Тема 4. Нарушение озонового слоя

Высоко над Землей, в стратосфере, содержится сравнительно мало известный газ, важный для жизни. Этот газ — озон. Каждая молекула озона состоит из трех атомов кислорода. Озон в стратосфере поглощает больше 99% ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца.

Слой озона, или озоновый экран расположен на высоте около 25—45 км. Этот экран предназначен защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения. Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т. д.

Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области. Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, по площади соизмеримое с континентальной частью США, получившее название "озоновой дыры".

Позднее блуждающие "озоновые дыры", меньшие по площади и не с таким значительным снижением содержания озона, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, над Гренландией, северной Канадой и Якутией. Результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете.

Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Ученые выдвинули ряд гипотез как о естественном, так и о техногенном происхождении "озоновых дыр".

Ряд ученых настаивают на естественном происхождении "озоновых дыр". Причины их возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца; другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.

Техногенное происхождение "озоновых дыр" объясняют попаданием в верхние слои атмосферы техногенного хлора, фтора и других атомов и радикалов, способных активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией: О + О₂ = О₃.

Так, "озоновые дыры" связывают с тем, что занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован летучими хлорфторуглеродами типа фреонов.

Фреоны — фторсодержащие насыщенные углеводороды (главным образом производные метана и этана). Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже - брома. Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладагенты в холодильниках и кондиционерах, растворители, распылители, аэрозольные упаковки). Фреоны сами по себе не токсичны, инертны, весьма стойки и за счет турбулентных движений с потоком воздуха попадают в стратосферу, где распадаются под действием солнечного УФ с образованием свободного хлора. Атомы хлора не сразу вступают в цепную реакцию разрушения озона. Они реагируют с озоном, образуя оксид хлора. Радикалы ClO реагируют друг с другом с образованием относительно стабильного димера ClO — OCl, молекулы которого висят в воздухе, дожидаясь возвращения Солнца.

Когда наступает антарктическая весна и становится светло, солнечная радиация разрушает димер ClO — OCl, освобождая чрезвычайно реакционноспособный хлор, который начинает взаимодействовать с озоном. Концентрация озона в течение нескольких недель резко падает. По некоторым оценкам, исчезает более 97% озона.

Вернувшееся солнечное тепло постепенно рассеивает вихрь вокруг полюса, позволяя южному полярному воздуху снова перемешиваться. Обедненный озоном воздух рассеивается по всему земному шару, и уровень озона над Антарктидой становится почти нормальным.

Вследствие длительных запаздываний, необходимых, чтобы молекулы хлорфторуглеродов (ХФУ) достигли стратосферы, дальнейшее истощение озонового слоя неизбежно. Из-за долгого времени жизни в атмосфере молекул ХФУ и атомов хлора оно продлится по меньшей мере 100 лет, даже если производство ХФУ будет повсюду немедленно прекращено.

В 1987 г. был принят Монреальский протокол о запрете веществ, разрушающих озоновый слой. В приложении к нему был дан перечень озоноразрушающих веществ (ОРВ), в т. ч. хлорфторуглеродов и бромфторуглеродов. Монреальский протокол наложил обязательства ограничить потребление, производство, импорт и экспорт ОРВ. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых "видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.

К факторам, разрушающим озоновый слой, относят:

- запуски мощных ракет;

- ежедневные полеты реактивных самолетов в высокие слои атмосферы;

- испытания ядерного и термоядерного оружия;

- пожары и вырубка леса — природного озонатора.