Значення озону для життя на Землі

Значення озону для життя  на землі

Хоча вік Землі оцінено  зараз доволі точно - біля 4,5-10 9 років, про первинну атмосферу Землі  нам відомо дуже мало. Якщо Земля  виникла з космічного протопланстної хмари, у складі якої знаходився у великій пропорції водень, то цей водень було досить рано загублено Землею. Геологи вважають, що відома нам атмосфера Землі вторинна та утворилася з вулканічних газів або вивільнена з геологічних порід. В цих газах не було вільного кисню (так його майже немає в атмосферах інших планет).

Така вулканічна атмосфера  Землі складалася тоді, біля 109 років  тому, мабуть, тільки з Н2, НОH, N2 та СО2. Тоді на Землі майже не було життя. Ультрафіолетова радіація з довжиною хвилі меньш ніж 307 нм могла знищити ДНК живих клітин (краще сказати, зашкоджувати їх розмноженню, якщо б вони виникли). Тільки потужній шар води міг захистити живу речовину від радіації. Пізніше в атмосфері з'явився кисень, а з нього виник захисний шар озону.

Можна вважати, що водяна пара почала розкладатися під дією ультрафіолетової радіації з h = 134... 237 нм по реакції OНО + hv —- ОН + Н. При цьому атоми водню Н могли уникнути з верхньої гарячої атмосфери — такий процес вивчено зараз добре — со скоростью 107... 108 атомів з 1 см2 в секунду. Далі при реакції ОН + ОН —- НО + О утворювався вільний кисень.

Е. Хестведт та С. Хенриксен в праці, що була опублікована в університеті в Осло в 1973 г., вважають, що саме таким було годоине джерело кисню в атмосфері давніх геологічних епох. Спеціалісти геологи вважають, що утаорений О2 майже весь швидко використовувався на окислення порід земної поверхні.

Джерелом вільного озону  міг також бути процес фотосинтезу.

 При цьому є досить  важливою більш точна оцінка  небезпечної радіації, що первоначально тормозила виникнення живої речовини. Так, в роботі Беркнера и Маршалла було прийнято, що для життя — для ДНК — небезпечною є спектральна область с а = 240... 285 нм при енергетичній освітленості в цій області більш ніж 10 ^Вт-м"2.

Пізніше М. Ратнер та Дж. Уокер вибрали інший критерій. Хоча у більш довгих хвиль ефект, що знищує ДНК, понижується, енергія променів Сонця в цих хвилях набагато більша, а захисна властивість інших органічних речовин, що оточують клітинне ядро, мала. При цьому небезпечною ультрафіолетовой радіацією є 10~1 Вт-м~2 для всієї області спектра с h < 302 нм.

Так виникло унікальне  явище в геологічній історії  —до так званого еволюційного вибуху. Після того як в архейській ері сотні мільйонів років існували тільки примітивні організми — бактерії та водорості, частково навіть анаеробні організми в мілководних морях та озерах, в палеозойській ері розвиток життя швидко піднявся на високий рівень.

В силурійській період проходив розвиток багатого життя в морі, де з'явились роди риб, а в кінці  його, біля 440 млн. років тому, з'явилась  рослинність на суші — предки сучасних папоротнепдібних та плаунів. В девоні, приблизно 370 млн. років тому, розквітло тваринне життя в багатих лісах. Так почався період підсиленного фотосинтезу та швидкого накопичення кисню в атмосфері.

Безсумнівно, що в кисневій атмосфері виник шар озону  тобто озоннй екран, спочатку, біля поверхні Землі. При вмісті кисню біля 0,1 сучасної його кількості (РАL — present stmospherіc level) шар озону піднявся вже в стратосферу.

Якщо врахувати, що джерелом кисню була фотоднсоціація водяної пари, то еволюційний вибух міг відбутися тільки при дуже швидкому насиченні — за геологічою шкалою часу — атмосфери водяною парою, що почала енергійно розкладатися на сонячному світлі.

Якщо ж допустити, що життя  поступово утворювало фотосинтетичне джерело кисню, після того як розклад  пари або життя в морі утворили первинне підвищення рівня кисню  до (2... 3) - 10-3 РАL, то швидкість еволюційного вибуху добре пояснюється таким механізмом з сильним додатнім зв'язком. Пояснюється й послідовність розвитку життя у воді й на суші.

Питання про озоновий шар  дуже гостро постало в наші дні.

Міжнародна метеорологічна організація виступила в 1976 р. з  проектом "Глобального вивчення й моніторингу озону". Проект енергійно  підтримала й Міжнародна комісія  з атмосферного озону. В березні 1977 г. Це питання було розглянуто у "Програмі Організації Об'єднаних Націй  з оточуючого середовища "UNEP".

В травні того ж року в  Женеві зібрались спеціалісти, що вивчали  новітні прибори й можливості координованих спостережень найбільш біологічно активної частини сонячного  спектру — між 290 _ 320 нм. Вже у 1978 р. спеціальний циркуляр ММО вже рекомендував країнам організацію спостережень ультрафіолетової радіації.

Ідея небезпеки знищення шару озону та його наслідках призвела до створення в США спеціальної "Програми визначення кліматичних  впливів" (СІАР) (під загальним керівництвом Департаменту транспорту США), маючи на увазі викиди стратосферної авіації. З цією ціллю в 1972... 1975 рр. було зроблено 4 конференції спеціалістів з проблем авіації, фізиці атмосфери, та забруднення й озону. Аналогічна програма (СОVOS) було утворено у Франції.

В наш час головною рисою  розподілення радіації по земній кулі є її широтна залежність. Розрахунки показують, що тропічний пояс має  отримувати до 360... 420 Вт-ч-м-2 на місяць. Таким чином, знищення шару озону  має по різному вплинути на тропічній  та помірній зоні на населенні.