23 июля 2009 года

Что надо знать об озоне

Международное сотрудничество помогает предотвратить экологический кризис

 

Озоновая дыра над Антарктикой (снимок 24 сентября 2006 года). Желтым и зеленым цветом обозначен высокий уровень озона, синим и лиловым - низкий

Озоновая дыра над Антарктикой (снимок 24 сентября 2006 года). Синим и лиловым цветом обозначен низкий уровень озона

Вашингтон. В 1980-х годах ученые обнаружили, что в результате деятельности человека истощается защитный озоновый слой в атмосфере Земли. Правительства стран всего мира договорились ограничить производство и применение около 100 веществ, разрушающих озон.

Монреальский протокол, ратифицированный 191 государством, помог сократить производство озоноразрушающих химических веществ более чем на 95 процентов – с более чем 1,8 млн. тонн в 1987 году до 83 000 тонн в конце 2005 года, по данным Всемирной метеорологической организации. Благодаря этому толщина озонового слоя над большей частью земного шара не уменьшалась с 1998 года, и, согласно прогнозам, она вернется к уровню 1980 года между 2050 и 2075 годами.

Это, возможно, первый зарегистрированный случай того, как правительства по всему миру успешно сотрудничают в преодолении неизбежного глобального экологического кризиса (см. статью “Монреальский протокол может стать образцом подхода к изменению климата”).

Главное об озоне

• Что такое озон?

Озон – природный газ, присутствующий в атмосфере Земли. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода O₃. Озон образуется, когда ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулу кислорода O₂, высвобождая два атома кислорода O. Каждый из свободных атомов кислорода соединяется с молекулой кислорода, в результате чего получается озон: O + O₂ = O₃. Возникновение озона уравновешивается его уничтожением атмосферными газами, такими как хлор и бром.

• Где находится озон?

Десять процентов озона находится в нижних слоях атмосферы (тропосфере), между земной поверхностью и высотой от 10 до 16 километров. Девяносто процентов озона находится в стратосфере, начиная с верхних слоев тропосферы и до высоты 50 километров.

Стратосферный озон – то, что ученые называют озоновым слоем – имеет неодинаковую толщину над Землей. Озоновый слой над Антарктидой наиболее тонок из-за уникальных атмосферных условий, которые способствуют концентрации химических веществ, уничтожающих озон.

• На что влияет озон?

В зависимости от местонахождения в атмосфере озон может и помогать жизни на Земле, и наносить ей ущерб. В тропосфере озон выступает главным образом в качестве загрязнителя, входя в состав смога, который вредит дыхательной системе животных и замедляет рост растений. (Количество естественно возникающего озона в тропосфере слишком невелико, чтобы угрожать здоровью человека или окружающей среде. Большая часть вредного озона, входящего в состав смога, образуется при воздействии солнечных лучей на углеводороды и окислы азота – побочные продукты работы автомобилей и электростанций на ископаемом топливе.)

В стратосфере озон поглощает часть биологически вредного ультрафиолетового излучения Солнца (излучения УФ-Б), защищая растения и животных от целого ряда негативных последствий, таких как рак кожи и катаракта у людей.

Содержание невелико – влияние существенно

Если взять все молекулы озона в атмосфере, опустить их на земную поверхность и равномерно распределить по ней, озоновый слой будет иметь толщину меньше чем в полсантиметра. Тем не менее ученые считают, что жизнь на Земле, вероятно, не могла бы возникнуть и существовать, не будь защитного озонового слоя в стратосфере. Его истощение антропогенными газами вызывало особую тревогу у ученых, принимая во внимание критическое значение озона для жизни на Земле.

Наибольший ущерб стратосферному озону наносят хлор- и бромсодержащие газы. В 1974 году Марио Молина и Шервуд Роуленд обнаружили, что одними из самых разрушительных хлорных газов являются хлорфторуглероды (ХФУ) – синтетические вещества, используемые в качестве пропеллентов в аэрозолях и хладагентов в холодильниках и кондиционерах. В 1985 году Джозеф Фарман и его коллеги обнаружили резкое истощение озонового слоя над Антарктикой – озоновую дыру, возникшую в результате  реакции озона с хлором и бромом, содержащимися в ХФУ и других антропогенных газах.

ХФУ были разработаны в 1930-х годах и использовались в промышленных, коммерческих и бытовых целях, поскольку они нетоксичны, негорючи и не вступают в реакцию с другими химическими соединениями вблизи земной поверхности.

“Благодаря своим свойствам вновь открытые соединения пользовались широкой популярностью”, – сообщила веб-сайту America.gov Энн Дугласс, заместитель научного руководителя проекта спутника НАСА “Aura”, который наблюдает за химическим составом верхних и нижних слоев атмосферы Земли.

До изобретения ХФУ в холодильниках применялись опасные газы типа аммиака, сказала Дугласс. ХФУ, с другой стороны, сравнительно инертны и нереактивны вблизи земной поверхности. “Эти соединения опасны для о?она потому, что они не разрушаются ниже высоты в 30 километров, то есть по той самой причине, по которой они безопасны для людей”, – рассказала Дугласс.

Попав в атмосферу, ХФУ медленно всплывают вверх: газам, выделяющимся на поверхности Земли, требуется пять-шесть лет, чтобы достигнуть стратосферы. Под воздействием излучения УФ-Б в стратосфере из молекулы ХФУ высвобождается атом хлора. Реагируя с молекулой озона O₃, атом хлора расщепляет ее и образует обычную молекулу кислорода O₂ плюс молекулу окиси хлора Cl+O, ни одна из которых не поглощает излучение УФ-Б.

Изолированный атом кислорода O может вступать в реакцию с окисью хлора, высвобождая атом хлора и образуя обычную молекулу кислорода O₂. Высвободившийся хлора теперь может расщепить еще одну молекулу озона O₃. Один атом хлора способен повторять этот цикл много тысяч раз, уничтожая много тысяч молекул озона.

Монреальский протокол

16 сентября 1987 года представители 24 государств подписали Монреальский протокол о веществах, разрушающих озоновый слой, ограничивающий производство и применение около 100 веществ, которые уничтожают стратосферный озон. Это соглашение уже ратифицировала 191 страна. (В 1978 году Соединенные Штаты запретили использование ХФУ в качестве пропеллентов практически во всей аэрозольной продукции, изготавливаемой в США.)

В докладе, подготовленном в 2006 году под эгидой Всемирной метеорологической организации, международные научные эксперты отметили первые признаки восстановления озона в стратосфере.

“В результате Монреальского протокола общее количество озоноразрушающих газов в атмосфере в последние годы начало снижаться, – указывается в докладе под названием ‘Научная оценка разрушения озонового слоя’. – Если страны мира будут продолжать следовать положениям Монреальского протокола, это сокращение будет продолжаться в течение всего 21-го века”.

ХФУ могут оставаться в атмосфере до 100 лет, поэтому потребуется гораздо больше времени, чтобы увидеть все последствия снижения выбросов ХФУ для восстановления озонового слоя.