Озон. Физика и химия озона. Химия атмосферного озона. Стратосферный озон и особенности его распределения, страница 8

11.3. Стратосферный озон и особенности его распределения

Итак, озон в атмосфере предохраняет жизнь на Земле от ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего молекулы ДНК. Однако для образования озона в атмосфере должен иметься молекулярный кислород.

Одна из первых гипотез о происхождении жизни на Земле была выдвинута французом Луи Пастером (Pasteur, 1822-1895). Он предполагал, что первичная атмосфера Земли не содержала кислорода, и что первые бактерии, появившиеся на Земле, существовали за счет обмена без участия кислорода (анаэробные бактерии).  В начале ХХ века английским биологом И. Хелденом была выдвинута гипотеза, согласно которой первичная атмосфера содержала углекислый газ, водяной пар и аммиак. Именно эти вещества создали основу для зарождения первых органических соединений в морях и водоемах, причем в «строительстве» непосредственное участие принимало активное коротковолновое ультрафиолетовое солнечное излучение. Последнее легко проникало до поверхности Земли через бескислородную атмосферу.

Существует еще несколько точек зрения на состав первичной атмосферы и механизмы зарождения жизни [37]. В любом случае считается, что кислород начал поступать в атмосферу на сравнительно позднем этапе развития планеты. Однако общепринятых версий по поводу механизма образования первичного кислорода до сих пор нет. В частности, согласно одной точке зрения, первичный кислород появился в результате фотолиза паров воды под действием ультрафиолетового солнечного излучения.

Согласно другим версиям, более вероятным механизмом образования кислорода является фотосинтез в первичных живых организмах на Земле. Предполагают, что около 10⁹ лет назад Земля потеряла весь водород, входивший в ее атмосферу, и постепенно возникла вторичная атмосфера из вулканических газов, содержавших СО₂. Но эта атмосфера была лишена кислорода. Поэтому жизнь могла возникнуть только в водоемах, где слой воды защищал живые организмы от жесткого солнечного ультрафиолетового излучения. Этими живыми организмами были одноклеточные, а затем и более сложные водоросли. Они могли усваивать СО₂, например, так: СО₂ + Н₂О → НСОН (формальдегид) + О₂, выделяя свободный кислород, который пополнял атмосферу. Со временем под действием солнечного излучения в атмосфере образовался и озон. Кислород и озон создали тот щит, который в палеозойской эре (5∙10⁸ лет назад) позволил растительному и животному миру развиваться на суше. Хотя считается, что кислорода было тогда всего около 1% от современного уровня.

Сейчас озон поглощает около 1.1%  всей солнечной энергии на высоте, большей 35 км, и сильно нагревает стратосферу.

Подлежащими измерению при мониторинге озоносферы являются вертикальное распределение концентрации озона [О₃(h)] и его общее содержание Х:

                                          см,

где n_L =2.687·10¹⁹ – число молекул в 1 см³ при нормальных условиях (число Лошмидта); X – толщина озонового слоя, приведенного к нормальным условиям;  - полное число молекул в вертикальном столбе воздуха сечением 1 см². Если, это число разделить на число молекул в единице объема при нормальных условиях, как раз и получится величина, по смыслу соответствующая толщине озонового слоя.

Общее содержание озона  меняется в пределах от 0.1 до 0.7 см и в среднем по земному шару близко к 0.3 см. Единица 0.001 см = 1 ДЕ (единица Добсона). Поэтому величине Х = 0.3 см соответствует значение 300 ДЕ. Получается, что в атмосфере Земли имеется приблизительно 3.3∙10⁹ т озона.

В тропиках (от -30 до +30 градусов широты) общее содержание озона невелико (около 260 ДЕ), очень устойчиво и мало меняется в зависимости от широты, сезона и ото дня ко дню. На эту область приходится около 45% всей массы озона.

В высоких широтах общее содержание озона значительно больше и имеет выраженный годовой ход. Максимум Х в Северном полушарии приходится на март-апрель, минимум – на октябрь–ноябрь. В Южном полушарии – наоборот.