Озоновый экран земли

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновско­го излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каж­дый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

Озон — трехатомные молекулы кислорода — рассеян над Зем­лей на высоте от 15 до 50 км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т газа, наибольшая концентрация — на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных само­летов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора — миллионов гектаров леса — пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и хими­ческой продукции в быту — главные факторы, разрушающие озо­новый экран Земли.

В последние годы над Северным и Южным полюсами возник­ли «озоновые дыры» площадью свыше 10 млн. км² каждая, появи­лись громадные «озоновые дыры» над многими странами Европы, над Россией. Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на чело­века и живую природу.

Прорыв через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультра­фиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50—100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га леса, горели леса в Австралии, Северной и Южной Америке, Африке, Европе, в Юго-Восточной Азии. Индонезийский лесной пожар 1997 г., бу­шевавший почти пять месяцев, покрыл дымом не только Индоне­зию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-Китайского моря. Люди задыхались от дыма, потерпел катастрофу авиалайнер.

В 1996 г. Нобелевской премией по химической экологии удос­тоены ученые-химики Шервуд Роуланд, Марио Малина из Кали­форнийского университета в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще в 1974 г. Их догадка состоит в том, что разрушителями озона являлись синте­зированные человеком химические вещества, получившие назва­ние хлорфторуглероды (ХФУ).

На рис. 2 представлена диаграмма потребления озоноразрушающих веществ (ОРВ) в России в 1992 г. Инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, они получили широкое распространение — в баллончиках с аэрозолями различного на­значения, а также как охлаждающие жидкости в холодильниках и кондиционерах, как растворители (тетрахлорметан, метилхлоро-форм, бромистый метил), в производстве пестицидов. Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров (включая карантинную обработку некоторых про­дуктов, предназначенных для международной торговли), приме­няется в качестве добавки к автомобильному топливу. Из бромис­того метила высвобождается бром, который в 30—60 раз разруши­тельнее для озона, чем хлор. Другие химические соединения, раз­рушающие озоновый слой, используются в баллонах для тушения пожара, при изготовлении полистироловых стаканчиков и совре­менных упаковок для фасовки продуктов и полуфабрикатов.

Пик мирового производства ОРВ пришелся на 1987—1988 гг. и составил около 1,2—1,4 млн. т в год. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% — на страны ЕЭС, 10—12% производила Япония, 7—10% — наша страна.

Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы, эти вещества, инертные у земной поверхности, пре­ображаются. Под воздействием ультрафиолетового излучения хи­мические связи в молекулах ХФУ нарушаются. В результате выде­ляется хлор, который при столкновении с молекулой озона вы­шибает из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращается в обычный кислород. Хлор же, соединившись временно с кисло­родом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в пого­ню» за следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы раз­рушить десятки тысяч молекул озона.

В Токио в 1995 г. был опубликован доклад международной эко­логической организации, в котором сделана попытка установить «авторство» «озоновых дыр» над Антарктидой. В списке основных озоновых «вредителей» 25 стран (в том числе Россия), но бесспор­ный приоритет принадлежит США, Японии и Великобритании. Признано, что из всех промышленных корпораций самый боль­шой вред озоновому слою (13,7% мировых озоновых поврежде­ний) нанесла американская компания «Дюпон».

BJSSXr. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписа­ли Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фторуглеродов и других

веществ, разрушающих озоновый слой. Позднейшие соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких веществ.

К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекрати­ли производство фреонов, а также разрушающих озон галлонов и тетрахлорида углерода. Развивающиеся страны сделают это только к 2010 г. Россия — один из крупнейших производителей и потре­бителей ОРВ (в 1990 г. она выпустила 205 тыс. т этих веществ, что составило около 20% мирового объема) — из-за тяжелого финан­сово-экономического положения попросила отсрочки на три-че­тыре года.

Следующим этапом должен стать запрет на производство ме-тилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых с 1996 г. заморожен в промышленно развитых странах, гидрофреоны пол­ностью снимаются с производства к 2030 г. Развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими веществами.

Глобальный экологический фонд (ГЭФ) предоставил Москве безвозмездную помощь в размере 60 млн. долларов для поэтапного сокращения потребления ОРВ. Деньги направлены предприятиям, производящим аэрозоли и холодильную технику, для перехода к использованию углеродного аэрозольного пропелента (УАП). Пер­вым технологию с использованием УАП внедрило Невинномыс-ское акционерное общество, выпускающее до 40 млн. аэрозольных упаковок в год.

С 1990 по 1996 г. производство ОРВ в России снизилось более чем в 10 раз (с 205 до 13тыс. т). Эта тенденция сохраняется, но на нулевой уровень РФ выйдет не ранее 2000 г. В 1997 г. правительство Швеции приняло решение выделить через Всемирный банк 1 млн. долларов семи фабрикам России, чтобы поддержать проект, на­правленный на свертывание производства фреона.

В 1997 г. исполнилось десять лет с момента подписания Монре­альского протокола За это время осуществлялось широкое междуна­родное сотрудничество по охране озонового слоя Земли. Благодаря согласованным усилиям международного сообщества за эти годы производство и потребление веществ, наиболее опасных для озоно­вого слоя, сократилось более чем вдвое. Остановлен рост содержания в атмосфере озоноразрушающих веществ. Ученые полагают, что уже в ближайшие годы начнется восстановление озонового слоя.

В 1997 г. постановлением правительства РФ создана Межведом­ственная комиссия по охране озонового слоя, отвечающая за реа­лизацию принятой программы:

— организацию наблюдений, учета и контроля изменений состояния озонового слоя под влиянием хозяйственной деятельности

И иных процессов;

— установление и соблюдение нормативов предельно допусти­

мых выбросов веществ, воздействующих на состояние озонового слоя;

' — регулирование производства и использования веществ, раз­рушающих озоновый слой;

— применение мер ответственности за нарушение указанных

Требований.

Список химических веществ и отходов производства, вредновоздействующих на состояние озонового слоя атмосферы, утверждается специально уполномоченными государственными органа­ми Российской Федерации в области охраны окружающей среды.

В промышленности уже принимаются достаточно эффектив­ные меры для выполнения правительственной программы. Так, Производители холодильной техники приступили к замене фрео­нов на озонобезопасные вещества: пропан-бутановую смесь, вспениватель с циклопентаном, хладоагент ГФУ-134а. С 1996 г. россий­ские холодильники «Бирюса» выпускаются с новыми хладореагентами, не вызывающими разрушения озонового слоя.

Новая холодильная установка, обходящаяся без фреона или ка­кого-либо иного хладона, испытана в 1996 г. во Всероссийском ин­ституте легких сплавов (ВИЛС). Экологически чистого производства холода удалось добиться благодаря использованию эффекта Пельте. Этот французский ученый установил, что при пропускании элект­рического тока через полупроводниковую систему на одной обклад­ке кристалла возникает тепло, а на другой — холод. При этом чем интенсивнее сбрасывается тепло, тем быстрее растет холод. Впервые этот эффект был применен в военной технике (в системах наведе­ния боевых ракет) и в космонавтике (охлаждение устройств наведе­ния лазера), но позже был использован в больших холодильниках.

В новом агрегате нет ни электродвигателя, ни компрессора, что позволяет почти вдвое экономить электричество, а долговеч­ность полупроводниковых элементов повышает его надежность. Ус­тановка, не имеющая аналогов в мире, прошла испытания на Смо­ленском заводе холодильных машин. Агрегат, созданный в ВИЛ-Се, может стать первой ласточкой серийного выпуска экологичес­ки чистой холодильной техники среднего класса, существенно уменьшающей угрозу уничтожения озонового слоя.

Российские физики (Институт общей физики РАН) пред­ложили уничтожать сам источник разрушения озона, организо­вывать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Образовавшаяся плазма избирательно очистит атмосферу от фреонов, не нанося вреда ка­ким-либо другим ее компонентам, не повышая температуру и не вызывая обновления новых соединений. Расчеты показали: создание необходимого для уничтожения фреона количества плазмы требует относительно малых энергетических затрат, так как плазма создается импульсами продолжительностью всего в миллиардные доли секунды, а между импульсами установка не работает.

Для создания в атмосфере плазмы экономически и экологи­чески выгодно использовать мощные микроволновые пушки, уже выпускаемые оборонной промышленностью. По замыслу исследо­вателей, два источника микроволнового излучения устанавлива­ются на Земле на некотором расстоянии друг от друга, и посыла­емые ими импульсы сталкиваются в атмосфере. При столкновении и образуется плазма, а поворачивая излучатели каждый раз под разным углом, можно охватить огромную область. Пока еще не разработана технологическая схема применения этого метода, но вариантов много. Можно, например, устанавливать источники мик­роволнового излучения не на Земле, а на искусственных спутни­ках и действительно штопать «озоновую дыру».

По расчетам физиков, очистить атмосферу от фреона можно всего за один год, имея в качестве энергетического источника один блок АЭС мощностью в 10 гигаватт.

Известно, что Солнце производит в одну секунду 5-6 т озона. Но процесс его разрушения идет быстрее. Оказывается, этот газ в стратосфере можно получать искусственно. Консорциум «Интер­озон», в который входят такие всемирно известные фирмы, как НПО «Энергия», ПАГИ, ЛИИ, выдвинул оригинальный проект искусственного получения озона в стратосфере. На земную орбиту выводится 20—30 спутников, оснащенных лазерами. Каждый спут­ник представляет собой космическую платформу массой от 80 до 100 т, которая несет солнечный конвектор — «тепловую ловуш­ку», которая, накапливая энергию солнечного излучения, преоб­разует тепло в электричество, а электроэнергию в энергию. Лазер­ные лучи на высоте от 25 до 30 км «раскачают» молекулы кислоро­да, а дальше с помощью Солнца процесс выработки озона пойдет естественным путем. Идея состоит в том, чтобы произвести 20 млн. т озона — столько, сколько уничтожает техногенная цивилизация. Таким путем можно обеспечить нормальное существование плане­ты в течение 20 лет — срока, достаточного для того, чтобы воз­никла цивилизация природоохранительного типа.

Разработчиками предусмотрена и дальнейшая судьба летающих платформ. Эти системы могут быть использованы для других нужд человечества, например для экономически выгодного производ ства электроэнергии, которую можно передавать через атмосферу на земные приемники, можно также подпитывать в воздухе крупные транспортные самолеты.

Из уже действующих международных программ защиты озонового слоя можно назвать совместный российско-американский проект «Метеор-3-ТОМС». С космодрома Плесецк нашим носителем выведен на орбиту метеорологический спутник «Метеор-4» на котором, кроме штатной научно-исследовательской аппаратуры установлен спектрометр «ТОМС», созданный в НАСА (США) для изучения и составления глобальных карт распределения озона над планетой, а также за для слежения за его изменчивостью.

В Физическом институте им.П.Н.Лебедева РАН разработан метод всепогодного и круглосуточного мониторинга озоносферы, основанный на испошльзовании миллиметровых волн ее теплового излучения. Озонометр (и спектрорадиометр), улавливающий эти вол­ны, успешно прошел испытания. Измерено содержание озона на Высоте от 35 до 50 км, в слое, особенно чувствительном к воздей­ствиям химически активных загрязнителей. Зарегистрировано на­личие озона на гораздо больших высотах — вплоть до 70 км. Полу­чены данные о содержании в атмосфере озона в зависимости от высоты, времени и солнечных возмущений.

Установлено, что тем же методом с помощью миллиметрового излучения можно определять другие газы, составляющие атмос­феру, в том числе окиси хлора. Это особенно важно, поскольку окись хлора участвует в каталитических реакциях, разрушающих озон. Постоянные наблюдения за составом атмосферы позволят Лучше понять и даже прогнозировать происходящие в ней процес­сы, но для этого потребуется целая сеть наземных станций, обору­дованных современными приборами.

В 1996 г. Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО) в го­роде Долгопрудном под Москвой приступила к составлению и регу­лярной публикации карт концентрации озона над европейской час­тью России и рядом стран СНГ. Карты помогают следить за вредо­носным жестким излучением Солнца. При изучении воздействия ультрафиолета учитывается, что суммарная ультрафиолетовая ради­ация у поверхности Земли определяется не только надежностью озо­новой защиты, но и плотностью облаков, высотой Солнца над го­ризонтом, степенью отражения его лучей от поверхности Земли.

Измерения производят более 40 метеостанций на территории СНГ (30 из них в России) прибором М-124, сконструированным в Главной геофизической обсерватории в Санкт-Петербурге.