2.4.4. Нарушение озонового экрана

Озоновый слой — это тонкий газовый слой О₃ в верхних слоях атмосферы (от 12 до 45 км от поверхности Земли), который защищает поверхность Земли от разрушительного эффекта солнечных ультрафиолетовых лучей. Он поглощает около 99% направленных на землю ультрафиолетовых солнечных лучей, которые в больших количествах губительны для живых организмов (интенсивно разрушают молекулы белков и ДНК). Таким образом, озоновый слой для биосферы выполняет роль защитного экрана.

Воздействие усилившейся ультрафиолетовой радиации на поверхность Земли приводит к:

• рак кожи;

• катаракта глаз;

• наносит непредсказуемый ущерб растениям, водорослям (особенно, фитопланктону), пищевым цепям и глобальной экосистеме.

Наибольшая плотность озона встречается на высоте 20 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте до 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

Описание сущности проблемы. В 1985 г. специалисты из Британской Антарктической Службы исследования атмосферы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. Ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные данные о ее размерах и химические процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере озоновая "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и снижение уровня озона в ней было не такое существенное - около 9%. В среднем на Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упал на 5%. Были отмечены небольшие «дыры» над Канадой, Скандинавией, Великобританией, Якутией.

Европейское космическое агентство (EKA):

2006 г - площадь озоновый дыры над Южным полюсом достигла 29,5 миллиона квадратных километров, говорится в сообщении, в котором описываются данные, полученные со спутника Envisat.

2007 г – 25,

2008 г – 27,

2010 г. По данным учёных ООН озоновый слой нашей планеты перестал сокращаться и даже более того может восстановиться до уровня 1980 года к 2045-2060 годам.  Самая обширная озоновая дыра над Антарктидой (достигающая максимума в период антарктической весны) исчезнет только к 2073 году.

Считается, что началу восстановления озонового слоя Земли способствовало подписание Монреальского протокола в 1987 году, который наложил запрет на производство и использование многих озоноразрушающих химических веществ. В 1987 году 36 стран мира, в том числе и Россия (СССР), подписали документ, согласно которому страны-участники должны ограничить и полностью прекратить производство озоноразрушающих веществ. Согласно этим соглашениям, промышленно развитые страны запрещают производство и продажу хлорфторуглеродных веществ, истощающих озоновый слой. Развивающиеся страны должны прекратить их производство к 2010 году.

В рамках Монреальского протокола удалось запретить производство и потребление 100 видов химикатов, разрушающих озоновый слой. Многие из этих веществ способствуют глобальному потеплению. В целом, мировое потребление таких соединений сократилось более чем на 95%.

Что было бы если это соглашение принято не было? НАСА опубликовала прогноз, того что стало бы в этом случае с нашим озоновым слоем в будущем. В 2009 году толщина озонового слоя почти на всей планете составила бы 300 единиц Добсона⁴. В 2020 году озоновый слой планеты уменьшился бы до 220 единиц Добсона (как сейчас в Арктике и Антарктике). В 2040 году толщина озонового слоя уменьшилась бы до 15 единиц Добсона (10, считается критическим). К чему бы это привело? Озоновый слой - это эффективный барьер на пути смертоносных ультрафиолетовых лучей Солнца. При толщине озонового слоя, равному 15 единиц Добсона многие виды живых организмов попросту бы исчезли с лица Земли, а человек был бы вынужден вести ночной образ жизни.

Механизм образования, а также расходования озона, был предложен Сиднеем Чэпманом в 1930 году и носит его имя. Реакции образования озона:

О₂ + hν → 2О*

О₂ + O* → О₃

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175—200 нм и до 242 нм. Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом:

О₃ + hν → О₂ + О*

О₃ + O* → 2О₂

В 1970-х годах ученые установили, что озон активно разрушается, катализатором чему выступают атомы хлора (Cl). Кроме реакций, входящих в механизм Чэпмана, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чэпмана), водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами. Азотный цикл (NO_x):

N₂O + O* → NO + NO О₃ + NO → NO₂ + О₂ NO₂ + О* → NO + О₂

Водородный цикл (HO_x):

Н₂O + O* → OH + OH ОН + О₃ → НО₂ + О₂ НО₂ + О3 →ОН + 2О₂

Хлорный цикл (ClO_x):

CFCl₃ + hν → CFCl₂ + Cl Cl + O₃ → ClO + O₂ ClO + O* → Cl + O₂

Основной причиной разрушения озонового слоя считают массовое использование хлорфторуглеродов (ХФУ), иначе фреонов, в том числе в хладоустановках, при производстве пористых пластмасс, в электронной промышленности для очистки компьютерных микросхем, в аэрозолях. Фреоны были искусственно синтезированы в 20-х годах, имели ряд выгодных свойств: дешевы, инертны, относительно безвредны, не взрывоопасны, можно широко использовать в соответствующих областях. В связи с этим очень широко использовались многие годы. Но при попадании в верхние слои атмосферы (стратосферу) ХФУ под действием солнечных лучей разрушаются с выделением атомов F и Cl, а последний активно катализирует разрушение озона, так, один атом Cl разрушает около 100 000 молекул озона.

Дополнительной причиной считают выбросы продуктов сгорания высотной авиацией и космической техникой. По данным НАСА, один запуск корабля типа «Шаттл» «гасит» не менее 10 млн.т. озона. В целом этот вид воздействия приводит к разрушению 10 % озонового слоя планеты.

По данным «Гринпис» основными поставщиками О₃-разрушающих веществ в атмосферу являются: США 30,9 %, Япония – 12,4 %, Великобритания – 8,6 % и Россия – 8,0 %.

Истончение озонового экрана приводит к возрастанию случаев рака кожи у людей (только в США ежегодно регистрируют до 600 000 случаев этого заболевания). Появление озоновых «дыр» может привести к гибели массы различных организмов с вытекающими катастрофическими последствиями для экосистем и в целом биосферы. Это может привести к гибели фитопланктона в океане, появлению растений-мутантов, к нарушению глобального баланса диоксида углерода и кислорода.

По данным ВОЗ уменьшение содержания в атмосфере озона на 1 % приводит к увеличению кожных раковых заболеваний у людей на 6 %. Также происходит угнетение иммунной системы человека.