие:

•прекращение обмена воздухом с другими областями стратосферы;

•сток озона в тропосферу;

•снижение температуры воздуха внутри вихря до –70…–80 °С;

•появление устойчивых аэрозольных образований — серебристых облаков, состоящих из аэрозолей — кристаллов льда и капель переохлажденной жидкости.

11

Проблема озоновых дыр

В состав этих аэрозолей входят димеры оксида хлора (ClO)2, хлористый нитрозил (ClONO2) и другие соединения азота (НNО3, НNО2). Зимой эти соединения, связанные с

аэрозолями, не взаимодействуют с озоном. Весной полярный вихрь распадается, и при повышении температуры на поверхности кристаллов льда начинают протекать гетерогенные химические процессы:

Образующиеся молекулы Сl2 и НОСl неустойчивы и, в отличие от НСl и ClONO2, при

появлении первых солнечных лучей распадаются даже под воздействием видимого

излучения: НОСl + hν = Cl + OH; Сl2 + hν = 2Cl

Особую роль в разрушении озона над Антарктидой играют димеры оксида хлора. Эти соединения неустойчивы и при воздействии излучения разлагаются:

Строение ионосферы

Ионосфера — ионизированная часть верхней атмосферы, представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной плазмы,

находящейся в магнитном поле Земли и обладающей специфическими свойствами, связанными с высокой электропроводностью. Ионосфера имеет слоистое строение. Число слоев — 6. Обозначаются буквами латинского алфавита A, B, C, D, E, F. Нижняя граница — 85 км (50 км), верхняя граница — внешняя часть магнитосферы (несколько земных радиусов).

Ионосфера была открыта в результате изучения явления распространения коротковолновых радиоволн, которые отражались от нее, как от экрана.

Ионосфера Земли создается:

•корпускулярным и УФ- излучением Солнца;

•космическими лучами;

•радиоактивными веществами Земли и космоса.

13

Солнечное излучение действует в верхних слоях атмосферы, космические лучи пронизывают и действуют по всей толще атмосферы. Радионуклиды воздуха ионизируют атмосферу до высоты несколько километров. Радиоактивные вещества Земли ионизируют только приземные слои. На высотах от 85 до 200 км наибольшее значение имеет УФ-излучение, вызывающее фотохимические процессы:

Следует отметить, что может происходить и фотодиссоциация молекулы О2:

Атомарный кислород далее может превратиться в положительно заряженный ион О+ в результате отрыва свободного электрона под действием УФ-излучения с ν < 91 нм. Ионизация имеет место на всех высотах, т. е. во всех областях ионосферы.

Верхний предел ν ионизации молекул и радикалов

14

Концентрация заряженных частиц в ионосфере определяется скоростью ионизации, скоростью рекомбинации и диффузионными процессами. Образовавшиеся в результате ионизации свободные электроны в ионосфере исчезают в целом ряде реакций с участием атомных и молекулярных ионов. Ионы могут иметь как положительный заряд, т. е. катионы, так и отрицательный заряд. Ниже 100 км из-за относительно большой плотности нейтральной атмосферы электроны при соударениях с нейтральными молекулами «прилипают» к ним, образуя отрицательно заряженные частицы. Поэтому ионно-молекулярные реакции в этой области протекают между нейтральными атомами или молекулами, отрицательными и положительными ионами, а также

электронами. Основные химические реакции, в которых участвуют

положительные ионы

В условиях фотохимического равновесия на высотах 85–200 км основными первичными ионами являются ионы О+, О 2+ , N2

Однако ионный состав может сильно измениться, если появляются какие либо факторы, нарушающие фотохимическое равновесие, например электрические или магнитные поля (бури). Например, на высотах 300 км основным ионом может стать ион NО+:

Первые три реакции — основные, происходят на высотах выше 120– 140 км, последняя — на малых высотах от 85 до 120 км.

15