<<
>>

Озоновый экран Земли

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

Озон — трехатомные молекулы кислорода — рассеян над Землей на высоте от 15 до 50 км; защитная озоновая оболочка очень невелика: всего 3 млрд т газа, наибольшая концентрация — на высоте от 20 до 25 км.

Если гипотетически сжать эту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна. Озонный феномен исследователи связывают не только с антропогенным воздействием на воздушный купол планеты, но и с сезонной атмосферной циркуляцией. Площадь Антарктиды составляет более 14 млн км2. Размеры же озоновой бреши над южным куполом Земли в рекордные годы, по данным мониторинга, порой в 1,5—2 раза превышали площадь Ледового континента. «Озоновые дыры» появлялись над многими странами Европы и Россией. Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на человека и живую природу.

Как известно, озон ядовит и по своей токсичности превосходит угарный газ. Однако именно он защищает нашу планету от смертельно опасных солнечных лучей, вернее, ультрафиолетовой части спектра. Во всем мире растет популярность озонотерапии — использования озона в медицине и косметологии.

Собственно, сам озон ни от чего не защищает. Но энергия жесткого ультрафиолетового излучения, которое могло бы убить все живое на земле, частично тратится на борьбу с молекулами атмосферного кислорода. От этого натиска они распадаются на два атома. Но и эти молекулы не стойки, поэтому их количество в верхних слоях атмосферы косвенно свидетельствует об интенсивности борьбы «в верхах». Если кислород активно препятствует атакам ультрафиолета, то и озона много. Если слой озона мал, значит, ультрафиолет берет верх. Причины же и закономерности этих колебаний пока никто объяснить не может.

Но этим загадки озона не исчерпываются. Его способность убивать микробы заметили еще в прошлом веке: военные врачи в Первую мировую войну применяли газ для обеззараживания ран. Позже выяснилось, что смертелен озон и для вирусов. Озонирование в наше время все шире применяется для обработки питьевой воды и постепенно вытесняет более вредное хлорирование.

И тем не менее в высоких концентрациях этот газ весьма опасен, его повышенное содержание в воздухе может вызывать у некоторых людей поражение глаз, кашель, головную боль, нарушение дыхания. Кроме того, молекула озона очень нестойкая, легко распадается на составные части — атомы. Атомарный кислород, или свободный радикал кислорода, — очень сильный окислитель, легко повреждает живые клетки, ускоряет их старение. Существует даже теория возникновения рака, согласно которой опухоли развиваются из клеток, поврежденных свободными радикалами кислорода.

По данным мексиканского Университета штата Сонора, самые распространенные недуги вызваны воздействием ультрафиолетовых лучей в связи с разрушением озонового слоя, это катаракты, ухудшение состояния сетчатки и глазного дна, различные наросты и новообразования.

И если в случае катаракт и новообразований может помочь постоянно развивающаяся хирургия глаза, то процесс ухудшения состояния (износа) сетчатки и глазного дна практически необратим.

Раньше подобные заболевания проявлялись к старости, однако сегодня первые признаки этих тяжелых недугов наблюдаются у юношей и девушек в возрасте от 20 до 25 лет: утомляемость глаз при отсутствии видимой нагрузки, раздражения конъюнктивы, развитие красного пятна на глазном дне после нагрузки на глаза, например чтения или просмотра телепередач.

Но этим губительное воздействие ультрафиолетового излучения не ограничивается. Повышение его уровня способно вызвать деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности Мирового океана. К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи и бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые. Данные экспериментов свидетельствуют, что рост некоторых растений сдерживается уже нынешним уровнем радиации.

Новые экспериментальные материалы позволяют судить об ингибирующем воздействии УФ-радиации на фитобактерии и зоопланктон, а также организмы нейстона. Морские организмы неодинаково устойчивы к повреждающему действию УФ-радиации. При снижении содержания озона в озоновом слое на 16,5% первичная продуктивность в Мировом океане может уменьшиться на 5% по сравнению с современным уровнем. Любые глобальные изменения в биомассе или в продукции планктонных организмов могут привести к изменению биохимического цикла углерода в океане и нарушению баланса окиси углерода между океаном и атмосферой. Воздействие УФ-излучения приводит к мутациям на генном уровне. Главной мишенью излучения становятся молекулы ДНК — носители генетической информации организма. До 90% всех повреждений возникает при облучении световой волной около 300 нм. Этот показатель быстро снижается при увеличении или уменьшении длины волны. Именно здесь находятся границы проникае- мости озонового слоя атмосферы Земли. По оценкам американских исследователей, уменьшение озонового слоя на 50% приведет к возрастанию повреждений ДНК в 2,5 раза, что в свою очередь может увеличить частоту заболеваний раком кожи в 7,5—8 раз.

В биологической истории планеты можно выделить два характерных периода. Первый продолжался около 3 млрд лет, когда непрерывно формировались все новые организмы: появлялись и исчезали виды, семейства и роды организмов. На втором — его продолжительность «всего» десятки миллионов лет: состав обитателей планеты стабилизировался и новые организмы появлялись редко. Что же произошло?

По мнению некоторых ученых, в том числе заведующего кафедрой химии Рыбинской авиационной технологической академии профессора Г. М. Кимстача, на границе двух эпох сформировался равновесный состав атмосферы и тот озоновый слой, который сейчас истощается. Главное химическое свойство озона — его высокая окислительная способность, выражающаяся, в частности, в сильном стерилизующем действии: в озоне гибнут не только бактерии, но и грибы и вирусы.

Озоновый слой мог стать мощным «санитарным барьером», защитившим сформировавшиеся на планете сообщества живых организмов от вероятных «пришельцев». Но сейчас, когда озоновый слой быстро превращается в «сито», возникает более серьезная угроза появления на планете новых и опасных организмов.

Сотрудник кафедры петрологии геологического факультета МГУ В. Л. Сывороткин в 2003 г. защитил диссертацию «Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы» на соискание степени доктора геолого-минералогических наук.

Она может в корне перевернуть традиционные представления о причинах многих глобальных катастроф. В частности, геолог предлагает реабилитировать фреоны. По его мнению, вовсе не они главные виновники появления озоновых дыр. Озоноразрушающими газами «дышит» Земля, причем количество таких газов, в первую очередь водорода, выбрасываемых естественным образом, несопоставимо с техногенными утечками.

Более того, озоновые аномалии имеют геологическое происхождение, утверждает ученый. Это разломы в земной коре, из которых с определенной цикличностью в стратосферу поднимается водород. Именно он и есть главный «виновник» периодически наблюдаемых озоновых «дыр».

Российский ученый стал серьезным оппонентом так называемой техногеннофреоновой гипотезы — ТФГ. Ведь помимо сугубо научных выводов геолог высказал предположение, что развернувшаяся во всем мире борьба за перепрофилирование или остановку производств, использующих фреоны и другие озоноразрушающие вещества (ОРВ), инспирирована более продвинутыми в технологическом отношении американскими фирмами, в частности, корпорацией «Дюпон».

Как известно, фреоны используют как легкоиспаряющуюся жидкость в производстве пористых материалов и как хладагент в холодильных установках. Следуя техногенной гипотезе, промышленный фреон попадает в стратосферу, где на высоте примерно 30 км находится озоновый слой. Там под действием ультрафиоле-

товых лучей хлор, входящий в состав фреона, вступает в реакцию с озоном и разрушает озоновое «покрывало» нашей планеты.

Авторы этой, казалось бы, логичной и стройной гипотезы, американцы М. Молина и Ш. Роуленд, за открытие хлорного цикла разложения озона (1974) получили Нобелевскую премию. Но в 1995 г. были введены в действие (с 1 января 1996 г.) санкции Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, в отношении России. Россия должна была закрыть свои предприятия, выпускающие «вредные» вещества, в частности отечественные заводы, которые производили холодильники на фреонах-11 и -12.

По мнению В. Л. Сывороткина, замена хладонов одного типа на другой обойдется мировому сообществу как минимум в 3 трлн долларов.

После принятия Монреальского протокола на международном рынке остались 3—4 фирмы—производителя фреонов. Среди них лидирует «Дюпон», использующий в производстве своих холодильников альтернативный фреон-134, который якобы не разрушает озонового слоя.

Еще в середине 70-х годов американцы заговорили об угрозе озоновому слою со стороны наших сверхзвуковых самолетов. Именно тогда французские и советские фирмы опередили заокеанских коллег — конкурентов в создании высотной пассажирской авиации. Когда же сами американцы приступили к производству такой техники, они не пожалели 100 млн долларов на исследования, показавшие беспочвенность опасений за «озоновое одеяло». Вполне возможно, что так же получится и на этот раз. Дело в том, что есть области промышленности, где невозможно найти адекватную замену фреонам-11, -12.

Как подчеркивает В. Л. Сывороткин, Молина и Роуленд вели исследования, что называется, «в пробирке». Модельные расчеты, выполненные на основе ТФГ, уже с 1985 г. стали расходиться с данными наблюдений. И чем дальше, тем больше. Феномен «озоновой дыры» максимально проявляется в Антарктиде. Но 90% населения Земли сконцентрировано в Северном полушарии, в средних широтах сосредоточено основное производство и потребление фреонов. Регулярное, причем в больших количествах, обнаружение озоноразрушающих газов над полюсами сторонники ТФГ объясняют тем, что атмосфера за год «перемешивается» и концентрация веществ в ней выравнивается. Однако многолетние наблюдения это опровергают. Свидетельство тому — поведение биогенного метана.

Из года в год ученые наблюдают повышенную концентрацию этого газа над болотами умеренного пояса. Такие же закономерности характерны и для распределения в атмосфере техногенного газа ацетилена: в Северном полушарии его содержится больше, потому что там его больше производят. А вот когда речь заходит о техногенных фреонах, все получается наоборот.

Недавно опубликованы данные западных специалистов о том, что концентрация фреонов в атмосфере над Антарктидой выше, чем над промышленными Германией или Шотландией, где по логике «озоновые дыры» и должны быть.

Приверженцам техногенной теории трудно объяснить и другие феномены. Скажем, появление «озоновых дыр» в тропической зоне, в предельном отдалении от промышленных центров. Аналогии с Антарктидой тут не проходят.

Получается, что кроме техногенных существуют и другие гораздо более мощные источники фреонов, например вулканы. Таким образом, по мнению В. Л. Сывороткина, озоновый слой истончается по естественным причинам. Различают «хлорный», «азотный» и «водородный» циклы разрушения озона. Первый, как уже отмечалось, детально исследован американцами Молина и Роулендом. О других известно меньше. А между тем водород — главный газ Земли.

Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через глубинные разломы поступают в атмосферу.

Все озоновые дыры располагаются как раз над рифтовыми зонами Земли, в местах крупных разломов в земной коре: над Антарктидой, Исландией, Гавайями, Красным морем. Антарктическая аномалия объясняется тем, что главные каналы земной дегазации — так называемые срединно-океанские рифты — сближаются вокруг шестого материка. В. Л. Сывороткин составил карту дефицита озона над Россией, используя данные почти ста станций, исследующих состав стратосферы, и наложил ее на геологическую карту. Результат ошеломил: пятна озоновых аномалий легли точно на выбрасывающие водород участки.

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

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

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

В летной программе Международного авиационно-космического салона МАКС-2003 заявлено около 200 российских и зарубежных самолетов. Среди них — уникальная исследовательская лаборатория — самолет М-55 «Геофизика». Аналога ему в мире нет. Благодаря этому самолету-«высотнику» ученые проводят исследования с самых верхних слоев атмосферы.

Состояние озонового слоя находится под пристальным вниманием ученых, особенно в приполярных областях, где разрушение озона в антарктической стратосфере может достигать внушительных размеров.

Но атмосфера изменчива в результате действия естественных и антропогенных факторов. На высоте 17—18 км, где в Арктике расположен максимум озонового слоя, исследовать механизмы изменчивости очень сложно. На самолете М-55 «Геофизика» выполнено уже пять научных международных программ, в которых участвовали Россия, Италия, Германия, Швеция, Швейцария, США. Результаты измерений позволили уточнить важные детали механизма каталитического разрушения озона в присутствии полярных стратосферных облаков. Эти данные будут использованы в моделях для прогноза состояния озонового слоя.

<< | >>
Источник: Новиков Ю. В.. Экология, окружающая среда и человек: Учеб, пособие для вузов, средних школ и колледжей. 2005

Еще по теме Озоновый экран Земли:

  1. Нарушение озонового экрана
  2. Послевоенные съемки Земли Франца-Иосифа и Северной Земли
  3. § 82. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ
  4. Озоновые дыры
  5. 2. Сокращение озонового слоя
  6. Царские земли и уступленные земли
  7. СОКРАЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ.
  8. 6.1.9.1. ПРОБЛЕМЫ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА И ОЗОНОВЫХ "ДЫР"
  9. Глобальные проблемы: рост парникового эффекта и разрушение озонового слоя
  10. 4.4. Магнитосфера Земли
  11. Народонаселение Земли
  12. 6.4. Загрязнение земли
  13. Земли и княжества.
  14. Форма и размеры Земли
  15. 4.6. Тепловое поле Земли
  16. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ ЗЕМЛИ
  17. «И НА ЗЕМЛИ МИР»
  18. Глава З ЭВОЛЮЦИЯ НЕДР ЗЕМЛИ
  19. Глава 3 Водная оболочка Земли