Разрушение озонового экрана.

В процессе эволюции биосферы и благодаря этой эволюции над Землей сформировался так называемый озоновый экран, защищающий все живое на планете от губительного воздействия жесткого ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 400 нм. Уменьшение концентрации озона в атмосфере Земли на 1%, по данным американских ученых, приводит к повышению онкологических заболеваний кожи на 2,6% и вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты. При этом также снижается иммунитет как у человека, так и у животных.

Озон представляет собой трехатомную молекулу кислорода 03, он рассеян в тропосфере и стратосфере. Наибольшая его концентрация наблюдается на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически собрать весь озон атмосферы в виде сферической оболочки, то ее толщина получится всего 3 мм. Он образуется в результате разрядов атмосферного электричества, окисления органических веществ. Озон является очень ядовитым газом, его предельно допустимая концентрация в приземном слое воздуха составляет всего 0,1 ? 10“4%. Средняя концентрация озона в стратосфере составляет 0,3 • 10~3%. Этого достаточно для защиты биоты от жесткого ультрафиолета.

Величины годовой эмиссии С0 США, ЕС и Китая [80 (с изменениями)]

Рис. 5.16. Величины годовой эмиссии С02 США, ЕС и Китая [80 (с изменениями)]

— остальной мир; | | — Китай; — ЕС; | | | | | — США

Впервые в 70-е гг. прошлого столетия появились сообщения о снижении содержания озона в атмосфере. В 1975 г. было обнаружено разрушение озонового экрана над Антарктикой — так называемая озоновая дыра. В настоящее время она по размерам вышла за пределы континента и имеет площадь более 10 млн км2. По сравнению с 1975 г. содержание озона в ней на сегодняшний день уменьшилось более чем на половину.

Несколько меньшая по площади «озоновая дыра» наблюдается и над Арктикой. В последние годы вследствие тщательных спутниковых наблюдений обнаружены «блуждающие» дыры. Так, в конце февраля 1995 г. над Восточной Сибирью зарегистрировано уменьшение концентрации озона на 40% от среднегодовой. Такая пониженная концентрация сохранялась в течение почти 25 суток. Экспериментальные исследования, проведенные в центре Евразии, показали, что с 1979 по 1999 г. среднегодовое содержание озона в атмосфере уменьшилось примерно на 7% [20, с. 291 (рис. 5.17).

Изменение общего содержания озона в атмосфере в центральной части Евразии

Рис. 5.17. Изменение общего содержания озона в атмосфере в центральной части Евразии

Причины возникновения «озоновых дыр» объясняют по-разному. Вначале основной причиной считали полеты сверхзвуковых стратосферных самолетов, которые выбрасывают достаточно большое количество оксидов азота, вступающих в реакцию с озоном:

Однако последующие исследования показали, что эти самолеты не представляют существенной угрозы для озонового экрана. В дальнейшем было установлено, что основным разрушителем озона являются фреоиы (хлор- фторуглеводороды), кипящие при комнатной температуре, высоколетучие и химически инертные в тропосфере. Эти химические вещества, синтезированные человеком, широко используются в холодильной технике в качестве хладоносителей, они применяются при производстве аэрозолей, как растворители, в огнетушителях и т.д.

Попадая в стратосферу под действием фотонов солнечного света, они подвергаются фотохимическому разложению:

Выделяющиеся при этом атомы хлора вступают в реакцию с озоном:

Монооксид хлора СЮ затем вступает в реакцию с атомами кислорода и восстанавливает хлор:

который опять вступает в реакцию с озоном, т.е. наступает цепная реакция разрушения озона. При этом одна молекула фреона разрушает до 10 тыс. молекул озона.

Впервые в 1974 г. такое предположение сделали химики Ш. Роуланд, М. Малина (США) и П. Крутцен (Нидерланды), за что им в 1996 г. присуждена Нобелевская премия по химической экологии.

Таким образом, образование озона происходит главным образом в тропосфере (разряды молний, разложение отмерших организмов), а разрушение — в стратосфере. Некоторая часть озона образуется и в стратосфере под воздействием жесткого ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 230 нм.

Производство фреонов началось примерно с 40-х гг. прошлого столетия, которые стали использовать в холодильной технике вместо токсичного аммиака. Во второй половине XX в. объем производства фреонов увеличивался примерно на 7—10% ежегодно и к 1973 г. составил более 0,8 млн т в год. В конце 70-х гг. XX в. были приняты международные соглашения по снижению объемов производства фреонов. Так, в 1978 г. в США был введен запрет на использование фреонов в аэрозолях. Затем из-за расширения области применения фреонов объемы их производства опять возросли.

Следует отметить, что ядерные взрывы также способствуют разрушению озонового слоя, так как высвобождаемые при этом оксиды азота NOv вступают в реакцию с озоном. Кроме того, источниками оксидов азота являются азотные удобрения и выхлопные газы автомобилей. Считают, что бром, входящий в состав метилбромида СН3Вг, способен разрушать озон. В промышленности широко применяют четыреххлористый углерод СС14 и метилхло- роформ CH3CCI3, которые выделяют разрушитель озона — С1.

Существуют химические процессы, способствующие образованию озона. Озон образуется при взаимодействии NO и N02 с кислородом:

Эти оксиды азота образуются при сжигании топлива на ТЭЦ, в двигателях внутреннего сгорания и в двигателях реактивных самолетов при полетах в тропосфере.

Осознавая огромную опасность разрушения озонового экрана правительства 56 стран, в том числе и СССР, в 1987 г. подписали Монреальский протокол, по которому обязались до 1997 г. вдвое сократить производство озоноразрушающих веществ. Более поздние соглашения (Лондон, 1990; Копенгаген, 1992) содержат призывы постепенно прекратить производство данных веществ.

Выполняя эти решения, промышленно развитые страны к 1996 г. полностью прекратили производство фреонов (хлорфторуглеводородов). Развивающиеся страны прекратили их производство к 2010 г. С 1990 по 1996 г. производство озоноразрушающих веществ в России сократилось с 205 гыс.т до 13. Это было вызвано, скорее всего, экономическими проблемами, но тем не менее к настоящему времени производство фреонов в России невелико.

Международное сообщество наметило к 2030 г. прекратить производство метилбромидов и гидрофреонов. Развивающиеся страны еще не взяли на себя обязательства по контролю над производством и потреблением этих веществ.

Многие ученые высказывают предположение о значительном вкладе природных явлений в снижение концентрации озона. К ним относят 11-летние циклы изменения солнечной активности, повышение атмосферной концентрации метана и водорода из-за повышения их утечек из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над полюсами, способствующих рассеиванию озона.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >