«Разрушение озонного слоя: история вопроса» Конкурс
реклама
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БЕРЁЗОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ» Реферат на тему: «Разрушение озонного слоя: история вопроса» Конкурс «Защити озоновый слой и климат Земли» Автор работы: Евгений Соловьѐв Руководитель работы: Ирина Михайловна Мефодьева, преподаватель обществознания Берѐзовский, 2013 1 Содержание: Введение 3 Глава 1. Озон в атмосфере: из истории открытия 6 § 1.Свойства озона 10 § 2. Источники образования приземного озона 13 Глава 2. Формирование озонного слоя 15 Глава 3. Природа и значение озонного экрана Глава 4. Возникновение проблемы озонного слоя Глава 5. Причины разрушения озонного слоя Глава 6. Последствия разрушения озонного слоя: озонные дыры и их влияние Заключение Список использованных источников литературы 2 Введение Проблема экологии для человечества сейчас, несомненно, самая главная. На реальность экологической катастрофы указывает и начавшееся разрушение озонного слоя Земли. Сегодня озон беспокоит всех, даже тех, кто раньше не подозревал о существовании озонного слоя в атмосфере, а считал только, что запах озона является признаком свежего воздуха. Недаром озон в переводе с греческого означает «запах». Тревога людей об изменении озонного слоя, к сожалению не беспочвенна, ведь речь идѐт о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. Озонный слой в стратосфере Земли защищает биосферу от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца. Учѐные начали говорить о надвигающейся опасности ещѐ в 70-ые годы. Впервые тревогу подняли американские учѐные Пол Крутцен и Джонсон, которые провозгласили, что слою озона грозит если не полная гибель, то, по крайней мере, существенное истощение из-за развития стратосферной авиации. Учѐных беспокоил факт того, что мощность двигателей самолѐтов при высокой температуре в камере сгорания, приведѐт к непрерывному росту выбрасываемых окислов азота в окружающую среду. Именно американские учѐные привлекли внимание к очень важной проблеме - судьбе озонного слоя и показали реальность его существенного разрушения в очень близком будущем. И как результат появились научные комиссии, программы, проекты, нацеленные на выяснение антропогенного загрязнения стратосферы на озон, погоду, климат. Хотя человечеством были приняты различные меры по восстановлению озонного слоя, например, под давлением экологических организаций многие промышленные предприятия пошли на дополнительные затраты для 3 установки различных фильтров для уменьшения вредных выбросов в атмосферу. Но проблема озонного слоя остаѐтся актуальной и в наше время. С годами выяснилось, что полѐты авиации не являются единственным возможным поставщиком окислов азота в стратосферу. Прошло вот уже более сорока лет, исследования в данной области продолжаются, но проблема разрушения озонного слоя не является снятой. Конечно, обществу трудно поступиться интересами многих производств. Человек воздействует на озонный слой различными способами, и каждый связан с важной стороной хозяйственной деятельности. Это и производство сельскохозяйственной продукции, использование азотных удобрений, и ядерные взрывы, мирные электростанции и высотные военные самолѐты, холодильная промышленность и бытовые аэрозоли. К 2030 году, по данным международных конференций могут произойти непоправимые изменения в озонном слое. А это значит, что изменится климат, поднимется уровень Мирового океана, увеличится число онкологических и других заболеваний из-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего Земли. Земля и еѐ биосфера станут неузнаваемыми. Обо всех происходящих с озоном изменениях говорят озонные дыры, появляющиеся над Антарктикой. Образование дыр в озонном слое вызвало естественное беспокойство не только в научных, но и в самых широких кругах общественности. Выбрасываемые людьми в атмосферу вещества переносятся движением воздуха на все широты и долготы. В одних местах озон образуется регулярно, в других только от случая к случаю, в одних местах образованный озон живѐт годы, в других только секунды, но, тем не менее, весь озон вокруг Земли находится как бы в сообщающихся сосудах. Поэтому если он исчезнет без компенсации в одном 4 месте (в данном случае в Антарктике), то это изменит баланс озона в глобальном масштабе. Суть проблемы, заключается в том, что озонный слой вокруг Земли не является чем-то постоянным, неизменным, одинаковым. Его характеристики очень сильно меняются в зависимости от большого числа факторов. Это и солнечная активность и региональные особенности, и другие факторы. Из всех свойств атмосферного озона важно разделять изменения в озонном слое, вызванные антропогенным влиянием, и изменения, являющиеся последствиями воздействия естественных факторов. Поэтому целью данной работы является изучение истории вопроса о возникновении причин разрушения озонного слоя. Задачей работы является описание возможных последствий антропогенного воздействия на озонный слой. Подобные знания необходимы каждому современному человеку для достижения соответствующего уровня экологических знаний, для осознания истинного положения дел, сложившегося вследствие изменения озонного слоя, для принятия современных мер, а так же для того, чтобы выжить самим и оставить потомками земной дом пригодным для проживания. 5 Глава 1. Озон в атмосфере: из истории открытия С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения. Озон является разновидностью кислорода и представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Молекула озона состоит из трѐх атомов кислорода. Озон был открыт в 1939 году немецким химиком Шейнбейном. Кристиан Фридрих Шейнбейн В приземной атмосфере он был обнаружен в 1873 году, и с тех пор проводятся регулярно его измерения. Наличие озона в верхней атмосфере было установлено восемь лет спустя английским химиком Гартли. В то время прямые измерения в верхней атмосфере были ещѐ не доступны. Наличие там озона было установлено путѐм анализа характеристик ультрафиолетового излучения Солнца, приходящего к земной поверхности. Принцип этого метода очень прост. Часть излучения задерживается каким-то определѐнным веществом, в данном случае озоном. По тому, какое именно 6 излучение задержалось, то есть отсутствует, можно сказать, какое вещество его задержало. Наличие в верхней атмосфере озона было открыто следующим образом. Атом каждого химического элемента может поглощать излучение только определѐнных частот. Запасѐнную таким путѐм дополнительную энергию атом через какое-то время излучает и переходит вновь в своѐ основное состояние. Таким образом, имеются частоты поглощения, характерные для данного химического элемента, и частоты излучения. Но вместо термина «частота поглощения» атома употребляют другой, эквивалентный - «линия поглощения». Этот термин родился вместе с рождением приборов для измерения частот поглощения - спектрографов. В этом приборе каждая частота вырисована в виде линии. Отсюда и такой термин. Прибор назван спектрографом, поскольку он вырисовывает спектр (набор) частот поглощения. С помощью спектрографа можно получить спектр поглощения любого химического вещества. А затем по спектрам поглощения можно установить, какому веществу принадлежит этот спектр. Спектр поглощения вещества можно получить на любом расстоянии, которое способно преодолеть излучение. Именно так был открыт озон. Выше речь шла об отдельных атомах. Но если атомы будут объединены в сложные молекулы, то картина усложниться. Молекула, в отличие от атома способна поглощать (и излучать) не только излучение с дискретными длинами волн, но и излучение, длины волн которого занимают определѐнный диапазон, от одной длины волны до другой. Спектрограф в этом случае будет регистрировать не линии, а целые полосы. В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина и Фрэнк Шервуд Роланд предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды, попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. 7 Марио Молина Фрэнк Шервуд Роланд Незадолго до этого с похожей гипотезой, но касающейся другого вещества - закиси азота - выступил голландский физик Пол Крутцен. Пауль Джозеф Крутцен 8 С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона. По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6% увеличивается количество онкологических заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. Ультрафиолетовое излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей. Высота озонового слоя составляет от 12 до 50 км над поверхностью Земли. Озон в относительно высокой концентрации поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и тем самым защищает живые организмы от губительного излучения. По мнению современных исследователей, лишь существование озонового слоя позволило живым организмам выбраться из океанов, заселить сушу и впоследствии развиться до высокоорганизованных форм, таких как млекопитающие, и, в конце концов - человек. Наиболее плотная часть озонового слоя Земли расположена на высоте около 20-25 км, при этом наибольшая часть в общем объѐме наблюдается на 9 высоте 40 км. Средняя толщина озонового слоя Земли, то есть сжатый под давлением в одну атмосферу стратосферный озон образовал бы слой, толщиной 3 миллиметра. Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики. Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ). Озонный слой в стратосфере Земли, затрагивает каждого из нас именно потому, что его полосы поглощения приходятся на очень важный диапазон волн солнечного излучения. Известно, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца с длинами волн, которые меньше 300 нанометров. Нанометр равен одной миллиардной доле метра. Наиболее сильно озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение с длиной 253,65 нанометров. Это значит, что слой озона толщиной 3 миллиметра способен уменьшить интенсивность излучения на этой длине волны в число раз, равное единице с сорока нулями! Озон поглощает не только в этой линии. Он поглощает, хотя и слабее. В целой полосе длин волн, простирающейся от 200 до 300 нанометров. В честь еѐ первооткрывателя она была названа полосой Гартли. Но вся эта полоса не является однородной. На неѐ накладывается много слабых дополнительных полос, которые очень близко примыкают друг к другу. Но озон поглощает и излучение с большими длинами волн. Имеются полосы поглощения более слабые в диапазоне длин волн от 300 до 360 нанометров. Это полоса Хюггинса. Она также сложная. На единую слабую полосу накладываются резкие максимумы и минимумы. Если излучение с этими длинами волн приходит в земную атмосферу от звѐзд, Солнца, Луны, 10 то по характеру его поглощения озоном можно определить то количество озона, которое было на пути этого излучения. Это количество озона в столбе атмосферы вдоль луча поглощаемого излучения называют содержанием озона. Этим методом и измеряют содержание озона в атмосфере. Озон поглощает и более длинные волны, от 440 до 850 нанометров. Это уже видимый свет. Здесь расположена полоса поглощения Шапюи. 16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день § 1. Свойства озона Земля испускает инфракрасное излучение, озон же поглощает не только часть солнечного ультрафиолетового излучения, но и часть инфракрасного излучения Земли. Тем самым энергия, излучаемая Землѐй в инфракрасном диапазоне, задерживается озоном и остаѐтся в пределах земной атмосферы. В противном случае, земля охлаждалась бы. Об этой функции озона не всегда упоминают. Главная функция озона заключается в предохранении человека, да и всей биосферы Земли от жесткого ультрафиолетового излучения с длинами волн от 250 до 320 нанометров. Это как раз то излучение, которое способно эффективно поглощаться нуклеиновыми кислотами. Если бы это излучение не задерживалось озонным слоем и доходило до Земли, то основа жизни нуклеиновые кислоты - под действием этого излучения разрушалась бы. Озонный слой в смысле поглощения этого наиболее опасного излучения страхуют белки. Они поглощают примерно тоже излучение, что и озон. Количество озона зависит от многих факторов, в том числе и от широты. Поэтому защита от ультрафиолетового излучения Солнца в биологически активных зонах не может быть одинаково надѐжна. Еѐ надѐжность, эффективность при перемещении от полюса к экватору меняется в десять раз. 11 Речь идѐт о среднегодовых величинах, дозах этого излучения. В тропиках эта доза, по сравнению с Арктикой выше примерно в десять раз. Одним из свойств озона является его токсичность, озон - это сильнодействующий яд. Его токсичность больше, чем синильной кислоты. Особенно опасными для здоровья в больших городах являются озонные смоги. Озон остаѐтся газом до температуры -111,9 °С. Если температура понижается ещѐ больше, то озон превращается в жидкость тѐмно - синего цвета. Если температура опуститься ниже -192,7 °С, то жидкость превратиться в тѐмно- фиолетовые кристаллы. Наиболее нежелательное для человека свойство озона состоит в том, что он является нестойким химическим соединением. Если в воздухе присутствуют такие соединения, как двуокись азота, хлор или окиси тяжѐлых металлов, то озон быстро разлагается на молекулярный и атомный кислород. Особенно активно идѐт этот распад при температуре 100 °С и выше. Когда озон разлагается, образуются атомы кислорода, которые обладают высокой активностью. Поэтому озон обладает сильными окислительными свойствами. Озон окисляет любые металлы, за исключением металлов платиновой группы и золота. Это свойство используют для того, чтобы обнаружить и измерить количество озона. [Мизун. Мифы и реальностьс.11-16] Тщательно изучены реакции озона с поверхностями из различных материалов. Он способен разрушать изделия из резины, пластиков и других материалов. Озон разлагает и многие соединения. Например, свойство озона разлагать каучук, используется в приборах для определения его количества в атмосфере. 12 Во введении упоминалось о запахе озона. Он чувствуется даже в том случае, если в воздухе его содержится только 0,01%. [Мизун. Мифы и реальностьс.18-20] В отличие от других атмосферных составляющих озон появился в атмосфере исключительно химическим путѐм и является наиболее молодым атмосферным компонентом. Наиболее ценным с экологической точки зрения свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца. Помимо этого озон является эффективным парниковым газом. Что такое? - повышение температуры нижних слоѐв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Идея о механизме парникового эффекта была впервые изложена в 1827 году Жозефом Фурье в статье «Записка о температурах земного шара и других планет», в которой он рассматривал различные механизмы формирования климата Земли, при этом он рассматривал как факторы, влияющие на общий тепловой баланс Земли (нагрев солнечным излучением, охлаждение за счѐт лучеиспускания, внутреннее тепло Земли), так и факторы, влияющие на теплоперенос и температуры климатических поясов (теплопроводность, атмосферная и океаническая циркуляция)[1][2]. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1 %8B%D0%B9_%D1%8D%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82 Парник — это стеклянная конструкция, которую строят для выращивания растений. Стеклянные стены и потолок парника пропускают солнечные лучи внутрь, но не выпускают на ружу солнечное тепло; благодаря этому в парнике образуется теплый климат, который необходим для выращиваемых здесь растений. Некоторые газы в земной атмосфере действуют так же, как 13 стеклянные стены и потолки парника: они пропускают к земле солнечный свет, но задерживают образуемое этим светом тепло. Парниковый эффект возникает естественным образом, без вмешательства человека. Но выпуская в атмосферу большие количества газов, порождающих парниковый эффект, люди превратили это естественное явление в потенциальную проблему. В результате интенсивного развития промышленности в XVIII и XIX в. количество газов, порождающих парниковый эффект, невероятно увеличилось. Некоторые из них, например углекислый газ, образуются при сгорании таких видов топлива, как уголь, природный газ и нефтепродукты. За последние 200 лет количество углекислого газа в земной атмосфере возросло примерно на 25%. Какое-то количество углекислого газа потребляется растениями, но очень много его поднимается в атмосферу, внося свою лепту в парниковый эффект. К газам, порождающим парниковый эффект, относятся также озон и метан. Если в атмосфере будет задерживаться слишком много тепла, это может привести к потеплению климата на Земле. Это явление, именуемое глобальным потеплением, на первый взгляд кажется безвредным (а если вы живете в районах с суровыми зимами, глобальное потепление может показаться вам весьма заманчивой вещью). Но изменение климата на планете может нарушить хрупкое равновесие существования жизни на Земле. Если температура на поверхности Земли поднимется в достаточной степени, это может вызвать таяние полярных льдов (мощных льдов на Северном и Южном полюсах), в результате чего поднимется уровень воды в мировом океане и будут затоплены прибрежные районы. Глобальное изменение климата может вызвать также изменения типов погоды, например, изменение 14 количества дождей и снегопадов, увеличение интенсивности штормов, а это повлияет на жизнь растений и животных. Озон играет критическую роль в глобальной экологической системе. Ключевой момент заключается в том, что озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение (УФ излучение с длиной волны в диапазоне между 280 и 320 нанометров, способное повредить ДНК живых организмов). Это свойство делает озон незаменимым элементом защиты человека от УФ излучения, способного нанести огромный биологический вред. В работе упоминалось о том, что при сжатии всего озона, его слой составит не более трѐх миллиметров у поверхности Земли. Количество озона в стратосфере сильно различается в зависимости от географической широты, от высоты расположения в слоях атмосферы и от времени года. Наиболее высокие концентрации озона в северных широтах отмечены в марте-апреле и наименьшие в октябре-ноябре. Естественные колебания озона могут достигать 25 % в высоких широтах. Молекулы озона постоянно образуются и разрушаются в стратосфере. Новые молекулы озона непрерывно возникают в процессе химических реакций, происходящих на солнечном свету. Когда молекулы озона подвергаются воздействию солнечных лучей, они распадаются на активные элементы. Механизм создания молекул озона находится в балансе с механизмом их разрушения, то среднее количество озона в стратосфере ученые считают величиной сравнительно постоянной с момента образования современной атмосферы Земли. Политические и экологические проблемы, связанные с озоном стратосферы, вызваны такими химическими веществами, как хлорфторуглероды и галогены. 15 В настоящее время имеется много технических возможностей измерить различные характеристики озона. Для этого используют спутники, ракеты, самолѐты, применяются лазеры, оптика, радиоволны. [Мизун. Мифы, с. 50] § 2. Источники образования приземного озона Очень важна проблема приземного озона. Весь озон, который находится в атмосфере на всех высотах, на всех широтах, является единым образованием. Изменения озона в одном месте скажутся на его распределении в глобальном масштабе. От того, сколько озона образуется у поверхности Земли, зависит его количество на более высоких уровнях. Приземной озон лишь донышко единого озонного резервуара, глубина которого более 100 километров. Содержание приземного озона зависит от сезона, времени суток, географического положения. От этих же факторов зависит приток озона сверху, из тропосферы. Но озон не только приходит в приземной слой сверху, но и образуется непосредственно на месте. Это происходит и при грозах, в результате действия выхлопных газов автомашин, некоторых других загрязнителей воздуха. Количество озона в приземном слое сильно зависит от высоты. Таким образом, по мере приближения к поверхности Земли плотность озона и его давление сильно уменьшаются. Это уменьшение летом больше, чем зимой. Это касается высот, измеряемых метрами. На первых метрах (1-3 метра) над поверхностью Земли озон убивает ночью (речь идѐт не просто о высоте над поверхностью Земли, а о высоте над уровнем моря). Земная поверхность имеет возвышенности, где плотность озона больше и низины, где плотность меньше. Приземной озон тесно связан с находящейся под ним водной поверхностью Земли - морем или океаном. Количество озона над водой 16 зависит от температуры воды. Плотность озона над водной поверхностью значительно больше, чем над близлежащей сушей. Озон в приземном слое образуется под воздействием атмосферного электричества, которое усиливается у поверхности Земли в периоды гроз. В это время в электрическом поле происходит точечный тихий разряд. Именно эти разряды приводят к образованию озона. При разряде молнии, образование озона усиливается. Ведь при этом излучается ультрафиолет, который вызывает образование озона. Существуют и другие источники образования озона, это вещества, которые выделяются из почвы и постепенно заносятся в стратосферу. Одним из таких веществ, является метан - это газ, выделяемый земной поверхностью. Другим таким веществом является окись азота. Если бы озон в приземном слое образовывался только по этой схеме, то его не должно было бы быть ночью, поскольку для этого обязательно должно присутствовать солнечное излучение. Ночью, а также в полярную ночь, которая длится месяцы, этого излучения в приземном слое нет, а озон имеется. Помимо гроз, метана и окиси азота, необходимо учитывать и ветры. Их роль в распределении озона достаточно велика. Они не рождают молекулы озона, но они их приносят с других мест. Роль движения воздуха в распределении озона в тропосфере значительно больше, чем роль фотохимических реакций, при которых образуется озон. [Мизун. Мифы, с. 76-79] Глава 2. Формирование озонного слоя Для того чтобы узнать где и сколько имеется озона, надо проанализировать источники его поступления и места исчезновения. Озон 17 образуется разными путями. Это и химические процессы (объединение молекулярного и атомного кислорода), и физико-химические процессы (образование озона у земной поверхности во время гроз и в результате действия тлеющих электрических разрядов). Исчезает озон на разных высотах также по разным причинам. Общая схема выглядит следующим образом: в стратосфере озон образуется из кислорода под воздействием солнечного излучения. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими соединениями. Поскольку в атмосфере от 100 километров и до поверхности Земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакции с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на Земле, в еѐ приземном слое, и затем из-за перемешивания были подняты в стратосферу. Для того чтобы слой оставался неизменным (конечно он должен меняться в зависимости от времени суток, сезона, солнечной активности, но эти изменения происходят с определѐнными периодами, и из-за них слой озона исчезнуть не может), должен существовать баланс между количеством озона, который образуется, и количеством озона, который исчезает, разрушается. От состава атмосферы зависит судьба озона. Атмосферный воздух находиться в непрерывном движении, поэтому происходит непрерывный перенос воздушных масс из одних мест в другие. От поверхности Земли до высоты примерно 100 километров, состав атмосферы сохраняется постоянным. Происходит перенос образованных вверху веществ вниз, а образованных внизу - вверх. Турбо сфера заканчивается на высоте 100-110 километров турбопаузой. Выше этого уровня полного перемещения воздуха нет. Невозможно понять жизнь озона, его образование, перемещения за время жизни и его исчезновение, без того, чтобы понять, в каких условиях озон находиться, с каким газом ему приходиться и взаимодействовать. 18 Воздух у поверхности Земли состоит в основном из азота (78,084% по объѐму) и кислорода (20,94%). Углекислый газ составляет 0,033%, аргон 0,934%. Неон, гелий, криптон, водород, окислы азота и ксенон являются малыми составляющими. Озон является очень малой составляющей. Если весь озон собрать у поверхности Земли при нормальном давлении и температуре (С), то получиться слой толщиной всего 3 миллиметра. И эта тонкая пленка является одним из ключевых факторов, делающих окружающую среду планеты пригодной для жизни человека. Наряду с озоном особую роль в формировании условий на Земле играет углекислый газ, хотя он также является малой составляющей. Основная масса озона сосредоточена на высотах примерно 25 километров. Над высокими широтами увеличение количества озона начинается на высоте 8-9 километров, тогда как над низкими - на высоте 18 километров. Растительность на суше появилась лишь чуть более 400 миллионов лет тому назад, когда содержание кислорода составило примерно 0,5, а озона - 0,7 современного уровня, что оказалось достаточным, чтобы защитить живые клетки от коротковолнового солнечного излучения. До этого момента жизнь развивалась исключительно в водной среде, которая и обеспечивала соответствующую защиту вместо озонового слоя. Накопление кислорода в атмосфере до появления растений на суше происходило за счѐт процессов фотосинтеза в океане, а также за счѐт дегазации базальтовой магмы. Оба этих источника атмосферного кислорода продолжают действовать и сейчас, причѐм доля океана в фотосинтезе кислорода составляет 80%. Существует «хороший озон» и «плохой озон». «Плохой озон» - ученые называют фотохимическим смогом, поразившим такие крупнейшие города, как, например, Лос-Анджелес, Мехико, Денвер, Чикаго, Нью-Йорк и многие другие. Существуют принципиальные отличия между «плохим» и «хорошим» озоном. Если на время оставить широко распространенную проблему городского смога, то окажется, что приблизительно 90 процентов 19 озона Земли - это озон стратосферы, слоя атмосферы, расположенного высоко над земной поверхностью. Стратосфера располагается над тропосферой, нижним слоем атмосферы, толщина которого составляет километры. В тропосфере воздух наиболее плотный и там происходит большая часть преобразований, связанных с формированием погоды. Стратосфера начинается на высоте 8 км над полюсами (17 км над экватором) и простирается вверх на высоту приблизительно 50 км . Озон в стратосфере обычно относят к «хорошему» озону, так как он предохраняет землю от разрушительного ультрафиолетового излучения. Большая часть из оставшихся 10 процентов «плохого» озона находится в приземном слое атмосферы - тропосфере - и, достигнув определенных концентраций, он представляет опасность для здоровья и благополучия населения. Непосвященные наблюдатели, те, кто главным образом слышат о проблеме фотохимического смога и не слышат об ультрафиолетовом излучении, могут предположить, что в атмосфере Земли содержится слишком много озона. В некотором роде они правы. Да, слишком много в одних местах. Но существует опасность того, что его может оказаться слишком мало там, где он необходим. Следует уточнить, однако, что и понятие «много» относительно. Молекулы озона в земной атмосфере встречаются крайне редко. 20 Глава 3. Природа и значение озонового экрана Наряду с видимым светом Солнце излучает ультрафиолетовые волны. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина его волн несколько короче, чем у фиолетовых волн, самых коротковолновых из воспринимаемых глазом человека. Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы, они обладают большей энергией, чем видимые. Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, они разрушают молекулы белков и ДНК. Именно это происходит, когда человек загорает. Если бы всѐ ультрафиолетовое излучение, попадающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней сохранилась бы жизнь. Даже небольшая, доступная нам часть этого количества (менее 1%) вызывает загар и ежегодно 200 000-600 000 случаев рака кожи в США. Человек защищѐн от агрессивного воздействия ультрафиолетового излучения, так как большая его часть (свыше 99%) поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 километров от поверхности Земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном. 21 При поглощении ультрафиолета в атмосфере образуется своего рода смесь, в которой преобладают свободные электроны, нейтральные атомы кислорода, положительные ионы молекул кислорода. При их взаимодействии и образуется озон. Взаимодействие ультрафиолетового излучения с кислородом происходит по всей высоте атмосферы - есть сведения, что в мезосфере, на высоте от 50 до 80 километров, уже наблюдается процесс образования озона, который продолжается в стратосфере (от 15 до 50 км) и в тропосфере (до 15 км). Вместе с тем верхние слои атмосферы, в частности мезосфера, подвержены такому сильному воздействию коротковолнового ультрафиолета, что ионизуются и распадаются молекулы всех составляющих атмосферу газов. Не может не разлагаться и только что образовавшийся там озон, тем более что для этого требуется почти такая же энергия, как и для молекул кислорода. И, тем не менее, разрушается он не полностью - часть озона, который в 1,62 раза тяжелей воздуха, опускается в нижние слои атмосферы до высоты 20-25 километров, где плотность атмосферы позволяет ему находиться как бы в равновесном состоянии. Там молекулы озона создают слой повышенной концентрации, то есть озоновый слой. Слой озона удивительно тонок. Без озонового экрана жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы. Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира. По мнению врачей, каждый потерянный 22 процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество онкологических заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. Ультрафиолетовое излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана. В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода. Озоновый «экран» расположен в стратосфере, на высотах от7-8 км на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 - 24 километров над Землей. Тонкий слой озона надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы. Озон - активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин. 23 Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира. Уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит к онкологическим заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству. Глава 4. Возникновение проблемы озонного слоя 24 Озон и климат воздействуют друг на друга. Воздействие озона на климат проявляется, прежде всего, в изменении температуры. Чем больше озона в данном объѐме воздуха, тем больше тепла он удерживает. Озон является источником тепла в стратосфере, поглощая ультрафиолетовое излучение солнца и восходящее инфракрасное излучение от тропосферы. Следовательно, уменьшение количества озона в стратосфере приводит к понижению температуры. А это в свою очередь приводит к истощению озона и ведѐт к снижению температуры. Самые крупные потери озона в Арктике и Антарктике происходят зимой и в начале весны, когда полярные стратосферные вихри изолируют воздух в своих пределах. Когда температура воздуха падает ниже -78°С, формируются облака, состоящие из льда, азотной и серной кислот. В результате химических реакций на поверхности ледяных кристаллов в облаках выделяются хлорфторуглероды. Из-за воздействия ХФУ начинается истощение озона, и появляется озоновая "дыра". Весной температура воздуха повышается, лед испаряется, и озоновый слой начинает восстанавливаться. Мероприятия, посвященные Международному дню охраны озонового слоя, проходят в большинстве государств планеты. 16 сентября 2011 года Международный день охраны озонового слоя впервые отмечался в Российской Федерации. В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над 25 Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная «дыра». В начале 80-х по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%. Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длинной волны γ<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у γ-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги 26 кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Глава 5. Причины разрушения озонного слоя 27 Озон в стратосфере - это продукт воздействия самого ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы О, реагируя с молекулами озона, дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не статично; оно представляет собой результат равновесия между этими двумя реакциями. Разрушение озонового слоя - это разделение молекул озона, которое вызывают встречаемые в стратосфере вещества, разрушающие озоновый слой (OSNV), возникающие в результате природных процессов (например, извержения вулканов) или эмитированные (высвобожденные) в результате деятельности человека, и содержащие хлор ( или бром, а также метан или оксид азота. Самые существенные этапы разрушения озонового слоя: 1.Эмиссии: в результате деятельности человека, а также в результате природных процессов на Земле эмитируются (высвобождаются) газы, содержащие галогены (бром и хлор), т.е. вещества, разрушающие озоновый слой. 2. Аккумулирование (эмитированные газы, содержащие галогены, аккумулируются (накапливаются) в нижних атмосферных слоях, и под воздействием ветра, а также потоков воздуха перемещаются в регионы, которые не находятся в прямой близости с источниками такой эмиссии газов). 3. Перемещение (аккумулированные газы, содержащие галогены, с помощью потоков воздуха перемещаются в стратосферу). 28 4. Преобразование (бóльшая часть газов, содержащих галогены, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере преобразуется в легко реагирующие галогенные газы, в результате чего в полярных регионах Земного шара разрушение озонового слоя происходит сравнительно активнее). 5.Химические реакции (легко реагирующие галогенные газы вызывают разрушение озона стратосферы; фактор, способствующий реакциям – полярные стратосферные облака). 6.Удаление (под воздействием воздушных потоков легко реагирующие галогенные газы возвращаются в тропосферу, где из-за присутствующей в облаках влажности и дождей разделяются, и таким образом из атмосферы полностью удаляются). В 1970-е годы учѐные предположили, что свободные атомы хлора катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причѐм относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб озоновому экрану, причѐм это влияние буде продолжаться неопределѐнно долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно. Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ) очень летучи и нерастворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу. 29 Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты. Более того, будучи газами при комнатной температуре, они ожигаются при небольшом давлении в выделением тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и охлаждаются. Эти свойства позволили применять их в следующих целях: 1.Хлорфторуглероды используются практически во всех холодильниках, кондиционерах воздуха и тепловых насосах как хлорагенты. Поскольку эти приспособления рано или поздно ломаются и выбрасываются, содержащиеся в них ХФУ обычно попадают в атмосферу. 2. Вторая важнейшая область их применения - производство пористых пластмасс. ХФУ подмешивают в жидкие пластмассы при повышенном давлении (они растворимы в органических веществах). Когда давление понижают, они вспенивают пластмассу, как углекислый газ вспенивает содовую воду. И при этом улетучиваются в атмосферу. 3.Третья основная область их применения - электронная промышленность, а именно очистка компьютерных микросхем, которая должна быть весьма тщательной. И опять же, хлорфторуглероды попадают в атмосферу. Наконец, в большинстве стран, кроме США их, до сих пор используют как носители в аэрозольных баллончиках, которые распыляют их в воздухе. Ряд промышленных стран (например, Япония) уже объявили об отказе от использования долгоживущих фреонов и переходе на короткоживущие, время жизни которых существенно меньше года. Однако в развивающихся странах такой переход (требующий обновления ряда областей промышленности и хозяйства) встречает понятные трудности, поэтому реально вряд ли можно ожидать полного прекращения в обозримые десятилетия выброса долгоживущих фреонов, а значит, и проблема сохранения озонового слоя будет стоять очень остро. В.Л.Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл 30 разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород - "главный газ Земли". Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли. Разрушение озона происходит также из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, соединений азота, брома. Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоноразрушающих веществ. Однако озоновый слой разрушает также реактивная авиация и некоторые пуски космических ракет. Предполагается множество других причин ослабления озонового щита. Во-первых,- это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых, самолеты, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога. В-третьих - окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений. Очень важную роль в разрушении озона играет пар. Эта роль реализуется через молекулы гидроксила OH, которые рождаются из молекул воды и в конце превращаются в них. Поэтому от количества пара в стратосфере зависит скорость разрушения озона. 31 Таким образом, причин разрушения озонового слоя немало и, несмотря на всю его важность, большинство из них - это результат человеческой деятельности. В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%. Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации 32 озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах). По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у gизлучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако, значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, 33 человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ излучения но при этом рискует умереть от голода. Озоновый слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Обнаружено, что в течение многих лет озоновый слой претерпевает небольшое, но постоянное ослабление над некоторыми районами Земного шара, включая густо населенные районы в средних широтах Северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная "озоновая дыра". Разрушение озона происходит из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоно-разрушающих веществ. Предполагается множество причин ослабления озонового щита. Во-первых, -это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых, самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он один из составляющих фотохимического смога. В - третьих, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а потому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их 34 расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности. Каждый год количество фреонов в земной атмосфере увеличивается на 89%. Они постепенно поднимаются наверх, в стратосферу и под воздействием солнечных лучей становятся активными - вступают в фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способна разрушить сотни и тысячи молекул озона. 9 февраля 2004 года на сайте Института Земли НАСА появилась новость о том, что учѐные Гарвардского Университета нашли молекулу, разрушающую озон. Учѐные назвали эту молекулу "димер одноокиси хлора", потому что она составлена из двух молекул одноокиси хлора. Димер существует только в особенно холодной стратосфере над полярными регионами, когда уровни одноокиси хлора относительно высоки. Эта молекула происходит из хлорфторуглеродов. Димер вызывает разрушение озона, поглощая солнечный свет и распадаясь на два атома хлора и молекулу кислорода. Свободные атомы хлора начинают взаимодействовать с молекулами озона, приводя к уменьшению его количества. 35 Глава 6. Последствия разрушения озонного слоя: озонные дыры и их влияние Озоновая дыра - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. До недавнего времени состояние слоя озона не внушало опасений. Тревожные сигналы начали поступать около 40 лет назад. С началом космических исследований атмосферы Земли осенью 1985 года обнаружено нарушение озонового слоя над Антарктидой. Оказалось, 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. 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. В результате этих реакций молекулы озона (O3) превращаются в молекулы кислорода (O2), 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. 36 В феврале 1989 года ученые исследовали стратосферу над Арктикой и обнаружили присутствие тех же самых химических факторов. Они пришли к выводу, что и тут содержание озона может резко сократиться. Это будет зависеть только от конкретных погодных условий очередного года. Если над Арктикой образуется озоновая дыра, то последствия будут гораздо более серьѐзными, т.к. там гораздо больше организмов, которые могут пострадать. Даже периодическое раскрытие такой дыры над Антарктидой чревато значительными потерями морского фитопланктона. А это, в свою очередь, сильно повлияет практически на всех антарктических животных от пингвинов до китов, так как фитопланктон - основа почти всех пищевых цепей данного региона. Если нынешние выбросы ХФУ в атмосферу сохранятся, то можно ожидать лишь расширения и «углубления» озоновых дыр над полюсами. Естественно, это повлечѐт за собой разрежение озонового слоя над всей планетой, что совершенно недопустимо как для животного мира, так и для всего человечества в целом. Однако существует и другая точка зрения. Откуда озоновые дыры вдали от техногенных регионов, например, в Якутии, Тибете и над безлюдными территориями Сибири? Существует мнение, что изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой "дыры" в Антарктике вполне может быть 37 длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане. Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой "дыры". В последнее время появление озоновых дыр наблюдается периодически и над всей поверхностью земли. Кроме того, истончается сам озоновый слой Земли. Для человека это грозит повышением раковых образований кожи. Но если человек может защитить себя от ультрафиолетового излучения, то животный и растительный мир остаѐтся перед ним беззащитным. Учеными ведутся поиски путей восстановления озонового слоя. Вначале для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после чего доставлять оный на самолетах в атмосферу. Другим вариантом является создание аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных батарей, которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением зеленых насаждений. Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году, на Южном полушарии, над Антарктидой, группой британских учѐных: Дж. Шанклин (англ.), Дж. Фармен (англ.), Б. Гардинер (англ.), опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature. Каждый август она появлялась, а в декабре — январе прекращала своѐ существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества, мировые ученые доказали, 38 что на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктикой. В мае 1985 года британские ученые объявили о резком сокращении концентраций озона в стратосфере над Антарктикой каждой весной южного полушария. Это явление получило название «озоновой дыры». Существуют объективные причины, по которым «дыры» в первую очередь образуются над Антарктикой. Бром и хлор, несущие главную ответственность за разрушение озона, в среднем равномерно распределены в атмосфере Земли. Однако в Антарктике условия таковы, что эти вещества, вступая в химические реакции, способны уничтожить больше озона, чем в районах с более теплым климатом. Маршруты движения антарктических циркумполярных ветров строго ограничены полярным регионом. В дополнение к этому антарктическая атмосфера долгие месяцы остается в темноте (в течение полярной ночи), при этом значительно охлаждаясь. С падением температуры атмосферы в стратосфере начинают образовываться ледяные облака. Когда в августе первые лучи Солнца начинают проникать в стратосферу, то в ней начинают происходить химические реакции, отличающихся от реакций в стратосфере умеренных широт. В то же время, эти реакции намного эффективнее с точки зрения разрушения полярного озона, так как в стратосфере отсутствуют окислы азота, которые бы прекращали цепную реакцию. Падение концентраций озона продолжается до поздней весны, когда солнечные лучи (падающие на Землю под большим углом) разогревают атмосферу настолько, что из ледяных облаков начинает выделяться азот. Скорость падения концентраций озона стремительно возрастает с позднего августа, прогрессирует в сентябре и спадает к середине октября. 39 По данным, приведенным в отчете Межправительственной группы экспертов по проблемам изменениям климата за 1992 год, в весенний период в стратосфере Антарктики отмечается падение концентраций озона более чем на 90 процентов. Данные американского спутника Нимбус-7 показали, что площадь поверхности озоновой дыры, по грубым подсчетам, соизмерима с площадью Западной Европы или континентальной части США. В докладе 1992 года Межправительственная группа экспертов по проблеме изменения климата отмечает, что, в предшествующие докладу пять лет, феномен дыры повторялся и ее размер достигал огромных масштабов. Это положение отличалось от ситуации середины 80-х годов, когда рост размера «дыры» колебался каждые год-два. Согласно заявлению Межправительственной группы, недавние лабораторные исследования обнаружили дополнительные свидетельства образования антарктической озоновой дыры по причине использования хлори бромсодержащих веществ. Что же касается Арктики, то условия в ее атмосфере сходны с условиями в атмосфере Антарктики. Разница лишь в том, что период циркуляции холодных циркумполярных ветров в атмосфере Арктики короче, чем в Антарктике и ее атмосфера теплее атмосферы южного полюса. Разница климатических условий этих двух регионов объясняется частично большей массой земной поверхности, расположенной в северном полушарии планеты, и влияющей на активность атмосферы. В 1989 году воздушная экспедиция по изучению стратосферы Арктики НАСА (первое наиболее полное исследование Арктического региона) обнаружила, что в зимний период в стратосфере Арктики содержится почти столько же оксида хлора (ClO), сколько и в стратосфере Антарктики. Это то же самое вещество, которое приводит к образованию озоновой дыры в Антарктике. 40 Потеря озонового слоя может происходить и в стратосфере Арктики. Однако периоды падения концентраций озона в Арктике не такие длительные, как в Антарктике, поскольку арктический циркумполярный поток не такой постоянный, как в Антарктике. Тем не менее, хотя потери озона в Арктике, сравнимые с потерями озона в Антарктике, зарегистрированы не были, в отдельных арктических областях отмечены высокие концентрации реакционного хлора в зимний период. Сегодня термин «озоновая дыра» хорошо известен во всем мире. Однако, нам все еще не достает понимания в полной мере природы самого явления. Что же это такое озоновая дыра? Где появляются озоновые дыры? Насколько они большие? Что стало причиной их возникновения? Как они будут себя вести в будущем? И, наконец, какую опасность они представляют для человечества? В течение лишь нескольких лет после открытия ряда чрезвычайно полезных химических соединений, стремительно завоевавших рынок, было обнаружено, что эти вещества наносят вред окружающей среде. В кратчайшие сроки было достигнуто беспрецедентное международное соглашение по контролю за их использованием, и были созданы и внедрены в различные технологические процессы альтернативные продукты, более приемлемые с экологической точки зрения. Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70-80-х годах прошлого столетия. Вред, который наносит озоновому слою утечка в атмосферу таких веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), был обнаружен почти случайно. К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. Было достоверно установлено, что повышение 41 интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; от ультрафиолета гибнет фитопланктон - кормовая база обитателей Мирового океана; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека - растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК. Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах .Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена. 42 Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов. Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широт. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озоновому слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше. Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80°С. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что 43 облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции. Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по-прежнему необходимо. Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь - первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое 44 подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями. «Я думаю, что во многом мы обязаны простой удаче, как и в случае многих других научных открытий. Нашу группу убедил график минимальных значений 11 дневных средних измерений, на котором было четко видно, что весеннее снижение концентрации носит систематический характер», - сказал Джонатан Шанклин, который вместе со своими коллегами из Антарктического управления Великобритании, Джо Фарманом и Брайаном Гардинером, собрал основные полевые данные. Фарман разработал в общих чертах химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений,и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных. Результаты исследований, говорящие о существовании озоновой дыры в атмосфере, оказались пугающими и в некоторой степени невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено. 45 Охрана и защита озонового слоя (экрана) Земли Уменьшение концентрации стратосферного озона подтвердилось, что и заставило мировое сообщество задуматься над тем, как сохранить озоновый 46 слой Земли. В 1985 году в Вене была созвана конференция, участники которой согласились с необходимостью принятия мер по защите озонового слоя. Рамочный характер Венской конвенции 1985 года не предусматривал каких-либо конкретных действий со стороны присоединившихся к ней стран. Год спустя охрана озонового слоя вновь стала предметом многосторонних переговоров. Канада, США, Норвегия, Финляндия, Австралия и Судан считали, что выход - в замораживании их производства и в значительном ограничении потребления. Большинство европейских стран было согласно только на ограничение производства. Развивающиеся страны выступали против принятия каких-либо административных мер, так как опасались, что они могут стать препятствием для развития промышленности. СССР и Япония придерживались сходной позиции, а практически все крупнейшие производители ОРВ были категорически против принятия любых ограничений. С 1985 года охрана озонового слоя стала одним из важных направлений деятельности для многих стран мира. Поиски консенсуса в ходе продолжительных и трудных переговоров и консультаций завершились 16 сентября 1987 года, когда тридцать шесть стран подписали документ, получивший название «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». В последующие годы были приняты четыре поправки к Монреальскому протоколу, скорректировавшие (в сторону ужесточения) обязательства, вытекающие из этого международного документа. По состоянию на сегодняшний день сторонами Венской конвенции и Монреальского протокола являются 197 стран, Лондонской поправки (1990 г.) - 196 стран, Копенгагенской поправки (1992 г.) - 195 страны, Монреальской поправки (1997 г.) -188 страна, Пекинской поправки (1999 г. - 175 стран. Монреальский протокол учитывает технологический и экономический уровни различных стран. Поскольку принятие мер по защите озонового слоя 47 (прежде всего-отказ от ОРВ), требовало много времени и средств, развивающимся странам была предоставлена отсрочка. Тем не менее, вещества с наибольшим озоноразрушающим потенциалом (ОРП) хлорфторуглероды (ХФУ) и галлоны (бромхладоны) - практически полностью выведены из обращения. Все это время не прекращались наблюдения за стратосферным озоном, позволившие сделать вывод о действенности предпринятых мер по охране озонового слоя. Минимум концентрации был достигнут в 1997 году, что вполне объяснимо - газы из нижних слоев атмосферы попадают в верхние ее слои с задержкой в несколько лет. После 1997 года начал наблюдаться постепенный рост концентрации озона. При этом, максимум концентрации хлора в атмосфере был отмечен в 1993 году, и за последние годы его содержание снизилось на 15%. Конечно, об отсутствии ХФУ в атмосфере и полном восстановлении озонового слоя говорить еще рано - например, время жизни в атмосфере R12, производство которого прекратилось только к 1 января 2010 года, а заправленное им оборудование продолжает работать, составляет около ста лет. Тем не менее, наблюдения дают понять, что сохранение озонового слоя - задача выполнимая при условии участия в ее решении всех государств планеты. В 2007 году Сторонами Монреальского протокола было принято решение об ускорении вывода из обращения ГХФУ. Изначально предполагавшийся график поэтапного вывода из оборота ГХФУ был «ускорен», в результате чего все развитые страны (включая Российскую Федерацию) должны к 2015 году сократить объем производства и потребления ГХФУ на 90% от базового уровня, что составит для нашей страны предельный уровень в 399,6 т ОРП. Меры по предотвращению истощения озонового слоя, предпринимаемые в Российской Федерации 48 Подписав Монреальский протокол, Россия взяла на себя определенные обязательства по решению проблемы истощения озонового слоя. Производство в Российской Федерации озоноразрушающих веществ (ОРВ), перечисленных в приложениях А, В и Е к Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, было прекращено в конце 2000 года. К этим веществам относятся: хлорфторуглероды (ХФУ), четыреххлористый углерод (ЧХУ), метилхлороформ (МХФ), галоны и бромистый метил. Именно эти вещества являются основной причиной истощения озонового слоя. В настоящее время перед нашей страной стоит задача выполнения второго этапа Монреальского протокола - обеспечение поэтапного вывода из обращения ОРВ, перечисленных в приложении C к Монреальскому протоколу, т.е. - гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ). График сокращения потребления ГХФУ для Российской Федерации В конце октября 2009 года в Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации прошла конференция, посвященная ограничению оборота веществ, способствующих разрушению озонового слоя Земли. В ее рамках были разработаны предложения к Плану поэтапного сокращения производства и потребления ГХФУ, предусматривавшие внедрение системы квотирования производства и ввоза этих веществ, а также поэтапного сокращения их потребления в ряде секторов российской экономики. Задержки с утверждением квот на импорт ОРВ и отсутствие собственного производства самого популярного ГХФУ -R22 привели к дефициту этого и других хладонов уже к концу февраля 2010 года. Отсутствие понимания серьезности проблемы истощения озонового экрана и недостаток доступной информации о перспективах ГХФУ в качестве приемлемого решения для многих видов применения привел к тому, что 49 возросли объемы потребления этих хладонов, являющихся так же причиной разрушения озонового экрана, а кроме того, обладающих большим потенциалом глобального потепления (ПГП). В частности, на территории страны был осуществлен перевод значительной части стратегических хранилищ продовольствия на R22 в многочисленных супер- и гипермаркетах, на продуктовых складах и терминалах было установлено новое холодильное оборудование, заправленное этим хладагентом. То же касается и кондиционеров, особенно бытовых: недорогое в эксплуатации и обслуживании, надежное оборудование на R22 различных производителей (преимущественно - азиатских) ввозилось (и, заметим, ввозится вплоть до настоящего времени) в нашу страну в объеме миллионов единиц. И чем большими запретами такое оборудование обрастало в развитых странах, тем доступнее оно становилось для нашего рынка. В сезон 2010 года, когда лето преподнесло жаркий сюрприз почти на всей Европейской части России, наблюдался рост продаж кондиционирующего оборудования, работающего на R22. Эти же тенденции наблюдались в 2011 году и, по всей видимости, продолжатся в 2012 году. Необходимость дальнейшего ремонта и сервисного обслуживания холодильного и климатического оборудования, а также обеспечения функционирования мощностей по производству теплоизоляционных изделий и материалов создало предпосылки для нелегального ввоза ГХФУ, чему способствовали отсутствие специальной аппаратуры для обнаружения и идентификации хладонов на таможенных постах и недостаточный уровень подготовки таможенных сотрудников. К сожалению, универсальной альтернативы самому массовому ГХФУ -R22, способной его заменить во всех видах климатической и холодильной индустрии, нет. Такие хладагенты, как R410А и R134a способны его заменить лишь для ряда видов применения и рассматриваются в качестве временного решения, т.к. гидрофторуглероды (ГФУ) являются мощными 50 парниковыми газами и подпадают под действующие и будущие ограничения в сфере предотвращения глобальных климатических изменений. Приемлемой с экологической точки зрения (то есть, не способствующей ни деградации озонового слоя, ни возникновению парникового эффекта) альтернативой ГХФУ остаются природные хладагенты, такие, как диоксид углерода, аммиак и углеводороды (пропан, изобутан). Однако у каждого из них есть свои недостатки: углекислотная система требует рабочего давления не ниже 80 бар, аммиак ядовит и горюч, углеводороды взрывоопасны. В сфере производства вспененных материалов опробованы технологии с использованием альтернативных вспенивающих агентов, практически не 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. Проблемы могут возникнуть лишь при техническом перевооружении предприятий, т.к. для его осуществления потребуется замена технологического оборудования и оснастки. В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ - Минприроды России предполагается оказать содействие ряду промышленных предприятий по выводу ГХФУ из оборота и переходу на безопасные для озонового слоя и климата планеты природные вещества. Для осуществления этой стратегии потребуется реализация целого комплекса мер: конверсия предприятий, обучение и сертификация монтажников и специалистов, создание предприятий для сбора, регенерации и утилизации ГХФУ и других видов ОРВ, составление реестра существующих банков ОРВ и обеспечение функционирования ряда секторов российской экономики в переходный период. 51 Заключение Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. Понимание взаимодействий между озоном и изменением климата, и предсказание последствий изменения требует громадных вычислительных мощностей, надежных наблюдений, и здравых диагностических способностей. Именно поэтому в целях защиты озонового экрана созывались множество различных конференций и симпозиумов, в результате которых были достигнуты определѐнные соглашения в области сокращения вредных производств. В частности, 22 марта 1985 года была принята Венская конвенция «Об охране озонового слоя», в которой страны-участники договорились о необходимости проводить систематические исследования озонного слоя, а так же создания международного Секретариата по озону. На встрече в Хельсинки в 1989 году было намечено полностью отказаться от использования в производстве хлорфторуглеродов к 2000 году. Это сложная проблема, поскольку в уже выпущенных холодильниках и кондиционерах накоплено слишком много ХФУ: по мере их обычного выхода из строя количество вредных газов в атмосфере будет продолжать увеличиваться ещѐ 52 многие годы даже в случае полного и немедленного запрещения производства. Количество озона в атмосфере зависит от очень многих условий. Поэтому сложно предсказать в точности, как будет меняться количество озона. Важно не просто знать, как действуют на разрушение озона отдельные (естественные и антропологические) факторы порознь, но и то, как они действуют все вместе, в комплексе. Человеку ещѐ не всѐ известно о составе атмосферы, о тех реакциях, которые вступают между собой разные составляющие атмосферы. Состав атмосферы зависит не только от высоты, но и от широты. Поэтому и разрушение, а значит и количество озона должно зависеть от широты. При одних условиях главными разрушителями озона являются соединения, содержащие азот (нитраты), а при других условиях - вещества, содержащие хлор. Исследования учѐных в этой области показали, что в тех условиях, которые реализуются в атмосфере экватора, более эффективно разрушают озон нитраты. По мере удаления от экватора, то есть при увеличении широты, эта эффективность уменьшается. Что касается веществ, содержащих хлор, то их роль в разрушении озона возрастает по мере удаления от экватора к полюсам. Таким образом, разные группы веществ, имеют свои широтные зоны, в пределах которых они разрушают озон наиболее эффективно. Исследования проблемы разрушения озона показали, что на первом этапе разрушения наиболее важную роль играют хлорные соединения. Их эффективность больше в высоких широтах, значит, озон эффективно будет разрушаться больше в высоких широтах обоих полушарий. Затем процесс разрушения захватит средние и низкие широты. В низких широтах количество озона меняется мало на всех высотах. Но меняется его распределение по высоте. Это приводит к изменению теплового баланса в атмосфере и в конечном итоге к изменению климата. 53 Прогнозы говорят о том, что к 2030 году произойдѐт уменьшение количества озона на разных широтах. В весенний сезон происходит наибольшее уменьшение озона в высоких широтах. Именно в это время образуется озонная дыра в Антарктиде. Данные учѐных говорят о том, что к 2030 году количество озона вокруг всей Земли уменьшится на 3 %. Следует отметить, что с течением времени происходит не только разрушение озона. Одновременно изменяется и состав атмосферы. В новых условиях начнут протекать новые химические реакции с участием соединений хлора, которые приведут к дальнейшему разрушению озона. Таких реакций будет достаточно много. Поэтому в будущем произойдѐт резкое, катастрофическое уменьшение озона до 10% и более. Сегодня, в России, труд по охране окружающей среды не очень ценится. Да и в любом другом государстве или стране людей, действительно занимающихся проблемами экологии не очень много. А все остальные жители планеты вообще недооценивают свое влияние на природу. По сути, человечество занимается самоубийством. Необходимо продолжать наблюдения за озоновым слоем, чтобы оперативно отслеживать непредвиденные изменения. Необходимо вести работу по определению причин изменений озонового слоя и оценивать вредные свойства новых химикатов в отношении разрушения озона и влияния на изменение климата в целом; Продолжать предоставлять информацию о технологиях и замещающих соединениях, позволяющую использовать холодильную технику, кондиционирование воздуха и теплоизоляционные пеноматериалы, не нанося ущерба озоновому слою. Успех будущего исследования зависит от общей стратегии, с реальным взаимодействием между наблюдениями ученых и математическими расчѐтами. 54 Список использованных источников литературы: 1. Горелов, А.А. Экология [Текст]: Курс лекций/ под ред. А.А. Горелова. М.: Центр, 2001.- 368 с. 2. Данилов, А.Д. Популярная аэрономия [Текст]/А.Д. Данилов. - изд.2-е. доп. и перераб.-Л.:Гидрометиоиздат,1989.- 229 с. 3. Мизун, Ю.Г. Космос и погода [Текст]/Е.Г. Мизун; под. ред. Н.П. БеньковаМ.: Наука, 1986.-144 с. 4. Мизун, Ю.Г. Озонные дыры: Мифы и реальность [Текст]/Е.Г. Мизун.-М.: Мысль, 1993.-288 с. 5.Монин, А.С. Популярная история Земли [Текст] /А.С. Монин.- М.: Наука, 1980.-184 с. 6. Никитин, Д.П., Новиков, Ю.В. Окружающая среда и человек [Текст]/Под ред. Д.П. Новиков, Ю.В Новиков - М.: Высшая школа, 1999.-294 с. 7. Перов, С.П., Хриган А.Х. Современные проблемы атмосферного озона[Текст]/Под. ред. С.П. Перов.-Л.: Гидрометеоиздат, 1980.-287 с. 55
