Страница 159 из 175
На сближение этих ионов (или на образование молекулы озона) расходуется около 1,5 эв (электроновольт). При разрушении молекулы озона выделяется ровно столько же энергии.
Химические соединения, образующиеся с поглощением энергии, называются эндотеримчными. Такие вещества всегда имеют склонность к распаду и тем большую, чем больше они эндотермичны. По этой же причине имеет склонность к распаду и озон.
Таким образом, мы видим, что озон производится УФ излучением Солнца. Не было бы УФ лучей, не было бы и озона в атмосфере. Точно так же хак стоит нам включить в комнате УФ лампу, как мы тотчас почувствуем запах озона. А так как на атмосферу Земли непрерывно воздействуют УФ лучи, то непрерывно образуется и озон. Мы могли бы уже давно утонуть в ядовитом море озона (он в 1,62 раза тяжелее воздуха и поэтому оседает на земную поверхность), если бы озон где-то и как-то не разрушался. Опускаясь, озон входит в более плотные и более теплые слои атмосферы и разрушается. Так в атмосфере Земли поддерживается динамическое равновесие между процессами образования и разрушения озона. На производство озона расходуется около 5% всей идущей к Земле солнечной энергии. Может ли сравниться с этой колоссальной природной машиной по производству и разрушению озона какое-либо производство, организованное человеком на Земле?
А теперь рассмотрим защитную роль озона. Ситуация интересная: озон и рождается УФ радиацией, и якобы защищает нас от нее. При рождении озона УФ лучи гасятся на молекулах кислорода, но никак не на молекулах озона. А каким же образом озон защищает нас от УФ лучей?
Он действительно поглощает УФ излучение, но только на небольшом участке спектра - в диапазоне от 200 до 320 нм с максимумом на волне в 255 нм.
Здесь может возникнуть закономерный вопрос: как же так, из обширного спектра УФ излучения (от 10 до 400 нм) озоновый слой эффективен только для сравнительно небольшого участка спектра, а что же нас тогда защищает от всего остального УФ излучения? Этот вопрос возникает потому, что информация об озоновом слое всегда подается в виде отработанного штампа — он нас защищает от коротковолновой УФ радиации Солнца. Это можно понимать и как защиту от всего УФ излучения, и как защиту только от его коротковолновой части, наиболее опасной. Но в действительности и не от того, и не от другого, а только от очень небольшого участка спектра - от 280 до 320 нм.
Почему же защитная роль озонового слоя сводится к столь незначительному участку спектра? А вот почему. Наиболее коротковолновая часть УФ излучения (длина волны не более 100 нм) задерживается всем составом газов атмосферы, в том числе и кислородом, на очень больших высотах (50 - 80 км) в результате ионизации этих газов. Здесь надо отметить, что озоновый слой простирается от 10 до 50 км с максимальной концентрацией на высоте 20 — 25 км. Другая часть УФ излучения с длиной волны не более 242,5 нм поглощается молекулярным кислородом и поэтому тоже не может достигнуть поверхности Земли. Кроме того, наряду с поглощением УФ излучения происходит еще и молекулярное рассеивание его. В результате такого суммарного действия атмосферы на УФ излучение мы не обнаруживаем на высоте 34 км лучей с длиной волны короче 280 нм. И теперь нам становится ясно, почему озону отведена защитная функция только для столь небольшого участка спектра — от 280 до 320 нм. А все потому, что в зоне его действия имеется только излучение с длиной волны не менее 280 нм, а на длине волны в 320 нм заканчивается его поглощающая способность.
Но, может быть, озон является тем единственным щитом, который препятствует похождению УФ излучения даже на столь небольшом участке спектра? Оказывается, что нет. На этом участке наряду с озоном действует и уже известное нам молекулярное рассеивание. А так как о нем мы никогда не говорим, то и создается впечатление, что только озон и является нашим спасителем от оставшейся доли УФ излучения.
Но, может быть, озон более эффективно препятствует прохождению лучей этого небольшого участка УФ излучения, чем простое молекулярное рассеивание?
Сравним и посмотрим. Коэффициент ослабления УФ излучения за счет молекулярного рассеивания на указанном выше участке спектра в среднем сравним с коэффициентом поглощения озона, а для более коротких длин волн растет и коэффициент молекулярного рассеивания, и коэффициент поглощения озона, но последний растет быстрее. Так, при переходе от длины волны 300 нм к волне 280 нм коэффициент молекулярного рассеивания возрастает в полтора раза, а коэффициент поглощения озона - в десять раз. Отсюда легко сделать поспешный вывод, что поглощающая роль озона в атмосфере Земли несравненно более эффективна, чем молекулярное рассеивание. Но такой вывод будет ошибочным, потому что он исключает из рассмотрения величину самих объектов, участвующих в отфильтровывании УФ радиации. А если учесть и эту самую величину объектов, то наш взгляд на защитную роль озона резко изменится. Несмотря на то, что озоносфера простирается от 10 до 50 км в высоту, но весь озон, сосредоточенный в этой озоносфере, можно собрать в тонкий слой толщиной всего 3 мм при нормальном атмосферном давлении. Толщина же слоя атмосферы, где происходит молекулярное рассеивание УФ излучения, измеряется уже несколькими километрами (при нормальном атмосферном давлении), а это уже, по крайней мере, на шесть порядков выше толщины озонового слоя. Отсюда мы можем сделать простой вывод, что эффективность молекулярного рассеивания УФ излучения на участке спектра от 280 до 320 нм почти в сто тысяч раз выше, чем поглощение этого же излучения озоновым слоем.
А теперь рассмотрим еще некоторые факты, связанные с поглощением озоном УФ излучения. Мы уже знаем, что с высоты 34 км к Земле идет только излучение с длиной волны от 280 нм и больше. А на пути этого излучения находится основная масса озона (на высоте 20 - 25 км), то есть основной озоновый щит, если таковым озоновый слой является. И что же мы видим - до поверхности Земли доходит излучение не короче 293 нм, то есть фактически весь тот спектр, который мы наблюдали и на высоте 34 км. Снизилась только интенсивность излучения. Если сравнить это с эффективностью и избирательностью отфильтровывания излучения молекулярным кислородом для волн с длиной короче 242,5 нм, то оно будет не в пользу озонового слоя. А снижение интенсивности УФ излучения на отрезке пути с высоты 34 км (на этой высоте получены спектры при запуске ракет) и до поверхности Земли происходит практически только за счет молекулярного рассеивания.
Об эффективности молекулярного рассеивания говорят и такие факты. На высоте 2300 м УФ излучение в полтора раза, а на высоте 4000м почти в два раза интенсивнее, чем на уровне моря. А озона на этих высотах уже практически нет.
О том, что озоновый слой нисколько не защищает нас от УФ излучения говорит и такой любопытный факт. Озон может защитить нас от УФ излучения только в том случае, если поглотит это излучение. Но, поглотив определенную порцию УФ излучения, молекула озона должна разрушиться с выделением тепла. И естественно, что озоновый слой при этом должен был бы разогреваться. Но такого разогрева не происходит. Более того, основная концентрация озона находится в зоне самой низкой температуры атмосферы - минус 50°С. Не говорит ли это нам о том, что озоновый слой просто бездействует и лишь сам сохраняется в самых благоприятных для него условиях низкой температуры?
Приведенные факты позволяют нам сделать вывод, что защитная роль озона безмерно преувеличена. Он хотя и мог бы, в принципе, задерживать определенную часть УФ излучения, но по причине его мизерного количества в атмосфере Земли, он не вносит практически никакого ощутимого вклада в отфильтровывание УФ излучения Солнца.
А теперь посмотрим, как образуются озоновые дыры над полюсами планеты, хотя сами по себе эти дыры нас уже не должны никак беспокоить, но природу этого явления все же интересно будет выяснить.
Начнем с того, что химические соединения, образующиеся с поглощением энергии, всегда имеют тенденцию к распаду. Распадается и озон. Он распадается при всех условиях, но очень медленно при низкой температуре, медленно при комнатной и очень быстро при всего лишь несколько большей, чем комнатная, температуре. Таким образом, очень низкая температура в месте наибольшей концентрации атмосферного озона способствует продлению жизни озона в атмосфере и дает нам ключ к разгадке причины образования озоновых дыр над полюсами.