9.6. Состояние озонового экрана

Озон – это трехатомная форма молекулярного кислорода (О₃). Он образуется в верхних слоях атмосферы – стратосфере до высоты 100 км. Нижняя граница слоя атмосферы, где образуется озон, находится на высоте 10–15 км, а верхняя – на высоте около 50 км. Этот слой называется озоносферой. Максимум концентрации молекул озона располагается примерно в 25 км от поверхности Земли, однако, даже здесь имеется не более 5–10 молекул озона на миллион молекул воздуха. Озон, образующийся выше 8–12 км, часто называют стратосферным озоном, чтобы отличить его от тропосферного озона, который образуется в результате других процессов в приземном слое атмосферы. Озоновая оболочка очень невелика. Если ее гипотетически сжать при нормальном атмосферном давлении, то получится слой толщиной всего 2мм, но без него жизнь на нашей планете была бы невозможной.

Озон в стратосфере является продуктом воздействия солнечного ультрафиолетового излучения (УФ-излучение) 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):

О + О₂ → О₃

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Озоносфера почти полностью поглощает губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи Солнца. Установлено, что каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 % увеличивается число раковых заболеваний кожи. Жесткое ультрафиолетовое облучение подавляет иммунную систему организма. Кроме того, рост интенсивности ультрафиолетового излучения может привести к снижению урожайности с/х культур и гибели фитопланктона в океане.

Озоновая дыра — это значительное пространство в озоносфере с пониженным до 50% содержанием озона.

Однако, термин этот условный, т.к. речь идет не о каких-то областях в атмосфере, где вообще отсутствует озоновый слой, единственный защитник живого на Земле от губительной ультрафиолетовой радиации Солнца, а рассматривается явление весеннего уменьшения содержания озона над Антарктидой. Сегодня принято все аномалии озона относить к «озоновым дырам», если дефицит озона превышает 30%.

Это явление лишь часть сложной экологической проблемы, истощения озонного слоя Земли. В октябре 1985г появилось сообщение о том, что концентрация озона в атмосфере над английской антарктической станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилась на 40% это явление тогда и получило название озонной дыры. Весной 1987 года озонная дыра над Антарктидой достигла своего максимума и заняла площадь около 7 млн. км². Это явление повторилось в 1992г над Антарктидой и некоторыми территориями Южной Америки (особенно в Аргентине и Чили). Аналогичная озонная дыра в 1986 году была отмечена в Арктике, но ее размеры были в 2 раза меньше, чем над Антарктидой. В 1993 году здесь также было также отмечено снижение концентрации озонного слоя на 10-40% от среднегодовой нормы. Своеобразные мини дыры фиксировались позднее над северными районами Скандинавии и Канады.

В 1974 г. М. Молина и Ш. Роуленд из Калифорнийского университета показали, что искусственно синтезированные хлофторуглероды (фреоны) могут вызывать нарушение озона. Начиная с этого времени, техногенная концепция разрушения озонового слоя фреонами стала основной при объяснении феномена озоновых дыр. Фреоны широко применяются в производстве и быту в качестве хладоагентов, различного рода пенообразователей, растворителей в аэрозольных упаковках. Это оказались химически нейтральные соединения, которые не оказывают воздействие на живые организмы, поэтому они начали так широко применяться. Однако, поднимаясь в верхние слои атмосферы, они подвергаются фотохимическому разложению (хлорный каталический цикл) с образованием окиси хлора, которая в свою очередь интенсивно разрушает озон. В настоящее время содержание фреонов в 4-5 раз превышает естественный фон.

Почему озонные дыры регистрируются в районе полюсов. Наличие в атмосфере диоксида азота NO₂ несколько сдерживает работу хлорного каталического цикла:

NO₂ + СlO → Cl NO₃

Получающийся в результате этой реакции нитрат хлора является неактивным по отношению к хлору. В условиях Арктики и Антарктики пары воды и NO₂ замерзают, образуя полярные стратосферные облака и каталическому циклу с участием Сl уже ничего не мешает, кроме этого в условиях полярной ночи не происходит образование озона естественным путем.

Установлено, что выбросы сверхзвуковых самолетов и космических кораблей, тоже могут привести к разрушению примерно 10% озонного слоя атмосферы. Например, только один запуск космического корабля типа Шаттл приводит к «гашению» не менее 10 млн. тонн озона. В Токио в 1995 году был опубликован доклад международной экологической организации, в котором была сделана попытка установить авторство «озоновых» дыр. В списке оказались 25 стран, но бесспорный авторитет принадлежит США, Японии и Великобритании. Признано, что из всех промышленных корпораций самый большой вред озонному слою (примерно 13,7% повреждений) нанесла американская компания «Дюпон». В 1987 был подписан Монреальский протокол, согласно которому страны производители фреонов обязались существенно сократить его производство.

Для сохранения озонного пояса Земли существуют пассивные методы (уменьшение выбросов в атмосферу фреонов, замена их экологически безопасными веществами), так и активные: химическое воздействие на стратосферу в районе озоновых дыр с применением газов пропана и этана, которые связывают атомарный хлор, разрушающий озон; электромагнитное излучение, электрические разряды, лазерное излучение способствующие образованию озона.

Однако фреоновая модель разрушения озонового слоя несет в себе немало противоречий, как скрытых, так и явных. Например, с позиций техногенно-фреоновой концепции необъяснима удаленность озоновых дыр от промышленных центров. Минимальные концентрации озона зафиксированы над Антарктидой, тогда как более 90% населения Земли сосредоточено в Северном полушарии. Сам подъем фреонов, наиболее легкий из которых в четыре раза тяжелее воздуха, от земной поверхности до стратосферы (слоя озона) также представляет определенную проблему. Эти соображения можно подтвердить хотя бы тем, что пока ядерные испытания проводились только в Северном полушарии, в атмосфере Южного их продуктов почти не отмечалось. И если основные объемы техногенного газа – ацетилена – выбрасываются в атмосферу в Северном полушарии, то здесь он в основном и содержится.

Представляет интерес и концепция В.Л.Сывороткина (1993), согласно которой разрушение озонового слоя происходит за счет дегазации Земли. Главными каналами дегазации служат гигантские по своим масштабам трещины литосферы – рифтовые системы. Их отличает интенсивная вулканическая деятельность, которая сопровождается потоками восстановленных газов. Именно через рифты основная масса эндогенных газов попадает в гидросферу и атмосферу. Поэтому главный вывод состоит в том, что стратосфера продувается метаном и в таких условиях хлорный цикл разложения озона не может быть эффективным как геохимический процесс. Итак, баланс озона в атмосфере по В.Л.Сывороткину определяется метаном и водородом. Как распределяются роли этих газов, предстоит еще выяснить.