Разрушение озонового слоя

Озоновому слою Земли посвящено сравнительно много публикаций. В одних из них утверждается, что озоновый слой исчезает быстро и необратимо и жить человечеству осталось недолго, а в других — что озоновые дыры появлялись в разные времена и это нормальный естественный процесс, на который человечество никак повлиять не может. Так что же происходит на самом деле с атмосферным озоном?

Озон 03 (аллотропная модификация кислорода) представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода. Озон — одна из наиболее важных составляющих атмосферы Земли. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство состоит в способности поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца. С другой стороны, озон — сильнейший окислитель (попросту яд), способный отравлять ту самую флору и фауну, которую защищает, находясь в стратосфере. Отравляющее его действие приносит пользу при очистке воды от болезнетворных организмов: озонирование воды является одним из лучших способов ее очистки. Кроме того, озон обладает свойством парникового газа, вызывающего глобальное потепление климата.

С точки зрения различных функций и свойств один и тот же по химическому составу озон можно условно разделить на «плохой» и «хороший». «Плохой» озон, входящий в состав фотохимического смога многих крупных городов, находится в приземном слое тропосферы и, достигнув определенных концентраций, представляет опасность для всего живого. Однако основная часть озона сосредоточена в стратосфере, расположенной над тропосферой на высоте 8 км над полюсами, 17 км над экватором и простирающейся вверх на высоту примерно 50 км. Это — «хороший» озон, он защищает все живое от опасного ультрафиолетового излучения.

Проблема разрушения озонового слоя и образования городского смога часто обсуждается в средствах массовой информации, и это дает повод полагать, что в атмосфере Земли содержится слишком много озона. Действительно, его может оказаться слишком много в тропосфере, где он наносит вред флоре и фауне, и слишком мало там, где он выполняет защитную функцию. В целом же общее количество озона в атмосфере сравнительно мало: если его сжать до плотности воздуха у поверхности Земли, то получится слой толщиной примерно 3,5 мм. Концентрация озона в атмосфере зависит от географической широты, высоты, времени года, активности Солнца, техногенного воздействия и др. Естественные ее колебания могут достигать 25%. В стратосфере сосредоточено 90% всего озона, в тропосфере — 10%, частично в смоге. Больше всего озона находится на высоте 20—25 км, где его концентрация превышает 30 мПа, что соответствует примерно 1 молекуле озона на 100 000 молекул воздуха.

В процессе развития жизни на Земле совершенно случайно оказалось, что озон, образовавшийся в древней земной атмосфере, и клетки живых организмов поглощают биологически опасное коротковолновое излучение Солнца в одном и том же диапазоне длин волн 230—290 нм. Опасное воздействие ультрафиолетового излучения на живую клетку заключается в том, что оно повреждает молекулы ДНК, поглощающие его сильнее, чем молекулы белков клетки. С формированием озонового слоя появилась, может быть, единственная возможность во Вселенной для развития большого разнообразия живых форм, включая человека. Поэтому весьма важно представлять механизмы образования и разрушения озона.

Основной источник озона в атмосфере — молекулярный кислород 02, который под действием ультрафиолетового излучения распадается на атомы. Атомы кислорода О вступают в связь с молекулами 02, при этом синтезируются молекулы озона 03. Атомарный кислород образуется в атмосфере на высоте выше 20 км при расщеплении молекул кислорода ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 240 нм. В нижние слои атмосферы такое излучение не проникает, и здесь происходит фотодиссоциация диоксида азота под действием мягкого ультрафиолетового излучения с длиной волны более 300 нм (рис. 6.5).

Разрушение озона оксидами азота

Рис. 6.5. Разрушение озона оксидами азота

Поскольку связь атома кислорода О с молекулой 02 в озоне слабая, достаточно видимого света, чтобы молекула озона распалась на исходные составляющие. Если бы после образования озона можно было изолировать солнечное излучение, то озон сохранялся бы в атмосфере довольно долго. Так оно в действительности и происходит: накопленный за день в стратосфере озон за ночь не распадается.

Ускорению естественного распада озона способствует его взаимодействие с частицами, содержащими Cl, Вг, N0, ОН, среди которых наиболее опасны бром и особенно хлор, входящий в состав различных видов фреонов. При взаимодействии атомов хлора с озоном образуются оксид хлора и кислород (рис. 6.6). Несмотря на то что скорость диссоциации молекул фреонов в стратосфере в миллионы раз меньше скорости образования молекул озона при солнечном излучении, один атом хлора может разрушить сотни тысяч молекул озона. Происходит цепная реакция, включающая множество звеньев. Этот механизм разрушения озона имеет антропогенный характер: фреоны стали производить во второй половине XX в. и широко использовать в качестве хладагентов в холодильниках, пенообразующих веществ в огнетушителях, аэрозольных наполнителей, а также при химической чистке одежды, производстве пенопластов и т.д. Молекулы фреонов довольно устойчивы, плохо растворяются в воде и легко проходят тропосферу, достигая стратосферы, где сконцентрирован озон.

Разрушение озона соединениями хлора

Рис. 6.6. Разрушение озона соединениями хлора

Характерный пример разрушения озонового слоя Земли — антарктическая озоновая дыра, в которой истощение озона составляет более 50%. После осознания последствий разрушения озонового слоя антропогенными источниками сделаны важные шаги — приняты Венская конвенция (1985 г.) и Монреальский протокол (1987 г.), запрещающие массовое производство веществ, разрушающих озон. По мере сокращения их производства в последнее время отмечается некоторая стабилизация содержания стратосферного озона и тенденция к его восстановлению. Расчеты показывают, что процесс восстановления озона будет происходить в течение всего текущего столетия. Ускорение этого процесса — еще один важный шаг в решении сложной проблемы сохранения озонового слоя.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >