Разрушение озонового слоя и меры по его предотвращению

Эффективность водных пищевых цепей в решающей степени определяется продуктивностью их начального звена – фитопланктона. Расчеты показывают, что в случае 25%-го разрушения стратосферного озона следует ожидать 35%-го снижения первичной продуктивности в поверхностных слоях океана и 10%-го снижения во всем слое фотосинтеза. Значимость прогнозируемых изменений становится очевидной, если принять во внимание, что фитопланктон утилизирует более половины углекислого газа в процессе глобального фотосинтеза, и лишь 10-го снижения интенсивности этого процесса эквивалентно удвоению выброса углекислого газа в атмосферу в результате сжигания полезных ископаемых. Кроме того, ультрафиолетовая радиация подавляет продукцию фитопланктоном диметилсульфида, играющего важную роль в формировании облачности. Последние два феномена могут вызвать долговременные изменения глобального климата и уровня Мирового океана.

Из биообъектов вторичных звеньев водных пищевых цепей ультрафиолетовое излучение способно непосредственно поражать икру и мальков рыб, личинки креветок, устриц и крабов, а также других мелких животных. В условиях истощения стратосферного озона прогнозируется рост и гибель мальков промысловых рыб и, кроме того, снижение улова в результате уменьшения первичной продуктивности Мирового океана.

В отличие от водных организмов, высшие растения могут частично адаптироваться к увеличению интенсивности естественной ультрафиолетовой радиации, однако в условиях 10-20%-й редукции озонового слоя у них наблюдается торможение роста, уменьшение продуктивности и изменения состава, снижающие пищевую ценность. Чувствительность к ультрафиолетовой радиации может существенно различаться как у растений разных видов, так и у разных линий одного вида. Культуры, районированные в южных регионах, более резистентные по сравнению с районированными в зонах умеренного климата.

Очень важную, хотя и посредственную, роль в формировании продуктивности сельскохозяйственных растений играют почвенные микроорганизмы, оказывающие значительное влияние на плодородие почв. В этом смысле особый интерес представляют фототрофные цианобактерии, обитающие в самых верхних слоях почв и способные утилизировать азот воздуха с последующим использованием его растениями в процессе фотосинтеза. Эти микроорганизмы (особенно на рисовых полях) подвергаются непосредственному воздействию ультрафиолетовой радиации. Радиация способна инактивировать ключевой фермент ассимиляции азота – нитрогеназу. Таким образом, в результате разрушения озонового слоя следует ожидать уменьшение плодородия почв. Весьма вероятным является также вытеснение и отмирания других полезных форм почвенных микроорганизмов, чувствительных к ультрафиолетовой радиации, и размножением устойчивых форм, часть которых может оказаться патогенными.

Для человека естественная ультрафиолетовая радиация фактором риска уже при существующем состоянии озонового слоя. Реакции на ее воздействие разнообразны и противоречивы. Некоторые из них (образование витаминами Д, увеличение общей неспецифической резистентности, лечебный эффект при некоторых кожных заболеваниях) улучшает состояние здоровья, другие (ожоги кожи и глаз, старение кожи, катаракто- и канцерогенез) ухудшают его.

Типичной реакцией на переоблучение глаз является возникновение фотокератоконьюнктивита – острого воспаления наружных оболочек глаза (роговицы и конъюнктивы). Он обычно развивается в условиях интенсивного отражения солнечного света от естественных поверхностей (снежное высокогорье, арктические и пустынных зоны) и сопровождается болевыми ощущениями или ощущением постороннего тела в глазу, слезотечением, светобоязнью и спазмом век. Ожог глаз можно получить за 2 часа в заснеженных зонах и за 6 – 8 часов в песчаной пустыне.

Длительное воздействие ультрафиолетовой радиации на глаз может вызвать возникновение катаракты, дегенерацию роговицы и сетчатки, птеригий (разрастание ткани конъюнктивы) и меланому сосудистой оболочки глаза. Хотя все эти заболевания очень опасны, чаще других встречается катаракта, обычно развивающаяся без видимых изменений роговицы. Увеличение частоты катаракт считают основным следствием разрушения стратосферного озона по отношению к глазу .

В результате переоблучения кожи развивается асептическое воспаление, или эритема, сопровождающаяся помимо болевых ощущений изменениями тепловой и сенсорной чувствительности кожи, угнетением потоотделения и ухудшением общего состояния. В умеренных широтах эритему можно получить за полчаса на открытом солнце в середине летнего дня. Обычно эритема развивается с латентным периодом 1 – 8 часов и сохраняется около суток. Величина минимальной эритемной дозы растет с увеличением степени пигментации кожи.

Важный вклад в канцерогенный эффект ультрафиолетовой радиации вносит ее иммуносупрессивное действие. Из 2-х существующих типов иммунитета – гуморального и клеточного лишь последний подавляется в результате воздействия ультрафиолетовой радиации. Факторы гуморального иммунитета либо остаются индифферентными, либо в случае хронического облучения в малых дозах активируются, способствуя повышению общей неспецифической резистентности. Помимо снижения способности отторгать раковые клетки кожи (агрессивность против других типов раковых клеток не изменяется) индуцированная ультрафиолетовой радиацией иммуносупрессия может подавлять кожные аллергические реакции, снижать резистентность к инфекционным агентам, а также изменять характер протекания и исход некоторых инфекционных заболеваний.

В результате разрушения стратосферного озона следует ожидать снижения сопротивляемости населения ряду инфекционных заболеваний. Как минимум, в их число необходимо включить болезни с кожной фазой развития или зависящие от клеточного иммунитета: корь, ветряная оспа, герпес и другие вирусные заболевания с кожной сыпью, индуцируемые через кожу паразитарные болезни типа малярии и лейшманиоза, а также зависящие от клеточного иммунитета туберкулез и некоторые грибковые заболевания.

Естественная ультрафиолетовая радиация ответственна за основную часть опухолей кожи, частота которых у белого населения близка к суммарной частоте опухолей всех других типов, вместе взятых. Существующие опухоли подразделяются на два вида: немеланомные (базальноклеточный и плоскоклеточный раки) и злокачественную меланому. Опухоли первого вида преобладают количественно, Слабо метастазируют и легко излечиваются. Частота меланом относительно не велика, однако они быстро растут, рано метастазируют и дают высокую смертность. Так же как и для эритемы, для рака кожи характерна четкая обратная корреляция между эффективностью облучения и степенью пигментатированности кожи. Частота опухолей кожи у негритянского населения более чем в 60 раз, у латиноамериканского – в 7 – 10 раз ниже, чем у белого населения в той же широтной зоне при практически одинаковой частоте опухолей, отличных от рака кожи. Помимо степени пигментатированности, факторами риска для возникновения рака кожи являются наличие родинок, пигментных пятен и веснушек, слабая способность к загару, голубой цвет глаз и рыжий цвет волос.

Ультрафиолетовая радиация играет важную роль в обеспечении организма витамина Д, регулирующим процесс фосфорно-кальциевого обмена. Дефицит витамина Д вызывает рахит и кариес, а также играет важную роль в патогенезе представительной железы, дающей высокую смертность.

Роль ультрафиолетового излучения в обеспечении организма витамином Д нельзя компенсировать лишь за счет потребления его с пищей, поскольку процесс биосинтеза витамина Д в коже является саморегулирующимся и исключает возможность возникновения гипервитаминоза. Это заболевание вызывает отложения кальция в различных тканях организма с их последующим некротическим перерождением.

При возникновении дефицита витамина Д необходима доза ультрафиолетовой радиации, составляющая примерно 60 минимальных эритемных доз в год на открытые участки тела. Для белого населения в умеренных широтах это соответствует ежедневному пребыванию на открытом солнце по полчаса в середине дня с мая по август. Интенсивность синтеза витамина Д убывает с увеличением степени пигментативности, у представителей различных этнических групп может различаться более чем на порядок. Вследствие этого пигментация кожи может быть причиной недостаточности витамина Д у цветных иммигрантов в умеренных и северных широтах.

Наблюдающиеся в настоящее время увеличение степени истощения озонового слоя свидетельствует о недостаточности предпринимаемых усилий по его защите

Состояние озонового слоя над Россией и прилегающими территориями

Мониторинг общего содержания озона (ОСО) над странами СНГ в оперативном режиме проводит Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО) Росгидромета. В качестве наблюдений используются оперативные данные, полученные сетью СНГ фильтровых озонометров М-124, работающей под методическим руководством Главной геофизической обсерватории Росгидромета. Качество работы системы оперативно контролируется с использованием наблюдений с помощью спутниковой аппаратуры TOMS и OMI (США, NASA). Последние данные  используются в ЦАО также для оценки качества наблюдений на отечественной сети. Кроме оперативной информации, для диагностики и анализа озоновой обстановки используются также данные наблюдений мировой озонометрической сети, хранящиеся во Всемирном центре данных ВМО по озону и ультрафиолетовой радиации (WOUDC; Канада), а также аппаратуры TOMS на ИСЗ Nimbus-7 (ноябрь 1978 г. – апрель 1993 г.), Метеор-3 (август 1991 г. – ноябрь 1994 г.) и Earth-Probe (с августа 1996 г. по 2005 г.). При расчете отклонений ОСО над территорией России от «норм» в качестве последних использованы средние значения в период 1974-1984 гг.

Изменчивость общего содержания озона над странами СНГ.

В 2005 г. оперативные наблюдения ОСО над территорией СНГ проводили на 32 станциях (в т.ч., на 11 вне территории России). Для анализа полей озона использованы только те данные, которые признаны удовлетворительными (путем сравнения с данными близлежащих станций и спутниковых измерений). Как и в предыдущие годы, результаты анализа изменчивости полей ОСО ежеквартально публиковались в журнале «Метеорология и гидрология».

Средние значения ОСО в первом квартале 2005 г. над контролируемой территорией были близки к «нормам», кроме станции Мурманск. Низкие средние за квартал значения регистрировались лишь на северо-западе Европейской части территории РФ (ниже средних многолетних значений на 10 % и более). Дефицит значения ОСО на станции Мурманск в феврале составил 29 %, а в среднем за квартал – 17 %. В середине первой декады марта над центральной Сибирью в течение несколько суток наблюдались аномально низкие ежедневные значения ОСО. Дефицит ОСО в центре аномалии превышал 30 %, а ее площадь достигала до 1,5 млн. км2.

Средние значения ОСО во втором квартале над большей частью контролируемой территории не превышали «нормы». Над районами Западной и Центральной Сибири средние за квартал значения ОСО были ниже «норм» на 7 % и более. Аномально низкие средние за квартал значения ОСО наблюдалось на станциях Ханты-Мансийск, Омск, Красноярск, Витим, Марково; дефицит среднеквартальных значений ОСО здесь составил 7-11 %.

В третьем квартале средние значения ОСО над контролируемой территорией, в основном, были близки к «нормам»; лишь на станциях Омск и Красноярск дефицит среднеквартальных значений ОСО был достаточно высок – 7-8 %.

В четвертом квартале средние значения ОСО над северными регионами и районами Центральной и Западной Сибири были ниже «норм», над остальными районами – близки к средним многолетним значениям. Аномально низкие средние за квартал значения ОСО наблюдались на станциях Мурманск, Санкт-Петербург, Омск и Тура; дефицит составил 9-16 %.

Региональные особенности состояния озонового слоя над территорией РФ

Анализ полученных результатов измерений общего содержания озона (ОСО) на озонометрических станциях России в 2005 г., также как в 2000-2004 гг., был произведен на основе разделения поля ОСО над территорией РФ на регионы со сравнительно однородным содержанием озона в каждом из них: Север Европейской территории России (5 станций) и Юг ЕТР (6 станций), Западная Сибирь (5 станций), Восточная Сибирь (6 станций) и Дальний Восток (6 станций).

В таблице 2.прил.5 приведены ежемесячные значения ОСО за 2005 г. в регионах; отклонения в процентах от нормы, а также ранее рассчитанная для каждого региона и для каждого месяца норма (средние многолетние значения за 1973-2002 гг. и среднеквадратичные отклонения (СКО), как оценка временной изменчивости ОСО).

Возможность использовать в качестве «нормы» средние многолетние значения за 30 летний период с 1973 по 2002 г., подтверждается тем, что средние значения за период 1973-2005 гг. отличаются от принятой «нормы» не более чем на 1 %. Все превышения и понижения в содержании ОСО даются со знаком «+» или «–» по сравнению с нормой.

На Севере ЕТР содержание озона в течение всего 2004 года было заметно ниже нормы. Самые низкие значения ОСО наблюдались в январе и феврале (–13 % и –18 % соответственно), а также с октября по декабрь (от –12 % до –11 %). Сравнительно высокое содержание озона наблюдалось в апреле (+5,2 %).

На Юге ЕТР в течение года содержание озона было близким к норме. Наиболее высокое содержание озона наблюдалось в марте (+10 %), самое низкое в апреле (–6,1 %).

В Западной Сибири преобладали пониженные значения озона, наиболее низкие значения ОСО наблюдались весной, в мае (–9,1 %). Значения ОСО выше нормы наблюдались только в начале года, в феврале до +5,2 %.

В Восточной Сибири с марта по ноябрь содержание озона было пониженным, наиболее низкое содержание озона было отмечено осенью в сентябре (–6,1 %) и октябре (–6 %). В то же время, высокое содержание озона наблюдалось в зимние месяцы. В феврале и декабре содержание озона было выше нормы на 8 %.