Озоновый слой - это слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона. Он начинается на высоте около 8 км над полюсами (или 17 км над экватором) и простирается вверх вплоть до 50 км. Концентрация озона в слое очень низкая, и если его выделить в чистом виде и сжать до плотности, которую имеет воздух у поверхности Земли, то толщина озонового слоя не превысит 5 мм.
Озон - аллотропная форма (в том случае, когда элемент имеет несколько простых веществ (они состоят из атомов одного вида), их называют аллотропными формами) кислорода (от греч. “пахнущий”), его молекула состоит из трех атомов кислорода (О3). Озон образуется из кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения:
Озон поглощает жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение Солнца, предохраняя живые организмы от его губительного воздействия. Поэтому разрушение озонового слоя приведет к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности Земли, что будет способствовать увеличению случаев рака кожи у людей, мутаций у растений и т.п.
В 1985 году британские исследователи обнародовали данные своих восьмилетних наблюдений. Они обнаружили над Северным и Южным полюсами области атмосферы с пониженным содержанием озона (до 50 %) - “озоновые дыры”. В настоящее время большинство ученых пришло к заключению, что озоновый слой земли разрушают так называемые фреоны - хлорфторуглероды (ХФУ), чрезвычайно химически стойкие вещества, применяемые как хладоагенты в холодильниках и наполнители аэрозольных упаковок. Благодаря химической стойкости фреонов ничто в природе неспособно разрушить (утилизировать) их. Диффундируя в атмосфере, пары фреона достигают озонового слоя и там под действием ультрафиолета вступают во взаимодействие с озоном и “проедают” дыру в озоновом слое.
В середине сентября 1987 года представители двадцати четырех стран встретились в Монреале и подписали соглашение, по которому обязались вдвое сократить использование озоноразрушающих ХФУ к 1999 году. Однако в связи с ухудшающейся ситуацией в 1990 году в Лондоне были приняты поправки к Монреальскому протоколу, согласно которым в список регулируемых ХФУ вошли еще десять веществ. Было принято решение прекратить использование ХФУ, галогенов и четырехлористого углерода (ССl4) к 2000, а метилхлороформа - к 2005 году.
В результате всех указанных мер запрета “озоновые дыры”, к сожалению, не исчезли и даже не уменьшились. Возможно, что в их существовании виноваты вовсе не фреоны, а естественные причины: циклическая активность Солнца, процесс дегазации Земли и т.п. В любом случае “озоновые дыры” несут в себе угрозу человечеству и требуют постоянного экологического мониторинга (наблюдения) за ними.
Иная проблема, касающаяся озона, но не связанная с разрушением озонового слоя, - фотохимический смог: образуясь на свету при протекании реакций оксидов азота с углеводородами, озон, собираясь в нижних слоях атмосферы (тропосфере), является составной частью смога.
Наличие озона в тропосфере ускоряет процесс разрушения резиновых изделий, текстиля, красочных покрытий и т.п., снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет фотосинтез в растениях и ослабляет их. Так, по оценкам специалистов, в США ежегодные потери кукурузы, пшеницы, соевых бобов и арахиса, вызванные озоном, составляют от 1,9 до 4,5 миллиардов долларов.
Одним из самых замечательных "зеленых" мифов является утверждение о том, что озоновые дыры над полюсами Земли возникают благодаря выбросам в атмосферу некоторых веществ, производимых человеком. В него до сих пор верят тысячи людей, даже несмотря на то, что разоблачить этот миф может любой школьник, который не прогуливал уроки химии и географии.
Миф о том, что деятельность человека приводит к росту так называемой озоновой дыры, примечателен во многих отношениях. Во-первых, он чрезвычайно правдоподобен, то есть основывается на реальных фактах. Таких, как наличие самой озоновой дыры и того, что ряд веществ, производимых человеком, может разрушать озон. А раз так, то у неспециалиста не возникает сомнений в том, что именно человеческая деятельность виновна в истощении озонового слоя — достаточно посмотреть на графики роста дыры и увеличения выбросов в атмосферу соответствующих веществ.
И тут всплывает еще одна особенность "озонового" мифа. Почему-то те, кто верят вышеупомянутым доказательствам, совершенно забывают о том, что само по себе совпадение двух графиков ни о чем не говорит. В конце концов, оно может быть простой случайностью. Для того, чтобы иметь неоспоримые доказательства антропогенной теории происхождения озоновых дыр, нужно изучить не только механизм разрушения озона фреонами и другими веществами, но и механизм последующего восстановления слоя.
Ну, а здесь наступает самое интересное. Лишь только заинтересованный неспециалист начнет изучать все эти механизмы (для чего не нужно сутками сидеть в библиотеке — достаточно вспомнить несколько абзацев из школьных учебников по химии и географии), как он сразу понимает, что данная версия — не более, чем миф. А вспомнив про то, какое влияние оказал этот миф на мировую экономику, ограничив производство фреонов, он сразу понимает, зачем его создали. Впрочем, давайте рассмотрим ситуацию с самого начала и по порядку.
Из курса химии мы помним, что озон является аллотропной модификацией кислорода. В его молекулах не два атома О, а три. Образовываться озон может разными путями, однако самый распространенный в природе таков: кислород поглощает порцию ультрафиолетового излучения с длиной волны 175-200 нм и 280-315 нм и преобразуется в озон. Именно таким образом и образовался озоновый защитный слой в давние времена (где-то 2-1,7 миллиарда лет тому назад), и именно так он продолжает образовываться и по сей день.
Кстати, из вышесказанного следует, что на самом чуть ли не половину опасного УФ-излучения поглощает кислород, а не озон. Озон же лишь является "побочным продуктом" данного процесса. Однако ценность его состоит в том, что он тоже поглощает часть ультрафиолета — ту, чья длина волны составляет от 200 до 280 нм. Но что при этом происходит с самим озоном? Правильно — он вновь превращается в кислород. Таким образом, в верхних слоях атмосферы существует некий циклический равновесный процесс — ультрафиолет одного типа способствует превращению озона в кислород, а тот, поглощая УФ-излучения другого типа, вновь переходит в О 2 .
Из всего этого следует простой и логичный вывод — для того, чтобы полностью разрушить озоновый слой, нужно лишить нашу атмосферу кислорода. Ведь сколько бы производимые людьми фреоны (углеводороды, содержащие хлор и бром, используемые в качестве хладагентов и растворителей), метан, хлороводород и моноксид азота не разрушали озоновые молекулы, ультрафиолетовое облучение кислорода вновь восстановит озоновый слой — ведь его-то эти вещества "выключить" не в состоянии! Как и уменьшить количество кислорода в атмосфере, поскольку деревья, травы и водоросли производят его в сотни тысяч раз больше, чем человечество — вышеупомянутые разрушители озона.
Итак, как видите, не одно вещество, сотворенное людьми, не в состоянии разрушить озоновый слой, пока в атмосфере Земли присутствует кислород, а Солнце испускает ультрафиолет. Но почему же тогда возникают озоновые дыры? Сразу хочу сказать, что сам термин "дыра" является не совсем корректным — речь идет лишь об истончении озонового слоя в определенных участках стратосферы, а не о полном его отсутствии. Тем не менее, чтобы ответить на поставленный вопрос, следует просто вспомнить, где именно на планете существуют самые крупные и устойчивые озоновые дыры.
А тут и вспоминать нечего: самая большая из устойчивых озоновых дыр расположена прямо над Антарктидой, а другая, чуть поменьше — над Арктикой. Все остальные озоновые дыры Земли нестабильны, они быстро образуются, но так же быстро "заштопываются". Почему же в полярных регионах истончения озонового слоя сохраняются достаточно долго? Да просто потому, что в этих местах по полгода длится полярная ночь. А за это время в атмосферу над Арктикой и Антарктикой не поступает достаточного количества ультрафиолета, способного превратить кислород в озон.
Ну а О 3 в свою очередь, оставшись без "пополнения", начинает быстро разрушаться — ведь он является весьма нестабильным веществом. Поэтому-то озоновый слой над полюсами изрядно истончается, хотя процесс идет с некоторым запаздыванием — видимая дыра появляется в начале лета, а исчезает к середине зимы. Тем не менее, когда приходит полярный день, озон вновь начинает вырабатываться и озоновая дыра потихоньку "заштопывается". Правда, не полностью — все равно время интенсивного поступления УФ-излучения в этих краях короче, чем период его недостатка. Поэтому-то озоновая дыра и не исчезает.
Но зачем в таком случае был создан и растиражирован миф? Ответить на этот вопрос не то что просто, а очень просто. Дело в том, что впервые наличие постоянной озоновой дыры над Антарктидой было доказано в 1985 году. А в конце 1986 года специалисты американской компании DuPont (то есть "Дюпон") наладили производство нового класса хладагентов — фторуглеродов, не содержащих хлор. Это сильно удешевило производство, однако новое вещество нужно было еще продвинуть на рынок.
И тут "Дюпон" финансирует распространение в СМИ мифа о злых фреонах, портящих озоновый слой, который по его заказу сочинила группа метеорологов. В результате напуганная общественность начала требовать от властей принять меры. И эти меры были приняты в конце 1987 года, когда в Монреале был подписан протокол об ограничении производства веществ, разрушающих озоновый слой. Это привело к разорению многих компаний, выпускавших фреоны, а также к тому, что "Дюпон" на долгие годы стал монополистом на рынке хладагентов.
Кстати, именно быстрота принятия руководством "Дюпона" решения использовать озоновую дыру в своих целях и привела к тому, что миф получился таким недоработанным, что разоблачить его может обычный школьник, который не прогуливал уроки химии и географии. Было бы у них времени побольше — глядишь, сочинили бы более убедительную версию. Тем не менее, даже то, что в итоге "родили" ученые по заказу "Дюпона", смогло убедить множество людей.
Около сорока лет назад впервые было обнаружено, что слой озона в земной атмосфере стал истощаться. Первыми это заметили английские учёные, работавшие на исследовательской базе в Антарктиде. Они обнаружили, что над станцией Халли-Бей толщина озона уменьшилась почти в два раза! В то время возможные причины этого явления ещё не были изучены, поэтому всё, что оставалось делать учёным - наблюдать за развитием ситуации. И результаты их совсем не обрадовали - озоновые дыры не только не закрылись, но даже распространились далеко за пределы Южного полюса. Так появилась информация о новой глобальной катастрофе.
Чем же на самом деле являются озоновые дыры?
Озон - это газ, который вырабатывается из кислорода при ультрафиолетовом излучении, поступающем от Солнца. Он, в свою очередь, препятствует прохождению этого излучения, действие которого является губительным для всех живых организмов. Слой этого газа расположен на высоте около двадцати километров над поверхностью и защищает планету от негативного влияния солнечной энергии. Озоновые дыры - это места, в которых толщина газа по каким-либо причинам уменьшается. На данном этапе её ещё хватает для того, чтобы задерживать ультрафиолет, но если человечество ничего не предпримет для изменения ситуации, через некоторое время истощение озонового слоя приведёт к тому, что вредоносное излучение сможет беспрепятственно проникать в атмосферу, и тогда существование жизни на Земле станет попросту невозможным.
Почему возникают озоновые дыры?
Исследование космоса
И всё же, несмотря на большое разнообразие возможных версий, наиболее вероятной из них остаётся антропогенная. Ведь в середине прошлого века происходили многочисленные запуски космических ракет, каждая из которых, взлетая, оставляла «дыру» в атмосфере, прорывая слой озона. Всего за тридцать лет освоения космоса было уничтожено 30% защитного барьера Земли, который формировался на протяжении четырёх миллиардов лет!
Фреон
Губительным веществом для озона является фреон, который широко используется как в быту, так и в промышленности. Он содержался практически во всех газовых баллончиках прошлого века: в лаках для волос, духах, дезодорантах, огнетушителях. Он был даже в холодильниках и кондиционерах! Неудивительно, что с каждым днём появлялись всё новые и новые озоновые дыры, а защитный слой становился всё тоньше и тоньше.
Пути решения
На сегодняшний день проблема остаётся острой и актуальной. Приняты многочисленные соглашения, по которым вредные для озонового слоя вещества запрещены к использованию в производстве и промышленности. Но этого мало, ведь вопрос состоит не только в том, чтобы остановить разрушение озона, но и в том, чтобы восстановить его. А эта задача еще не решена.
Озо́новая дыра́ - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя.
Озон является аллотропной модификацией кислорода. Характер химических связей в озоне обусловливает его неустойчивость (через определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород: 2О 3 → 3О 2) и высокую окислительную способность. Окислительное действие озона на органические вещества связанно с образованием радикалов: RH + О 3 → RО 2 . + OH.
Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в среде, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому озон в больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м 3 .
Озона, которым так замечательно пахнет во время грозы, в атмосфере совсем немного - 3-4 ppm (промилле) - (3-4)*10 -4 %. Однако для флоры и фауны планеты его присутствие необычайно важно. Ведь зародившаяся в океанских пучинах жизнь и смогла-то «выползти» на сушу только после того, как 600–800 млн. лет назад сформировался озоновый щит. Поглощая биологически активное солнечное ультрафиолетовое излучение, он обеспечил его безопасный уровень на поверхности планеты. Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям – вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой «дыры» над Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.
Озон образуется в верхней стратосфере (40-50 км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. Атмосферный озон сосредоточен в двух областях – стратосфере (до 90 %) и тропосфере. Что касается распределенного на высоте от 0 до 10 км слоя тропосферного озона, то его-то как раз благодаря неконтролируемым промышленным выбросам становится все больше. В нижней стратосфере (10-25 км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс.
Толщина озонового слоя над Европой сокращается стремительными темпами, что не может не волновать умы ученых. За прошлый год толщина озонового «покрытия» сократилась на 30%, а скорость ухудшения естественной защитной оболочки достигла самой высокой отметки за последние 50 лет. Установлено, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых иных частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами. Какую опасность это представляет для человека?
Тонкий озоновый слой (2-3 мм при распределении вокруг Земного шара) не в силах препятствовать проникновению коротковолновых ультрафиолетовых лучей, которые вызывают рак кожи и опасны для растений. Поэтому сегодня из-за высокой активности солнца загорать стало менее полезно. Вообще-то центры экологии должны давать рекомендации населению, как действовать в зависимости от активности солнца, но в нашей стране такого центра нет.
С уменьшением озонового слоя связаны климатические изменения. Понятно, что изменения будут происходить не только на той территории, над которой «растянулась» озоновая дыра. Цепная реакция повлечет за собой изменения во многих глубинных процессах нашей планеты. Это не значит, что везде начнется стремительное глобальное потепление, как нас пугают в фильмах ужасов. Все-таки это слишком сложный и длительный процесс. Но могут возникнуть другие катаклизмы, к примеру, увеличится число тайфунов, смерчей, ураганов.
Установлено, что «дыры» в озоновом слое возникают над Арктикой и Антарктидой. Это объясняется тем, что на полюсах образуются кислотные облака, разрушающие озоновый слой. Получается, что озоновые дыры возникают не от активности солнца, как принято считать, а от повседневно деятельности всех жителей планеты, в том числе и нас с вами. Потом «кислотные бреши» смещаются, причем чаще всего в Сибирь.
С использованием новой математической модели удалось связать воедино данные наземных, спутниковых и авиационных наблюдений с уровнями вероятных будущих выбросов в атмосферу озонразрушающих соединений, временем их переноса в Антарктику и погодой в южных широтах. При помощи модели был получен прогноз, согласно которому озоновый слой над Антарктикой восстановится в 2068 году, а не в 2050 году, как считалось.
Известно, что в настоящее время уровень озона в стратосфере над территориями, удаленными от полюсов, ниже нормы примерно на 6%. В тоже время, в весенний период содержание озона над Антарктикой может снижаться на 70% относительно среднегодовой величины. Новая модель позволяет более точно прогнозировать уровни содержания озонразрушающих газов над Антарктикой и их временную динамику, определяющую величину озоновой «дыры».
Использование веществ, разрушающих озон, ограничено Монреальским протоколом. Считалось, что это приведет к быстрому «затягиванию» озоновой дыры. Однако новые исследования показали, что в действительности темпы ее уменьшения станут заметными только с 2018 года.
Чтобы начать глобальное восстановление, нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся. Люди должны это понимать и помочь природе включить процесс восстановления озонового слоя, в частности нужны новые посадки лесов.
Для восстановления озонового слоя его нужно подпитывать. Сначала с этой целью предполагалось создать несколько наземных озоновых фабрик и на грузовых самолетах «забрасывать» озон в верхние слои атмосферы. Однако этот проект (вероятно, он был первым проектом «лечения» планеты) не осуществлен. Иной путь предлагает российский консорциум «Интерозон»: производить озон непосредственно в атмосфере. Уже в ближайшее время совместно с немецкой фирмой «Даза» планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами, с помощью которых получать озон из двухатомного кислорода. Если этот эксперимент окажется удачным, в дальнейшем предполагается использовать опыт российской орбитальной станции «Мир» и создать на высоте 400 км несколько космических платформ с источниками энергии и лазерами. Лучи лазеров будут направлены в центральную часть озонового слоя и станут постоянно подпитывать его. Источником энергии могут быть солнечные батареи. Космонавты на этих платформах потребуются лишь для периодических осмотров и ремонта.
Осуществится ли грандиозный мирный проект, покажет время.
Принимая во внимание чрезвычайность ситуации, представляется необходимым:
ü расширить комплекс теоретических и экспериментальных исследований по проблеме сохранения озонового слоя;
ü создать Международный фонд сохранения озонового слоя активными способами;
ü организовать Международный комитет для выработки стратегии выживания человечества в экстремальных условиях.
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 + O 3 —> ClO + O 2 и ClO + O —> Cl + O 2
В результате этих реакций молекулы озона (O 3) превращаются в молекулы кислорода (O 2), 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.
В 1987 году в Монреале состоялась Международная конференция, посвященная угрозе озоновому слою, и промышленно развитые страны договорились о сокращении, а в конечном итоге и о прекращении производства хлорированных и фторированных углеводородов (хлорфторуглеродов, ХФУ) — химических веществ, разрушающих озоновый слой. К 1992 году замена этих веществ на безопасные проходила так успешно, что было принято решение о полном их уничтожении к 1996 году. Сегодня ученые верят, что лет через пятьдесят озоновый слой восстановится полностью.
