2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Зачем нужен озоновый слой
Сообщение07.06.2023, 14:12 


17/10/16
3894
Попалась такая статья https://www.nkj.ru/archive/articles/8255/. Смысл ее в том, что для поглощения вредного ультрафиолета от Солнца в атмосфере Земли достаточно одного лишь кислорода, а роль озона преувеличивается (это просто побочный продукт процесса поглощения ультрафиолета кислородом).

Думаю, это неверно. Хотел разобраться в этом получше. Правильно ли я понял, что общепринятый взгляд на это следующий:

Поток ультрафиолета можно грубо разделить на короткий (<200 нм) и длиный (200...300 нм). Короткий поглощается в основном кислородом (в результате чего и образуется озон). Длиный поглощается в основном озоном (в результате чего образуется снова кислород). Таким образом, нам повезло, что в спектре солнечного ультрафиолета есть не только длинное, но и короткое излучение (если бы последнего не было, озон не образовывался бы из кислорода, и длинный ультрафиолет проходил бы беспрепятственно). Т.е. короткое ультрафиолетовое излучение по сути защищает нас от длинного.

Озон может разрушаться не только ультрафиолетом, но и химическими веществами (вроде фреонов). Тогда, хотя озон и продолжает генерироваться из кислорода под действием короткого ультрафиолета в том же количестве, что и раньше, он тут же уничтожается фреоном, и его равновесная концентрация снижается. Соответственно, снижается защита от длинного ультрафиолета.

В статье, как я понял, высказывается такая мысль, что поскольку кислородная атмосфера, облучаемая ультрафиолетом, всегда в равновесном состоянии представляет собой смесь кислорода и озона, то не вполне ясно, какая часть ультрафиолетового спектра фильтруется озоном, а какая - кислородом. Вполне может быть, что кислород фильтрует вообще все, а озон особо ничем не занимается.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение07.06.2023, 14:29 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


20/08/14
8062
Очевидная мысль: погуглить интенсивность и спектр ультрафиолета у поверхности Земли под озоновыми дырами и под нормальным слоем озона. Если озон не нужен, то не должно быть никаких различий.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение07.06.2023, 15:18 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/09
6591
Как-то читал, что жители южных стран (Австралия, Новая Зеландия, Чили, Аргентина) были озабочены расширением озоновой дыры.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 10:58 


03/12/18
378
Озоновый слой, защищающий от ультрафиолета (и роль фреонов в его разрушении) - такая же чушь, как потепление климата из-за выбросов "парниковых газов" и появление "островов из пластиков" в океане из-за того, что мы в России используем пластиковые пакеты.
Кто-то делает на этих спекуляциях большие деньги и политику, а мы, подписавшие всякие дурацкие "конвенции" (и вынужденные их выполнять), теряем деньги и бессмысленно создаем себе трудности, удушаем производство.
В статье указано на очевидную вещь: нет описания механизма, как именно озон "задерживает ультрафиолет", зато всем известно, что как раз именно озон появляется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на кислород. То есть все наоборот и шиворот на выворот. И "механизм Чепмена" - недоказанная и умозрительная конструкция.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 11:11 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
Toolt
Политизированность отдельных тем, (потенциально) имеющих глобальное значение - не повод объявлять все эти темы лженаукой.

Статья, приведенная в стартовом посте,
а) Вышла в 2000 году.
б) Вышла в научно-популярном издании, а не в научном.
И сама по себе может рассматриваться, как тенденциозная.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 11:26 
Админ форума


02/02/19
1994
 ! 
Toolt в сообщении #1596915 писал(а):
Озоновый слой, защищающий от ультрафиолета (и роль фреонов в его разрушении) - такая же чушь, как потепление климата из-за выбросов "парниковых газов" и появление "островов из пластиков" в океане из-за того, что мы в России используем пластиковые пакеты.
dxdy - это научный форум. Если у Вас есть претензии к физикам-атмосферщикам по поводу роли озонового слоя, их можно обсудить. Но ссылаться нужно на научные статьи, а не на одну научно-популярную неизвестного качества. Если у Вас есть содержательные претензии к климатологам по поводу глобального потепления и/или его причин, их можно обсудить в теме «О научности климатологии и глобальном потеплении». С аргументами и ссылками на научные статьи. А голословные категоричные обвинения здесь неприемлемы. Тем более неприемлемо смешивать в одну кучу парниковые газы, озоновый слой и загрязнение океана пластиком и все это скопом объявлять мировым заговором. Экстраординарные утверждения требуют экстраординарных доказательств.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 11:55 


17/10/16
3894
Да, статья эта, похоже, ерунда. Из разряда "Брякнул и отошел". На нее даже есть более аргументированный ответ в том же журнале "Наука и жизнь" (в одном из последующих номеров) под названием "Химия и алхимия озонового слоя".

На длинах волн 200...300 нм коэффициент поглощения озона на 4...5 порядков выше, чем у прочих главных поглотителей (кислорода, углекислого, водяного пара). Различие радикальное. Скажем, на длине волны 240 нм слой кислорода толщиной 150 метров можно заменить слоем озона толщиной всего-лишь 0,02 мм. Так что озон, конечно, поглощает УФ в полосе 200...300 нм несравнимо лучше кислорода.

Тут, правда, нужно еще уточнить два момента:

Первое - содержится ли в составе солнечного излучения опасный ультрафиолет достаточной мощности в полосе поглощения озона 200...300 нм, от которого нужно защищаться? Ясно, что если нет, то нечего и обсуждать (ответ - да, содержится);

Второе - если озон из атмосферы убрать, то достаточно ли прочих составляющих атмосферы для защиты от ультрафиолета в этой полосе? Ясно, что если атмосфера достаточно толстая и плотная, то она и без озона может справиться с поглощением УФ. Здесь ответ состоит в том, что эквивалентная толщина слоя кислорода (если весь имеющийся в атмосфере кислород взять при стандартных условиях в невесомости) составляет примерно 1,7 км. Этого достаточно для защиты от УФ примерно до 250 нм. (Углекислый газ и водяной пар имеют значительно меньшую эквивалентную толщину, а так же меньший коэффициент поглощения, их можно не учитывать). Выше 250 нм кислородная атмосфера уже недостаточно толстая и плотная, чтобы защищать от УФ без озона.

По поводу же механизма генерации и уничтожения озона в общем все достаточно понятно из схемы Чепмена. Удивительно, что поскольку главный поставщик "нечетного кислорода" (атомарного кислорода и озона) - это реакция разрушения молекулярного кислорода коротким УФ, то короткий Уф действительно защищает нас от длинного УФ. Если бы короткий УФ отфильтровывался из солнечного излучения каким-либо способом еще до попадания в атмосферу Земли, то нам бы не поздоровилось.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 12:01 
Аватара пользователя


11/12/16
13195
уездный город Н
sergey zhukov в сообщении #1596926 писал(а):
Выше 250 нм кислородная атмосфера уже недостаточно толстая и плотная, чтобы защищать от УФ без озона.


Ещё интересный факт в ту же копилку:
Цитата:
Бактерицидная лампа — это электрическая газоразрядная лампа низкого давления с колбой из увиолевого стекла излучающая свет в ультрафиолетовом диапазоне с пиком в 253,7 нм (УФ-C), который способен убивать микроорганизмы (вирусы, бактерии, плесень и другие патогены) путём уничтожения нуклеиновых кислот, нарушая их ДНК

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 15:14 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/09
6591
sergey zhukov в сообщении #1596926 писал(а):
На длинах волн 200...300 нм коэффициент поглощения озона на 4...5 порядков выше, чем у прочих главных поглотителей (кислорода, углекислого, водяного пара). Различие радикальное. Скажем, на длине волны 240 нм слой кислорода толщиной 150 метров можно заменить слоем озона толщиной всего-лишь 0,02 мм. Так что озон, конечно, поглощает УФ в полосе 200...300 нм несравнимо лучше кислорода.

То, что озон хорошо поглощает УФ в диапазоне 200-300 нм - факт несомненный. То, что озон поглощает УФ в этом диапазоне сильно лучше других газов - тоже факт несомненный. А вот сомнительно, что озон вносит решающий вклад поглощение этого диапазона УФ. Достаточно оценить суммарную концентрацию озона в атмосфере. Известно, что концентрация озона в атмосфере - величина непостоянная. Её отслеживают и кое-где даже какие-то графики приведены. Но не в одной популярной статье я не видел графика, как меняется УФ излучение на поверхности Земли и как это изменение связано с изменением концентрации озона. И даже, если всё-таки озон вносит решающий вклад в поглощение этого диапазона УФ, ещё не факт, что уменьшение озонового слоя повлечёт за собой разрушительное влияние на жизнь на поверхности Земли. Может тогда поглощение на себя возьмёт кислород и этого будет достаточно.

Также крайне сомнительно влияние промышленных и бытовых фреонов на концентрацию озона. Достаточно вспомнить время жизни озона. И она не очень велика. Озон рождается в верхних слоях стратосферы. Концентрация его там мала. Концентрация фреонов и хлора (который получается из фреона) на этих высотах также мала. Отсюда следует, что крайне мала вероятность встречи и реагирования молекулы озона с молекулой фреона (хлора) до того, как она сама распадётся.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 16:31 


17/10/16
3894
мат-ламер
По крайней мере мы знаем, что эквивалентная толщина слоя кислорода нашей атмосферы равна 1,7 км, а озона - примерно 3 мм. Их соотношение примерно $5,5\times 10^5$. Из спектров поглощения кислорода и озона следует, что такое соотношение достигается для равнопоглощающих слоев кислорода и озона примерно на волне 240 нм. На более длинных волнах поглощение 3-х мм слоя озона уже существенно перевешивает поглощение 1,7 км слоя кислорода.

Отсюда можем заключить, что озон должен вносить существенный вклад в поглощение УФ. Скажем, если удалить озон, то на волне 240 нм интенсивность излучения у земной поверхности должна возрасти вдвое, а на более длинных волнах - еще сильнее.

Что влияет на концентрацию озона и причем там ХФУ - это уже отдельный вопрос. Более сложный. Но просто измерить текущую концентрацию озона в атмосфере и оценить его вклад в поглощение УФ - в этом, на мой взгляд, ничего сложного нет.

Т.е., на мой взгляд, спорные вопросы - это что именно влияет на концентрацию озона и насколько опасно усиление УФ-излучения, связанное с истощением озонового слоя. А вот каков вклад озона в поглощение УФ-излучения атмосферой - это в общем уже совершенно ясно.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 16:55 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/09
6591
sergey zhukov в сообщении #1596946 писал(а):
Скажем, если удалить озон, то на частоте 240 нм интенсивность излучения у земной поверхности должна возрасти вдвое, а на более длинных волнах - еще сильнее.

В статье Чугунова в НиЖ говорится, что "на высоте 34 км излучений с длиной волны менее 280 мм не обнаружено". В популярной брошюре Данилова и Кароля "Атмосферный озон - сенсации и реальность" (есть на либгене) на странице 56 говорится, что излучение с длиной волны 255 нм уменьшается только за счёт озона в $10^{17}$ раз. Это всё как-бы намекает, что и без озона атмосфера справилась бы с УФ излучением. Хотя, да, роль озона может быть тут велика.

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 17:16 


01/04/08
2720
sergey zhukov в сообщении #1596946 писал(а):
Из спектров поглощения кислорода и озона следует

Можете здесь привести спектры поглощения озона и кислорода или дать на них конкретную (рабочую) ссылку?

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 17:17 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/09
6591
Если цифра $10^{17}$ в популярной брошюре вызывает сомнения, то вот тут говорится
Цитата:
тогда как на длине волны 290 нм коэффициент поглощения озонового слоя составляет 3,5×10^8.

Более короткие волны поглощаются ещё сильнее. А более длинные не так уж и разрушительны для организмов, а иногда даже полезны (синтез витамина D).

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 17:29 


17/10/16
3894
мат-ламер
Вообще ясно, что нас в первую очередь интересует не то, насколько хорошо озон способен поглощать УФ и как сильно он превосходит в этом все остальные газы в атмосфере. И даже не то, во сколько раз увеличится поток УФ у поверхности земли, если убрать озон. Так, если с озоном в атмосфере интенсивность УФ у поверхности близка к нулю, то после его исчезновения даже тысячекратное увеличение этой интенсивности может не означать ничего страшного.

Так, в статье "Химия и алхимия озонового слоя" И.К.Ларин говорит:

Цитата:
Теоретически и практически доказано, что в диапазоне длин волн 200—300 нм определяющую роль в распределении солнечного излучения по высоте земной атмосферы играет его поглощение молекулами озона, слой которого простирается от 10—15 км до высоты более 50 км с наибольшей концентрацией на высоте 20—25 км. Озон чрезвычайно сильно поглощает ультрафиолет длиной волны около 250 нм, и уже к высоте 40 км от этого излучения остается только 10%, а все остальное поглощается вышележащим слоем. А до высот 20—25 км излучение в диапазоне длин волн 255—266 нм, чрезвычайно опасное в биологическом отношении, практически не доходит. Поэтому о нем можно спокойно забыть: его интенсивность не изменится, даже если озона станет в десять раз меньше.

Разнообразные и многочисленные эксперименты показали, что излучение в диапазоне длин волн 280—320 нм также опасно. Именно это излучение при истощении озонового слоя будет усиливаться, приводя к разнообразным негативным последствиям.

Таким образом (повторим еще раз), интенсивность проходящего солнечного излучения в диапазоне длин волн 200—300 нм на разных высотах полностью определяется только распределением озона в атмосфере.


Т.е. при истощении озонового слоя на каких-то участках спектра (скажем, в районе 250 нм) мощность излучения может вырасти и в 10 раз, но это не будет опасно, т.к. излучение там изначально было очень слабым. А на других участках спектра (скажем, в районе 280-320 нм) даже 1,5 кратное увеличение интенсивности может быть опасным, т.к. оно там изначально было сильным.

Ничего, правда, в статье не говорится о рассеивании УФ в атмосфере. Оно ведь должно быть, и даже может выполнять защитную функцию.

GraNiNi
http://samlib.ru/o/oleg_w_m/cdocumentsandsettingsolegmosinmoidokumentypoglosheniesolnechnogoizluchenijaatmosferojigidrosferojzemrtf.shtml

 Профиль  
                  
 
 Re: Зачем нужен озоновый слой
Сообщение08.06.2023, 17:53 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/09
6591
sergey zhukov в сообщении #1596952 писал(а):
А на других участках спектра (скажем, в районе 280-320 нм) даже 1,5 кратное увеличение интенсивности может быть опасным, т.к. оно там изначально было сильным.

С увеличением температуры на поверхности Земли в атмосфере будет увеличиваться концентрация водяного пара. И он будет защищать нас в этом диапазоне УФ.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 21 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group