Разрушение озонового экрана

Наряду с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность представляет их коротковолновая часть – жесткое ультрафиолетовое излучение. Все живое на Земле защищено от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения благодаря озоновому слою в атмосфере, существование которого было доказано в 20-е годы XX века английским физиком и метеорологом Гордоном Добсоном.

Озон (О₃), содержащий три молекулы кислорода, является сильнейшим окислителем, в околоземном пространстве его молекулы живут недолго, быстро вступают в реакции. Слой озона находится на высоте примерно 20-60 км от поверхности земли. Естественным источником озона являются грозовые разряды, а главным производителем – солнечная радиация. Концентрация озона в стратосфере ничтожно мала – несколько молекул на миллион, толщина слоя озона при наземных значениях давления и температуры в пределах 2, 3-5, 2 мм, но, несмотря на это, он задерживает около 99% жесткого ультрафиолетового излучения. Если озоновый щит вдруг исчезнет, то, по мнению одних биологов, ультрафиолет уничтожит всю жизнь на земле, а других – жизнь будет, но в иных формах. Падение его концентрации всего на 1% приведет к увеличению вероятности заболевания раком кожи на 2, 3%. Озон может частично разрушаться и вновь синтезироваться, то есть регенерировать.

В 1985 году спутниковые наблюдения обнаружили «дыру» в озоновом экране над Южным полюсом. В последние годы истощение озонового слоя составляет 1-2% ежегодно, происходит прирост площади озоновой дыры в Антарктиде. Исследования над Арктикой показали, что и тут содержание озона может резко сократиться.

Основными загрязнителями, разрушающими озоновый экран, являются синтезируемые людьми соединения – фторхлоруглеводороды (фреоны), используемые в холодильниках и аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который и разрушает озон. Если выбросы фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения озоновых дыр над полюсами. Международное сообщество, озабоченное этой тенденцией, уже ввело ограничения на выбросы фреонов. Согласно Венской конвенции об охране озонового слоя (1985), к 2000 году фреоны должны были быть запрещены. Однако данная тенденция сохранится даже при прекращении выброса фторхлороуглеродов, так как их разрушительное действие продлится ещё приблизительно 100 лет (такова их продолжительность жизни).

Основные положения антропогенной теории разрушения озонового экрана:

1. Главные виновники разрушения озонового слоя атмосферы – атомы хлора, брома и йода. Каждый из них как катализатор принимает участие в сотнях тысяч реакций превращения молекул озона в молекулы кислорода.

2. Источником атомов хлора, которые сами по себе живут в атмосфере недолго из-за высокой химической активности, является в основном соляная кислота.

3. За рост концентрации кислоты могут быть ответственны фреоны, молекулы которых на этих высотах должны активно разрушаться солнечной радиацией. Фреоны в силу химической инертности живут в атмосфере многие десятки лет, и потому их концентрация не должна меняться с высотой. Однако в нижних слоях атмосферы, именно там, где наблюдается рост содержания соляной кислоты, их концентрация падает.

4. Сами по себе молекулы соляной кислоты с озоном не взаимодействуют. Однако над Антарктидой протекают процессы, приводящие к распаду кислоты и появлению атомарного хлора, уничтожающего озон. Из-за сильного охлаждения воздуха во время полярной зимы над Южным полюсом образуется так называемый полярный вихрь, температура в котором опускается ниже температуры кристаллизации кислот (-80^о С). Это ведет к образованию полярных стратосферных облаков, состоящих из замерзших частиц активных соединений азота. Внутри этих частиц протекают реакции, в результате которых относительно устойчивые молекулы соляной кислоты превращаются в молекулярный хлор, который накапливается в вихре. Зимой озону ничего не грозит, но весной, когда всходит солнце, его радиация начинает разбивать молекулы хлора на атомы, которые, в свою очередь, разрушают озон, и появляется озоновая дыра. К лету она затягивается, так как молекулярный хлор оказывается «выработанным», а его источник – полярный вихрь – существует только зимой.

5. Получено еще одно важное доказательство того, что озоновая дыра есть результат процессов, протекающих в полярном вихре. Над Арктикой полярный вихрь, а значит, и полярные стратосферные облака, не образуются по причине недостаточно низких температур. Однако зимы последних трех лет были настолько холодными, что над Арктикой вихрь все-таки возник, и в итоге озоновую дыру наблюдали над Северо-Восточной Сибирью.

6. Разрушение озона в нижних слоях стратосферы опасно не только потому, что он задерживает вредные для здоровья человека ультрафиолетовые лучи. Хотя озона очень мало, он активно поглощает солнечную радиацию и потому определяет химический баланс в стратосфере.

С другой стороны, некоторые ученые объясняют образование озоновой дыры естественными причинами и указывают на преходящий характер этого явления. В частности, соединения хлора, который действительно уничтожает озон, в больших количествах поступают в атмосферу с вулканическими выбросами (в основном в виде соляной кислоты) и из океана (хлористый метил). Сравнительно недавно в толще антарктического льда обнаружены соединения, структура которых очень похожа на озоноразрушающие промышленные фреоны. Причем глубина залегания этих веществ такова, что и речи не может быть об их техногенном происхождении.

Число реакций, разрушающих озон, уже перевалило за сотню. Установлено, что с озоном реагирует и окись азота, концентрация которой в стратосфере зависит от солнечной активности, и водород, образующийся в атмосфере из метана, который поступает туда из разломов земной коры.