Озоноразрушающие вещества: принцип воздействия и меры регулирования их поступления в атмосферу

Озоноразрушающие вещества: принцип воздействия и меры регулирования их
поступления в атмосферу
Горячкин И. Ю.1, Ряпухин С. С.2
Горячкин И. Ю., Ряпухин С. С. Озоноразрушающие вещества: принцип воздействия и меры регулирования их поступления в атмосферу
1
Горячкин Иван Юрьевич / Goryachkin Ivan Jur'evich – аспирант;
2
Ряпухин Станислав Сергеевич / Ryapuhin Stanislav Sergeevich – аспират,
кафедра географии,
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение Высшего профессионального образования
Орловский государственный университет, г. Орёл
Аннотация: в статье рассматриваются озоноразрушающие вещества антропогенного характера,
принцип их воздействия на озоновый слой Земли, а также меры регулирования поступления их в
атмосферу.
Ключевые слова: озоновый слой, Венская конвенция, Монреальский протокол, антропогенное воздействие.
Существуют различные вещества, воздействие которых разрушает озоновый слой. Эти вещества можно
классифицировать на две группы по способу их образования: естественные и антропогенные. Вещества
естественного происхождения образуются в результате геофизических процессов на нашей планете. К таким
процессам относятся: извержения вулканов, сопровождающиеся выбросом фторсодержащих веществ;
поступление водорода в атмосферу, содержащегося в земном ядре; поступление в атмосферу метана через
рифтовые разломы [3]. Препятствовать образованию веществ данной группы человек не может. Однако
существует вторая группа озоноразрушающих веществ – антропогенная. Такие вещества образуются в
результате жизнедеятельности человека, и контролировать образование и поступление их в атмосферу
человеку под силу.
Еще в начале 70-х годов XX в. состояние озонового слоя стало вызывать беспокойство ученых. В 1974 г.
американские геохимики Ш. Роуланд и М. Молина [6] пришли к выводу о том, что возрастающее
производство и применение озоноразрушающих веществ неизбежно приведут к прогрессирующей
деградации озонового слоя. В итоге в мировой практике были приняты несколько соглашений,
направленных на защиту озонового слоя и уменьшение поступления химических соединений в атмосферу.
Так в «Венской конвенции об охране озонового слоя» от 22 марта 1985 года [4] под эгидой ООН было
установлено, что следующие химические вещества природного или антропогенного происхождения могут
изменять химические и физические свойства озонового слоя (таблица 1).
Таблица 1. Озоноразрушающие вещества1
Группа веществ
Вещества
Углеродистые
вещества
Окись углерода
Двуокись углерода
Азотистые
вещества
Закись азота
Окиси азота
Хлористые
вещества
Полностью
галоидированные алканы
Частично галоидированные
алканы
Бромистые
вещества
Полностью
галоидированные алканы
1
Метан
Неметановые
углеводородов
виды
Таблица составлена авторами на основании Приложения 1 пункта 4 «Венской конвенции об охране озонового слоя»,
www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/ozone.shtml
Водородные
вещества
Водород
Вода
В вышеуказанной таблице показаны основные группы веществ, но наиболее активное участие в
разложении озона принимают кислородный, водородный, азотный и галоидный циклы химических
преобразований [1].
В соответствии с кислородным циклом [2] озон распадается на молекулярный и атомарный кислород:
O3 → O2 + О
На высотах 20—40 км в результате такого химического процесса теряется около 20 % атмосферного
озона.
Существенные потери приходятся на долю водородного цикла — до 60 % озона на высотах 17—25 км.
Потеря озона обусловливается его взаимодействием с радикалом (ОН). Образование гидроксида происходит
при взаимодействии водорода, метана и воды с атомарным кислородом по следующей схеме:
2Н2O → 2OН + Н2
СН4 + О → ОН + СН3
Н2 → 2Н
Сам водородный цикл может быть записан следующим образом:
ОН + O3 → HO2 + O2
НO2 + O3 → ОН + 2O2
2O3 → 3O2
Подобные реакции имеют большие скорости и поэтому протекают весьма энергично, особенно на
высотах 17—25 км.
В начале 70-х годов XX века для определения состояния озонового слоя в модельные расчеты
исследователи ввели представления об азотном цикле, которые были основаны на способности оксидов
азота разрушать молекулу озона. Они раскрываются в следующих химических реакциях:
NO2 + О → NO + O2
NO + O3 → NO2 + O2
NO2 + O3 → NO3 + O2
NOз → NO + O2
Также установлено, что при сравнительно низких температурах озон способен реагировать с инертным
азотом:
N2 + O 3 → N2 O + O 2
Значительная роль в разрушении озонового слоя принадлежит техногенным хлор– и фторсодержащим
газам — фреонам. Они используются в холодильной промышленности и в качестве распыляющих
веществ в аэрозольных упаковках. Фреоны представляют собой хлор составляющие соединения метана,
этана и пропана с обязательным содержанием фтора (CFCl 3, CF2Cl2, CF3Cl, СР4, С2Н4F2, С2Н2F4 и др.).
Активный хлор в составе фреонов может поступать в стратосферу, где в условиях низких температур в
полярных широтах происходит их фотолиз:
СFС13 → СFСl2 + Сl
СF2Сl2 → СF2Сl + Сl
Свободный хлор вызывает галоидный цикл разложения озона по следующим реакциям:
Сl + O3 → СlO + O2
СlO + O3 → СlO2 + O2
Основываясь на положениях «Венской конвенции об охране озонового слоя», был принят
«Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой» от 16 сентября 1987 года, в
преамбуле которого обозначено: «Признавая, что выбросы во всемирном масштабе некоторых
озоноразрушающих веществ могут в значительной степени истощить или иным образом изменить
озоновый слой, что чревато неблагоприятными последствиями для здоровья людей и окружающей
среды». Принимается во внимание важность международного научно-технического сотрудничества в
области исследований и разработок в целях регулирования и сокращения выбросов веществ,
разрушающих озоновый слой [5], в частности хлорфторуглеродов.
Таким образом, можно сделать вывод, что химические вещества антропогенного характера способны
оказывать негативное влияние на озоновый слой планеты, в результате чего нарушаются его химические
и физические свойства. Выбросы таких веществ человеку под силу контролировать. Действия по
мониторингу и сокращению выбросов озоноразрушающих веществ и защите озонового слоя
зафиксированы в «Венской конвенции об охране озонного слоя» и «Монреальском протоколе по
веществам, разрушающим озоновый слой».
Литература
1. Богдановский Г. А. Химическая экология: Учеб. Пособие. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1994. 236 с.
2. Исидоров В. А. Экологическая химия: Учебное пособие для вузов. СПб.: Химиздат, 2001. 304 с.
3. Трухин В. И., Показеев К. В., Куницын В. Е. Общая и экологическая геофизика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005.
576 с.
4. «Венская конвенция об охране озонового слоя». [Электронный ресурс]: Конвенции и соглашения ООН.
URL: http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/ozone.shtml (дата обращения 15.04.2015).
5. «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». [Электронный ресурс]:
Конвенции
и
соглашения
ООН.
URL:
http://www.un.org/ru/documents/decl_conv/conventions/montreal_prot.shtml (дата обращения 15.04.2015).
6. Наука. Химия. Роуленд Шервуд. [Электронный ресурс]: Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия. URL:
http://megabook.ru/article/Роуленд%20Шервуд (дата обращения 25.03.2015).

Из преамбулы «Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой», от 16 сентября 1987 года