Озоновые дыры. Пути решения проблемы

Введение.

Проблема экологии для людей сейчас, несомненно, самая главная. На
реальность экологической катастрофы указывает 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''.) Этот интерес понятен – речь идёт о
будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. В настоящее
время назрела необходимость принять определённые обязательные для всех
решения, которые позволили бы сохранить озонный слой. Но чтобы эти
решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые
изменяют количество озона в атмосфере Земли, а также о свойствах озона,
о том, как именно он реагирует на эти факторы.

Озоновые дыры. Пути решения проблемы.

Озоновый слой.

От ультрафиолетового излучения (солнечной радиации) Землю предохраняет
так называемый озоновый слой. Озоновый слой - это широкий атмосферный
пояс, простирающийся на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли.
Химически озон - это молекула, состоящая из трех атомов кислорода
(молекула кислорода содержит два атома). Озон образуется под
воздействием высокоэнергетичной солнечной радиации, стимулирующей
реакцию между О2 и свободными атомами кислорода. Под воздействием
умеренной радиации он распадается, абсорбируя энергию этой радиации.
Таким образом, этот цикличный процесс "съедает" опасный ультрафиолет.
Концентрация озона в атмосфере очень мала, и небольшие изменения
количества озона приводят к серьезным изменениям интенсивности
ультрафиолета, достигающего земной поверхности.

Разрушители озонного слоя.

Фреоны.

Озон разрушается под воздействием соединений хлора, известных как
фреоны, которые, также разрушаясь под воздействием солнечной радиации,
освобождают хлор, "отрывающий" от молекул озона "третий" атом. Хлор в
соединения не образовывает, но служит катализатором "разрыва". Таким
образом, один атом хлора способен "погубить" много озона. Считается, что
соединения хлора способны оставаться в атмосфере от 50 до 1500 лет (в
зависимости от состава вещества). Земли. Наблюдения за озоновым слоем
планеты проводились антарктическими экспедициями с середины 50-х.
Озоновая дыра над Антарктидой, увеличивающаяся по весне и уменьшающаяся
к осени, была обнаружена в 1985 году. Открытие метеорологов вызвало цепь
последствий экономического характера, о которых будет сказано ниже. Дело
в том, что в существовании дыры была обвинена химическая промышленность,
производящая вещества, содержащие фреоны, способствующие разрушению
озона (от дезодорантов до холодильных установок).

В вопросе о том насколько человек повинен в образовании "озоновых дыр" -
единого мнения нет.

Точка зрения "зеленых": да, безусловно, повинен. Производство
соединений, приводящих к разрушению озона, следует свести к минимуму, а
лучше и вообще прекратить. То есть отказаться от целого сектора
промышленности, с оборотом в многие миллиарды долларов. А если не
отказаться - то перевести ее на "безопасные" рельсы, что тоже стоит
денег.

Точка зрения скептиков: человеческое влияние на атмосферные процессы,
при всей его разрушительности в локальном плане, в планетарном масштабе
- ничтожно. Анти-фреоновая кампания "зеленых" имеет вполне прозрачную
экономическую и политическую подоплеку: с ее помощью крупные
американские корпорации (Дюпон, например), душат своих зарубежных
конкурентов, навязывая соглашения по "охране окружающей среды" на
государственном уровне и насильно вводя новый технологический виток,
который более слабые в экономическом отношении государства выдержать не
в состоянии.

Высотные самолёты и озон.

Разрушению озонного слоя способствуют не только фреоны, выделяющиеся в
атмосферу и попадающие в стратосферу. К разрушению озонного слоя
причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но
окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей
высотных самолётов. Окислы азота образуются из азота и кислорода,
которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше,
чем выше температура, т. е. чем больше мощность двигателя.

Важна не только мощность двигателя самолёта, но и высота, на которой он
летает и выпускает разрушающие озон окислы азота. Чем выше образуется
окись или закись азота, тем он губительнее для озона.

Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год,
оценивается в 1 млрд т.. Примерно треть этого количества выбрасывается
самолётами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается
самолётов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолётов,
количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают
преимущественно на высотах озонного слоя.

Немного истории.

В 70 г. профессор Поль Крузен выдвинул предположение, что окисел азота,
который "производят" сверхзвуковые самолеты и распылители удобрений,
отрицательно влияет на озоновый слой. К слову сказать, это было одной из
причин закрытия проекта "Конкорд" - сверхзвукового пассажирского
самолета (и ТУ-144 тоже). В 74 году профессора Шервуд Роулэнд и Марио
Молина обнаружили эффект распада атмосферного озона под воздействием
хлора, входящего в состав фреонов. Через 21 год после этого открытия им
за него дали Нобелевскую. Далеко не все специалисты сочли этот приз
заслуженным.

Первая международная конвенция по мерам предохранения озонового слоя
была заключена в Вене в 85 г. Через несколько месяцев после нее была
обнаружена "озоновая дыра" в Южном полушарии. После этого в Монреале был
подписан протокол, обязывающий страны-участницы избавляться от своих
вредных фреонов. В 90, 92 и 97 гг. список разрушительных веществ
пополнялся. В случае его соблюдения всеми странами (а Китай, например, и
Индия конвенцию не подписали, рассудив, что она им "не по карману")
прогнозисты обещали восстановление озонового слоя к 2150 году. Главными
производителями вредных для озона соединений (90% от общемирового
объема) называются развивающиеся страны (которые, по сути, являются
потребителями устаревшей продукции "цивилизованных" стран) и страны
бывшего СССР.

В то же время заявлено, что выброс фреонов в атмосферу, в 86 г.
достигавший 1.1 миллиона тонн, к 96 г. снизился до 160 тысяч тонн. Без
Монреальской конвенции к 2010 году мы имели бы 8 миллионов тонн годовых
выбросов.

Минеральные удобрения и озон.

Озон в стратосфере может уменьшаться и за счет того, что в стратосферу
попадает закись азота N2O, которая образуется при денитрификации
связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию
связанного азота производят и микроорганизмы в верхнем слое океанов и
морей. Процесс денитрификации напрямую связан с количеством связанного
азота в почве. Таким образом, можно быть уверенным в том, что с ростом
количества вносимых в почву минеральных удобрений будет в такой же мере
увеличиваться и количество образованной закиси азота N2O. Далее, из
закиси азота образуются окислы азота, которые и приводят к разрушению
стратосферного озона.

Ядерные взрывы.

При ядерных взрывах выделяется очень много энергии в виде тепла.
Температура, равная 6000 К устанавливается уже через несколько секунд
после ядерного взрыва. Это энергия огненного шара. В сильно нагретой
атмосфере происходят такие преобразования химических веществ, какие при
нормальных или не происходят, или протекают очень медленно. Что касается
озона, его исчезновения, то наиболее опасными для него являются
образующиеся при этих преобразованиях окислы азота. Так, за период с
1952 по 1971 г. в результате ядерных взрывов в атмосфере образовалось
около 3 млн т. окислов азота. Дальнейшая судьба их такова: они в
результате перемешивания атмосферы попадают на разные высоты, в том
числе и в атмосферу. Там они вступают в химические реакции с участием
озона, приводя к его разрушению.

Сжигание топлива и озон.

Закись азота обнаруживается и в дымовых газах электростанций.
Собственно, о том, что окись и двуокись азота присутствуют в продуктах
сгорания, было известно давно. Но эти высшие окислы не влияют на озон.
Они, конечно, загрязняют атмосферу, способствуют образованию в ней
смога, но довольно быстро удаляются из тропосферы. Закись же азота, как
уже говорилось, опасна для озона. При низких температурах она образуется
в таких реакциях:

N2 + O + M = N2O + M,

2NH3 + 2O2 =N2O = 3H2.

Масштаб этого явления очень значителен. Таким путём в атмосфере ежегодно
образуется примерно 3 млн т. закиси азота! Эта цифра говорит о том, что
этот источник разрушения озона существенный.

Озонная дыра над Антарктикой.

О значительном уменьшении общего содержания озона над Антарктикой
впервые было сообщено в 1985 г. Британской антарктической службой на
основании анализа данных озонометрической станции Хэлли-Бей (76 гр. ю.
ш.). Уменьшение озона наблюдалось этой службой и на Аргентинских
островах (65 гр. ю. ш.).

С 28 августа по 29 сентября 1987 г. было выполнено 13 полётов
самолёта-лаборатории над Антарктикой. Эксперимент позволил
зарегистрировать зарождение озонной дыры. Были получены её размеры.
Исследования показали, что наибольшее уменьшение количества озона имело
место на высотах 14 - 19 км. Здесь же приборы зарегистрировали
наибольшее количество аэрозолей (аэрозольные слои). Оказалось, что, чем
больше имеется аэрозолей на данной высоте, тем меньше там озона. Самолёт
- лаборатория зарегистрировал уменьшение озона, равное 50%. Ниже 14 км.
изменений озона было несущественным.

Уже к началу октября 1985 г. озонная дыра (минимум количества озона)
охватывает уровни с давлением от 100 до 25 гПа, а в декабре диапазон
высот, на которых она наблюдается, расширяется.

Во многих экспериментах измерялось не только количество озона и других
малых составляющих атмосферы, но и температуры. Была установлена самая
тесная связь между количеством озона в стратосфере и температурой
воздуха там же. Оказалось, что характер изменения количества озона тесно
связан с тепловым режимом стратосферы над Антарктидой.

Образование и развитие озонной дыры в Антарктиде наблюдали английские
учёные и в 1987 г. Весной общее содержание озона уменьшилось на 25%.

Американские исследователи проводили измерения в Антарктике зимой и
ранней весной 1987 г. озона и других малых составляющих атмосферы (HCl,
HF, NO, NO2, HNO3, ClONO2, N2O, CH4) c помощью специального
спектрометра. Данные этих измерений позволили очертить область вокруг
Южного полюса, в которой количество озона уменьшено. Оказалось, что эта
область совпадает практически в точности с крайним полярным
стратосферным вихрем. При переходе через край вихря резко менялось
количество не только озона, но и других малых составляющих, оказывающих
влияние на разрушение озона. В пределах озонной дыры (или, другими
словами, полярного стратосферного вихря) концентрация HCl, NO2 и азотной
кислоты была значительно меньше, чем за пределами вихря. Это имеет место
потому, что хлорины в продолжении холодной полярной ночи разрушают озон
в соответствующих реакциях, выступая в них как катализаторы. Именно в
каталитическом цикле с участием хлора происходит основное уменьшение
концентрации озона (по крайней мере 80% этого уменьшения).

Эти реакции протекают на поверхности частиц, составляющих полярные
стратосферные облака. Значит, чем больше площадь этой поверхности, т. е.
чем больше частиц стратосферных облаков, а значит, и самих облаков, тем
быстрее в конце концов распадается озон, а значит, тем эффективнее
образуется озонная дыра.

Пресса: Озоновая "дыра" над Антарктидой... стала еще больше, чем
прежде.. Сейчас "дыра" достигла размера около 17 миллионов квадратных
километров, что на 5% больше, чем в 1996 году, когда ее размеры были
максимальными. Обычно размера "дыры" увеличиваются, когда в южное
полушарие приходит весна, как сейчас. Однако из года в год ее размеры
увеличиваются…

Заключение.