Озон — это разновидность кислорода. Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода, а молекулярный кислород состоит из двух атомов.
Благодаря этому свойства трёхатомной молекулы озона принципиально отличаются от двухатомной молекулы молекулярного кислорода. Озон остаётся газом до температуры -111,9 гр. С. При понижении температуры он переходит в жидкость тёмно-синего света.
В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.
Озоновый "экран" расположен в стратосфере, на высотах от 7-8 км на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 - 24 километров над Землей. озон стратосфера экологический атмосфера
Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум - в районе экватора, максимум - у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.
Озон был открыт в 1839 году немецким химиком Шенбейном, а в 1873г. его обнаружили в приземной атмосфере. Затем путём анализа характеристик ультрафиолетового излучения солнца, приходящего к земной поверхности. Спустя 8 лет английский химик Гартли обнаружил озон в верхних слоях атмосферы.
Озоновый слой в стратосфере важен тем, что он поглощает определённый диапазон солнечного излучения. Наиболее сильно длину волн 253.65нм. Этот диапазон приходится на ультрафиолетовое излучение солнца. Из этого следует, что озоновый слой, толщиной всего лишь 3мм (при температуре 0 гр. С и нормальном давлении), способен снизить интенсивность излучения на этой длине волн в число раз, равное единицы с сорока нулями.
Полоса поглощения озона от 200 до 300нм в честь её первооткрывателя, была названа полосой Гартли. Но имеются и другие полосы поглощения озона (более слабые) от 300 до 360 нм. Это полоса Хюгинса. Если излучение с этой длиной волн пройдёт через земную атмосферу от звёзд, то по характеру поглощения озоном можно определить количество озона, через которое прошло излучение. Озон поглощает и волны от 440 до 850 нм. Это полоса поглощения Шапюи.
Сама земля тоже испускает излучение в инфракрасном спектре. Так вот часть этого излучения тоже задерживается озоном, тем самым, предохраняя планету от охлаждения. Измерения поглощения инфракрасного излучения озоном также даёт информацию о количестве озона лежащего на пути излучения. Только сами измерения нужно проводить выше озонового слоя. Для этого аппаратуру устанавливают на спутниках. Такие измерения дают возможность узнать распределение озона по высоте.
Главной функцией озона является защита человека и всей биосферы планеты от жёсткого ультрафиолетового излучения с длинами волн от 250 до 320 нм. Если бы этого не происходило то, учитывая способность нуклеиновых кислот, поглощать излучение ниже 280 нм происходило бы их разрушение. Но озоновый слой не полностью поглощает этот спектр, часть его, которая доходит до организма поглощается белками. Тем самым они выступают в роли предохранителя для организма. Прежде всего, ультрафиолетовое излучение действует на живые организмы путём повреждения хранилища клеточной информации, то есть ДНК. Если они нарушены, то это препятствует восстановлению и копированию данных биосистем Установлено что, насколько сильно было действие ультрафиолетового излучения, он может либо просто загореть, либо получить солнечный ожог, либо даже заболеть не злокачественными типами рака кожи (базально-клеточный и чешуйчато-клеточный рак) и меланомой (рак кожи). Это же излучение при облучении глаз может вызвать повреждение роговицы (фотокерактит), катаракту и другие. Также это излучение может вызвать изменения в иммунной системе человека, подавляя его защитные функции. В результате будет усиливаться фотоканцерогенезис. Защита организма при этом ослаблена, поэтому уменьшается сопротивляемость к развитию заболеваний. Самым опасным для здоровья считается излучение с длинами волн от 300 до 315 нм. Изменение озонового слоя коснулись даже растений и животных. Опыты показали, что если количество озона уменьшится на 25%, то и их урожайность упадёт на столько же.
Есть версии, которые могут показаться экзотическими. Так, в интервью с Василием Шабетниковым была высказана версия, что разрушения озонового слоя приведёт к усилению ионизации воздуха, что увеличит электрический потенциал земли и может привести к тому, что земля сойдёт со своей орбиты по направлению к солнцу.
Но у озона есть ещё одно неприятное свойство, он является сильнодействующим ядом. Его токсичность даже выше, чем у синильной кислоты.
Особую опасность для людей представляют, озоновые смоги, они могут быть опасными для жизни. Их образование происходит из выхлопных автомобильных газов, а точнее, из-за содержащейся в них перекиси азота. Если её не очень мало, то при облучении солнечным ультрафиолетом перекись азота вступает в реакции с ненасыщенным углеводородом и образует озон. Первым испытал на себе его действие Лос-Анджелес. Здесь образованный таким образом смог привёл в негодность провода городской сети электроэнергии.
Для того, чтобы более полно понять проблему озонового слоя нужно рассмотреть движение озона в атмосфере. Находясь в непрерывном движении атмосферный воздух, непрерывно переносится большими массами из одних мест в другие. Перемешивание атмосферного воздуха происходит также за счёт его вертикального движения. Свою роль играет и турбулентность атмосферного газа, его вихревые движения. Благодаря этому состав воздуха до высоты 100 км примерно одинаков.
Общая схема движения озона выглядит примерно так. В стратосфере озон образуется с участием атомного кислорода. В стратосфере атомного кислорода очень мало по сравнению с озоном. Атомный кислород образуется под действием солнечного излучения. Как только с заходом Солнца солнечное излучение исчезает, образование атомного кислорода прекращается. Тот атомный кислород, который был образован до этого момента, идёт на создание озона.
Ночью пока нет солнечного излучения, разрушение озона не происходит. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими соединениями и под действием солнечного излучения. Поскольку в атмосфере от 100 км и до поверхности земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на земле, в её приземном слое, а затем из-за перемешивания были подняты в атмосферу. Для того, чтобы слой оставался неизменным, должен существовать баланс между количеством образующегося озона и озоном, который разрушается. Особо эффективно озон образуется из молекулярного и атомного кислорода на высоте 30-70 км. Выше эта реакция протекает плохо, так как молекул кислорода там мало, а ниже этого диапазона плохо проникает ультрафиолетовое излучение, которое нужно для его образования.