У1.3. Проблема озона

Озон в верхних слоях атмосферы («Озоновый экран»).

Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода (02) под влиянием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. При последующем присоединении свободного кислорода к молекуле 02 - О + О - 02 + О - Оэ. Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования 02. Условием для протекания реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей.

Озон поглощает лучи с длиной волны 200-320 нм. Часть из них, как и более длинные, доходят до Земли. При этом лучи длиной 200-400 нм выделяют в категорию биологически активных ультрафиолетовых (БАУ).

В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило около

177

3% (по другим сведениям 2-10%). Есть данные, что уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%. Для европейской части России это составляет около 6-6,5 тыс. человек в год.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой. Здесь содержание его в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого регистрируется уменьшение концентрации озона, получило название «озоновой дыры»(рис19). Размер «дыры» с пониженной концепт-рацией озона возрастает примерно на 4% в год. В настоящее время она вышла за пределы континента и по размерам превышает площадь США. Несколько меньших размеров «дыра» характерна для Арктики. Учащается также появление «блуждающих дыр» площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня.

Причины возникновения «озоновых дыр» докоща неясны. Впервые они обнаружены в начале 80-х годов настоящего столетия, и короткий период наблюдений не дает достаточных оснований для каких-либо категоричных выводов о причинах изменений шіщентрации озона.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглеро-ды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, холодильных установках и т. п.

Рис. 19

«Дыра озоновая» в пределах Антарктиды (И. Ф. Реймерс, 1990) (пространство без штриховки)

1979 1982 1985

178

Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто технический подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что именно благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор.

Принимаются меры к уменьшению, а в дальнейшем и к прекращению производства фреонов. Так, Монреальским протоколом, подписанным в 80-х годах, к 2000 г. многие государства взяли обязательство сократить производство фреонов на 50%, заменив другими пропиллентами. Однако вследствие высокой стойкости фреоны могут очень долго сохраняться в атмосфере, даже в тех случаях, когда их про изводство будет прекращено.

В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны (ХФУ) заменяются на гидрохлорфторугаероды (ГХФУ) и гидрофторугле-роды (ГФУ), срок жизни которых значительно короче (2-25 лет), а потенциал разложения 03 в десятки раз ниже, чем ХФУ.

Ведутся также поиски других путей повышения устойчивости озонового слоя. Так, подача этана и пропана в озоновый слой способствует переводу атомарного хлора как катализатора в пассив-ньгй хлористый водород. Образованию и накоплению озона способствуют также электромагнитное излучение, лазерные лучи, электрические разряды. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода и способствуют образованию и накоплению озона.

Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облач-нрсть зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда температура несколько повышается. Более интенсивное разрушение озона в приполярных областях связывают с тем, что ответственный за разрушение озона хлор здесь в меньшей мере блокируется метанной группой, чем в более низких широтах.

В последнее время ученые все чаще стали высказываться о том, что нет веских доказательств для утверждений, что появление «озо-нрвых дыр» - результат деятельности человека (Вестник РАН, 1996. Т. 61. № 9). Ученые считают, что аналогичные явления имели место ранее и обусловливались исключительно природными про

179

цессами, в частности 11-летними циклами солнечной активности. Что касается, фреонов, то пузырьки воздуха из кернов льда подтверждают наличие его в атмосфере ив доиндустриальную эпоху.

Из других причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается также предположение, что над Антарктикой существуют своеобразные восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона.

Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос летательных аппаратов (только один запуск «Шаттла» ответственен за потерю 10 млн. т озона), при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, топровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Существует также гипотеза срыва озонового слоя каметой Галлея. Полагают, что с ее уходом кощегарация озона обычно восстанавливается.

Озон в нижних слоях атмосферы. Здесь озон выступает как сильный антитоксикант и бактериоцид. Он способен уничтожать неприятные запахи и разрушать некоторые канцерогенные вещества. Вместе с тем при повышенных концентрациях озон проявляет себя как сильный яд. У людей он затрудняет дыхание и раздражает глаза, у растений повреждает ассимиляционный аппарат, разрушает хлорофилл.

Согласно имеющимся оценкам, концентрация озона в приземном слое воздуха с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза и ежегодно повышается на 1,0-1,6%. Основной причиной этого являются фотохимические смоги (см. разд.ГХ, ч.И).