10.1.11. Экологические последствия истощения озонового слоя Земли

Несмотря на ограничительные меры, предпринятые мировым сообществом в рамках Венской конвенции об охране озонового слоя (1985 г.) и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой (1987 г.), он продолжает разрушаться с более высокой интенсивностью, чем предполагали ученые. Это уменьшение оценивается в пределах 0.5-0.7 % в год от общего содержания озона.

В отдельных географических регионах уменьшение содержания озона составляет еще большую величину. В Антарктиде за период с 1979 по 1992 год количество озона в стратосфере уменьшилось примерно на 50 % (1 % уменьшения его содержания приводит к увеличению интенсивности УФ-излучения у поверхности Земли приблизительно на 1.5 %) [23].

По данным Всемирной метеорологической организации (ВМО) размер озоновой дыры над Южным полушарием в 1995 году составил 10 млн. км², что по площади равно Европе и в два раза больше размеров озоновой дыры, существовавшей в 1993-1994 гг. Максимальное уменьшение содержания озона на высоте 15-18 км составило более 50 %, а скорость такого уменьшения в период с июля по сентябрь доходила до 1 % в день. Над Северным полушарием в 1995 году впервые наблюдалось истощение озонового слоя, по своим характеристикам напоминающее озоновую дыру над Южным полушарием. За период с января по март 1995 года уменьшение озонового слоя на высоте 15-28 км над Северным полушарием составило 50 % [29].

По данным Центральной аэрологической обсерватории Роскомгидромета в феврале 1995 года над всем Северным полушарием, а особенно над рядом районов Восточной Сибири, вплоть до Урала, зарегистрировано рекордное уменьшение концентрации озона - до 40 %, сохранявшееся в течение 25 суток. К середине марта уменьшение концентрации озона в отдельных районах достигло 50 %.

Таким образом, в 1995 году наблюдался рекордный дефицит озона за все годы наблюдений.

Основной причиной снижения концентрации озона в стратосфере считается антропогенное загрязнение атмосферы веществами, содержащими атомы фтора, хлора, брома, йода. Кроме этих веществ в разрушении озона участвуют метан, окислы азота, серы, углерода и др.

Опасность ситуации усугубляется тем, что во многих странах, в том числе и России, полная и своевременная реализация Монреальского протокола сопряжена с большими финансовыми трудностями, обусловленными сложным экономическим положением и высокими затратами на переход промышленных предприятий к использованию новых озоносберегающих технологий и альтернативных озононеразрушающих веществ. Кроме того, некоторые ученые считают, что количество выброшенных в атмосферу разрушающих озон веществ таково, что даже при полном прекращении их производства ранее накопленных запасов достаточно для интенсивного разрушения озонового слоя еще 50-70 лет. Другие ученые полагают, что при выполнении всех положений Монреальского протокола и поправок к нему, внесенных в 1990 и 19992 годах, разрушенный озоновый слой, начиная с 1996 года, станет постепенно восстанавливаться и через 50 лет достигнет своего первоначального (до истощения) уровня.

В соответствии с Монреальским протоколом периодически проводится статистическая оценка научной, технической, экономической и экологической информации, касающейся озонового слоя Земли. Известно, что его истощение приводит к росту проникновения к земной поверхности солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения с длиной волны от 290 до 315 наннометров. В 1994 году был составлен долгосрочный (на несколько десятилетий) прогноз этого влияния на различные аспекты функционирования биосферы: на здоровье человека и животных, на рост и развитие растений, на биохимические циклы, на качество воздуха, материалов и т.д.

Воздействие на здоровье людей и животных.

Прямое воздействие на здоровье людей и животных УФ-облучение оказывает через не защищенные от света органы: глаза и кожу. Поглощение УФ-излучения вызывает в организме изменения, которые могут оказаться как полезными (образование на коже витамина D), так и вредными (катаракта, ожоги, рак кожи, повреждение иммунной системы). Усиление УФ-облучения кожи стимулирует размножение ее клеток и выработку пигмента, эффективно защищающего от ожогов. Но слишком интенсивное размножение клеток кожи может сделать ее более восприимчивой к раку[25].

УФ-излучение повреждает роговицу и хрусталик глаза, а хроническое облучение, приводящее к высокой суммарной дозе, увеличивает риск заболевания катарактой. Количественно влияние истощения стратосферного озона на рост таких заболеваний оценивается приблизительно в 0.5 % при снижении озона на 1 %.

Для людей с чувствительной к свету кожей длительное УФ-облучение - основной фактор риска развития немеланомного рака кожи. Снижение стратосферного озона на 1 % приводит к росту числа случаев проявления этого заболевания примерно на 2-3 %. Иммунная система, поскольку в коже присутствуют некоторые ее компоненты, также чувствительна к УФ-радиации. Это облучение снижает иммунитет в отношении рака кожи, возбудителей инфекционных заболеваний и других антигенов, и может привести к иммуннологической ареактивности на повторные случаи.

Воздействие на наземные растения.

Солнечное УФ-излучение влияет на физиологические и эволюционные процессы в растениях. Но у растений есть механизм для снижения этого влияния и восстановления нарушенных процессов, т.е. они способны до некоторой степени адаптироваться к повышенному уровню УФ-радиации. Однако он может значительно замедлять рост растений.

Реакция на УФ-облучение различна у разных видов и даже культур одного и того же вида. В природных условиях УФ-излучение приводит к изменениям видовых составов, создает предпосылки для биологического разнообразия в различных экосистемах.

Косвенные изменения, вызываемые УФ-радиацией (такие как изменения в растительной форме, в распределении биомассы в частях растений, во временных соотношениях фаз развития и во вторичном метаболизме), могут иметь иногда и большее значение, чем прямое разрушение. Они способны привести к нарушению равновесия в растительных биоценозах, что привело бы к серьезным последствиям для травоядных. Возможны и глобальные нарушения биохимических циклов.

Воздействие на водные экосистемы.

Более 30 % мирового животного белка, потребляемого человеком, поступает из моря, поэтому важно, как уровень солнечного УФ-излучения влияет на продуктивность водных систем.

Морской планктон, как основной поглотитель атмосферного диоксида углерода, оказывает определяющее влияние на его концентрацию в атмосфере. Кроме того, он же образует основу водных трофических связей и при этом неравномерно распределен по океанам: наивысшая его концентрация приходится на высокие широты, а в тропиках и субтропиках она в 10-100 раз меньше. Рост и без того высокого уровня солнечного УФ-излучения для тропиков и субтропиков может отрицательно сказаться на распределении фитопланктона. Усиленное облучение фитопланктона солнечной УФ-радиацией влияет на его подвижность и механизмы ориентации и приводит к снижению выживаемости. Проведенные в антарктических водах измерения показали прямую связь фитопланктона с истощением озона. Так, его продуктивность над озоновой дырой в Антарктиде снижена на 6-12 % по сравнению с продуктивностью в соседних водах.

Солнечная УФ-радиация вызывает снижение способности к размножению и нарушение развития личинок рыб, креветок, крабов, земноводных и других животных. Уже при обычных условиях солнечная УФ-радиация является сдерживающим фактором, и даже небольшое увеличение ее интенсивности может привести к существенному сокращению численности этих организмов.

Воздействие на биохимические циклы.

Увеличение интенсивности солнечного УФ-излучения воздействует на наземные и водные биохимические циклы, влияя как на источники, так и потребителей химически значимых газов (например, диоксида углерода, озона). Цепи обратных связей между биосферой и атмосферой таковы, что баланс между образованием и уходом из атмосферы этих газов может нарушиться даже при незначительных внешних воздействиях.

В наземных экосистемах УФ-излучение влияет на образование и разложение растительной биомассы. С ростом УФ-воздействия продуктивность различных видов (а также отдельных культур) может снижаться в различной степени. Процессы разложения могут усиливаться при фоторазрушении поверхностной подстилки под действием УФ-излучения или ослабляться при угнетении жизнедеятельности соответствующих живых организмов.

Существенно влияние солнечной УФ-радиации и на водные экосистемы. Снижение ее уровня приводит к увеличению первичной продукции, а увеличение интенсивности УФ-излучения (в условиях антарктической озоновой дыры) - к снижению продуктивности. Солнечная УФ-радиация, замедляя развитие фито- и бактериопланктона в верхних слоях океана, существенно влияет на морские биохимические циклы. Она стимулирует разрушение органических веществ в водных растворах, приводящее к потере или способности поглощать УФ-излучение и к образованию моноксида углерода и органических веществ, которые легко минерализуются или поглощаются водными организмами. УФ-излучение влияет на круговорот водного азота, подавляя активность нитрофицирующих бактерий и вызывая фоторазложение простых неорганических веществ, таких как нитраты.

Воздействие на качество воздуха.

Истощение стратосферного озона и соответствующее увеличение УФ-радиации, проникающей в нижние слои атмосферы, приводит к повышению интенсивности фотодиссоциации основных газов, определяющих химическую активность атмосферы. Это может вызвать как образование, так и разрушение озона и связанных с ним окислителей, таких как перекись водорода и гидроксильная группа в составе ряда соединений. Перекись водорода, как известно, оказывает вредное воздействие на здоровье человека, на наземные растения и не защищенные материалы. Изменения концентрации гидроксильной группы в атмосферном воздухе способны повлиять на долговечность климатически важных газов, например, метана.

На основе спутниковых измерений интенсивности фотодиссоциации тропосферного озона (в период с 1979 по 1992 гг.) построены модели химических изменений тропосферы. Согласно моделям, в загрязненных районах (где высокий уровень оксидов азота) по мере истощения стратосферного озона количество тропосферного озона должно расти, быстро достигая концентраций, потенциально опасных из-за соответствующего образования окислителей в количествах, превышающих стандартные уровни. В более чистых районах (с низким уровнем оксидов азота) рост концентрации озона может быть незначительным и даже отрицательным. Другие окислители, такие как перекись водорода и гидроксильная группа, будут расти как в чистых, так и загрязненных регионах. Изменение концентрации перекиси водорода может оказывать воздействие на географическое распределение выпадения кислотных осадков.

Воздействие на металлы.

Синтетические полимеры, биоматериалы природного происхождения и ряд материалов, представляющих коммерческий интерес, испытывают вредное воздействие солнечной УФ-радиации. Основная причина фоторазрушения - от обесцвечивания до потери механической прочности от коротковолновой части УФ-спектра. Любое увеличение допустимого УФ-излучения ускоряет фоторазложение этих материалов, ограничивая сроки их службы.

В целом, влияние УФ-излучения на многие функции биосферы остаются пока еще очень неопределенными. Поэтому количественный прогноз пока невозможен, для этого необходимы дальнейшие исследования.

Острота проблемы истощения озонового слоя Земли вызвала необходимость энергичного поиска альтернативных путей защиты и сохранения озонового слоя за счет активного воздействия на стратосферу химическими и физико-химическими методами. Путь восстановления и сохранения озонового слоя с применением активных воздействий на стратосферу возможно окажется более радикальным методом для сохранения цивилизации независимо от естественного или антропогенного характера истощения озонового слоя.

В 1998 году Всемирный банк принял решение о предоставлении Украине безвозмездной ссуды на сумму $ 23.3 млн. для борьбы с истощением озонового слоя в рамках проекта на общую сумму $ 32.7 млн.

Эта программа осуществляется в рамках соглашения, направленного на предотвращение глобального изменения климата Земли, подписанного 160 странами в японском городе Киото в декабре 1997 года.

Средства, представленные Всемирным банком, пойдут на замену оборудования украинских компаний, отрицательно воздействующего на озоновый слой. Так, предприятия по производству холодильников используют фреон, чрезвычайно опасный для атмосферного озона.

Истощение озонового слоя приводит к увеличению заболеваемости раком кожи, ухудшению зрения людей, живущих в зоне истощения озона, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.