Тема разрушения озонового слоя уже давно сошла с первых полос изданий - а ведь пару десятилетий назад, дискурс об этом был феноменально активным. Да и этой статьи могло не быть - если бы мы, редакция, не наталкивались с завидной регулярностью на мнение, что угроза озоновых дыр - это давно изжившая себя мистификация, очередная "ложь ученых". Впрочем, нам слишком часто приходится начинать свои статьи с "...в обществе и СМИ укоренился миф..." - и дальше речь идет о совершенно безумных теориях заговора и просто изумительных глупостях, таков уж градус мракобесия в современном мире.
Однако, быстрые запросы в поисковик на тему подходящих примеров озоновой конспирологии, не дали достаточных оснований для расстройства. Возможно, для нашей цивилизации и системы образования еще не все потеряно. А может, эта тема не является горячей, и соответственно, интерес безумных конспирологов к ней несколько остыл.
Как бы там ни было, мы видим важную задачу в озвучивании важности этой проблематики. Озоновый слой — не просто абстрактный климатический фактор; это комплексная и жизненно важная часть атмосферы нашей планеты, чьё значение трудно переоценить. Мы постараемся избегать заезженных фактов о том, что собой представляет слой озона в верхних слоях атмосферы, и как он защищает людей от рака кожи. Вместо этого, мы приглашаем Вас углубиться в физику процессов и понять, насколько сложной и экстремально важной может быть эта тема. Надеемся, это позволит более осмысленно взглянуть на экологические вызовы нашего времени, и роль каждого из нас в сохранении здоровья нашей планеты.
Итак, перейдем к сути процессов, связанных с озоновым слоем Земли. Главное, на что мы хотим обратить внимание - это доказательство и объяснение того факта, от чего, и как именно, нас защищает слой этого газа. Для понимания, необходимо вспомнить несколько фактов:
- Во-первых, человеческий глаз способен воспринимать свет в определенном диапазоне длин волн, относящемся к видимому спектру. В общем случае, этот диапазон охватывает волны от 400 до 760 нанометров (нм). Несмотря на то, что чувствительность к этим длинам волн может незначительно колебаться от человека к человеку, и усиливаться при адаптации к темноте, указанные значения остаются в среднем постоянными.
- Второй факт касается самого солнечного излучения, источника света, без которого жизнь на Земле была бы невозможна. Солнце продуцирует гораздо более широкий спектр электромагнитных волн, чем доступен нам для восприятия, но наибольшая его интенсивность приходится именно на видимый нами диапазон. Это означает, что далеко не вся часть энергии, достигающей нашей планеты, сосредоточена в видимом спектре - другие порции энергии поступают к нам в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.
- Третий факт, который имеет первостепенное значение для нашего обсуждения, заключается в способности различных веществ поглощать излучение. Каждый химический элемент и соединение, имеют уникальные спектральные характеристики, определяющие, какие именно диапазоны излучения они поглощают. Этот фактор лежит в основе таких повседневных явлений, как цвет предметов вокруг нас: например, зеленый лист поглощает излучение красной и синей части спектра, но отражает зеленую, благодаря чему мы и видим его таковым. То же самое происходит и вне видимого спектра. Ультрафиолетовый свет, например, поглощается многими веществами, и хотя он невидим для наших глаз, но его воздействие все равно ощущается на физическом и биологическом уровне.
Имея в виду представленные данные, давайте углубимся в анализ графика, который иллюстрирует, как различные атмосферные газы влияют на поглощение спектров солнечного света. График, который мы рассматриваем, визуализирует, как разные части солнечного спектра либо проникают сквозь атмосферу к поверхности Земли, либо поглощаются благодаря взаимодействию с определенными химическими элементами, растворенными в разных слоях атмосферы.
На этом графике представлены две ключевые области. Первая(желтая) - показывает изначальный спектр солнечного излучения и его интенсивность, перед тем как оно входит в нашу земную атмосферу. Вторая (красная) - показывает ту часть от этой энергии, которая достигает уровня моря. Различия между этими областями выявляют диапазоны, в которых излучение поглощается на пути к поверхности.
Для наглядности и простоты понимания: в инфракрасной области спектра (правая часть графика), за пределами видимого света, мы наблюдаем значительные "ямы", по сути - пики поглощения. Эти пики в инфракрасном диапазоне обусловлены, в основном, молекулами водяного пара и обычного двухатомного кислорода. Например, на графике видно, что водяной пар является сильным поглотителем в инфракрасном диапазоне в районе волны с длиной 1350_нм. Это характеризует водяной пар, как мощный парниковый газ, однако для нашего разговора важно не это. Более значимым является то, что излучение с обозначенной длиной волны в ~1350_нм - абсолютно не достигает поверхности планеты.
Статья о том, как излучение формирует погоду в космосе:
Что это означает? По большому счету не важно, какая именно толщина атмосферы защищает нас от космического и солнечного излучения - важно то, какой у нее химический состав, и какие поглотительные свойства у ее составляющих. Например, если бы наша атмосфера состояла только из азота N₂ и двухатомного кислорода O₂ - не было бы никакого шанса заблокировать тот самый инфракрасный диапазон в 1350_нм, поскольку эти газы абсолютно прозрачны для него. В то же время, минимально достаточный "слой" водяного пара, а точнее, определенная концентрация его в атмосфере, способны к полному поглощению данного излучения. Эти данные не просто рассчитаны на бумаге - они подтверждаются эмпирическими измерениями, которые многократно подтверждены с помощью множества наземных инструментов.
Теперь стоит обратить внимание на левую часть графика, посвященную ультрафиолетовому излучению, и мы видим первостепенную роль озона O₃ в фильтрации солнечных лучей. В диапазоне от 250 до 300 нанометров, озон действует как мощный защитный барьер. Пик поглощения, помеченный на графике символом O₃, указывает на то, что озон поглощает практически всё ультрафиолетовое излучение в этом диапазоне. И как мы говорили ранее, не так важна относительная толщина или концентрация этого газа в атмосфере, важно то, что сложившийся естественный природный баланс этого газа в атмосфере - достаточен для того, чтобы излучение этого типа не достигало поверхности Земли почти на все 100%.
Казалось бы, даже по представленному графику видно, что этот ужасный ультрафиолет, с которым зачем-то воюет все научное сообщество, представляет собой лишь малую часть от всей солнечной энергии, так в чем его особенность и его опасность? Мы не зря акцентировали внимание на том, что абсолютно любой материал, имеет собственные, индивидуальные характеристики поглощения энергии от электромагнитного (светового) излучения.
В случае простых твердых тел, таких как металлы, поглощение энергии чаще всего приводит к их нагреву. Однако, когда речь идет о сложных химических соединениях, воздействие излучения может быть более разнообразным. Оно может вызвать ионизацию, при которой электроны высвобождаются из атомов или молекул, или даже привести к химическому разложению, когда большие молекулы распадаются на более мелкие составляющие.
И еще раз: сила этого воздействия напрямую зависит от типа вещества и его восприимчивости к тому или иному диапазону излучения. Зеленая краска будет лучше нагреваться под лучами красного света, но в зеленом освещении - будет нагреваться меньше.
Именно поэтому нужно обратить внимание на характеристики поглощения таких веществ, как нуклеиновые кислоты - именно они являются основой всей известной нам биологической материи.
Нуклеиновые кислоты - это общий термин, который относится к большим молекулам, состоящим из нуклеотидов. Нуклеотиды — это строительные блоки нуклеиновых кислот, каждый из которых содержит фосфатную группу, сахар (рибозу или дезоксирибозу) и азотистое основание. ДНК и РНК являются двумя основными типами нуклеиновых кислот.
Так вот, если водяной пар хорошо поглощает инфракрасное излучение с длиной волны 1350_нм, то для нуклеиновых кислот характерно очень эффективное поглощение ультрафиолета, в особенности в диапазоне около 200-280_нанометров. И если для многих простых веществ, лишняя поглощенная энергия означает дополнительный нагрев, то для молекул ДНК и РНК это фактически означает разрушение, или нарушение функций саморепликации. Таким образом, именно ультрафиолет способен очень эффективно вызывать повреждения биологических тканей или мутации.
Для более ясного понимания драматизма ситуации, это свойство UV-излучения даже лежит в основе работы медицинских ультрафиолетовых стерилизаторов.
Ультрафиолетовые стерилизаторы используются в медицинских учреждениях для дезинфекции воздуха, поверхностей и инструментов. Они работают, излучая свет в диапазоне примерно 254_нм, который является наиболее эффективным для уничтожения бактерий, вирусов и других организмов. Излучение в этом диапазоне с огромным "КПД" поглощается молекулами ДНК и РНК, что приводит к их повреждению или разрушению, делая микроорганизмы неспособными к размножению, или вызывая их смерть. Это позволяет медицинским учреждениям поддерживать высокий уровень гигиены и предотвращать распространение инфекций, что особенно важно в условиях, где риск заражения очень высок.
Вообще, подвергать самого человека подобному стерилизующему излучению не рекомендуется, во всяком случае, в течение продолжительного времени. Поэтому, такие устройства обычно прогоняют сквозь себя порции воздуха, стерилизуя воздушные массы, а не все помещение целиком, в котором могут находиться и люди. Человек, конечно, не ощутит на себе моментальных негативных последствий, поскольку в отличие от микроба, состоит из огромного множества живых клеток. Очевидно, стоит помнить, что у любого воздействия существует допустимая доза, которую не стоит превышать во избежание негативных последствий.
Ультрафиолетовое излучение (УФ, UV) - делится на три диапазона: UV-A, UV-B и UV-С, каждый из которых имеет свои характеристики и взаимодействует с атмосферой и другими веществами по-разному:
- UV-A: Этот диапазон включает длины волн от 315 до 400 нанометров и является наименее энергетически интенсивным. UV-A лучи проникают глубоко в кожу, вызывая загар, и большая их часть проходит через озоновый слой, достигая поверхности Земли. Они наименее опасны и привычны для биологических видов.
- UV-B: Волны этого диапазона имеют длину от 280 до 315 нанометров. Они более энергетически интенсивны по сравнению с UV-A и могут вызвать солнечные ожоги и повреждение ДНК клеток кожи. Озоновый слой поглощает большую часть UV-B излучения, но некоторое количество все же достигает земной поверхности.
- UV-С: Самый коротковолновой и энергетически интенсивный диапазон от 100 до 280 нанометров. UV-С лучи чрезвычайно вредны для живых организмов, но почти полностью поглощаются стратосферным озоном, и, в меньшей степени, кислородом, не достигая земной поверхности.
Наш паблик VK:
Строго говоря, мы бы не хотели, чтобы у Вас развилась фобия по отношению к ультрафиолетовому излучению, однако, все озвученное крайне важно для понимания - насколько важную роль играет озоновый слой в облике нашей планеты. Безусловно, у таких высокоразвитых многоклеточных организмов, как человека, существует ряд способов защититься от излишне жесткого влияния солнечных лучей, а со временем, организм может компенсировать причиненный вред. Ведь даже если часть клеток подверглась облучению и повреждениям, биологические механизмы обновления тканей заменяют их на новые. И тем не менее, относиться к этому виду воздействия нужно с крайней осторожностью - и речь здесь идет и о бытовых приборах, излучающих ультрафиолет, и о соляриях, и о сварочных работах, но также - относится и к естественной среде.
На основе всего, что мы обсудили до сих пор, становится понятным, откуда берутся опасения о раке кожи и других заболеваниях, связанных с ультрафиолетовым излучением, и о том, какую важную роль в защите нашей планеты играет озоновый слой. Не правда ли?
Но не так страшен вред ультрафиолета по отношению к человеку, как по своему влиянию на нашу среду обитания, и биосферу в целом. Об этом, мы продолжим разговор в следующий раз.