Проблема озоновых дыр: современное состояние, причины, прогноз, средства предотвращения.

Проблема озона в атмосфере имеет два связанных с человеческой деятельностью аспекта: разрушение в верхних слоях (“озоновый экран”) и увеличение концентрации в околоземном пространстве. Озон в верхних слоях атмосферы (“Озоновый экран”). Озоновый экран располагается у полюсов на высотах 9-30 км, у экватора – на 18-32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01-0,06 мг/м3. Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3 – 5 мм. Содержание озона выражается в сантиметрах (0,3 – 0,5) или в единицах Допсона (миллиметры, увеличенные в 100 раз – 300-500 ед.). Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода (О2) под влиянием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования кислорода. Условием для протекания реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей. Озон поглощает лучи с длиной волны 200-320 нм. Часть из них, как и более длинные, доходят до Земли. При этом лучи длиной 200-400 нм выделяют в категорию биологически активных ультрафиолетовых (БАУ). “Озоновые дыры” представляют собой протяженные области пониженного (до 50 %) содержания озона в озоновом слое атмосферы, поглощающем ультрафиолетовое излучение, гибельное для живых организмов, формирующиеся в результате антропогенного химического загрязнения атмосферы хлор- и фторуглеводородами. В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило около 3% (по другим сведениям 2–10%). Есть данные, что уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%. Для европейской части России это составляет около 6-6,5 тыс. человек в год. Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой. Здесь содержание его в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого регистрируется уменьшение концентрации озона, получило название “озоновой дыры”. Размер “дыры” с пониженной концентрацией озона возрастает примерно на 4% в год. В настоящее время она вышла за пределы континента и по размерам превышает площадь США. Несколько меньших размеров “дыра” характерна для Арктики. Учащается также появление “блуждающих дыр” площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня. Причины возникновения “озоновых дыр” до конца не ясны. Впервые они обнаружены в начале 80-х гг. настоящего столетия, и короткий период наблюдений не дает достаточных оснований для каких-либо категоричных выводов о причинах изменений концентрации озона. Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглероды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, холодильных установках и т. п. Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто технический подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что именно благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор. Каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона. Принимаются меры к уменьшению, а в дальнейшем и к прекращению производства фреонов. Так, Монреальским протоколом, подписанным в 80-х гг., к 2000 г. многие государства взяли обязательство сократить производство фреонов на 50%, заменив другими пропиллентами. Однако вследствие высокой стойкости фреоны могут очень долго сохраняться в атмосфере, даже в тех случаях, когда их производство будет прекращено. В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны (ХФУ) заменяются на гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ), срок жизни которых значительно короче (2 – 25 лет), а потенциал разложения в озоне в десятки раз ниже, чем ХФУ. Ведутся также поиски других путей повышения устойчивости озонового слоя. Так, подача этана и пропана в озоновый слой способствует переводу атомарного хлора как катализатора в пассивный хлористый водород. Образованию и накоплению озона способствуют также электромагнитное излучение, лазерные лучи, электрические разряды. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода и способствуют образованию и накоплению озона. Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облачность зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда температура несколько повышается. Более интенсивное разрушение озона в приполярных областях связывают с тем, что ответственный за разрушение озона хлор здесь в меньшей мере блокируется метанной группой, чем в более низких широтах. В последнее время ученые все чаще стали высказываться о том, что нет веских доказательств для утверждений, что появление “озоновых дыр” – результат деятельности человека (Вестник РАН, 1996 Т. 61. № 9). Ученые считают, что аналогичные явления имели место ранее и обусловливались исключительно природными процессами, в частности 11-летними циклами солнечной активности. Что касается фреонов, то пузырьки воздуха из кернов льда подтверждают наличие его в атмосфере и в доиндустриальную эпоху. Из других причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается также предположение, что над Антарктикой существуют своеобразные восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона. Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос летательных аппаратов (только один запуск “Шаттла” ответственен за потерю 10 млн.т озона), при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Существует также гипотеза срыва озонового слоя кометой Галлея. Полагают, что с ее уходом концентрация озона обычно восстанавливается. Озон в нижних слоях атмосферы. Здесь озон выступает как сильный антиоксидант и бактерицид. Он способен уничтожать неприятные запахи и разрушать некоторые канцерогенные вещества. Вместе с тем при повышенных концентрациях озон проявляет себя как сильный яд. У людей он затрудняет дыхание и раздражает глаза, у растений повреждает ассимиляционный аппарат, разрушает хлорофилл. Согласно имеющимся оценкам, концентрация озона в приземном слое воздуха с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза и ежегодно повышается на 1,0-1,6%. Основной причиной этого являются фотохимические смоги.