Ультрафиолетовые (УФ) лучи в основном поглощаются в атмосфере Земли благодаря озоновому слою, который располагается в стратосфере, на высоте примерно от 15 до 50 километров над поверхностью планеты. Именно он играет ключевую роль в защите живых организмов от вредного воздействия УФ-излучения, которое может быть опасным для здоровья, включая кожные заболевания и повреждения ДНК.
Стратификация атмосферы и роль озона
Атмосфера Земли разделена на несколько слоев в зависимости от высоты и температуры. Описание слоев атмосферы:
Тропосфера (от 0 до 10–15 км) — слой, в котором происходит большинство атмосферных явлений, таких как облака, дождь, ветры. Этот слой не имеет прямого отношения к поглощению УФ-излучения.
Стратосфера (от 10 до 50 км) — здесь расположены важнейшие слои для поглощения УФ-лучей, а именно озоновый слой. Озон (O₃) в верхней части стратосферы играет основную роль в фильтрации ультрафиолетовых лучей.
Мезосфера (от 50 до 85 км) и термосфера (от 85 до 500 км) — эти слои также присутствуют в атмосфере, но они не оказывают значительного влияния на поглощение УФ-излучения.
Механизм поглощения УФ-излучения озоном
Озон в стратосфере поглощает УФ-излучение, особенно в диапазонах длин волн от 200 до 315 нм (что соответствует УФ-С и части УФ-B). Эта способность озона является результатом химических реакций:
Поглощение УФ-излучения. Ультрафиолетовые лучи воздействуют на молекулы озона, разрывая их на два атома кислорода (O₂ + фотон → O + O) или на молекулу кислорода и атом озона (O₃ + фотон → O₂ + O).
Регенерация озона. Атомы кислорода (O) реагируют с молекулами кислорода (O₂), восстанавливая молекулы озона (O + O₂ → O₃).
Эти химические реакции создают своего рода озоновый цикл, поддерживающий баланс озона в стратосфере.
Типы ультрафиолетового излучения и их взаимодействие с озоном
Ультрафиолетовое излучение делится на три основных типа в зависимости от длины волны:
УФ-А (320–400 нм) — наименее вредное для здоровья, хотя оно всё же может вызывать старение кожи и другие хронические заболевания.
УФ-Б (290–320 нм) — более опасное, поскольку может вызывать ожоги, повреждения кожи и повышать риск рака.
УФ-С (100–290 нм) — наиболее опасное для живых существ, способно повреждать клеточные структуры, но оно полностью поглощается озоновым слоем, не достигая поверхности Земли.
Озон поглощает почти все УФ-С лучи и большую часть УФ-Б, при этом УФ-А частично проходит сквозь озоновый слой, хотя в меньших количествах.
Почему озоновый слой важен?
Озоновый слой действует как фильтр, который защищает живые организмы от ультрафиолетового излучения, которое в высоких дозах может вызывать:
Дерматологические проблемы, такие как рак кожи, старение кожи, солнечные ожоги.
Проблемы с глазами, например, катаракта.
Генетические повреждения, ведущие к мутациям.
Нарушения в экосистемах, включая вред для морских экосистем, таких как фитопланктон, который является основой пищевой цепочки.
Разрушение озонового слоя
С конца 20-го века ученые заметили, что озоновый слой в некоторых местах, особенно над Антарктидой (образование озоновой дыры), стал истончаться. Причиной этому стали хлорфторуглероды (ХФУ), используемые в холодильниках, аэрозолях и других продуктах, которые разрушали молекулы озона. Снижение уровня озона ведет к увеличению количества вредного ультрафиолетового излучения, достигающего поверхности Земли.
Для борьбы с этим в 1987 году был принят Монреальский протокол, который запретил использование большинства веществ, разрушающих озон, и позволил постепенно восстанавливать озоновый слой.
Заключение
Озоновый слой в стратосфере — это главный «щит», который защищает Землю от опасных ультрафиолетовых лучей. Без этого слоя жизнь на планете была бы под угрозой из-за повышенного уровня ультрафиолетового излучения.
