Природа. Озоновая дыра

Озон представляет собой газ, напоминающий по химической структуре кислород, но его молекула состоит не из двух, а из трех кислородных атомов. Озон активно образуется из кислорода на высотах в несколько десятков километров над земной поверхностью под действием ультрафиолетового излучения Солнца.

В результате высоко в атмосфере появляется прослойка с повышенной концентрацией данного газа, в 10 раз превышающей его концентрацию у поверхности планеты. Наибольшей плотности озоновый слой достигает на отметке 20—22 км, а максимальная его высота составляет 50 км. Этот слой, обладающий массой 3 млрд т, образует особую обол очку планеты, так называемую озоносферу, которую обычно обозначают как озоновый экран.

Условия озоносферы в низких широтах определяются наличием метанной группы, блокирующей появление хлора из молекул фреона. Поэтому озоновые дыры возникли именно у полюсов.

Выбор названия учеными неслучаен, потому что озоновый экран действительно выполняет защитные функции. Он интенсивно поглощает ультрафиолетовое излучение, которое губительно воздействует на живые клетки.

Полное разрушение озоносферы или значительное изменение плотности этого слоя неизбежно привело бы к массовой гибели всех наземных форм жизни и в первую очередь человека. Вот почему ученые встревожились, когда в 1982 году в озоносфере над Антарктидой было обнаружено обширное по площади пространство с пониженным содержанием озона.

Концентрация этого газа здесь в 2 раза ниже, чем в соседних областях озоносферы. Это пространство получило название озоновой дыры. Спустя некоторое время ученые обнаружили аналогичное образование в небе над Северным Ледовитым океаном. К счастью, арктическая озоновая дыра имеет гораздо меньшие размеры, чем антарктическая, и концентрация в ней озона относительно велика. Но это не успокаивает экологов, потому что оба образования непрерывно растут.

Высота озонового экрана неодинакова над различными участками планеты, что связано с неоднородной слоистостью атмосферы. Последняя мощнее у экватора, где слой озона начинается на высоте 17—18 км.

Скорость расширения антарктической озоновой дыры особенно беспокоит ученых. С 1987 года, когда удалось впервые произвести соответствующие замеры, она составляет 4% в год. Сегодня площадь угрожающего человечеству образования достигла такой величины, что выходит далеко за пределы Антарктиды. Общее количество озона, потерянного атмосферой за последнее столетие, равняется, видимо, 5% от изначального.

Если рост дыр над обоими полюсами продолжится такими же темпами, в ближайшее время можно ожидать экологической катастрофы. Замедлить процесс разрушения озоносферы и даже остановить его получится только в том случае, если удастся полностью раскрыть его причины. Здесь, к сожалению, мы можем оперировать пока лишь догадками.

Как выяснилось, на плотность озонового экрана влияют и потенциально могут влиять многие факторы, связанные как с деятельностью человека, так и с природными явлениями.

Около 1 млрд лет назад в результате выделения кислорода водорослями океана количество этого газа в атмосфере составило приблизительно 1% от общего объема смеси первичного воздуха, благодаря чему над Землей появился озоновый экран, который впоследствии позволил живым организмам начать активно осваивать сушу.

В конце 80-х годов прошлого века закрепилось мнение о том, что состояние озонового экрана планеты определяется исключительно антропогенным влиянием, иными словами, зависит только от деятельности человека. При этом выделяются два главных разрушительных фактора — чрезмерная вырубка лесов и загрязнение атмосферы. Перевырубка леса ведет к дефорестации, то есть неуклонному сокращению площади лесных массивов планеты, служащих поставщиками атмосферного кислорода. Чем меньше вырабатывается кислорода, тем менее активно восстанавливается нарушенный слой озона.

Техногенное загрязнение атмосферы выступает в качестве ведущего разрушительного фактора, поскольку многие промышленные газовые выбросы (аэрозоли и фреоны холодильной техники) интенсивно разлагают озон. Фреоны наиболее опасны, поскольку содержат хлор, «отнимающий» у озона один из его атомов. При этом каждый ион хлора в состоянии расщепить таким образом до 100 тысяч молекул озона.

Тропосфера — это нижний слой атмосферы. Ее протяженность составляет 12 км.

Значительно менее активны такие загрязнители, как азотистые соединения. Например, один ион диоксида азота способен расщепить лишь 10 молекул озона.

Но и эта величина считается экологами значительной, тем более что за последние 100 лет количество окисей и прочих соединений азота в атмосфере в сравнении с первоначальным возросло на 8%. Общее количество азотистых соединений, ежегодно выбрасываемых в атмосферу промышленными предприятиями, составляет свыше 65 млн т.

Аэрозоли представлены разными химическими соединениями, но любое из них представляет опасность, поскольку относительно легко вступает в бурную реакцию с озоном. Всего в атмосферу каждый год поступает до 1,2 млрд т аэрозолей разной химической природы. За последние 100 лет концентрация этих веществ в высоких слоях воздуха возросла в 2 раза.

В последнее время взгляды ученых на причину образования и расширения озоновых дыр претерпели значительные изменения. Ученые нашли более серьезные источники угрозы для безопасности нашей планеты. Прежде всего необходимо отметить возросшее потребление кислорода (а именно он служит основой для синтеза озона) техникой, основанной на получении энергии от сгорания различных органических веществ.

По скромным оценкам, расход кислорода превышает его приход как минимум в 1000 раз. К настоящему моменту человечество уже израсходовало порядка 15% атмосферных запасов кислорода.

Важным фактором разрушения озонового экрана признаны активные загрязнители, которые попадают в область максимальной концентрации озона в результате полетов космических ракет и стратосферной авиации. В первую очередь это касается твердотопливных ракет для космических челноков.

Фреоны, состоящие из атомов углерода, фтора и хлора, на больших высотах под действием ультрафиолета Солнца разлагаются с выделением хлора, расщепляющего озоновые молекулы.

Проведенные учеными не так давно подсчеты показали, что каждая система ракета-носитель — космический челнок выбрасывает в воздух до 190 т хлора в виде фреонов и прочих соединений, а также 7 т окислов азота. Масса аэрозолей, которые привносятся в высшие слои атмосферы за один полет «Шаттла» ускорителями этого корабля, достигает 180 т! Следовательно, в результате одного запуска челнока разрушается примерно 10 млн т озона.

Исследования вулканологов, проведенные в середине 90-х годов прошлого века, выявили зависимость между количеством извержений «огненных гор» и сокращением озона в атмосфере. Из вулканов в озоносферу поступают хлор и прочие вредные газы, способствующие росту арктической и антарктической дыр.

Фреоны наиболее опасны из всех загрязнителей, поскольку содержат хлор, каждый ион которого в состоянии расщепить до 100 тысяч молекул озона. Значительно менее активны такие загрязнители, как азотистые соединения. Например, один ион диоксида азота способен расщепить лишь 10 молекул озона.

Это открытие показывает, что разнообразные естественные процессы, такие как вулканические извержения и прочие, так или иначе влияющие на физико-химические свойства воздушной оболочки нашей планеты, тоже могут изменить плотность озонового экрана. Поэтому главная причина образования и роста озоновых дыр сегодня остается загадкой для науки.