Воздействие на геосферы Земли – причина изменения климата

Переходный слой между тропосферой и вышележащей сферой (толщиной 1–2 км) носит название тропопаузы. Выше нее до высоты 50–55 км простирается стратосфера. Начиная с высоты около 25 км, температура с высотой растет, достигая на высоте ~ 50 км (у границ слоя) максимальных положительных значений (+30 °С). Повышение температуры в этой сфере вызвано наличием озона. Под действием ультрафиолетовой радиации Солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы, появляется атомарный кислород. В процессе диссоциации молекулярного кислорода, ультрафиолетовое излучение поглощается. В слое возникают реакции, приводящие к образованию молекул озона (О3) О2 + О → О3. Слой озона занимает часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км (в тропических и умеренных широтах), в полярных – 15–20 км. Наличие в атмосфере озона меняет ее свойства. Излучение с длиной волны короче 290 нм полностью поглощается слоем озона, находящимся на высотах от 18 до 50 км (максимум плотности на высоте около 25 км). Общая толщина слоя озона, приведенного к нормальным условиям (т. е. к давлению 760 мм ртутного столба и температуре 0 °С), составляет около 3 мм. Озон защищает живую природу от действия ультрафиолетовых и других коротковолновых излучений. Температура воздуха в высоких широтах, в слое 10–40 км, зимой опускается до –60 °С, –75 °С. Летом, вблизи тропопаузы, температура увеличивается до –45 °С. В стратосфере, на высоте 30–35 км температура достигает –20 °С, что обусловлено прогреванием воздуха от слоя озона. Здесь очень мало водяного пара и не происходит процессов образования облаков. Ранее считали: газы в стратосфере разделены по слоям, в соответствии со своими удельными весами. Данные, полученные с помощью радиозондов и метеорологических ракет, показали: температура изменяется в больших пределах.

Средняя температура на земном шаре с 1860 г. за 110 лет повысилась на 0,5–0,7 °С, что связывают с естественными природными процессами и с антропогенным накоплением парниковых газов в атмосфере [5]. В период 1900–1910 гг. средняя температура на планете уменьшалась, а к концу 1930-х гг. резко возросла почти на целый градус. С 1940 г. по 1975 г. температура снизилась на 0,2 °С. С 1975 г., средняя температура на планете стала подниматься (максимальный прирост составил в 1998 г. и 2000 г.). В Арктике глобальное потепление климата проявляется в 2–3 раза сильнее, чем на остальной части планеты.

В 1840 г. швейцарским химиком Х.Ф. Шенбейном был обнаружен озон (О3) в атмосфере. Он присутствует до высоты 90 км от поверхности Земли. Стратосферный озон является защитным слоем атмосферы, препятствующим поступлению к поверхности земли жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Тропосферный озон, образующийся в приземном слое воздуха, представляет собой вещество, относящееся к первому классу опасности. В больших концентрациях он сильно угнетает жизнедеятельность растений и многообразно действует на человеческий организм. Биологические и медицинские исследования показали, что озон – сильнодействующий яд, обладающий такими свойствами, как мутагенность, канцерогенность, действие на кровь подобно ионизирующей радиации [88]. По токсичности озон превосходит синильную кислоту. Помимо воздействия на человека и растительность, озон является мощнейшим окислителем, разрушающим резину, каучук, окисляющим многие металлы, в том числе платиновой группы.

При соблюдении нормальных условий толщина атмосферы Земли составила бы около 8 км, а толщина оболочки всего объема озона был бы около 3 мм [89]. Толщина гипотетического слоя озона над конкретным пунктом местности определяет характеристику озонового слоя – общее содержание озона (ОСО), измеряемое в единицах Добсона (ед. Д.); приведенная толщина слоя озона в 3 мм соответствует 300 ед. Д. Одна единица концентрации озона в атмосфере Земли (1 ед. Д.) соответствует 0,01-миллиметровому слою чистого озона при температуре 0°C и давлении 1 атм. Озон рассредоточен во всей толще атмосферы с максимумом на высоте 20–30 км. Среднее значение толщины слоя в разных широтах и в различные сезоны года может увеличиваться или уменьшаться вдвое [90].