В разговорах иногда можно услышать тревожные истории: «Запустили спутник — и в небе образовалась дыра». Что же стоит за этими слухами? Давайте разберемся.
Миф о «дырах» в атмосфере
Представьте: сверхзвуковой самолет проносится в небе, оставляя за собой медленно тающий шлейф выхлопных газов. Некоторые наблюдатели начинают говорить о появлении «дыр» в атмосфере. Однако с точки зрения физики это невозможно. Атмосфера Земли — это газовая оболочка, и, как известно из школьного курса, газ мгновенно заполняет любые возникающие в его объеме пустоты. Тем не менее, слухи об «атмосферных дырах» активно тиражируются не только в бытовых разговорах, но и в прессе, и даже на страницах научно-популярных изданий. Возникает закономерный вопрос: не достигла ли хозяйственная деятельность человечества такого масштаба, что атмосфера нашей планеты в серьезной опасности и требуется срочное вмешательство?
Загадка недостающего излучения
Ответ на этот вопрос начал формироваться в 1970-х годах. Ученые, изучавшие строение атмосферы, обнаружили любопытный факт: не вся солнечная радиация, которая по расчетам должна достигать поверхности Земли, фактически до нее доходит. Часть излучения бесследно исчезала в пути. Выяснилось, что жесткое, коротковолновое излучение Солнца поглощается где-то в высоких слоях атмосферы, недоступных для прямого исследования. Ученые пришли к выводу, что между Солнцем и Землей существует гигантский естественный фильтр.
Открытие защитника: озон
«Виновника» этого явления в 1880 году обнаружил английский ученый Хартли. Им оказался озон — особая форма кислорода. Если молекула обычного кислорода состоит из двух атомов (O₂), то озон — из трех (O₃). Этот газ был открыт еще в 1840 году, а его характерный резкий запах знаком каждому — он особенно ощутим после грозы, когда концентрация озона в воздухе повышается в 10-12 раз.
В атмосфере озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций. Под воздействием солнечной энергии молекула кислорода (O₂) может расщепляться на два свободных атома (O). Эти атомы могут вновь объединяться в пары, но также могут присоединяться к уже существующей молекуле O₂, образуя O₃.
Озон — химически нестабильное и очень активное вещество с сильными окислительными свойствами. Для дыхания он непригоден и даже опасен: концентрация свыше 5 миллионных долей раздражает дыхательные пути человека и животных.
Роль озона в эволюции жизни
Несмотря на свою токсичность, озон сыграл ключевую роль в развитии жизни на нашей планете. Природа назначила этого «недружелюбного» газа главным защитником всего живого.
Дело в том, что жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца способно повреждать молекулу ДНК — основу наследственности и строительный блок жизни. Поврежденная ДНК теряет способность точно копировать себя. Именно эту губительную часть солнечной энергии и поглощают молекулы озона, действуя как гигантский щит.
Озоносфера: тонкий, но мощный слой
Наблюдения метеорологов, включая известного физика лорда Рэлея, позволили сделать важное открытие. В отличие от других компонентов воздуха (азота, кислорода, углекислого газа), озон распределен в атмосфере не равномерно. Он сосредоточен в относительно тонком слое на высотах от 20 до 50 километров, с пиком концентрации на отметке 25-30 км. Этот слой и получил название озоносферы, или озонового щита Земли.
Количество озона в атмосфере ничтожно мало — всего несколько десятимиллионных долей. Если собрать весь земной озон при нормальном давлении и температуре 0°C, он образовал бы слой толщиной всего 3-4 миллиметра. И тем не менее, этот невидимый «панцирь» надежно защищает планету.
Чем грозит разрушение щита?
Ученые предупреждают: уменьшение концентрации озона в атмосфере будет иметь катастрофические последствия. Возросший поток жесткой радиации приведет к замедлению роста растений, ослаблению процесса фотосинтеза и создаст угрозу для всей фауны. Для человека это означает увеличение случаев ожогов кожи. По расчетам американских специалистов, снижение содержания озона всего на 5% может привести к тому, что от рака кожи (одного из последствий ультрафиолетовых ожогов) ежегодно будут страдать от 20 до 60 тысяч человек. Таким образом, сохранение целостности озонового щита — это вопрос безопасности всей биосферы Земли.