Что такое концентрация озона?

Озон представляет собой токсичный газ синего цвета, состоящий из трех молекул кислорода (O ₃ ), который может быть опасен для здоровья или полезен для жизни на Земле в зависимости от того, где он наблюдается в атмосфере. На более низких уровнях в атмосфере концентрация озона выше минимальных количеств может вызвать воздействие на здоровье, повлиять на рост растений и привести к загрязнению воздуха и повреждению зданий. В верхних слоях атмосферы на высоте 10–20 миль (20–30 км) над землей озон выступает в качестве щита для предотвращения попадания на землю вредных ультрафиолетовых лучей от солнца.

Озон низкого уровня образуется в результате реакций автомобилей на бензине с летучими органическими соединениями (ЛОС), содержащимися в бензине и растворителях для краски. По мере того как соединения накапливаются в атмосфере, они реагируют с нормальными молекулами кислорода (O ₂ ) и создают озон и другие соединения, способствующие загрязнению смога или воздуха. Озон химически активен, и при вдыхании может вступать в реакцию с тканями легких и вызывать повреждения. Это также вызывает коррозию и может вызвать повреждение здания из-за реакций с внешними строительными продуктами.

Озон в небольших концентрациях может быть полезен при контролируемом использовании, поскольку он может действовать как дезинфицирующее средство для удаления микробов. Генераторы озона могут использоваться для водоочистных сооружений и в некоторых системах очистки воздуха для удаления микробов. Это намеренно хранится в низких концентрациях, чтобы минимизировать потенциальные негативные последствия для здоровья. Пример озона в качестве воздухоочистителя возникает, когда во время грозы возникает молния, а затем воздух пахнет свежее. Высокая электрическая энергия молнии может создавать озон из молекул кислорода, который будет реагировать с загрязнением воздуха и временно очищать воздух.

В верхних слоях атмосферы озон образуется естественным образом в результате реакций молекул кислорода с интенсивным солнечным светом. Озон является очень хорошим поглотителем ультрафиолетовых лучей (УФВ), которые, как известно, способствуют развитию рака у людей и многих животных. Озон постоянно реагирует с другими частицами и затем восстанавливается в течение дня, поддерживая постоянную концентрацию озона. Количество очень мало, измеряется в нескольких частях на миллиард частей воздуха, но важно для защиты от ультрафиолета.

Хлорфторуглероды (ХФУ) были изобретены в 1930-х годах как группа продуктов, необходимых для замены опасных хладагентов, таких как аммиак и метилхлорид, которые были либо легковоспламеняющимися, либо токсичными. Испытания с ХФУ показали, что люди и животные могут быть безопасно подвергнуты утечкам в небольших количествах, обнаруженных в домах и на небольших предприятиях без риска. В течение короткого периода ХФУ широко использовались во всем мире в холодильных установках, аэрозольных баллончиках и средствах пожаротушения.

Исследования, начавшиеся в 1960-х годах, показали, что в некоторых частях верхней атмосферы Земли концентрация озона снижается. К 1980-м годам была очевидна связь между потерями озонового слоя и выбросами ХФУ в воздух, достигающий верхних слоев атмосферы. Ученые предположили, что чрезвычайно стабильные молекулы ХФУ оставались в атмосфере Земли в течение многих лет, и в итоге воздушные потоки и погода позволили им достичь атмосферных высот, где концентрация озона была самой высокой.

Та же самая энергия солнечного света, которая создала озон, также была достаточно сильной, чтобы разложить молекулы ХФУ, высвободив молекулы хлора (Cl). Эти молекулы, наряду с пылью и высокогорными кристаллами льда, образовали места реакции, которые разрушили озон и создали нормальные молекулы кислорода. Хотя эти реакции происходили повсюду в атмосфере, очень низкие температуры и погодные условия, обнаруженные над Южным полюсом, вызвали более высокую скорость реакции там.

Спутниковые данные показали очень низкую концентрацию озона над Южным полюсом в очень раннюю полярную весну после нескольких месяцев темноты. Ученые и СМИ придумали термин «озоновая дыра» в то время, чтобы объяснить эффект. Хотя озоновая дыра была временной весной и относительно быстро исчезала, это вызывало серьезную обеспокоенность по поводу долгосрочного воздействия ХФУ.

В 1987 году почти 200 стран, входящих в Организацию Объединенных Наций, подписали Монреальский протокол и договорились о поэтапном прекращении или прекращении производства ХФУ к определенному сроку. В последующие десятилетия в соглашение были внесены изменения, поскольку новые данные свидетельствуют о более значительном истощении озонового слоя, чем первоначально предполагалось. ХФУ были заменены соединениями с небольшим или отсутствующим в их молекулах хлором, называемыми гидрохлорфторуглеродами (ГХФУ) и гидрофторуглеродами (ГФУ).

Интерес проявился к использованию легковоспламеняющихся газов, таких как пропан и даже аммиак, для некоторых применений, потому что эти продукты не вызывают истощение озонового слоя. В начале 21-го века производители искали способы безопасного включения легковоспламеняющихся газов в потребительские товары. Исследования также были расширены, чтобы включить негорючие газы, такие как углекислый газ и другие технологии, которые могут охлаждать пищу без использования газов-хладагентов.