Коэффициент ослабления УФ излучения


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.
Если исходить только из факта, что озон образуется в результате ультрафиолетового облучения атмосферы, но не учитывать время жизни озона, то нам трудно будет оценивать фактор стабильности озонового слоя. Например, если бы время жизни озона в атмосфере исчислялось всего двумя-тремя часами, то уже в ночное время в теневой от Солнца части атмосферы не было бы озона, а была бы сплошная озоновая дыра. Аналогичным примером может служить очень быстрое исчезновение запаха озона в комнате, стоит нам выключить источник генерации озона - УФ лампу, так как при комнатной температуре время жизни озона исчисляется минутами. А в ночном небе озоновый слой не исчезает. Не наблюдается и изменение толщины озонового слоя в течение суток.

Следовательно, время жизни озона в озоновом слое значительно больше суток. А теперь удлиним обычную ночь до продолжительности полярной ночи, когда над полюсом (безразлично каким) длительное время нет УФ лучей. А если нет этих лучей, то не образуется и озон. Долго ли не образуется?

Можно сказать, что почти полгода - от одного до другого равноденствия. В Антарктиде, например, с конца марта и до конца сентября. В это время над Антарктидой и не должно было быть озона. И полгода над Антарктидой держалась бы озоновая дыра.

Но такого не наблюдается, потому что над Антарктидой остается и продолжает жить ранее образовавшийся над ней озон. И если время его жизни больше времени, в течение которого он не образуется над полюсом, то озоновой дыры не будет, а если меньше, то образуется дыра, и будет она существовать до тех пор, пока над полюсом не покажутся УФ лучи и не начнут генерировать новые порции озона.
Но безозоновое положение над полюсом может быть исправлено и другим путем — путем переноса озона в надполюсное пространство из ближайших районов, где озон имеется и где он образуется. И в атмосфере Земли такие циркуляционные процессы протекают постоянно.



Они и разносят озон из одних мест в другие, предотвращая, таким образом, образование озоновых дыр в местах, где они уже могли бы образоваться, если бы в этих местах какое-то время не производился бы озон. Благодаря таким циркуляционным процессам мы не наблюдаем озоновых дыр над Арктикой, хотя теоретически они должны быть идентичны антарктическим озоновым дырам.

Но над Антарктидой (полюсом холода Земли) в полярную ночь часто создается восходящая циркуляция, которая препятствует переносу в надполярную область новых порций озона, и постепенно имеющийся здесь озон исчезает (заканчивается время его жизни) и образуется озоновая дыра.
На продолжительности жизни озона сказывается и такой фактор, как его плотность. Мы знаем, что он в 1,62 раза тяжелее воздуха и поэтому он постепенно опускается в нижние слои атмосферы и разрушается. Ниже 10 км его практически уже нет. И нет не потому, что он зависает на этой высоте, а потому, что он входит в более плотные и более теплые слои атмосферы и разрушается. Практически весь озон, рожденный УФ излучением в верхних слоях атмосферы, разрушается в нижних слоях.

И хорошо, что разрушается.
И в заключение следует уточнить всего лишь одну деталь - почему озоновая дыра над Антарктидой появляется не в положенное для этого время, когда над полюсом нет УФ лучей, а несколько позже, в октябре, когда УФ лучи над полюсом уже есть?
Происходит так потому, что лишь к концу полярной ночи кончается время жизни имевшегося над полюсом озона, а новый озон еще в течение месяца не образуется и по причине слабой эффективности УФ лучей, падающих под малым углом, и из-за некоторой протяженности во времени самого механизма образования озона в атмосфере. Но само образование озоновых дыр происходит по описанной выше схеме. Таким образом, озоновые дыры - это природное явление, никак не зависящее от антропогенных факторов. И каждый год к концу октября озоновая дыра над Антарктидой закрывается озоном.

Как видим, дыра закрывается не в каком-то случайном месяце, а сразу после полярной ночи. И каждый год это будет повторяться.
Озоновые дыры можно было бы наблюдать и миллионы лет назад, если бы только было кому это делать. Поэтому и на озоновый слой следует смотреть не как на случайный щит, предохраняющий все живое на Земле от губительного УФ излучения Солнца, а как на уникальное природное явление, не имеющее никакого отношения к возникновению и сохранению жизни на нашей планете.
Впервые этот материал был опубликован мною в 1989 году в журнале Химия и жизнь (№10) под тем же названием, что и эта глава, а затем еще в нескольких газетах. Это было время наиболее жарких выступлений в защиту озонового слоя.

Доходило до того, что каждый ожег кожи при неумеренном загаре рассматривался как результат прорыва УФ лучей сквозь озоновые дыры. Но все это далеко от истины. Да, до поверхности Земли доходит еще достаточно много УФ лучей, в том числе и рассеянных, но нельзя их считать только вредными лучами.

По физиологическому действию на растения УФ часть спектра подразделяется на три области: область А (320 - 400 нм), область В (280 - 320 нм) и область С (200 - 280 нм).
Область А повышает продуктивность растений.
Область В вызывает ускоренное развитие растений и это особенно заметно в высокогорье.
А область С не достигает поверхности Земли, а поэтому и не стоит о ней говорить.
Человеку УФ лучи необходимы для выработки в кожном покрове витамина Д. Но для этого не обязательно подвергать себя воздействию этих лучей в течение многих часов - об этом более подробно говорится в 8-ой и в 25-ой главах. Избыточное воздействие УФ излучения на кожу человека может привести и к раковым заболеваниям кожи.

Поэтому шоколадный цвет кожи, полученный при интенсивном загаре — это памятный знак нам о том, что в угоду внешней красе мы не побоялись пожертвовать своим здоровьем.
Из всего сказанного в этой главе можно сделать вывод, что нам не стоит беспокоиться по поводу озоновых дыр, а тем более не стоит прилагать много усилий на латание этих дыр (таких предложений было немало), а следует воспитывать в себе умеренность в потреблении льющегося на нас с небес УФ излучения.




Содержание раздела