Озоновий шар

Зміст

Вступ

1 Відкриття озонового шару

2 Озонові діри. Причини їх появи та наслідки

2.1 Стан озонової діри над південним полюсом

3 Вплив опромінення на живі організми

4 Міжнародне співробітництво України в сфері охорони атмосферного повітря та озонового шару

Висновки

Література

ВСТУП

Глобальне зменшення загального вмісту озону протягом трьох останніх десятиріч є визнаним фактом та підтверджується даними як наземних, так і супутникових вимірювань. Незалежно від причин, які спричиняють це явище, всі фахівці звертають увагу на зміни рівня опроміненності земної поверхні УФ випромінюванням Сонця, а найбільш істотні його наслідки – це шкідливий вплив на здоров'я населення та нормальну життєдіяльність біосфери. Зміна кількості озону на різних висотах викликає збурення вертикального розподілу температури (ВРТ) в атмосфері, коливання радіаційних потоків та переміщення повітряних мас. Всі ці обставини можуть привести до значних змін клімату Землі. Тому моніторинг поточного стану озонового шару та довготермінових змін у ньому є однією з актуальніших задач фізики атмосфери. Для вирішення цієї задачі необхідно створення надійної системи моніторингу, яка складається з комплексу апаратури для атмосферно-оптичних спостережень, засобів накопичення та аналізу інформації, що від неї надходить, а також засобів доведення цієї інформації до користувача. Зміни в стані озонового шару та можливі негативні наслідки таких змін стимулювали створення та функціонування різноманітних вимірювальних приладів та їх мереж. Функціонує наземна мережа спостережень за станом озонового шару, велика увага приділяється вимірюванням з літаків та аеростатів, але найбільш інформативними виявились дані супутникових вимірювань. Їх роль надзвичайно велика. Це зумовлено можливістю отримання за їх допомогою інформації про поведінку озону у глобальному масштабі з достатньою детальністю для великих проміжків часу.

Озоновий шар атмосфери захищає біосферу від дії коротко хвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця. Динамічна рівновага атмосфери в системі взаємопов’язаних і взаємообумовлених складових Землі порушується господарською діяльністю людей. І для атмосфери сьогодні характерний ряд проблем, вирішення яких потребує планетарних цілеспрямованих програм і рішень. Проблема стратосферного озону полягає в тому, що починаючи з 70-х років наукова громадськість почала розуміти реальність загрози руйнування озонового шару, найбільша концентрація якого зосереджена на висоті 20-24 км. Основну руйнівну силу для молекул озону складають сполуки хлору, найбільш поширені з яких хлор фтор вуглеводи (фреони). Ці сполуки є дуже стійкими і в формі аерозолів можуть перебувати у завислому стані декілька десятків років.

До проблем, які пов’язані з глобальними змінами атмосферних процесів, чи її складників необхідно віднести:

– проблему порушення газового балансу атмосфери і тісно пов’язану з нею проблему порушення теплового балансу Землі;

– проблему росту погодних аномалій та інші.

Їх виникнення пов’язують з надмірною антропогенізацією глобальних природних процесів і порушення господарською діяльністю рівноваги між основними компонентами нашої планети. Небачено активна й здебільшого непродумана діяльність людини, супроводжувана знищенням природних ресурсів і забрудненням навколишнього середовища, призвела до того, що нині біосфера планети перебуває в критичному стані, коли до глобальної катастрофи залишилися лічені кроки. Одною із цих проблем які важко вирішуються є зменшення озонового шару. Виснаження його впродовж останніх десятиріч - це ще одна глобальна проблема, від вирішення якої залежить майбутнє людства. Визначено, що новими руйнівниками озонового прошарку є фтор, фтор місткі сполуки та інші. Одна активна молекула фреонів може спалити до сотні тисяч молекул озону.

Зменшення товщини озонового прошарку та поява озонових дірок над Антарктидою. Якщо цей процес стане незворотнім, то жорстке сонячне випромінювання за короткі строки знищить усе живе на планеті.

1 ВІДКРИТТЯ ОЗОНОВОГО ШАРУ

Озон був відкритий в 1839 році за час спостережень за електричними розрядами К. Ф. Шонбейном. Після 1850 року було встановлено, що озон є однією з природних складових атмосфери спостереження були розпочаті в 20-ті роки минулого століття.

Перші кількідні виміри повного вмісту озону проведені оксфордським ученим Г.Добсоном в 1920 році. Він удосконалив свій прилад – спектрофотометр — він став головним приладом для вимірювань повного вмісту озону в глобальній системі спостережень майже в 100 обсерваторіях світу протягом 50 років. Спектрофотометр Г.Добсона під номером 031 був встановлений на українській антарктичній станції “ Академік Вернадський”. За допомогою цього приладу українські вчені проваджують спостереження озону в Антарктиці розпочаті британськими вченими на станції “Фарадей” ще в 1957 році.

Озоновий шар дослвіджують також за допомогою літаків невеликих ракет та аеростатів.

Озон утворюється завдяки сонячному випромінюванню, зміна концентрації озону залежить від 11-річного сонячного циклу. Підчас великих вулканічних вивержень в атмосферу викидаються дуже багато хлору, який досягає стратосфери. Основною причиною змін в озоновому шарі є велика кількість пилу, який потрапляє під час виверження.

На поверхні відбуваються хімічні реакції, що призводять до зменшення вмісту озону. Підчас стартів великих літаків ракет як “ Енергія”, “Сатурн 5”, “Спейс Шатл” викидають значну кількість хлоровмісних компонентів. Наприклад : під час старту “Спейс Шатл у стратосферу викидають 70 тон HCI , порівняно з природніми джерелами HCI 7500 тон в рік. Підраховано, що 300 запусків “Спейс Шаттлів” підряд могли б повністю зруйнувати озоновий шар Землі (1).

2 ОЗОНОВІ ДІРИ. ПРИЧИНИ ЇХ ПОЯВИ ТА НАСЛІДКИ

Вигляд Антарктиди з космічного простору та дослідження озонового шару в атмосфері

Зменшення озонового шару в Антарктиді довели в 1985 році члени британської наукової експедиції з найстарішої на білому континенті станції «Фарадей», що з лютого 1996 року належить Україні й носить ім’я геніального українського вченого В.Вернадського. Вони помітили, що концентрація озону в стратосфері тривожно знижувалася.

Вони повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили і інші дослідники, що показали також, що область зниженого змісту озону тягнеться за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова "діра".

Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Самолетний Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн декілька разів підіймалися в область зниженого змісту озону і збирали детальні відомості про розміри "діри" і проходячі в ній хімічні процеси. На початку 80-х років по вимірюваннях зі супутника "Німбус-7" аналогічна “діра" була виявлена і в Арктиці, щоправда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таким значним - біля 9%. У середньому по Землі з 1979 по 1990 р. зміст озону впало на 5%.

Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону представляють викиди водяної пари і оксидов азоту з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося.

У той час в комерційних цілях використовується тільки "Конкорд", що здійснює декілька рейсів в тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків в стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі, як B1-B або Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71. Як приклад можна привести Італію, Німечину, Париж, де теж є велике навантаження на стратосферний озон.

Присутність озонових дір в найбільших містах Європи

рисунок 2.2-Озонові діри в Європі

Таке навантаження представляє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидов азоту з поверхні землі внаслідок спалення викопного палива і масового виробництва і застосування азотних добрив також представляє певну небезпеку для озонного шару, але оксиди азоту нестійки і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте, тверде паливо, що використовується в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", може наносити серйозний збиток озонному шару в районі запуску.

У 1974 р. вчені М. Моліна і Ф. Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіне показали, що хлорфторвуглероди (ХФУ) можуть спричиняти руйнування озону. Починаючи з цього часу, так звана, хлорфторвуглеродна проблема стала однією з основних в дослідженнях по забрудненню атмосфери.

Хлорфторвуглеродні вже більше за 60 років використовуються як хладогенти в холодильниках і кондиціонерах, пропілленти для аерозольних сумішей, пінообразуючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися, як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні і неактивні, а значить не токсичні. Як це не дивно, але саме інертність цих з'єднань робить їх небезпечною для атмосферного озону.

Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерховому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УХ опромінення може серйозно постраждати і навіть загинути повністю.

Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських экосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхових шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УХ опроміненню, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно поменшає, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УХ випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

Під тиском цих аргументів багато країн почали вживати заходів, направлені на скорочення виробництва і використання ХФУ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФУ в аерозолях.

Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФУ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторинга змін клімату, в фонових умовах - на берегах Тихого і Атлантичного океанів і на островах, вдалині від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонов -11 і -12 в цей час зростає з швидкістю 5-9% в рік.

Разом з тим, ранні прогнози, що кажуть про те, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФУ, до середини XXI ст. кількість озону в стратосфері може впасти вдвічі, можливо були дуже песимістичні. Бо, як з'ясувалося, діра над Антарктидою багато в чому є слідством метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолета і під час полярної ночі не йде. Взимку над Антарктикою утвориться стійкий вихор, перешкоджаючий притоці багатого озоном повітря зі середніх широт. Тому до весни навіть невелику кількість активного хлору здібно нанести серйозний збиток озонному шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато які дослідники вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, чим над Арктикою, утворяться взимку, коли при відсутності сонячного світла, в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди, температура в стратосфері падає нижче мінус 80⁰С.

Можливо, що частки цих хмар здатні катализувати розпад озону. Все це говорить про те, що ХФУ здатні викликати помітне пониження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, яке для середніх широт не характерне в наслідок інших кліматичних умов, а це одразу зменшує площу озонного шару, яка може піддатися розпаду. Хоч перші похмурі оцінки були переглянені, це ні в якому разі не означає, що проблеми немає. Швидше, стало ясно, що є негайна серйозна небезпека. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФУ в атмосферу серйозні биосферні порушення у другій половині XXI в., тому скорочувати використання ХФУ, як і раніше, необхідно.

Вчені М. Моліна і Ф. Роуленд опублікували ще спільну працю, в якій висловили глибоку стурбованість щодо шкідливої дії хлору на збереження озонового шару. Вже з 70-х років чимало науково-дослідних центрів світу вдарили на сполох з приводу згубних наслідків впливу цього явища на довколишнє середовище. В 1987 р. спеціально обладнали літак з чилійського міста Пунта. Аренас проник в озонову дірку в Антарктиді й майстерно зробив перші знімки, що допомогли дізнатися про справжні розміри аномалії.

Ці дані лягли в основу рішення Організації Об’єднаних Націй (ООН) скликати 1987 р. міжнародну зустріч у Канаді, де 46 країн підписали Монреальський протокол, який зобов’язує його учасників скоротити виробництво товарів, що містять у собі хлор, фтор, водень: аерозолі, холодильне обладнання й таке інше. Уже не одне літо в Південному конусі, де прихід нового року припадає на розпал сезону відпочинку, заздалегідь вимушені ширше вживати запобіжних заходів, щоб захиститися від шкідливої дії сонця , бо шар озону, що служить захисною парасолею від ультрафіолетових променів, як ніколи раніше, періодично ставав дуже слабкий. Національна метеорологічна служба Аргентини (НМСА) повідомила, що в 1998 року озонова дірка зберігалася майже на місяць довше, ніж попереднього, до того ж охоплювала площу, значно більшу, ніж будь-коли. Річний період, протягом якого проявляється озонова дірка над Антарктидою. Тоді він перевершив усі інші: з’явився на півмісяця раніше й тривав три тижні довше при небаченій досі низькій концентрації озону. Як наслідок найбільшої тривалості явища у січні місяці 1999 року вплив збідненого на озон повітря затримався в теплих широтах. Як відзначав директор департаменту атмосферного довкілля Університету м. Буенос-Айреса сеньйор Пабло Кансіані, це може викликати посилення ультрафіолетової радіації аж до південних районів Бразилії.

Озон вбирає в себе сонячні ультрафіолетові промені. Збільшення цієї радіації на земній поверхні може завдавати серйозних опіків, породжувати рак шкіри та хвороби очей у людей. Тому щороку вчені уважно аналізують зменшення концентрації озону в середньому шарі атмосфери. Над Антарктидою кількість цієї речовини падала до надзвичайно низького рівня.

В 1998 року площа над Антарктидою та довкола неї з низьким рівнем озону перевершила 10 млн. кв. км, причому це спостерігалося досить тривалий час понад сто днів підряд. Отож встановлено найприкріший рекорд в історії з озоном над шостим континентом. Під 1999 рік НМСА повідомила, що в перший тиждень грудня озонова дірка розширилася до 11 млн. кв. км і потім за кілька днів звузилася менш як до 1 млн. кв. км. Згідно з науковими дослідженнями протягом останніх 20 років це природне явище виразно з’являється над Антарктидою на початку південноамериканської весни місяць вересень й зникає, як правило, в перші дні літа — останній місяць року. Цього разу концентрація озону в середньому шарі атмосфери відновилася до належного рівня. Як підкреслював аргентинський науковець Пабло Кансіані, розширення озонової дірки тісно пов’язане з кліматичними змінами. В 1998 року атмосферна циркуляція була дуже аномальною. Рівень хлору, шкідливого для озону, має тенденцію стабілізуватися в атмосфері, тому більше сприяє кліматичний фактор, ніж хімічний, і це може неабияк вплинути на зміну клімату. Серед іншого про це також йшлося на Міжнародній конференції з питань зміни клімату в голландській столиці Гаазі в листопаді 2000 року, зокрема про нагальну потребу скорочувати вміст двоокису вуглецю в повітрі, що раніше було зафіксоване в протоколі подібного заходу в 1997 році в Кіото. Завідуючий кафедрою кліматології факультету точних наук Університету м. Буенос-Айреса професор Віcенте Барроc переконаний, що різке збільшення за останні 30 років дощів у його країні і особливо, як ніколи за ціле століття, минулої зими, тісно пов’язано із зростанням вмісту двоокису вуглецю в повітрі. Озоновий шар знаходиться на висоті 30 км над поверхнею Землі й складається з газу, що є в стратосфері в дуже обмеженій кількості, в середньому співвідношенні три молекули його на кожні 10 млн. молекул повітря. Через шкідливі речовини — продукти новітніх технологій, він почав руйнуватися.

Дослідження НМСА показали, що в середньому протягом всієї весни 1998 року спостерігалося на 40% менше озону, ніж у відповідний період 1976 року, який взято за основу виміру атмосферного явища скорочення даної речовини. Однак, як кажуть, усе пізнається в порівнянні. Останній рік минулого сторіччя й тисячоліття перевершив усі не лише сподівання, а й дослідження, бо навіть неосяжні злети невгамовної фантазії вчених.

Науковий департамент атмосфери й океанів факультету природничих наук Університету м. Буенос-Айреса оприлюднив дослідження про поведінку озонової дірки в 2000 році. Документ засвідчує, що в останній календарний рік минулого століття це атмосферне явище вело себе дуже незвичайно і викликало певний переполох. З одного боку показало швидке й невгамовне розширення, нестримно охоплюючи надто безкраї простори Південної Америки. З іншого — сталося це небагато раніше, в останній місяць місцевої зими, в серпні, тоді як практика за минуле десятиліття фіксувала його переважно на початку літа, в грудні.«Озонова дірка почала швидко розширюватися десь в середині серпня й набрала розмаху близько 25 мільйонів кв. км. Так же швидко й звузилася, аби незабаром знову прискорено розширитися 9 та 10 вересня аж до 30 млн. кв. км. — вказують аргентинські вчені. Додамо, що територія Антарктиди дорівнює 14.107.637 кв. км...

З дослідження випливає, що атмосферне явище над білим континентом 2000 року максимально проявилося на три тижні раніше, ніж передбачалося. До того ж його внутрішня динаміка відзначалася небаченими раніше відхиленнями й потрясіннями. Звичайно, в міру того, як дірка все більшала, видовжувалася в бік середніх широт. Однак, в останній рік минулого століття, особливо в жовтні, витягнутість з’являлася значно частіше й не слідувала ротації дірки. Іншими словами, форма явища під час цих діянь була не еліпсовою, а скоріше нагадувала майже трикутник, що дуже змістився в бік Південної Америки. Стосовно ультрафіолетової радіації (УФР), то було зафіксовано 430 одиниць за шкалою Добсона на півдні Австралії, що дає підстави думати про двополюсний розподіл випромінювання. Це переміщення разом з незвичайними розладом та викривленнями в кінцевому рахунку привели до цілком аномальної поведінки атмосферного явища.

Фактично, — стверджується в дослідженні, — у випадках, що відбувалися раніше «наскоки» озонової дірки за межі полярних регіонів не були такими тривалими. Однак завдяки хмаровій запоні тільки протягом кількох днів рівень УФР на поверхні планети піднімався вище середнього. Спостереження мережі НМСА показують, що в ясні дні в Ушуайї (Вогняна Земля) рівень УФР відповідав подібним даним у Буенос-Айресі чи Кордобі у січні місяці. І хоч ця доза радіації є цілком терпимою для людського організму, проте вважається зависокою для земних та морських екологічних систем. Також зафіксовано сонячні опіки в людей, які не звикли до таких змін.Місцеві науковці пояснення незвичайної поведінки загадкового явища пов’язують з тропосферним кліматом. Останній рік другого тисячоліття в багатьох регіонах безмежної аргентинської пампи був найвологішим, починаючи з 1860 року і приніс небачену відтоді кількість дощових днів, і, як наслідок, жахливі повені, що поглинули близько 2 млн. га сільськогосподарських угідь. Озоновий шар обгортає планету, як щит, що захищає її поверхню від шкідливого сонячного ультрафіолетового проміння. На жаль, він щораз зменшується через різні фактори. Одним з найнебезпечніших є хлоро-фторо-водневий газ. Суміш перших двох присутня в аерозолях, кондиціонерах, охолоджувальному обладнанні взагалі. Але хлор — не єдиний руйнівник озону: його атакує також окис брому — продукт самої природи. В свою чергу хімічний склад озону дуже нестабільний: він має три кисневі атоми на відміну від звичайного кисню, що містить лише два атоми. Сполука хлору чи брому, ультрафіолетової радіації та озону спричиняє руйнування останнього.

Антарктида не є єдиним місцем на планеті, де з озоновим шаром негаразд. Як повідомляв спеціалізований англомовний журнал «Сайєнс», група ізраїльських та німецьких дослідників довела, що соляні відкладення в Мертвому морі вивільнюють значну кількість окису брому — речовини, що знижує наявність озону в атмосфері. Бром, як і хлор, руйнує молекули озону, що захищають земну поверхню від ультрафіолетових променів. Проте між цими двома речовинами є суттєва різниця. Якщо хлор потрапив в атмосферу в основному внаслідок людської діяльності, то бром є частиною природи. Вчені відзначили, що найбільшим джерелом останнього в атмосфері є морські солі. Однак, заміри, зроблені спеціалістами, показали, що наявність окису брому над арктичною територією планети походить не тільки з полярних морів. Відкриття в Мертвому морі може стати ключем до пояснення явища. Але досі залишається незрозумілим, яким чином бром переміщується з субтропічного регіону в надполюсну атмосферу — загадка, що потребує негайної розгадки... Чи не готує згубна діяльність людини її екологічне самогубство?

Слід підкреслити, що до 2000 року антарктична озонова дірка тривала найменше за всю свою історію: з’явилася значно раніше, нетрадиційно взимку, в серпні, й зникла повністю вже 19 листопада, тоді, як раніше все це відбувалося влітку, в спекотному грудні. Це явище полягає в надмірному скороченні кількості озонового газу в земній атмосфері над Антарктидою. Цього разу все було не схоже на попередні випадки.

Почалося з того, що озонова дірка з’явилася в серпні на три відсотки більшою, а в листопаді вже стала на 20 відсотків меншою, ніж у відповідні періоди попереднього року й зникла досі надто швидко, — стверджує аргентинський вчений атмосферних наук з Інституту генетичної інженерії та молекулярної біології Луїc Орсе.

Попри все дані супутникових станцій Національного космічного агентства США (НАСА) та Національної метеорологічної служби Аргентини (НМСА) свідчать, що незважаючи на вказані зміни в атмосферному явищі, є підстави сподіватися на краще. Відбувається дуже важливе підвищення вмісту озону в його над антарктичному шарі, — вважає сеньйор Орсе, — а це приведе до того що рівень УФР у прилеглих районах знизиться на 30 відсотків. Поки що немає даних, щоб вияснити, чи не є швидке зникнення озонової дірки наслідком обмежень, встановлену 1987 році (2).

2.1 СТАН ОЗОНОВОЇ ДІРИ НАД ПІВДЕННИМ ПОЛЮСОМ

Згідно з дослідженнями, проведеними фахівцями NASA й Національної океанічної й атмосферної адміністрації (NOAA), цього року озонова діра над південним полюсом побила рекорд і за площею, і за глибиною.

Рисунок 2.4—Озонова діра над південним полюсом.

У період з 21 по 30 вересня 2006 року середній розмір озонової діри перевищив 27 млн. кВ. км проти очікуваних 22-24 млн. кв. км. Її площа зрівнялася з площею Північної Америки.

Прилади для моніторингу озонового шару Землі, розміщені на супутнику NASA Aura, зафіксували низький показник товщини озонового шару над ділянкою східно-антарктичного крижаного щита. Вимірювання товщини озонового шару над південним полюсом підтвердили ці дані - вони показують, що в жовтні величина озонового шару склала 93 одиниці Добсона, тоді як у середині липня ця величина дорівнювала 300 одиницям Добсона.

Більше того, озоновий шар на висоті 13-20 км над землею був майже повністю зруйнований, його товщина склала всього 1,2 одиниць Добсона проти 125 одиниць Добсона, зафіксованих у липні-серпні цього року.

Розмір озонової діри безпосередньо залежить від температури повітря над Антарктидою: що нижча температура, то тонший озоновий шар і більша озонова діра, і навпаки. Цього року температура повітря над Антарктидою була нижча за середні показники на п'ять градусів цельсія, що позначилося на збільшенні розміру озонової діри.

Вчені прогнозують, що розмір озонової діри над Антарктидою щорічно скорочуватиметься на 0,1-0,2% протягом найближчих 5-10 років. Однак цей повільний процес може виявитися непомітним на тлі великомасштабних флуктуацій температури повітря над Антарктидою.

Японські вчені встановили, що озонова діра зникне до 2050 року. Такий прогноз зробив Ейдзі Акієсі з Національного інституту досліджень навколишнього середовища (Natіonal Іnstіtute for Envіronmental Studіes) у Японії. Причиною поступового зникнення озонової діри є зменшення викидів в атмосферу хлористого фторвуглецю та інших небезпечних для озонового шару газів. Стабільне зменшення діри розпочнеться близько 2020 року.

Правда, деякі фахівці мають сумнів в коректності розрахунку дати загоєння діри, вказуючи, що хоча в нових продуктах (таких, як холодильники та кондиціонери) інженери замінили небезпечні для озону речовини на безпечні, в експлуатації ще перебуває чимало старих зразків такої техніки. А вона, після вичерпання ресурсу та викидання на смітник, ще випустить в атмосферу небезпечний хлорфторвуглець. За іншими прогнозами повністю озонова діра закриється до 2065 року (2).

3 ВПЛИВ ОПРОМІНЕННЯ НА ЖИВІ ОРГАНІЗМИ

Іонізуюче випромінення – невидимі оком випромінення високої енергії, що уявляють з себе потоки елементарних часток (електронів, позитронів, мезонів, протонів та нейтронів) , а також більш важких багатозарядних іонів (альфа-частки , ядра більш важких елементів , або мають електромагнітну природу (гамма- та рентгенівські промені). Всіх їх об’єднує схожість фізичних властивостей та , перш за все – аналогічний характер взаємодії з речовиною. Так, наприклад , кванти гамма- та рентгенівських променів при зустрічі з атомами речовини віддають їм частку своєї енергії, при цьому електрично нейтральний атом речовини перестає існувати перетворюючись у пару протилежно заряджених іонів . Частка або квант високої енергії вибиває один з електронів , що уносить з собою з атома один від’ємний заряд , тому атом стає позитивно зарядженим , а електрон приєднується до сусіднього атому утворюючи від’ємний іон .

На початку ХХ століття були спроби використовувати різні фактори зовнішнього середовища для отримання індукованих мутацій. Але на протязі довгого часу всі спроби були марними, почали навіть припускати, що мутації виникають виключно під впливом внутрішніх факторів, повністю автономно і абсолютно незалежно від впливу зовнішнього середовища.

Для спростування цієї хибної думки вирішальними були перші ж успіхи, які нарешті, були отримані у дослідах, спрямованих на отримання індукованих мутацій за допомогою дії різними факторами зовнішнього середовища.

Перші індуковані мутації отримані в 1920 році академіком Надсоном у деяких бактерій та грибів під впливом променевої енергії (Х-проміння, еманція радію). Після проведення дослідів, виявилося, що виникають такі мутації, які різко підвищують життєздатність організму. Але виявлялися і летальні мутації, які призводили до загибелі організму. А отримувати тільки якісь певні, корисні мутації не вдавалось. Характер мутацій був спонтанним і не передбачувальним.

Після дослідів по опроміненню організмів для отримання індукованих мутацій, вчені зацікавилися механізмом дії радіоактивного випромінення.

Спочатку, коли з мутагенних факторів були відомі в основному рентгенівське, або Х-проміння, пропускалося, що зміна будови генів і розриви хромосом викликаються проходженням іонізуючої частинки, в результаті якого в хромосомах виникає іонізація — електрони вибиваються з одних атомів і приєднуються до інших, що призводить до утворення позитивних і негативних іонів.

В наслідок цього в молекулі ДНК виникають різні перегрупування, які призводять до зміни в будові генів та точковим мутаціям, а у крайніх випадках призводять до поперечних розривів хромосом та появі частинок (фрагментів) хромосом. При такому тлумаченні механізму виникнення мутацій гени розглядалися як мішені, влучення в які викликає появу точкових мутацій та хромосомних аберацій. Прихильники такого тлумачення механізму появи мутацій, відомого під назвою “теорія мішені”, вважали, що мутації завжди катастрофічний процес, який відбувається практично миттєво, і наводили розрахунки ймовірності виникнення мутації головним чином на основі встановлення розмірів “мішені” та дози опромінення іонізуючої радіації, використаної для опромінення організму.

Інші ж дослідники пропонували, як альтернативну “теорії мішені”, гіпотезу вільних радикалів. Згідно цієї гіпотези, вирішальну роль для утворення індукованих мутацій має непряма дія рентгенівського проміння (а також інших форм іонізуючої радіації), викликаючи появу в поживному середовищі (наприклад ґрунті) чи в клітинах живих організмів появу вільних радикалів типу ОН та НО2 . Ці вільні радикали можуть взаємодіяти як з молекулами ДНК хромосом, так і з молекулами цитоплазми клітини та молекулами поживного середовища, змінюючи їх. А такі змінені молекули в свою чергу взаємодіють з молекулами ДНК, призводячи до змін в їх будові.

Результати цієї взаємодії значною мірою залежить від того, яким запасом енергії володіють вільні радикали. В тих випадках, коли ця енергія значна, виникають сильні зміни в будові молекул ДНК, призводячи до летальних мутацій чи до розлому хромосом. В тих випадках, коли енергія вільних радикалів незначна, то їх взаємодія з молекулами ДНК призводить до появи видимих точкових мутацій. На користь цій гіпотезі говорить те, що умови при яких проводилося опромінення (температура, наявність чи відсутність вільного кисню тощо), значною мірою впливають на частоту виникнення індукованих мутацій.

Особливо яскраво гіпотезу вільних радикалів підтверджувала поява індукованих мутацій у деяких мікроорганізмів після вирощування їх в поживному середовищі, яке попередньо було піддано опроміненню великими дозами іонізуючої радіації. В цих випадках індуковані мутації могли виникнути тільки під дією вільних радикалів поживного середовища, які виникли під час його опромінення.

На сьогоднішній день найбільш ймовірним є те, що індуковані мутації виникають як в результаті безпосередньої іонізації атомів в молекулі ДНК іонізуючими частинками, так і в результаті взаємодії з молекулами ДНК вільних радикалів, виникаючих під впливом опромінення в ядерному соці, в цитоплазмі клітини и навіть в поживному середовищі. Але все ж у виникненні індукованих мутацій найбільш важливу роль, напевно, відіграють вільні радикали.

Коли було встановлено, що виникнення індукованих мутацій може бути спричинено не тільки рентгенівським промінням, але також і іншими видами іонізуючої радіації (наприклад гамма-проміння, ультрафіолетове проміння), багато вчених-дослідників приступили до порівняльного аналізу і вивченню якісних особливостей індукованих мутацій, виникаючих під впливом різних мутагенних факторів.

Експериментально доведено, що одним з найсильніших мутагенів є радіоактивне опромінення. Вплив радіоактивного проміння на живий організм характеризується дозою опромінення. Поглинутою дозою опромінення називається відношення поглинутої енергії іонізуючого проміння до маси опроміненої речовини. У міжнародній системі одиниць СІ поглинуту дозу радіації виражають у греях. Один грей дорівнює поглинутій дозі опромінення при якій опроміненій речовині масою 1 кг. Передається енергія 1 Дж.

Природний фон радіації (космічне проміння, радіоактивність навколишнього середовища і тіла людини) за рік становить дозу опромінення приблизно 2*10-3 Гр. на людину. Міжнародна комісія у справах радіаційного захисту встановила для тих, хто має справу з випроміненням, гранично допустиму дозу на рік 0,005 Гр. Доза опромінення в 3-10 Гр. смертельна, якщо вона прийнята за короткий час.

Враховуючи згубну для всього живого дію радіоактивного випромінення, під час роботи з джерелом радіації (радіоактивні ізотопи, реактори тощо) потрібно вживати заходів для радіаційного захисту всіх людей, які можуть потрапити в зону дії проміння. (3)

Опромінення впливає на різні види організмів це можна побачити в таблиці 3.1

Таблиця 3.1 – Вплив опроміння на різні види організмів

Причини різної чутливості організмів до іонізуючого опромінення досконало ще не вивчено. Низьку чутливість комах і ракоподібних намагаються пояснити підвищеним вмістом в них сполук, які мають радіопротекторні властивості: у комах це каталаза, що розщеплює перекиси, а у ракоподібних - амінокислоти, аміни і поліпептиди, що беруть участь у регуляції осмотичного тиску. Чутливість ссавців до опромінення залежить від індивідуальних особливостей організмів і умов їхньої життєдіяльності. Найчутливішими до дії радіації є ембріони і немовлята, клітини яких мають високу активність росту. Підвищеною є також радіочутливість у старих особин, оскільки у них погіршуються процеси відновлення.

Ефект дії радіації залежить також від того, які саме тканини і органи зазнали опромінення. Всі органи і частини тіла теплокровних тварин і людини за своєю радіочутливістю поділяють на окремі групи. (5)

В даній таблиці можна побачити які наслідки опромінення радіації на живі істоти

Таблиця 3.2—Дія радіації на живі істоти

Останніми десятиліттями до природних джерел іонізуючих випромінювань додалися штучні, зумовлені людською діяльн