1. Техногенные изменения озонового слоя

Проведенные в начале 70-х гг. расчеты показали, что описанные выше реакции естественных процессов образования и разрушения озона не могут обеспечивать его стабильное содержание в атмосфере. Проблемой установления «баланса прихода и расхода» озона занялся шведский ученый Пауль Крутцен, установивший механизм разрушения озона оксидами азота (NO_x).

Азотный фотохимический механизм разрушения озона.

Под влиянием солнечного излучения (особенно сильно это выражено в годы с максимальной солнечной активностью) в мезосфере увеличивается содержание оксидов азота. Оксиды опускаются на высоту 20 – 30 км и вступают в реакцию с озоном:

2N₂O + O₂ + hy=4NO; NO + O₃ = NO₂ + O₂; NO₂ + O = NO + O₂; O₃ + O = 2O₂.

Именно за это открытие (1970 года) профессор П. Крутцен- заведующий кафедрой химии атмосферы в Институте химии им. М. Планка (г. Майнц, Германия) был удостоен Нобелевской премии по химии за 1995 год.

Оксиды азота попадают в атмосферу разными путями. Во – первых, естественным путём, при котором оксиды образуются на определённых стадиях природного азотного цикла. Во - вторых, при антропогенном загрязнении воздуха. В этом случае оксиды выбрасываются автомобильным и авиационным транспортом, а также баллистическими и космическими ракетами при запусках.

Ученые, ведущие специальные исследования по озону, считают главной причиной уменьшения слоя озона все-таки техногенные источники. Особенно хлоросодержащие хладоагенты, используемые в современных промышленных и домашних холодильниках. Эти газы улетают в атмосферу как во время изготовления и ремонта, так и при утилизации агрегатов, тем самым, истончая озоновый слой. Выходит, мы сами себя обделяем кислородом. Кроме того, было установлено, что озон интенсивно разрушается именно молекулами хлора.

Хлорный механизм разрушения озона.

Как хлор разрушает озон?

Главную роль в процессе разрушения озонового слоя принадлежит здесь сложным химическим веществам – хлорфторуглеводородам, которые часто называют фреонами. Эти вещества производятся человеком и особенно важными являются два из них – фреон 11 (CFCl3) фреон – 12 (CF2Cl2). С точки зрения химика, это мечта, а не вещество. Не горит, без запаха, без цвета, легко испаряется. Во всех холодильниках на него заменили аммиак, на его основе стали изготовлять лак для волос, для ногтей и т.д. А оказалось, что когда это вещество попадает в стратосферу, то в процессе разложения остается атом хлора. Чтобы подвергнуться воздействию УФ-излучения хлорфторуглероды (ХФУ), созданные человеком, должны переместиться вверх, за озоновый слой. Там УФ - излучение разрушает эти соединения, высвобождая атомы хлора. Свободные атомы хлора затем вступают в реакцию с озоном следующим образом: Cl+O₃=ClO+O₂ и в результате получается: СlO+O=Cl+O₂, а затем O+O₃ =2O₂.

В первой реакции атомы хлора разрушают озон, образуя моноксид хлора ClO и обычный молекулярный кислород О₂. Во второй реакции атом хлора Cl регенерируется и высвобождается, чтобы начать новый цикл. Атом кислорода, потерянный при второй реакции, является эквивалентом другой молекулы озона, теряемый постольку, поскольку иначе О и О₂ образовали бы озон О₃. Окончательный результат таков, что каждый раз при возобновлении цикла поглощаются две молекулы озона. Хлор высвобождается в каждом цикле и снова инициирует процесс поглощения молекул озона. В итоге одна молекула хлора уничтожает 700 молекул озона, прежде чем самой исчезнуть.

Этот механизм описан в 1973 году исследователями из Калифорнийского университета Марио Молина и Шерри Роуленд (эти исследователи получили за своё открытие Нобелевскую премию 1995 года по химии вместе с П. Крутцен).