Ответы@Mail.Ru: Почему образуются »озоновые дыры»?
Прежде всего следует уяснить: озоновая дыра, вопреки своему названию, — это не брешь в атмосфере. Молекула озона отличается от обычной молекулы кислорода тем, что состоит не из двух, а из трех атомов кислорода, соединенных друг с другом. В атмосфере озон сконцентрирован в так называемом озоновом слое, на высоте примерно 30 км в пределах стратосферы. В этом слое происходит поглощение ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, — иначе солнечная радиация могла бы нанести большой вред жизни на поверхности Земли. Поэтому любая угроза озоновому слою заслуживает самого серьезного отношения. В 1985 году британские ученые, работавшие на Южном полюсе, обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшалось — иногда в большей степени, иногда в меньшей. Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры появлялись также над Северным полюсом — во время арктической весны.В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула хлора состоит из двух соединенных атомов хлора) . Когда появляется солнце и начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород, протекающих по следующей двойной схеме:
Cl + O3 —> ClO + O2 и ClO + O —> Cl + O2
В результате этих реакций молекулы озона (O3) превращаются в молекулы кислорода (O2), причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций) . Вследствие этой цепочки превращений озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру. Однако вскоре, с потеплением, антарктические вихри разрушаются, свежий воздух (содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.
otvet.mail.ru
Озоновые дыры: причины и последствия
Содержание:
Не секрет, что наша планета Земля уникальна в Солнечной системе, поскольку это единственная планета, на которой существует жизнь. И в том числе зарождение жизни на Земле было возможно благодаря специальному защитному шару из озона, который покрывает нашу планету на высоте в 20-50 км. Что такое озон и зачем он нужен? Само слово «озон» с греческого переводится как «пахнущий», ведь именно его запах, мы можем ощущать после дождя. Озон это голубой газ, состоящий из трехатомных молекул кислорода, по сути такой еще более концентрированный кислород. Значение озона огромно, поскольку именно он защищает Землю от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей, идущих от Солнца. К сожалению, мы, люди, не ценим того, что было создано природой (или Богом) на протяжении миллиардов лет, и одним из результатов разрушительной деятельности человека, стало появление озоновых дыр, о которым мы и поговорим в сегодняшней статье.
Что такое озоновые дыры?
Для начала определимся с самим понятием «озоновая дыра», что она из себя представляет. Дело в том, что многие люди ошибочно представляют озоновую дыру как некую брешь в атмосфере нашей планете, месте, в котором озоновый шар полностью отсутствует. На самом деле это не совсем так, он не то, чтобы совсем отсутствует, просто концентрация озона в месте озоновой дыры в разы ниже, чем следовало бы быть. Как результат, ультрафиолетовым лучам легче попадать на поверхность планеты, и оказывать свое разрушительное действие именно в местах озоновых дыр.
Где находятся озоновые дыры?
Что же, в таком случает, закономерным будет вопрос о расположении озоновых дыр. Первая озоновая дыра в истории была обнаружена в 1985 году над Антарктидой, по подсчетам ученых, диаметр этой озоновой дыры составлял 1000 км. Причем озоновая эта дыра имеет весьма странное поведение: она появляется каждый раз в августе и исчезает к началу зимы, чтобы вновь появится в августе.
Чуть позже другая озоновая дыра, правда, меньших размеров, была обнаружена уже над Арктикой. В наше же время множество мелких озоновых дыр обнаружено в разных местах, но озоновая дыра над Антарктидой занимает пальму первенства по своим размерам.
Фото озоновой дыры над Антарктидой.
Как образуются озоновые дыры?
Дело в том, что на полюсах вследствие низкой тамошней температуры образуются стратосферные облака, содержащие в себе ледяные кристаллики. Когда эти облака соприкасаются с молекулярным хлором, попадающим в атмосферу, происходит целая серия химических реакций, результатом которых является разрушение молекул озона, происходит сокращение его количества в атмосфере. И как результат образуется озоновая дыра.
Причины озоновых дыр
Каковы причины возникновения озоновых дыр? Причин этого явления есть несколько, и самая главная из них – загрязнение окружающей среды. Множество фабрик, заводов, дымовых газовых ТЕЦ выбрасывают в атмосферу, в том числе, и злополучный хлор, и тот уже вступая в химические реакции, делает бум в атмосфере.
Также появлению озоновых дыр в немалой степени способствовали ядерные испытания, проводившиеся в прошлом веке. При ядерных взрывах в атмосферу попадают окиси азота, которые вступая в химические реакции с озоном, также разрушают его.
Реактивные самолеты, летающие в облаках, также способствуют появлению озоновых дыр, поскольку каждый их полет сопровождается выбросом в атмосферу той же окиси азота, губительной для нашего защитного озонового шара.
Последствия озоновых дыр
Последствия расширения озоновых дыр, разумеется, не самые радужные – вследствие усиленного ультрафиолетового излучение может увеличится количество людей с заболеванием раком кожи. Помимо этого падает общий иммунитет человека, что приводим и ко многим другим болезням. Впрочем, от усиленного ультрафиолетового излучения, проходящего сквозь озоновую дыру, могут страдать и не только люди, но и, например, жители верхних слоев океана: креветки, крабы, водоросли. Чем опасны озоновые дыры для них? Все теми же проблемами с иммунитетом.
Как бороться с озоновыми дырами
Решение проблемы озоновых дыр учеными было предложено следующее:
- Начать регулирование выброса разрушительных для озона химических элементов в атмосферу.
- Начать восстанавливать штучным путем количество озона на месте озоновых дыр. Делать это таким образом, при помощи летательных аппаратов на высоте 12-30 км распылять штучный озон в атмосфере. Недостатком этого метода является необходимость существенных экономических издержек, да и значительное количество озона за раз распылить в атмосфере при современных технологиях, увы, невозможно.
Озоновые дыры, видео
И в завершение интересный документальный фильм про озоновые дыры.
www.poznavayka.org
Озоновые дыры — проблема современности
Озон содержится в газообразных отходах, которые выбрасываются предприятиями, и является опасным химикатом. Он представляет собой очень активный элемент и может вызывать коррозию элементов конструкций всевозможных сооружений. Тем не менее, в атмосфере озон преобразуется в неоценимого помощника, без которого жизнь на Земле могла бы просто не существовать.
Стратосферой называется слой атмосферы, который следует за тем, в котором живем мы. Верхнюю ее часть покрывает озон, его содержание в этом слое – 3 молекулы на 10 млн. иных молекул воздуха. Несмотря на то, что концентрация очень низкая, озон выполняет важнейшую функцию – он способен преграждать путь ультрафиолетовых лучей, поступающих из космоса одновременно с солнечным светом. Лучи ультрафиолета негативно влияют на структуру живых клеток и могут вызвать развитие таких заболеваний, как катаракта глаз, рак и другие серьезные недуги.
В основе защиты озонового слоя лежит следующий принцип. В тот момент, когда на пути ультрафиолетовых лучей встречаются молекулы кислорода, возникает реакция их расщепления на 2 атома кислорода. Образовавшиеся атомы объединяются с нерасщепленными молекулами, создавая молекулы озона, состоящие из 3-х атомов кислорода. При встрече ультрафиолетовых лучей с молекулами озона, последние разрушают их на три атома кислорода. Момент расщепления молекул сопровождается выделением тепла, а поверхности Земли они уже не достигают.
Озоновые дыры
Процесс преобразования кислорода в озон и наоборот называют кислородно-озоновым циклом. Его механизм сбалансирован, однако, динамичность меняется в зависимости от интенсивности солнечного излучения, сезона и природных катаклизмов, в частности, извержения вулкана. Ученые сделали вывод, что человеческая жизнедеятельность отрицательно влияет на его толщину. Истощение озонового слоя было зарегистрировано за последние десятилетия во многих местах. В отдельных случаях он исчез полностью. Как же снизить негативное влияние человека на указанный цикл?
Озоновые дыры возникают по причине того, что процесс разрушения защитного слоя протекает намного интенсивнее, чем его генерация. Это объясняется тем, что в процессе человеческой жизнедеятельности атмосфера загрязняется различными озоноразрушающими соединениями. Это, прежде всего, хлор, бром, фтор, углерод и водород. Ученые считают, что хлорфторуглеродные соединения представляют основную угрозу озоновому слою. Они широко применяются в холодильных установках, промышленных растворителях, кондиционерах и аэрозольных баллончиках.
Хлор, достигая озонового слоя, вступает с молекулами озона во взаимодействие. Химическая реакция порождает оксид хлора и молекулу кислорода. При встрече оксида хлора со свободным атомом кислорода возникает еще одно взаимодействие, в результате которого хлор освобождается, и появляется молекула кислорода. В дальнейшем цепочка повторяется, потому что хлор не способен выйти за границы атмосферы или опуститься на землю. Озоновые дыры – это следствие того, что снижается концентрация данного элемента из-за его ускоренного расщепления при появлении в его слое посторонних чужеродных составляющих.
Места локализации
Самые крупные озоновые дыры обнаружены над Антарктикой. Размер их практически соответствуют площади самого континента. Этот район практически не населен, но ученые высказывают опасение, что брешь может распространиться на другие области планеты, интенсивно заселенные. Это чревато экологической катастрофой и гибелью Земли.
Для предотвращения уменьшения озонового слоя необходимо в первую очередь снизить количество разрушающих веществ, выбрасываемых в атмосферу. В 1987 году был подписан Монреальский договор в 180 странах, который предусматривает снижение выброса веществ, содержащих хлор, в поэтапном режиме. Сейчас уже озоновые дыры уменьшаются, и ученые высказывают надежду, что ситуация полностью исправится к 2050 году.
fb.ru
Защита озонового слоя : Главная
Вокруг проблемы истощения озонового слоя существует множество мифов. Несмотря на свою очевидную антинаучность, эти мифы чрезвычайно популярны – особенно в среде журналистов, всюду ищущих следы очередного мирового заговора.
Миф 1: Шумиха по поводу озоноразрушающего воздействия хлорфторуглеродов (ХФУ) инициирована промышленниками, которым выгодно продавать дорогие хладагенты вместо дешевых
Несостоятельность подобных заявлений легко увидеть, обратившись к истории вопроса. После того, как данные об участии фреонов в разрушении стратосферного озона были обнародованы, производители этих веществ развернули масштабную кампанию по дискредитации новой гипотезы. Глава DuPont написал в статье в журнале Chemical Week от 16 июля 1975 года, что «теория разрушения озона — это научная фантастика, вздор, не имеющий смысла». Самым массовым сектором потребления озоноразрушающих ХФУ являлось производство бытовых аэрозолей. В результате перехода на озонобезопасные технологии вместо синтезируемых и дорогих ХФУ в аэрозольные баллончики стали добавлять в качестве пропеллента смесь углеводородов природного происхождения (пропан и бутан), составляющих основу газа, используемого в быту. В бытовых холодильниках и морозильниках одним из самых массовых и эффективных хладагентов стал углеводород (изобутан), а в качестве вспенивателя теплоизоляции в них стал применяться циклопентан. Поэтому в значительной части применений заменой ХФУ стали заведомо более дешевые вещества природного происхождения, которые не надо синтезировать в условиях опасного химического производства, а лишь извлечь из нефти и газа.
График распределения ХФУ-11 по высотеСегодня в мире уже практически никто из серьезных специалистов не сомневается в причинах истощения озонового слоя. В 1995 году за работу в области атмосферной химии, особенно в части процессов образования и разрушения озонового слоя, Паулю Крутцену, Марио Молине и Шервуду Роланду была присвоена Нобелевская премия.
Миф 2: Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать стратосферы
Иногда утверждается, что молекулы фреонов, которые намного тяжелее азота и кислорода (по молекулярной массе), не могут достичь стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы не стратифицируются или сортируются по весу, а перемешиваются полностью в результате вертикального массопереноса, конвекции и турбулентности. Поэтому тяжёлые инертные газы, фреоны и прочие загрязняющие вещества как природного, так и антропогенного происхождения равномерно распределяются в атмосфере, достигая, в том числе, и стратосферы. Экспериментальные измерения концентраций газов в атмосфере подтверждают это.
Проведенные исследования показывают: фреоны, попавшие в результате утечек или технологических процессов в приземный слой атмосферного воздуха, достигают стратосферы примерно за пять лет.
Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то входящие в её состав аргон и углекислый газ образовали бы на поверхности слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы Землю необитаемой. В реальности же и криптон с атомарной массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют одну и ту же относительную концентрацию, как у земной поверхности, так и на высоте 100 км. Конечно, всё вышесказанное справедливо только для газов, которые относительно стабильны, как фреоны или инертные газы. Концентрация веществ, вступающих в реакции и подвергающихся различным физическим воздействиям (например, растворяющихся в воде), зависит от высоты.
Миф 3: Основная масса галогенов имеет природное, а не антропогенное происхождение
Часто можно слышать, что природные источники галогенов, например, вулканы или океаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем антропогенные. На самом деле галогены природного происхождения (в основном в виде ионов хлора и хлористого водорода) водорастворимы, и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю, не достигая стратосферы. Природные соединения менее устойчивы, чем фреоны, например, время жизни метилхлорида – около года, в то время как у фреонов оно составляет десятки и сотни лет.
Миф 4. Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов
Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере. Из-за малой реакционной способности срока жизни в несколько лет или даже десятилетий они легко достигают верхних слоёв атмосферы в неизменном виде.
«Озоновая дыра» – это не физическая дыра в атмосфере. Это зона существенного снижения концентрации озона над Антарктикой в конце зимы – начале весны (сентябре-октябре) было выделено цветом. Причины, по которым озоновая дыра образуется именно над Антарктикой, связаны с особенностями местного климата – полярным вихрем и строго сезонным солнечным освещением.
График изменения среднемесячного содержания озона между 65° Северной широты и 65° Южной широты с 1979 по 2001 годы
Формирование озоновой дыры было отмечено и в Арктике.
Озоновая дыра в полярных регионах возникает, когда из-за низких температур в стратосфере (ниже -78 оС) водяной пар и азотная кислота формируют так называемые полярные стратосферные облака. Эти облака и другие холодные аэрозоли создают предпосылки для превращения долгоживущих соединений хлора, в частности, хлорфторуглеродов, в высокоактивные соединения, такие, как оксид хлора, которые и «убивают» озон в результате цепных фотохимических реакций.
Миф 5. Озон разрушается только над Антарктидой
Уровень содержания озона падает во всей атмосфере. Это было убедительно продемонстрировано результатами долговременных измерений концентрации озона в разных точках планеты.
www.ozoneprogram.ru
Озоновые дыры « Интереcно о науке
Озон, который содержится в выбрасываемых предприятиями газообразных отходах – это опасный химикат. Он является очень активным элементом и может привести к коррозии элементов конструкций различных сооружений. Однако в атмосфере озон превращается в неоценимого по своей пользе друга, жизнь без которого на Земле возможно так и не было бы жизни.
Стратосфера – это слой атмосферы, следующий за тем, в котором мы живем. На верхней его части содержится тонкий озоновый слой. Концентрация озона в этом слое около 3=х молекул на 10 миллионов других молекул воздуха. Не смотря на очень низкую его концентрацию, он выполняет важную функцию. Озон может задерживать ультрафиолетовые лучи, поступающие из космоса вместе с солнечным светом. Ультрафиолет разрушает структуру клеток живых организмов и может повлечь такие заболевания как рак, катаракта глаза и другие смертельные болезни.
Защита озонового слоя работает по следующему принципу. Когда ультрафиолетовые лучи встречают на своем пути молекулы кислорода (O2), они их расщепляют на два атома кислорода (O+O). Образовавшиеся атомы кислорода, встретившись с нерасщепленными молекулами кислорода, объединяются в молекулы озона (O3), которые состоят из трех атомов кислорода. Когда ультрафиолетовые лучи встречают на своем пути молекулы озона, то они разрушают их на 3 атома кислорода. Во момент расщепления молекул ультрафиолетовые лучи превращаются в тепло и не достигают поверхности Земли.
Этот процесс превращения кислорода в озон и обратно называется кислородно-озонным циклом. Это сбалансированный процесс, однако его динамичность может меняться в зависимости от интенсивности солнечных лучей, сезона года и природных катаклизмов, например, извержения вулкана. Однако, ученые определили, что человеческая жизнедеятельность также влияет на толщину этого слоя, причем не в лучшую сторону. За последние несколько десятилетий были зарегистрированы множество мест, где озоновый слой сильно истончился, а в некоторых местах исчез полностью. Попробуем разобраться в том, как человек может влиять на озоновый цикл и можем ли мы снизить это негативное влияние.
Причина возникновения озоновых дыр заключается в то, что процесс разрушения озона протекает гораздо более интенсивно, чем процесс его генерации. Это вызвано тем, что в процесс человеческой жизнедеятельности в атмосферу выбрасываются различные озоноразрушающие соединения. К ним относятся хлор, фтор, бром углерод и(или) водород в различных сочетаниях. Чаще всего говорят о хлорфторуглеродных соединениях как об основной угрозе озоновому слою. Хлорфторуглероды широко используются в холодильных установках, кондиционерах, промышленных растворителях и аэрозольных баллончиках.
Когда хлор или какой-либо другой элемент достигает озонового слоя, то он вступает во взаимодействие с молекулами озона. В результате реакции образуется оксид хлора (ClO) и молекула кислорода (O2). Когда оксид хлора встречает свободный атом кислорода, то происходит еще одна реакция, в результате которой хлор освобождается и образуется молекула кислорода (O2). Далее эта цепочка повторяется, так как хлор не может выйти за пределы атмосферы или опуститься на поверхность Земли. Таким образом, появление в озоновом слое посторонних элементов приводит к ускоренному расщеплению озона, что снижает его концентрацию и, как следствие, приводит к образованию озоновых дыр.
Одна из самых крупных дыр обнаружена над Антарктикой. Ее размеры практически соответствуют размерам самого континента. Хотя это ненаселенная область ученые опасаются распространения этой бреши в защите на другие населенные области нашей планеты. Это может привести к экологической катастрофе и гибели жизни на Земле.
Чтобы предотвратить уменьшение озонового слоя в первую очередь необходимо снизить количество выбрасываемых в атмосферу разрушающих веществ. В 1987 году 180 стран подписали Монреальский договор, который предусматривает поэтапное снижение выброса хлорсодержащих веществ в атмосферу. Уже сейчас замечен положительный эффект этого соглашение и озоновый слой начинает восстанавливаться. Ученые надеются, что озоновый слой полностью восстановится к 2050 году.
coolsci.ru
Озоновые дыры в озоновом слое атмосферы
Скачать
Содержание
Возникновение проблемы озонового слоя……………………………………..3
Озоновый слой — щит земли……………………………………………………..6
ХФУ и озон стратосферы: химия процесса их взаимодействия…………..9
Заключение……………………………………………………………………….17
Литература……………………………………………………………………….18
Возникновение проблемы озонового слоя
В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная «дыра». В начале 80-х по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико — около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.
Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длинной волны γ<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б , наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у γ-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона.
В мае 1985 года британские ученые объявили о резком сокращении концентраций озона в стратосфере над Антарктикой каждой весной южного полушария. Это явление получило название «озоновой дыры».
Существуют объективные причины, по которым «дыры» в первую очередь образуются над Антарктикой. Бром и хлор, несущие главную ответственность за разрушение озона, в среднем равномерно распределены в атмосфере Земли. Однако в Антарктике условия таковы, что эти вещества, вступая в химические реакции, способны уничтожить больше озона, чем в районах с более теплым климатом.
Маршруты движения антарктических циркумполярных ветров строго ограничены полярным регионом. В дополнение к этому антарктическая атмосфера долгие месяцы остается в темноте (в течение полярной ночи), при этом значительно охлаждаясь. С падением температуры атмосферы в стратосфере начинают образовываться ледяные облака.
Когда в августе первые лучи Солнца начинают проникать в стратосферу, то в ней начинают происходить химические реакции, отличающихся от реакций в стратосфере умеренных широт. В то же время, эти реакции намного эффективнее с точки зрения разрушения полярного озона, так как в стратосфере отсутствуют окислы азота, которые бы прекращали цепную реакцию.
Падение концентраций озона продолжается до поздней весны, когда солнечные лучи (падающие на Землю под большим углом) разогревают атмосферу настолько, что из ледяных облаков начинает выделяться азот. Скорость падения концентраций озона стремительно возрастает с позднего августа, прогрессирует в сентябре и спадает к середине октября.
По данным, приведенным в отчете Межправительственной группы экспертов по проблемам изменениям климата за 1992 год, в весенний период в стратосфере Антарктики отмечается падение концентраций озона более чем на 90 процентов. Данные американского спутника Нимбус-7 показали, что площадь поверхности озоновой дыры, по грубым подсчетам, соизмерима с площадью Западной Европы или континентальной части США.
В докладе 1992 года Межправительственная группа экспертов по пробеме изменения климата (IPСС) отмечает, что, в предшествующие докладу пять лет, феномен дыры повторялся и ее размер достигал огромных масштабов. Это положение отличалось от ситуации середины 80-х годов, когда рост размера «дыры» колебался каждые год-два.
Согласно заявлению Межправительственной группы, недавние лабораторные исследования обнаружили дополнительные свидетельства образования антарктической озоновой дыры по причине использования хлор- и бромсодержащих веществ.
Что же касается Арктики, то условия в ее атмосфере сходны с условиями в атмосфере Антарктики. Разница лишь в том, что период циркуляции холодных циркумполярных ветров в атмосфере Арктики короче, чем в Антарктике и ее атмосфера теплее атмосферы южного полюса.
Разница климатических условий этих двух регионов объясняется частично большей массой земной поверхности, расположенной в северном полушарии планеты, и влияющей на активность атмосферы.
В 1989 году воздушная экспедиция по изучению стратосферы Арктики НАСА (первое наиболее полное исследование Арктического региона) обнаружила, что в зимний период в стратосфере Арктики содержится почти столько же оксида хлора (ClO), сколько и в стратосфере Антарктики. Это то же самое вещество, которое приводит к образованию озоновой дыры в Антарктике.
Потеря озонового слоя может происходить и в стратосфере Арктики. Однако периоды падения концентраций озона в Арктике не такие длительные, как в Антарктике, поскольку арктический циркумполярный поток не такой постоянный, как в Антарктике. Тем не менее, хотя потери озона в Арктике, сравнимые с потерями озона в Антарктике, зарегистрированы не были, в отдельных арктических областях отмечены высокие концентрации реакционного хлора в зимний период.
Сегодня термин «озоновая дыра» хорошо известен во всем мире. Однако, нам все еще не достает понимания в полной мере природы самого явления. Что же это такое озоновая дыра? Где появляются озоновые дыры? Насколько они большие? Что стало причиной их возникновения? Как они будут себя вести в будущем? И, наконец, какую опасность они представляют для человечества?
Несмотря на то, что проблема озоновой дыры существует двадцать лет, большинство людей уже слышало о ней. Слово «дыра» хорошо позволяет представить проблему визуально.
Тема озоновой дыры объединяет в себе захватывающую дух интригу, в центре которой оказались передовые направления современной науки и техники. В течение лишь нескольких лет после открытия ряда чрезвычайно полезных химических соединений, стремительно завоевавших рынок, было обнаружено, что эти вещества наносят вред окружающей среде. В кратчайшие сроки было достигнуто беспрецедентное международное соглашение по контролю за их использованием, и были созданы и внедрены в различные технологические процессы альтернативные продукты, более приемлемые с экологической точки зрения.
Озоновый слой — щит земли.
Озон представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода (O3), так что озон является «химическим родственником» более стабильного и изобилующего в атмосфере вещества, необходимого для дыхания человека, состоящего из двух атомов кислорода (О2). Озон образуется, когда молекула кислорода распадается на атомы под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения. Атомы кислорода вступают в связь с молекулами кислорода, при этом образуется озон (О+ О2—>O3).
Свойства озона:
− способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца;
− озон — сильнейший окислитель (попросту яд), поэтому приземный озон опасен;
− способность поглощать инфракрасное излучение земной поверхности;
− способность прямым и косвенным образом влиять на химический состав атмосферы.
В отличие от других атмосферных составляющих озон появился в атмосфере исключительно химическим путём и является наиболее молодой атмосферной компонентой. Наиболее ценным с экологической точки зрения свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца; в то же время как химическое соединение озон является сильнейшим окислителем (попросту ядом), способным при непосредственном контакте отравить ту самую флору и фауну, которую он защищает в качестве стратосферного озонового слоя. Помимо этого озон является эффективным парниковым газом. И, наконец, озон оказывает заметное влияние на малые активные составляющие атмосферы (такие, например, как гидроксильный радикал), а через них — и на стабильные компоненты, которые как и сам озон поглощают и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Тем самым озон оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на парниковый эффект и уровень поверхностного УФ излучения.
Растительность на суше появилась лишь чуть более 400 миллионов лет тому назад, когда содержание кислорода составило примерно 0,5, а озона — 0,7 современного уровня, что оказалось достаточным, чтобы защитить живые клетки от коротковолнового солнечного излучения. До этого момента жизнь развивалась исключительно в водной среде, которая и обеспечивала соответствующую защиту вместо озонового слоя. Накопление кислорода в атмосфере до появления растений на суше происходило за счёт процессов фотосинтеза в океане, а также за счёт дегазации базальтовой магмы. Оба этих источника атмосферного кислорода продолжают действовать и сейчас, причём доля океана в фотосинтезе кислорода составляет 80%.
Существует «хороший озон» и «плохой озон». «Плохой озон» — ученые называют фотохимическим смогом, поразившим такие крупнейшие города, как, например, Лос-Анджелес, Мехико, Денвер, Чикаго, Нью-Йорк и многие другие. Существуют принципиальные отличия между «плохим» и «хорошим» озоном. Если на время оставить широко распространенную проблему городского смога, то окажется, что приблизительно 90 процентов озона Земли — это озон стратосферы, слоя атмосферы, расположенного высоко над земной поверхностью. Стратосфера располагается над тропосферой, нижним слоем атмосферы, толщина которого составляет километры. В тропосфере воздух наиболее плотный и там происходит большая часть преобразований, связанных с формированием погоды. Стратосфера начинается на высоте 8 км над полюсами (17 км над экватором) и простирается вверх на высоту приблизительно 50 км .
Озон в стратосфере обычно относят к «хорошему» озону, так как он предохраняет землю от разрушительного ультрафиолетового излучения. Большая часть из оставшихся 10 процентов «плохого» озона находится в приземном слое атмосферы — тропосфере — и, достигнув определенных концентраций, он представляет опасность для здоровья и благополучия населения.
Непосвященные наблюдатели, те, кто главным образом слышат о проблеме фотохимического смога и не слышат об ультрафиолетовом излучении, могут предположить, что в атмосфере Земли содержится слишком много озона. В некотором роде они правы. Да, слишком много в одних местах. Но существует опасность того, что его может оказаться слишком мало там, где он необходим. Следует уточнить, однако, что и понятие «много» относительно. Молекулы озона в земной атмосфере встречаются крайне редко.
Концентрация молекул озона в атмосфере ниже, чем одна молекула O3 на каждый миллион молекул воздуха. Такое соотношение одновременно как подчеркивает, так и дает неверное представление о том, какую критическую роль играет озон в глобальной экологической системе. Ключевой момент заключается в том, что озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение (УФ излучение с длиной волны в диапазоне между 280 и 320 нанометров, способное повредить ДНК живых организмов). Это свойство делает озон незаменимым элементом защиты человека от УФ излучения, способного нанести огромный биологический вред.
Общее количество озона в атмосфере, если его сжать до плотности воздуха у поверхности Земли, составит слой толщиной приблизительно в 3,5 миллиметра. И эта тонкая пленка является одним из ключевых факторов, делающих окружающую среду планеты пригодной для жизни человека. Ни климат, ни погода не являются статичными системами. То же верно и для озона. Количество озона в стратосфере сильно различается в зависимости от географической широты, от высоты расположения в слоях атмосферы и от времени года. Показатели концентраций O3 могут также меняться год от года. Например, общее количество озона в северных умеренных широтах показывает сильную корреляцию с сезонными циклами. Наиболее высокие концентрации озона в этих широтах отмечены в марте-апреле и наименьшие в октябре-ноябре. Естественные колебания озона могут достигать 25 процентов в высоких широтах.
В дополнению к сказанному нужно напомнить, что молекулы озона постоянно образуются и разрушаются в стратосфере. Новые молекулы озона непрерывно возникают в процессе химических реакций, происходящих на солнечном свету. Когда молекулы озона подвергаются воздействию солнечных лучей, они распадаются на очень активный элемент — атомарный кислород (О). Атомарный кислород вступает в реакцию с молекулами кислорода с образованием озона. Так как механизм создания молекул озона находится в балансе с механизмом их разрушения, то среднее количество озона в стратосфере ученые считают величиной сравнительно постоянной с момента образования современной атмосферы Земли. Политические и экологические проблемы, связанные с озоном стратосферы, вызваны такими химическими веществами, как хлорфторуглероды и галогены.
ХФУ и озон стратосферы: химия процесса их взаимодействия.
С момента их открытия в 30-40-х годах все говорило о том, что ХФУ слишком уж хороши для того, чтобы в них не таилась какая-нибудь опасность. Они сравнительно недороги, высокоэффективны, стабильны в атмосфере и нетоксичны для человека. Эти свойства способствовали широкому распространению ХФУ в различных областях современного производства. Производители электроники, например, стали использовать ХФУ в начале 80-х годов в качестве промывочных растворов. Это позволило им снять проблему загрязнения грунтовых вод, связанную с использованием в производстве метилхлорида и трихлорэтилена. Для различных областей производства хлорфторуглероды стали главным сырьем из-за своей стойкости к воздействию внешних факторов. молекула хлора может разрушить тысячи молекул озона, прежде чем сама будет нейтрализована. Это свойство ХФУ и выделяемого ими хлора делает фреоны очень опасными для озонового слоя стратосферы. Хотя следует отметить, что не все ХФУ и не все растворители имеют одинаковый озоноразрушающий потенциал.
Например, метилхлороформ и четыреххлористый углерод — растворители широко применяемые в производстве, действуют на озон очень пагубно, хотя содержание хлора в них сравнительно низкое. Подобно хлору на озон действует другое вещество — бром. Бром, как и хлор, относится к группе веществ под общим названием галогены (хлор, фтор, бром, йод и астат). В то время, как в стратосфере брома содержится намного меньше, чем хлора, он более активен и несет ответственность за разрушение значительных количеств озона.
В наибольшей степени научные и политические проблемы, стоящие перед мировым сообществом в вопросе об озоновых дырах сводятся к следующему: дополнительное поступление бром и хлор содержащих веществ в стратосферу приведет к нарушению естественного баланса образования и разрушения озона, так как появляется дополнительный фактор, приводящий к разрушению озона. Как уже отмечалось выше, различные ХФУ имеют разную продолжительность жизни в атмосфере и различную озоноразрушающую способность. Большая их часть — это долгоживущие вещества, они могут сохраняться в атмосфере десятилетиями и даже столетиями.
Для каждого вещества, внесенного в список Монреальского протокола, математически рассчитан озоноразрушающий коэффициент в пересчете на одну молекулу. Этот коэффициент — относительная величина, где за единицу принят озоноразрушающий потенциал ХФУ -11 и ХФУ-12. Озоноразрушающая способность вещества определяется количеством атомов хлора или брома в молекуле, его продолжительностью жизни в атмосфере (то есть, того времени, на протяжении которого это вещество будет сохраняться в атмосфере, прежде чем оно распадется или будет выведено из нее) и особенностями химического процесса, необходимого для распада этого вещества.
Проблема, конечно же, заключается в «ахиллесовой пяте» ХФУ. Когда хлорфторуглероды попадают в атмосферу, они начинают мигрировать в стратосферу, где более интенсивное солнечное излучение воздействует на них и в результате реакции выделяется хлор. Этот хлор действует как катализатор, постоянно вступая в реакцию с молекулами озона с образованием молекул кислорода (О2) и молекул оксида хлора (ClO2). Молекулы оксида хлора затем вступают в реакцию с атомарным кислородом, с образованием молекул кислорода и свободных атомов хлора. И все начинается сначала.
Например, метилхлороформ и четыреххлористый углерод — растворители широко применяемые в производстве, действуют на озон очень пагубно, хотя содержание хлора в них сравнительно низкое. Подобно хлору на озон действует другое вещество — бром. Бром, как и хлор, относится к группе веществ под общим названием галогены (хлор, фтор, бром, йод и астат). В то время, как в стратосфере брома содержится намного меньше, чем хлора, он более активен и несет ответственность за разрушение значительных количеств озона.
В наибольшей степени научные и политические проблемы, стоящие перед мировым сообществом в вопросе об озоновых дырах сводятся к следующему: дополнительное поступление бром и хлор содержащих веществ в стратосферу приведет к нарушению естественного баланса образования и разрушения озона, так как появляется дополнительный фактор, приводящий к разрушению озона.
Как уже отмечалось выше, различные ХФУ имеют разную продолжительность жизни в атмосфере и различную озоноразрушающую способность. Большая их часть — это долгоживущие вещества, они могут сохраняться в атмосфере десятилетиями и даже столетиями.
Для каждого вещества, внесенного в список Монреальского протокола , математически рассчитан озоноразрушающий коэффициент в пересчете на одну молекулу. Этот коэффициент — относительная величина, где за единицу принят озоноразрушающий потенциал ХФУ -11 и ХФУ-12 .
Озоноразрушающая способность вещества определяется количеством атомов хлора или брома в молекуле, его продолжительностью жизни в атмосфере (то есть, того времени, на протяжении которого это вещество будет сохраняться в атмосфере, прежде чем оно распадется или будет выведено из нее) и особенностями химического процесса, необходимого для распада этого вещества.
Существуют опасения, что эти вещества нарушают естественный озоновый баланс. Необходимый для образования атомарный кислород выше уровня 20 км образуется при расщеплении кислорода под действием ультрафиолетового излучения γ <240 нм.
Ниже этого уровня такие фотоны почти не проникают, и атомы кислорода образуются, в основном, при фотодиссоциации двуокиси азота фотонами мягкого ультрафиолета с γ <400 нм.
Разрушение молекул озона происходит при их попадании на частицы аэрозолей или на поверхность земли, но основной сток озона определяют циклы каталитических реакций в газовой фазе.
Впервые мысль об опасности разрушения озонного слоя была высказана еще в конце 1960-х годов, тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет. Однако, сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось. В настоящее время из военных самолетов в стратосфере летают практически только сверхзвуковые стратегические бомбардировщики, такие как B1-B или Ту-160 и разведывательные самолеты. Такая нагрузка вряд ли представляет серьезную угрозу для озонного слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности земли в результате сжигания ископаемого топлива и массового производства и применения азотных удобрений также представляет определенную опасность для озонного слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы. Запуски ракет также происходят не очень часто, впрочем, хлоратные твердые топлива используемые в современных космических системах, например в твердотопливных ускорителях «Спейс-Шаттл» или «Ариан», могут наносить серьезный локальный ущерб озонному слою в районе запуска.
В 1974 г. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфторуглероды (ХФУ) могут вызывать разрушение озона. Начиная с этого времени так называемая хлорфторуглеродная проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.
Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества поскольку они очень стабильны и неактивны, а значит не токсичны. Как это ни пародоксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое атмосферы, который простирается от поверхности земли до высоты 10 км), как это происходит, например, с большей частью окислов азота, и в конце концов проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ , которые распадаются на компоненты обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. Таким образом ХФУ переносит хлор с поверхности земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых фреонов составляет 75 и 100 лет соответственно.
Оксиды азота способны разрушать озон, однако, они могут реагировать и с хлором.
В ходе этой реакции содержание озона не меняется. Более важной является другая реакция,образующийся в ее ходе хлористый нитрозил является так называемым резервуаром хлора. Содержащийся в нем хлор неактивен и не может вступить в реакцию с озоном. В конце концов такая молекула-резервуар может поглотить фотон или вступить в реакцию с какой-нибудь другой молекулой и высвободить хлор, но она также может покинуть стратосферу. Расчеты показывают, что если бы в стратосфере отсутствовали оксиды азота, то разрушение озона шло бы намного быстрее. Другим важным резервуаром хлора является хлористый водород HCl, образующийся при реакции атомарного хлора и метана.
Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ — пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками — вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.
Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях — на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов — концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.
Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессемистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше. Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80 км. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы и способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.
Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет немедленной серьезной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по — прежнему необходимо.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как — то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ, были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.
Проблема исторических и современных изменений климата оказалась очень сложной и не находит решения в схемах однофактоpного детерминизма. Наяду с ростом концентрации углекислого газа важную роль играют изменения озоносфеpы, связанные с эволюцией геомагнитного поля. Разработка и проверка новых гипотез являются необходимым условием познания закономерностей общей циркуляции атмосферы и других геофизических процессов, влияющих на биосферу.
ЛИТЕРАТУРА
- Горелов А.А. Экология. Курс лекций. — М.: Издательство Центр, 1998
- Мазура И.И. Экология. -М.: Высшая школа, 1999
- Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. -М.: Высшая школа, 1986
- Владимиров А.М. и др. Охрана окружающей среды. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат 1991.
vsempomogu.ru
Проблема озоновых дыр в атмосфере Земли. Проект ЮНИДО/ГЭФ Минприроды России
Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70–80-х годах прошлого столетия. Вред, который наносит озоновому слою утечка в атмосферу таких веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), был обнаружен почти случайно.
В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина (Mario Molina) и Фрэнк Шервуд Роланд (Frank Sherwood Rowland) предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества – закиси азота – выступил голландский физик Пол Крутцен (Paul Crutzen).
К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. Было достоверно установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; от ультрафиолета гибнет фитопланктон – кормовая база обитателей Мирового океана; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека – растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК.
Опасность озоновых дыр. Уязвимость человека для солнечного ультрафиолетаОднако связь этих воздействий с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Более того, производители хладагентов и часть ученых выступили с жесткой критикой гипотезы, предполагавшей такую связь, отрицая само существование проблемы озоновых дыр.
Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году.
Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь — первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями.
Средняя площадь озоновой дыры за период с 7 сентября по 13 октября 1979-2017 годов.
Источник: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology
— Я думаю, что во многом мы обязаны простой удаче, как и в случае многих других научных открытий. Нашу группу убедил график минимальных значений 11-дневных средних измерений, на котором было четко видно, что весеннее снижение концентрации носит систематический характер», — признался Джонатан Шанклин (Jonatan Shanklin), который вместе со своими коллегами из Антарктического управления Великобритании, Джо Фарманом (Joe Farman) и Брайаном Гардинером (Brian Gardiner), собрал основные полевые данные. Фарман в общих чертах разработал химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений, и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных.
Результаты исследований оказались пугающими и в некоторой степени невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено.
Толщина озонового слоя над Антарктикой в сентябре 2018 года. Источник: https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
Термин «озоновая дыра» — условный, стратосферный озоновый щит сохраняет свою целостность, и на поверхности Земли нет места, которое совершенно не было бы прикрыто этим естественным защитным экраном. Дырой называют область с содержанием озона ниже 220 единиц Добсона. 1 единица Добсона соответствует слою озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или содержанию 2,69·10^16 молекул озона в атмосферном столбе с площадью основания в 1 квадратный сантиметр поверхности Земли (0,447 миллимоля на квадратный метр).
Уже в начале 1980-х ученым стало понятно: чтобы из атмосферы исчезли озоноразрушающие вещества и проблема озоновых дыр на Земле была бы решена, потребуются десятилетия, поскольку процессы разложения ОРВ идут медленно: так, срок жизни в атмосфере хладагента R12, одного из самых распространенных ХФУ, — около 100 лет. Ждать окончательного подтверждения этой теории было слишком опасно, и осознание этого побудило международное сообщество к принятию незамедлительных мер.
www.ozoneprogram.ru