Нарушение озонового экрана

Наряду с видимым светом Солнце излучает также ультрафиолетовые волны. Особую опасность представляет коротковолновая часть — жесткое ультрафиолетовое излучение. Озон (Оэ) определяет ультрафиолетовый климат нашей планеты и ограничивает коротковолновую часть солнечного спектра (а также аналогичную часть спектра звезд), являясь своеобразным защитным экраном для всего живого на Земле. Поглощая ультрафиолетовую часть спектра солнечной энергии в участке 0,28—0,34 мкм, тонкий слой озона играет роль эффективного механизма, который спасает жизнь от смертельно опасной в больших дозах так называемой эритемной ультрафиолетовой радиации Солнца (ультрафиолетовое излучение в спектральной зоне от 0,28 до 0,38—0,4 мкм). Иными словами, все живое на Земле защищено от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения, так как свыше 99% его поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 км (рис. 8.2)^[1]. В случаях проникновения этого спектра радиации до земной поверхности она подавляет фотосинтез у растений, вызывает ожоги кожи и сетчатки глаза, разрушает кровяные тельца и молекулы ДНК, спо;

собствует росту злокачественных опухолей и т.н. Критичность действия этого механизма связана с тем, что озона очень мало. Если весь озон, находящийся на высоте 25—55 км в озоносфере Земли, сжать до давления 1000 гПа, то он составит слой всего 0,3 смО).

Среди газовых эмиссий в атмосферу важное место занимают различные токсичные газы, появление уже малого количества которых приводит к катастрофическим последствиям для здоровья людей. Это, прежде всего, 6ензо-3,4-альфапирен, ряд непредельных углеводородов, синтетические поверхностно-активные вещества, органические пестициды и т. д. Они опасны для здоровья людей при концентрациях 10⁵—10″ ⁶ мг/м³ В тропосфере и стратосфере Земли присутствуют синтезируемые людьми соединения фтор-хлоруглеродов (фреонов), используемые в холодильных установках, а также в аэрозольных товарах. Фреоны летучи и поднимаются в стратосферу. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который разрушает озон².^[2]

Рис. 8.2. Озоновый экран³:

а — озон (Оэ) в стратосфере поглощает ультрафиолетовые (УФ) лучи Солнца; без такой защиты они уничтожили бы практически всю жизнь на планете; б — озон формируется в стратосфере, когда под воздействием УФ-лучей молекулы кислорода распадаются на свободные атомы, которые могут присоединяться к другим его.

молекулам ^{1 2 3}

В сентябре 1987 г. 23 странами мира была подписана конвенция, согласно которой к 1999 г. они должны были снизить потребление фреонов в два раза (Монреальский протокол).

Самой главной причиной разрушения озонового слоя является хлор и его водородные соединения. Огромное количество хлора попадает в атмосферу, в первую очередь от разложения фреонов. Фреоны — это газы, не вступающие у поверхности планеты ни в какие химические реакции. Фреоны закипают и быстро увеличивают свой объем при комнатной температуре, и потому являются хорошими распылителями. Из-за этой особенности фреоны долгое время использовались в изготовлении аэрозолей. Расширяясь, фреоны охлаждаются, они и сейчас очень широко используются в холодильной промышленности. Когда фреоны поднимаются в верхние слои атмосферы, от них под действием ультрафиолетового излучения отщепляется атом хлора, который начинает одну за другой превращать молекулы озона в кислород. Хлор может находиться в атмосфере до 120 лет, и за это время способен разрушить до 100 тыс. молекул озона. Уже найден практически не уступающий заменитель фреонов в аэрозолях — пропан-бутановая смесь. Она почти не уступает фреонам по параметрам, единственным ее минусом является то, что она огнеопасна. Такие аэрозоли уже достаточно широко используются. Для холодильных установок дела обстоят несколько хуже. Лучшим заменителем фреонов сейчас является аммиак, однако он очень токсичен и при этом значительно хуже их по физическим параметрам. Сейчас достигнуты неплохие результаты по поиску новых заменителей, но пока проблема окончательно не решена — у каждой «альтернативы» свои недостатки: углекислотная система требует рабочего давления не ниже 80 бар, аммиак ядовит и горюч, углеводороды взрывоопасны¹.

Производство в Российской Федерации озоноразрушающих веществ (ОРВ), перечисленных в приложениях к Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, было прекращено в конце 2000 г. К этим веществам относятся: хлорфторуглероды, четыреххлористый углерод, метилхлороформ и бромистый метил. Именно эти вещества являются основной причиной истощения озонового слоя. К сожалению, универсальной альтернативы самому массовому гидрохлорфторуглероду (ГХФУ) — R22, способной его заменить во всех видах климатической и холодильной индустрии, нет. Такие хладагенты, как R410A и R134a, способны заменить его лишь для ряда видов применения и рассматриваются в качестве временного решения, так как гидрофторуглероды являются мощными парниковыми газами и подпадают под действующие и будущие ограничения в сфере предотвращения глобальных климатических изменений. В сфере производства вспененных материалов опробованы технологии с использованием альтернативных вспенивающих агентов, практически нс уступающих ГХФУ по потребительским свойствам, такие как диоксид углерода в жидком виде или в смеси с этанолом или водой, пентан и циклопентан, и технологии работы с ними давно отработаны^[3][4]. Проблемы могут возникнуть лишь при техническом перевооружении предприятий, так как для его осуществления потребуется замена технологического оборудования^[5].

Эмиссия аэрозолей твердого и жидкого фазового состояния вызывает наиболее значительные экологические последствия. Аналогично фреонам действует и оксид азота NO, техногенное поступление которого в атмосферу связано с реакциями горения углеводородного топлива. Главными поставщиками NO в атмосферу являются двигатели ракет, самолетов и автомобилей. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70% озона разрушается по азотному циклу, 17 — по кислородному, 10 — по водородному, около 2% но хлорному и около 1—2% поступает в тропосферу. Вклад транспорта в разрушение озоносферы чрезвычайно велик в связи с выбросом в атмосферу оксидов азота. Метан СН₄, как и оксид азота, относится к естественным компонентам атмосферы и также способен реагировать с озоном. Его техногенное поступление в результате принудительной вентиляции шахт, потерь при добыче нефти и газа, заболачивании низменных ландшафтов принимает все большие масштабы. Активную роль в образовании и разрушении озона играют и тяжелые металлы (медь, железо, марганец). Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций. В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего «содержания», поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из нее, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс, связанный с образованием и разрушением озона¹.

Загрязнение атмосферы приводит к истощению озонового слоя Земли. Особенно известен эффект «озонной дыры» над Антарктидой, где очень замкнутый (циркумполярный) характер движений воздушных масс ограничивает их перемешивание с воздухом более низких широт Южного полушария. Феномен регулярного образования «дыр» именно здесь объясняется тем, что озон особенно легко уничтожается при низких температурах. Малозаметные поначалу, но накапливающиеся изменения в озоновом слое привели к тому, что в Северном полушарии начиная с 1970 г. общее содержание озона сократилось на 4% зимой и на 1% летом. В 1992 г. озоновый слой уменьшился не только над Антарктидой, но и над другими регионами планеты. В 1994 г. была зарегистрирована гигантская аномалия, захватившая территории Западной и Восточной Европы, Северной Азии и Северной Америки. Над Антарктидой в озоновом слое каждую полярную весну открывается огромная «дыра», с каждым годом все увеличивающаяся. Если в 1990—1991 гг. размеры озоновой «дыры» не превышали 10,1 млн км^[6][7], то в 1996 г. ее площадь составляла уже 22 млн км^[7]<^[7]>. Впервые беспрецедентная по своим масштабам озоновая аномалия в Северном полушарии, «накрывшая» гигантскую площадь от побережья Ледовитого океана до Крыма, была зафиксирована в 1994 г. Озоновый слой угасал на 10—15%, а в отдельные месяцы — на 20—30%. Однако мало кто предполагал, что изменения могут стать еще более значительными. В феврале 1995 г. ученые Росгидромета зарегистрировали катастрофическое падение концентрации (на 40%) озона над районами Восточной Сибири. Однако до сих пор трудно прогнозировать периодичность появления новых «дыр», расширение уже возникших и то, какую территорию они захватят, — это покажут дальнейшие наблюдения1.

• [1] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [2] См.: Шилов И. А. Экология. 2 См.: Петров К. М. Геоэкология. 3 Приводится по: Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир.
• [3] См.: Николайкин И. И., Николайкипа Н. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [4] См.: Данилов-Данильян В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.М.: Изд-во МНЭПУ, 1997.
• [5] См.: Глазачев С. //., Косоиожкин В. И. Экология. Аудиторный практикум.
• [6] См.: Николайкин Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.
• [7] См.: Данилов-Дапильян В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.
• [8] См.: Данилов-Дапильян В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.
• [9] См.: Данилов-Дапильян В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность.