Озоносфера

Но, несмотря на такие «разногласия» в стане  врагов озона, над ними (а это значит – над всеми нами) нависла реальная опасность. Концентрации всех трех семейств в стратосфере неуклонно растут, и в результате увеличивается скорость разрушения озона в химических реакциях. Следовательно, неизбежно должна падать равновесная концентрация [3].

5 ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ: ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОЗОНОСФЕРУ

Впервые «озоновую  дыру» обнаружили над Антарктидой. В 1984 г. Джордж Фарман, член Британской антарктической экспедиции отметил  снижение концентрации стратосферного озона над станцией Халли-Бей в Антарктиде на 40%. При уточнении данных со спутника Nimbus (США), выяснилось, что сокращение концентрации озона над Антарктидой продолжается уже 10 лет. В 1985 г. был впервые опубликован доклад о том, что над Антарктикой имеется зона, испытывающая дефицит в озоне, причем зона эта растет уже с 1980 г. Это моментально стало сенсацией, и в прессе впервые возник термин «озоновая дыра». Он, конечно же, некорректный, так как и речи идти не может, чтобы какая-либо область на Земле полностью оказалась без озоновой защиты [10].

Озоновая «дыра» существует не постоянно. Она появляется в начале антарктической весны в середине октября и исчезает через месяц. На высотах 13–24 км озоновый слой разрушается полностью, а на других сильно уменьшается. Общая потеря озона может достигать 97 %, а размер «дыры» нескольких миллионов квадратных километров. «Озоновая дыра» означает лишь, что ежегодное весеннее уменьшение количества озона над Антарктидой превысило норму.

Озоновая дыра расположена именно над Антарктидой  потому, что над Южным полюсом находится самая холодная атмосфера на нашей планете. Во время полярной ночи она еще охлаждается, и в стратосфере формируются ледяные облака. Кроме того, образование озона возможно только под действием ультрафиолета, отсутствующего во время поляной ночи. Устойчивые зимние вихри над полюсом препятствуют проникновению озона из более теплых широт. С наступлением весны облака нагреваются под воздействием Солнца, и в атмосфере начинают происходить химические процессы, сильно отличающиеся от таковых в умеренных широтах. Содержание озона из-за климатических процессов значительно снижено, и озоновому слою вредит даже малое количество хлора и фтора. Содержание этих веществ над Антарктикой не уступает другим регионам планеты, а окислов азота, связывающих хлор и способных таким образом прекратить цепную реакцию разрушения озона, там из-за низкой температуры не хватает. Активное выделение азота начинается только поздней весной и летом, когда на облака попадает достаточно солнечного света. Поэтому разрушение озона прекращается до следующей весны [9].

О «дыре» говорят  тогда, когда дефицит озона превышает 30 %. С начала 90-х годов озоновая дыра постепенно увеличивалась, и к 2000 г. достигла берегов Новой Зеландии и города Пунта-Аренас в Чили. С начала тысячелетия рост ее прекратился, и сейчас ситуация определяется учеными как стабильная. По их прогнозам, при текущем уровне загрязнения атмосферы, уменьшение дыры может начаться только через 50–60 лет. Однако одновременно с этим отмечается и появление озоновой дыры над Арктическим регионом. Она значительно меньше, чем Антарктическая (чья площадь сравнима с площадью Северной Америки), и поэтому называется локальной. Еще одна такая же локальная дыра периодически отмечается над Центральной Азией. Уже само это сигнализирует, что появление озоновых дыр стало обычным явлением. Сразу же после обнаружения первой озоновой дыры были приняты решительные меры по восстановлению озонового слоя. В сентябре 1987 г. в Монреале 23 странами была подписана конвенция по сокращению и дальнейшему прекращению использования веществ, наносящих вред озоновому слою Земли. С тех пор к конвенции присоединились и другие страны, и сейчас их количество достигает 200. Многие страны ведут разработки в этом направлении, и мы можем надеяться, что скоро проблема все же будет решена. Оценки исследователей, журналистов и просто интересующихся разнообразны и зачастую противоречивы. Наряду с паникой из-за озоновых дыр, бытует и мнение, что весь ажиотаж вокруг этого вопроса надуманный. Запрет производства хлорфторуглеродов приводит к значительным убыткам компаний, производящих их. Еще в начале 90-х такие потрясения в химической промышленности казались многим неслучайными [3].

Можно сказать, что загрязнения – это поступление  в окружающую среду каких-либо веществ или энергии в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов системы жизнеобеспечения к другим, в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические. Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы – это локальная проблема больших городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ.

На сегодняшний  момент можно сделать несколько  выводов:

а) во-первых, атмосфера над Антарктидой, особенно в зимнее время имеет ряд уникальных особенностей. Там существует так называемый циркумполярный вихрь, который практически изолирует её от остальной атмосферы Земли (над Арктикой тоже возможно образование такого вихря, но здесь он гораздо менее устойчив, возникает не всегда и не так надолго). Из-за этого вихря естественный процесс переноса озона от тропических областей не работает, озон разрушается, но нет притока, компенсирующего это разрушение;

б) во-вторых, температура воздуха в антарктической стратосфере очень низка (в нижних слоях в ночные часы ниже -80 °C);

в) в-третьих, внутри циркумполярного вихря в стратосфере аномально низко содержание соединений азота и водяного пара и в то же время велико содержание компонентов хлорного цикла (может достигать десятикратной величины от концентрации этих компонентов «за стенками» вихря). Это вызывает процессы, приводящие к повышенной эффективности разложению озона компонентами обычного хлорного цикла (соединения азота нейтрализуют активные радикалы хлора) и даже к образованию специального, «димерного» хлорного цикла (он возможен только при низком содержании оксида азота).

С наступлением весны разрушается циркумполярный вихрь, повышается температура стратосферы  над Антарктидой, растёт содержание в ней соединений азота и водяного пара, прекращается димерный хлорный цикл, к южному полюсу поступает озон из более низких широт и концентрация этого газа приходит в норму. Кроме антропогенных источников хлора, большое значение для атмосферы над Антарктидой имеет постоянно действующий вулкан Эребус. Он может выбрасывать до 90 тонн хлороводорода в день. Из написанного выше можно сделать вывод, что образование «озоновой дыры» – процесс в значительной мере естественный, не связанный исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации. В первую очередь играет роль образование циркумполярного вихря. В 1988-м году, когда этот вихрь существовал удивительно короткое время, озоновой дыры над Антарктидой практически не было [14].

В. Л. Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород – «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.

Как показывает в своей работе Владимир Сывороткин, у огромных озоновых дыр над Антарктидой и прорех над Северным полушарием есть более существенные источники, нежели распыленный из баллончиков с аэрозольными дезодорантами или испарившийся из морозильной камеры фреон. Озоноразрушающими газами «дышит» Земля, причем количество таких газов, в первую очередь водорода, выбрасываемых естественным образом, несопоставимо с техногенными утечками [11].

Более того, озоновые аномалии имеют геологическое происхождение, утверждает ученый. Это разломы в земной коре, из которых с определенной цикличностью поднимается в стратосферу водород. Именно он и есть главный «виновник» периодически наблюдаемых озоновых «дыр». Водородная гипотеза и аргументы автора в ее защиту вызвали небывало острую дискуссию среди специалистов. Около ста докторов наук, представляющих самые разные области знаний, ломали голову над этой работой. Защита состоялась только с четвертой попытки.

Система рифтовых зон Земли сегодня хорошо изучена  геологами, и это дает возможность  прогнозировать расположение озонных  дыр. Так постоянство озонной дыры над Антарктидой объясняется тем, что главные каналы дегазации – срединно-океанские рифты – сближаются вокруг Антарктиды и увеличивают «водородную продувку атмосферы» в этом районе. Кроме того, на Антарктиде расположен действующий вулкан Эребус с наибольшими газовыми выбросами в атмосферу. Кстати, американская станция Мак-Мердо, следящая за состоянием атмосферы, находится у подножия этого вулкана. Учитывая повышение сейсмической активности в районе срединно-океанского рифта, В. Л. Сывороткин предсказал образование крупной озонной дыры над экваториальной зоной восточной части Тихого океана (январь 1998).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Озоновый экран  в атмосфере играет очень большую  роль: озон поглощает большую часть ультрафиолетовых лучей, губительных в больших количествах для живых организмов. Он защищает земную поверхность от охлаждения. Незначительные дозы ультрафиолетовой радиации, пропускаемой озоновым экраном, убивают микроорганизмы, но благоприятно влияют на организм человека.

В связи с  поступлением в зону озонового слоя окислов азота и фреонов, озон разрушается. В результате этого, в озоновый слой периодически образуются огромные бреши – «дыры» (например, над Антарктидой), через которые свободно проникают ультрафиолетовые и другие космические лучи, что увеличивает опасность нарушения основных жизненных процессов на Земле.

В последнюю  треть XX века обнаружено утоньшение озонового  экрана и появление в нем дыр, в частности над Антарктидой, что связано с выделением в атмосферу промышленных и бытовых отходов, вызывающих многочисленные реакции замещения озона. Сокращение озона связано с чрезмерным поступлением в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, в частности фреонов, которые широко используются в холодильных установках; сокращение количества озона связано и с использованием азота. На сегодняшний момент существует несколько проблем:

а) первая проблема – потепление климата, изменение атмосферной циркуляции;

б) вторая – загрязнение атмосферы в результате человеческой деятельности. Вся проблема заключается в том, какое соотношение между этими двумя факторами, которые определяют влияние на озоновый слой.

В наш урбанистический  век идет мощная индустриализация сельского  хозяйства. Проявляется она, в частности, и во все более интенсивном  использовании химических удобрений, в первую очередь азотистых соединений. Попадая в почву, такие удобрения (прежде всего это закись азота) распыляются, при этом некоторое количество молекул попадает в приземный воздух.

Результаты  активного использования человечеством окислов азота не заставили себя ждать. Измерения показывают, что количество в атмосфере (и, в частности, в стратосфере) растет со скоростью примерно 0,2% в год. Это значит, что, если такой темп сохранится, количество закиси азота в атмосфере удвоится через 300 лет.

Можно сказать, что загрязнения – это поступление  в окружающую среду каких-либо веществ или энергии в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов системы жизнеобеспечения к другим, в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические. Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы – это локальная проблема больших городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Хргиан, А. Х. Физика атмосферного озона / А. Х. Хргиан. – Л.: Гидрометеоиздат, 1973. – 291 с.

2 Хргиан, А. Х. Физика атмосферы / А. Х. Хргиан. – М.: Московский университет, 1981. – 216 с.

3 Данилов, А. Д. Атмосферный озон / А. Д. Данилов, И. Л. Кузнецов. –Л.: Гидрометеоиздат, 1991. – 119с.

4. Будыко, М.И., История атмосферы / М. И. Будыко, А. Б. Ронов, А. Л. Яшин. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 208 с.

5 Коропа Г. Н. Общее землеведение / Г. Н. Коропа. – Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2006. – 141с.

6 Каўрыга, П. А. Метэаралогія / П. А. Каурыга. – Мінск: БДУ, 2005. – 186 с.

7 Петров, С. П. Современные проблемы атмосферного озона / С. П. Петров. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 284 с.

8 Каўрыга, П. А. Кліматалогія / П. А. Каурыга. – Мінск: БДУ, 2008. – 215 с.