Проблема разрушения озонового слоя

Озон (химическая формула О₃) представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Характерный запах озона ощущается при концентрации 0,0001 %. В атмосфере Земли содержится около 3,29 · 10 ⁹ т озона. Это означает, что при нормальном приземном давлении весь атмосферный озон образовал бы слой всего 3 мм толщиной. Озон – сильнодействующий яд, по токсичности превосходящий синильную кислоту.

Для образования озона необходимы свободные атомы кислорода. Они образуются при поглощении молекулой О₂ квантов ультрафиолетового излучения:

О₂ + hν → О + О

Озон образуется:

О + О₂ ↔ О₃

В условиях стратосферы и мезосферы это главная реакция образования озона.

Озон разрушается при столкновениях с атомами кислорода и при поглощении фотонов солнечного света. Т.о., количество озона в атмосфере не является статичным, но находится в динамическом равновесии.

Содержание озона различается по высоте и по широтам. Озоновый слой тоньше в экваториальных районах и толще в полярных. В нижних слоях атмосферы его содержание невелико, максимальное количество озона наблюдается на высотах 18-24 км, выше 35 км содержание озона в атмосфере пренебрежимо мало. Высоты с максимальным содержанием озона (18-24 км) принято называть озоновым слоем.

К основным свойствам озона относятся:

• способность поглощать УФ-излучение Солнца,

• способность поглощать инфракрасное излучение, вследствие чего озон относят к парниковым газам,

• высокая химическая активность (окисляющая способность), вследствие чего озон является компонентом фотохимического смога,

• участие в стратосферной циркуляции атмосферы.

Значение озона для биосферы. Наиболее ценным свойством озона является его способность поглощать УФ-излучение Солнца (200-300 нм), разрушительно воздействующее на ДНК, нуклеиновые кислоты и белки. УФ-излучение обладает большой энергией и способно вызвать деструкцию молекулярных и межмолекулярных связей, а также образование свободных радикалов в клетке. Поэтому большие дозы УФ-излучения могут вызвать ожоги кожи и канцерогенные реакции, повреждения глаз. Кроме того, УФ-Б влияет на синтез пигментов, активность ферментов и гормонов, формирование индивидуального иммунитета. Считается, что если толщина озонового слоя уменьшится на 15 %, то это приведет к росту ДНК-повреждающего излучения на 47 %, ожидается резкий рост заболеваний раком кожи и катарактой у человека и некоторых высших животных. Косвенным подтверждением этих выводов является ситуация в чилийском городе Пунте-Ар Энас, находящимся в антарктической озоновой дыре. Интенсивность УФ-излучения в этом городе настолько велика, что человек получает солнечные ожоги буквально за несколько минут пребывания на открытом воздухе.

УФ-излучение ингибирует (тормозит) фотосинтез, поэтому при уменьшении содержания озона в атмосфере прогнозируются потери в сельском хозяйстве из-за снижения продуктивности и урожайности сельскохозяйственных культур.

Отдельную проблему представляет воздействие УФ-излучения на морские организмы. УФ-Б излучение влияет на структуру сообществ фитопланктона, его продуктивность. Любые изменения в биомассе и продукции планктона приведут к коренной перестройке морских экосистем и глобальным диспропорциям в углеродном балансе. Конечно, морские организмы обладают защитными механизмами, однако при определенных длинах волн УФ-излучения защитные механизмы «не работают». Поэтому ожидаются генетические мутации морских организмов с трудно предсказуемыми последствиями для биосферы.

Тренд содержания озона. В настоящее время наблюдается постепенное уменьшение содержания озона в атмосфере Земли. В период с 1979 по 1990 гг. общее содержание озона упало на 5 %. Уменьшение содержание озона над Евразией представлено в таблице 2.

Таблица 2. – Тренды общего содержания озона (1973 – 1995 гг.) над Евразией

Месяцы года	Тренд содержания озона, % за 10 лет
	Европа	Азия
Январь	-5,0	-4,4
Февраль	-5,1	-5,4
Март	-3,8	-5,4
Апрель	-5,3	-5,3
Май	-2,4	-3,3
Июнь	-2,8	-2,5
Июль	-3,1	-1,8
Август	-1,8	-1,2
Сентябрь	-0,9	-1,9
Октябрь	-3,1	-4,7
Ноябрь	-2,5	-3,0
Декабрь	-3,4	-2,7

Как видно из приведенной таблицы, наиболее сильно количество озона уменьшается в зимние и весенние месяцы. В глобальном масштабе тренд содержания озона по широтам представлен на диаграмме (см. рисунок 12). Наибольшие потери озона наблюдаются в умеренных и высоких широтах, как северного, так и южного полушария.

Озон отличается значительной изменчивостью во времени и по территории (до 20 %) вследствие колебаний солнечной радиации и циркуляции атмосферы, что маскирует антропогенные воздействия. Тем не менее, большинство ученых считают, что именно хозяйственная деятельность человека является основной причиной уменьшения озонового слоя. В процессе своей деятельности человек выбрасывает в атмосферу вещества, ускоряющие реакции разрушения озона. В результате этого нарушается динамическое равновесие озона в атмосфере: за единицу времени его разрушается больше, чем образуется.

Циклы разрушения озона. Выделяют несколько основных циклов разрушения озона.

1. Азотный цикл. Озон может разрушаться, взаимодействуя с оксидами азота:

О₃ + NO →NO₂ + O₂

=> O + O₃ →O₂ + O₂

NO₂ + O → NO + O₂

Обрыв цикла:

ОН + NO₂ → НNO₃

Антропогенными источниками оксидов азота в атмосфере являются:

• полеты авиации,

• азотные удобрения,

• сжигание топлива,

• ядерные взрывы.