§ 3. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ

На высоте 18 - 26 км под действием ультрафиолетового излучения Солнца в атмосфере возникает озоновой слой. Если привести весь озон к нормальному давлению на поверхность Земли, то толщина озонового слоя окажется равной 3-4 мм. Его общая масса

167

Рис. 10.10. Поглощение УФ-излучения атмосферой.<br>В атмосфере УФ-излучение Солнца почти полностью поглощается кислородом и озоном
Рис. 10.10. Поглощение УФ-излучения атмосферой.
В атмосфере УФ-излучение Солнца почти полностью поглощается кислородом и озоном

меньше одной миллионной доли массы всей атмосферы. Тем не менее это надежный щит, который не только оберегает все живое на планете от прямого разрушения под действием жесткого ультрафиолетового излучения (проходит к Земле 1 % этого излучения) (рис. 10.10), но и предохраняет эволюцию от вредных мутаций.

Уменьшение озонового слоя на 1 % влечет за собой увеличение ультрафиолетового излучения на 1,5%. Полное исчезновение озонового слоя, несомненно, означало бы прекращение высших форм жизни на Земле. Даже его утоныпение приводит к росту числа раковых заболеваний, гибели одноклеточных организмов, входящих в различные экосистемы, воздействию на генетический код живых организмов и увеличению числа мутаций.

Тепловой режим атмосферы и ее динамика в значительной степени определяются способностью озона поглощать ультрафиолет. Утоныпение озонового слоя приведет к увеличению нагрева Земли, усилению ветра, циркуляции воздушных масс в атмосфере, наступлению пустынь.

В 1992 г. был опубликован доклад Программы ООН по окружающей среде. В нем, в частности, говорилось, что к 2000 г. толщина озонового слоя может уменьшиться на 5-10%. Это приведет к увеличению вирусных заболеваний, в том числе СПИДом, раку кожи (дополнительно 300 тыс. случаев ежегодно) и катаракте, расстройству иммунной системы и росту числа инфекционных заболеваний, а также снижению урожаев в сельском хозяйстве.

168

Рис. 10.11. Измерения концентрации озона над антарктической станцией "Халли-Бей". Концентрация озона в атмосфере над антарктической станцией "Халли-Бей" измерялась в октябре, когда в Южном полушарии наступает весна и Солнце возвращается на континент. Снижение концентрации озона наблюдалось на протяжении более чем десятилетнего периода до опубликования в 1985 г. статьи, объявившей о существовании озоновой дыры
Рис. 10.11. Измерения концентрации озона над антарктической станцией "Халли-Бей".
Концентрация озона в атмосфере над антарктической станцией "Халли-Бей" измерялась в октябре, когда в Южном полушарии наступает весна и Солнце возвращается на континент. Снижение концентрации озона наблюдалось на протяжении более чем десятилетнего периода до опубликования в 1985 г. статьи, объявившей о существовании озоновой дыры

В 1999 г. сообщалось, что содержание озона за 20 лет уменьшилось на 10-20%.

Впервые озоновую дыру над Антарктидой обнаружили со спутников в 1979 г. Открыл озоновую дыру исследователь британской арктической службы Джозеф Чарльз Фарман. Мир узнал о ней в 1985 г. Исследования показали, что над Антарктидой уровень озона сократился на 40%, а за месяц (с октября по ноябрь) - на 60% (рис. 10.11).

Площадь озоновой дыры растет, и в октябре 1997 г. она занимала 5 млн км2, что равно площади США. Эта дыра перемещается и, когда она появляется над Австралией, число заболеваний раком кожи там увеличивается. В 1995 г. площадь этой дыры возросла уже до 25 млн км2 и вдвое превысила размеры Европы. В 1999 г. плошадь дыры возросла до 27,3 млн км2, что в 1,5 раза больше площади России. Замечена меньшая по размерам озоновая дыра и над Шпицбергеном.

В 1992 г. специалисты американского Управления по аэрокосмическим исследованиям сообщили, что ими зафиксирован самый высокий за последнее время уровень концентрации в атмосфере химических веществ, которые разрушают озоновый слой

169

Земли. Теперь опасность распространяется на густонаселенные районы Северной Америки, Европы и Азии.

Зимой 1992 г. было зафиксировано снижение содержания озона над приполярными и умеренными широтами Северного полушария. Над обширными территориями площадью в несколько миллионов квадратных километров, охватывающими Санкт-Петербург, Москву, Архангельск и Ригу, концентрация озона уменьшилась на 15 - 20%.

В конце 1994 г. была открыта крупная озоновая аномалия, которая охватила огромные площади от побережья Северного Ледовитого океана до Крыма, территории Западной и Восточной Европы, СНГ и США и на протяжении многих месяцев озоновый слой уменьшился на 10 - 15%, а в отдельные месяцы - на 20 - 30%. В феврале 1995 г. над всем Северным полушарием, а особенно над рядом районов, зарегистрировано рекордное снижение озона - на 40 %. Оно держалось 25 сут., а в середине марта его количество уменьшилось на 50%.

В марте 1997 г. озоновые дыры появились над Ленинградской, Псковской и Новгородской областями, а также над Восточной Сибирью, Якутией и центром Красноярского края.

Ученые США уже прогнозируют, что если тенденции разрушения озона сохранятся, то к 2070 г. число больных раком кожи в США может достигнуть 40 млн человек.

Существует три версии разрушения озона.

1. Из-за поступления в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ). Сюда относятся в первую очередь фреоны, получившие широкое распространение в холодильных установках (холодильниках, рефрижераторах), в аэрозольных баллончиках, в том числе в косметике, в огнетушителях, при производстве пенопласта, как растворители и очистители.

В 1974 г. Шервуд Роуланд, Марио Молина из Калифорнийского университета в Беркли (США) и Поль Крутцен из Германии высказали предположение, что ХФУ разрушают озон атмосферы. За эту работу в 1996 г. они были удостоены Нобелевской премии.

В 80-х годах XX в. в мире производилось 1,4 млн т ХФУ (табл. 8, рис. 10.12). Согласно докладу Гринпис в конце 1995 г. более 50% всех озоновых дыр создается тройкой развитых стран: США (31 %), Японией (12,4%) и Великобританией (9%). Среди промышленных корпораций самой вредной для озона признана американская компания "Дюпон", производственные мощности которой отвечают за 13,7 % мировых повреждений озона. В США потребление озонразрушающих веществ составляет более 8 кг на душу населения, а в Индии - 9 г.

Фреоны, попавшие в атмосферу, сохраняются там 60-100 лет. Под действием ультрафиолета они разрушаются и освобождается свободный хлор, который взаимодействует с молекулами озона.

170

Таблица 8

Важнейшие химические соединения, разрушающие озоновый слой, их области применения, объемы производства и время пребывания в атмосфере

 
 

Название
соединения
Химическая
формула
Потенциал
разрушения
озона
Область
применения
Объем мирового производства в 1985 г., т Время пребывания в атмосфере, лет
CFC-011 CFCl3 1,0 Искусственное охлаждение, аэрозоли, пены 298 000 65 - 75
CFC-012 CF2Cl2 0,9-1,0 Искусственное охлаждение, аэрозоли, пены, стерилизация, замораживание пищевых продуктов, термодатчики, устройства аварийной сигнализации, косметические препараты, пенообразующие вещества 438 000 100 - 140
CFC-013 CCl3CF3 0,8-0,9 Растворители, косметические препараты 138 500 100 - 134
CFC-014 CClF2CClF2 0,7-1,0 Искусственное охлаждение   300
CFC-014 CClF2CF2 0,4-0,6 Искусственное охлаждение, коагулянты грязи   500
Галон 1301 CBrF3 10,0-13,2 Огнетушители 2600 110
Галон 1211 CClBrF2 2,2-3,0 Огнетушители 2600 15
HCF-22 CHClF2 0,05 Искусственное охлаждение, аэрозоли, пены, огнетушители 81 200 16-20
Метилхлороформ CH3CCl3 0,15 Растворители 499 200 5,5-10
Четыреххлористый углерод CCl4 1,2 Растворители 71 200 50-69

171

 
 

Рис. 10.12. Мировое производство двух наиболее широко применяемых хлорфторуглеводородов (опубликованные данные). Производство двух наиболее широко применяемых ХФУ быстро росло вплоть до 1974 г., когда появились первые статьи, объясняющие влияние этих веществ на озоновый слой. Последующее сокращение производства ХФУ произошло в результате активных выступлений защитников окружающей среды против использования аэрозольных баллончиков, содержащих ХФУ. В США их производство было окончательно запрещено в 1978 г. Начиная с 1982 г. расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства
Рис. 10.12. Мировое производство двух наиболее широко применяемых хлорфторуглеводородов (опубликованные данные).
Производство двух наиболее широко применяемых ХФУ быстро росло вплоть до 1974 г., когда появились первые статьи, объясняющие влияние этих веществ на озоновый слой. Последующее сокращение производства ХФУ произошло в результате активных выступлений защитников окружающей среды против использования аэрозольных баллончиков, содержащих ХФУ. В США их производство было окончательно запрещено в 1978 г. Начиная с 1982 г. расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового производства

Каждый атом хлора способен уничтожить 100 тыс. молекул озона (рис. 10.13, 10.14).

2. Из-за выбросов отработанных газов суперлайнерами "Боинг" и другими с высоким потолком полета, при запуске ракетоносителей. Типичная твердотопливная ракетная система - ускорители американского "Спейс шаттла" - в процессе подъема до высоты 50 км выбрасывает 187 т хлора и его соединений, 7 т окислов азота, а также 177 т окислов алюминия в виде аэрозоля. И это только наиболее опасные для озона продукты. За один полет "Спейс шаттл" уничтожает до 10 млн т озона, а в земной атмосфере его содержится всего лишь 3 млрд т. Трехсот запусков "Спейс шаттл" достаточно, чтобы полностью уничтожить озоновый слой. В 3 - 4 раза меньшую опасность представляют российские ракетные системы "Протон", "Союз" и особенно "Энергия" (рис. 10.15).

172

Рис. 10.13. Влияние роста концентрации активного хлора на концентрацию озона в атмосфере Антарктики. С помощью оборудования, установленного на борту исследовательского самолета НАСА ER-2, совершившего полет из Пунта-Аренас, Чили (53° ю.ш.) до 73° ю.ш., одновременно измерялись концентрации монооксида хлора и озона. Данные получены 16 сентября 1987 г. С момента вхождения самолета в озоновую дыру концентрация монооксида хлора повысилась в 500 раз по сравнению с обычным уровнем, в то время как концентрация озона резко упала
Рис. 10.13. Влияние роста концентрации активного хлора на концентрацию озона в атмосфере Антарктики.
С помощью оборудования, установленного на борту исследовательского самолета НАСА ER-2, совершившего полет из Пунта-Аренас, Чили (53° ю.ш.) до 73° ю.ш., одновременно измерялись концентрации монооксида хлора и озона. Данные получены 16 сентября 1987 г. С момента вхождения самолета в озоновую дыру концентрация монооксида хлора повысилась в 500 раз по сравнению с обычным уровнем, в то время как концентрация озона резко упала
Рис. 10.14. Реальный рост концентрации неорганического хлора в стратосфере вследствие выбросов ХФУ. Сохранение объемов производства ХФУ на уровне 1986 г. приведет к увеличению концентрации хлора в стратосфере в период с 1950 по 2100 г. более чем в 60 раз. Согласно Монреальскому протоколу объемы выбросов должны быть ниже, хотя допустимый уровень содержания хлора вдвое превысит уровень 1980 г. Лондонским соглашением установлен запрет на использование ХФУ, вследствие чего начиная примерно с 2005 г. концентрация хлора в стратосфере будет снижаться
Рис. 10.14. Реальный рост концентрации неорганического хлора в стратосфере вследствие выбросов ХФУ.
Сохранение объемов производства ХФУ на уровне 1986 г. приведет к увеличению концентрации хлора в стратосфере в период с 1950 по 2100 г. более чем в 60 раз. Согласно Монреальскому протоколу объемы выбросов должны быть ниже, хотя допустимый уровень содержания хлора вдвое превысит уровень 1980 г. Лондонским соглашением установлен запрет на использование ХФУ, вследствие чего начиная примерно с 2005 г. концентрация хлора в стратосфере будет снижаться

173

Рис. 10.15. Оценка сравнительной опасности для озонового слоя от запусков различных ракетных систем (PC). Запуски ракет представляют опасность для целостности озонового слоя. Ее количественные оценки сведены в таблицу. На вертикальной оси отложен логарифм отношения предельной массы уничтожаемого озона (в тоннах) к массе выводимого на орбиту полезного груза (также в тоннах). На горизонтальной оси - логарифм одной только массы полезного груза
Рис. 10.15. Оценка сравнительной опасности для озонового слоя от запусков различных ракетных систем (PC).
Запуски ракет представляют опасность для целостности озонового слоя. Ее количественные оценки сведены в таблицу. На вертикальной оси отложен логарифм отношения предельной массы уничтожаемого озона (в тоннах) к массе выводимого на орбиту полезного груза (также в тоннах). На горизонтальной оси - логарифм одной только массы полезного груза

3. Из-за увеличения выбросов окислов азота. Мировое сообщество принимает меры по защите озонового слоя. В 1985 г. была подписана Венская конвенция, с 1 января 1989 г. вступил в силу Монреальский протокол, подписанный в 1987 г., ограничивающий производство и применение химических веществ, повреждающих озоновый слой. Оба этих документа ратифицировали более 40 стран мира, в том числе СССР. Позже, в 1991 г., на совещаниях 81 страна и Европейское сообщество согласились ликвидировать ХФУ к 2002 г. По соглашению, подписанному в Копенгагене в 1992 г., производство ХФУ в развитых странах должно было прекратиться к концу 1995 г. Однако пик наиболее разрушающего воздействия ХФУ на озоновый слой придется на начало XXI в., поскольку хлорфторуглеродам (фреонам), выброшенным в атмосферу сегодня, понадобится от 8 до 12 лет, чтобы достичь озонового слоя, где они будут храниться еще десятки лет, постепенно истощая его.

174

Rambler's Top100
Lib4all.Ru © 2010.