Озон в атмосфере. Озоновый слой Земли. — Значение озонового слоя – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.

Значение озонового слоя – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.

Несмотря на ничтожно малое содержание озона в атмосфере, значение его поистине огромно. Жизнь на Земле, какой мы ее наблюдаем в настоящее время, была бы совсем другой, если бы ее не защищал тонкий трехмиллиметровый озоновый слой. А исчезни сегодня озоновый «экран», жизнь, возможно, сохранилась бы только глубоко под водой в Мировом океане или под землей.

Дело в том, что озоновый слой (озоносфера) поглощает особенно губительные коротковолновые ультрафиолетовые лучи, препятствуя тем самым повреждению живых систем.

Снижение концентрации озона в атмосфере в целом хотя бы на 10 % уже сказывается на живых организмах — снижается урожай растений, у животных и человека наблюдаются различного рода патологии, например нарушение легочной функции, увеличение хронических заболеваний легких, нервной и иммунной систем, рак кожи и сетчатки глаз. Заметные сдвиги под влиянием возросшего ультрафиолетового облучения могут наблюдаться и в состоянии целых экосистем, особенно наземной растительности и фитопланктона, а также осуществлении биогеохимических циклов.

Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.

Для наглядного представления значения озонового слоя для всего живого на планете рассмотрим спектры поглощения озона и важнейших составляющих живых организмов – нуклеиновых кислот и белков.

Любое вещество имеет свои полосы поглощения. И озон, и нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), и белки интенсивнее всего поглощают в области спектра с длиной волны 200-300 нм. А губительные для живых организмов УФ-лучи как раз и занимают эту часть спектра солнечного излучения.

Рис 1. Спектральная кривая поражения генетического аппарата микроорганизмов ультрафиолетовыми лучами.

Чтобы не быть голословными и убедить самых недоверчивых в огромном значении озонового слоя, углубимся немного в теорию и докажем, что озоновый слой поглощает смертельные для всего живого ультрафиолетовые лучи. Для этого рассмотрим спектры поглощения озона (озонового слоя) и нуклеиновых кислот и белков.

Для начала определимся с понятиями.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА — уменьшение интенсивности оптического излучения при прохождении через какую-либо среду за счёт взаимодействия с ней, в результате которого световая энергия переходит в другие виды энергии или в оптическое излучение другого спектрального состава.

СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ — это совокупность частот, поглощаемых данным веществом.

Спектр поглощения озона.

Озон (O₃) имеет очень сложный спектр поглощения, где выделены полосы максимально интенсивного поглощения. Как и многие другие полосы поглощения в молекулярной спектроскопии, эти полосы носят имя исследователя, открывшего их.

Полосы поглощения озона:

• Полоса Хартли (200 — 300 нм; l_max=255 нм);
• Полоса Хюггинса (320-340 нм);
• Полоса Шалона–Лефевра (330-350 нм);
• Полоса Шаппюи (500 — 650 нм; l_max=600 нм).

Рис 2. Полосы поглощения озона.

Главная полоса поглощения – полоса Хартли. Максимальное поглощение у нее достигается на длине волны в 255 нм. Обратите внимание, на рисунке 1 максимум поражения генетического аппарата у живых организмов также приходится именно на эту длину волны. Следовательно, максимальное значение озонового слоя Земли для живых организмов проявляется именно в этой полосе.

При длинах волн более 300 нм к полосам Хартли примыкают более слабые полосы Хаггинса и Шалона–Лефевра (рис. 2). Коэффициент поглощения в этих полосах на несколько порядков меньше, чем у полос Хартли. Отдельные близко расположенные в этих системах полосы имеют хорошо различимые резкие максимумы и минимумы. Наконец, в видимом участке спектра расположена широкая полоса Шаппюи, с которой связана синяя окраска озона.

Очень сильное поглощение озона наблюдается также в области вакуумного ультрафиолета (100 – 200 нм). Вместе с поглощением в полосах Хартли это поглощение приводит к обрыву солнечного спектра на поверхности Земли при длинах волн меньше 290 нм, что очень важно для защиты жизни на нашей планете от коротковолновых излучений.

Спектры поглощения нуклеиновых кислот и белков.

Нуклеиновые кислоты поглощают только в УФ области (180-220 и 240-280 нм). Их хромофорами являются, в основном, пуриновые и пиримидиновые основания.

Рис 3. Спектр поглощения белков и нуклеиновых кислот.

Хромофоры — ненасыщенные группы атомов, обуславливающие цвет химического соединения и поглощающие электромагнитное излучение.

Белки имеют три типа хромофорных групп: собственно пептидные группы, боковые группы аминокислотных остатков и простетические группы. Первые две поглощают в УФ области и не поглощают в видимой области. Пептидные группы -CO-NH- поглощают в районе 190 нм. Боковые группы трех ароматических кислот — триптофана, тирозина и фенилаланина — также поглощают на этих длинах волн, причем значительно сильнее, чем пептидные группы. Кроме того они имеют полосу поглощения в диапазоне 260-280 нм.

Простетические группы (гем в гемоглобине и др. хромофоры) поглощают в УФ и в видимой области. Именно они придают белку цвет (например, красный цвет гемоглобину).

 

 

Озоновый слой имеет значение не только как экран биосферы от повреждения жестким ультрафиолетовым излучением, но и определяет термический режим атмосферы Земли. В инфракрасной области спектра у озона есть еще важная полоса поглощения с максимумом 960 нм. Благодаря этому, О₃ поглощает выделяемую Землей энергию инфракрасного диапазона (тепловую), не дает ей рассеяться в Космосе, и тем самым задерживает тепло в атмосфере нашей планеты.

Озон задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.

А чем же так опасны ультрафиолетовые лучи? Почему мы придаем такое большое значение озоновому слою, поглощающему их. Познакомимся с ультрафиолетовой частью спектра солнечного излучения поближе.

Как влияет на растения ультрафиолетовая часть солнечного спектра? Вернемся снова к теории. Ультрафиолетовый диапазон длин волн подразделяют на «дальний», при 100-200 нм (нам до него дела нет, этот «свет» поглощается молекулами кислорода в верхних слоях атмосферы и поверхности Земли не достигает) и «ближний», при 200-380 нм, который, в свою очередь, условно делят на 3 части.

УФА – «полезный», с длиной волны от 320 нм до привычного «фиолетового» (он начинается с 380 нм). Ультрафиолетовое излучение с этой длиной волны глубже всего проникает в ткани животных и растений. У человека, например, она участвует в выработке витамина D, некоторые виды ящериц его вообще видят глазами, не говоря уже о том, что УФА стимулирует некоторые виды рептилий во время брачного периода.

УФВ – 280-320 нм – диапазон среднего ультрафиолета. Он вызывает не только преждевременное старение кожи человека и замедление вегетативного роста большинства растений, но и несмолкающие споры о своем влиянии на биосферу. Благодаря УФВ европейцы получают золотисто-коричневый цвет кожи во время летних отпусков. Чем ближе к границе с УФС (280 нм), тем смертоноснее лучи.

И, наконец, УФС – «жесткий» ультрафиолет с длиной волны от 200 до 280 нм. Есть мнение, что на некоторых стадиях развития жизни на Земле УФС весьма активно участвовал в создании ДНК, потому что спектр поглощения нуклеиновых кислот имеет пик в области 254 нм. Продемонстрировано это на рис. 1. Как видно из рисунка, с УФС связано не только начало жизни на Земле, но и, при некоторых условиях, её конец. В диапазоне УФС, на длине волны 254 нм, излучают стерилизаторы – ртутные ультрафиолетовые лампы низкого давления, применяемые только в медицине.

Итак, ультрафиолетовая солнечная радиация по степени воздействия на живые организмы делится на три вида:

1. УФ-А (длина волны — 0,4–0,315 мкм) – наименее опасный для живого вещества вид ультрафиолетового излучения. До поверхности земли этих лучей доходит наибольшее количество.
2. УФ-В (длина волны — 0,315–0,280 мкм) – доходит до земли лишь в небольших дозах.
3. УФ-С (длина волны — 0,28–0,01 мкм) – наиболее опасный для живого вещества вид ультрафиолетовых лучей: даже в небольших дозах оказывает губительное воздействие на живые организмы. К счастью, УФ-С почти полностью поглощается озоновым слоем и до земли практически не доходит.

В целом воздействие УФ на человека можно свести к следующему:

• распад белка;
• канцерогенное действие;
• ослабление иммунной системы;
• ожог или даже рак кожи;
• глазные (катаракта) и инфекционные заболевания;
• аллергические заболевания;
• мутагенное действие.

Это была статья: Значение озонового слоя Земли – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы. Читайте далее: Разрушение и истощение озонового слоя Земли.

---

Статьи на тему «Озоновый слой Земли»:

• История открытия озона и озонового слоя Земли.

• Образование и распад молекулы озона в атмосфере (формулы).

• Концентрация озона в атмосфере. Границы озонового слоя Земли.
• Значение озонового слоя Земли – озоносферы. Воздействие ультрафиолетовых лучей Солнца на человека и другие живые организмы.
• Разрушение и истощение озонового слоя Земли.

 

 

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!

Уважаемые посетители!
Если Вы не нашли необходимой информации или считаете ее неполной, напишите ниже в комментариях, и статья будет дополнена соответственно
Вашему желанию.

 

• < Назад