Проблемы озонового слоя и возможные методы его решения

Мораль:

1) Сопоставление  роста хлорных соединений антропогенного  происхождения в атмосфере с  изменением озона на протяжении  последних 75 лет позволяет сделать  вывод об определяющей роли  человеческой деятельности в  истощении озонового слоя в  последней четверти ХХ столетия.

2) Наиболее ярким  проявлением антропогенного воздействия  на озоновый слой стало открытие  в 1985 году Антарктической весенней  озоновой дыры, которая никогда  ранее не наблюдалась и образование  которой стало возможным только  после накопления в атмосфере  достаточного количества хлора  за счёт действия антропогенных  источников.

Охрана озонового  слоя.

Венская конвенция.

Опустим все подробности  этого документа, а лишь перечислим вещества, определенные в нем как  способствующие изменению состояния  озонового слоя.

Итак:

Считается, что  следующие химические вещества природного или антропогенного происхождения, которые перечислены в произвольном порядке, могут изменять химические и физические свойства озонового  слоя:

a) Углеродистые  соединения

1) Окись углерода (CO). Окись углерода имеет важные  естественные и антропогенные  источники и, как полагают, играет  значительную непосредственную  роль в фотохимических процессах  тропосферы и косвенную роль  в фотохимических процессах стратосферы.

2) Двуокись углерода (CO2). Двуокись углерода имеет важные  естественные и антропогенные  источники и влияет на стратосферный  озон путем воздействия на  тепловую структуру атмосферы.

3) Метан (CH4)

Метан имеет как  естественные, так и антропогенные  источники и влияет как на тропосферный, так и на стратосферный озон.

4) Неметановые виды  углеводородов

Неметановые виды углеводородов состоят из большого числа химических веществ, имеют  как естественные, так и антропогенные  источники и играют прямую роль в  фотохимических процессах тропосферы и косвенную роль в фотохимических процессах стратосферы.

b) Азотсодержащие  вещества

1) Закись азота  (N2O)

Преобладающие источники N2O являются естественными по характеру, однако их антропогенное влияние  приобретает все большее значение. Закись азота - основной источник стратосферных NOx, которые играют ключевую роль в  регулировании количества стратосферного озона;

2) Окиси азота  (NOx)

Наземные источники NOx играют важную непосредственную роль лишь в фотохимических процессах  тропосферы, а косвенную роль - в  фотохимии стратосферы, причем ввод NOx вблизи тропопаузы может непосредственно  привести к изменениям озона в  верхних слоях тропосферы и стратосферы.

c) Хлорсодержащие  вещества

1) Полностью галоидированные  алканы, например CCI4, CFCI3, (ХФУ-11), CF2CI2 (ХФУ-12), C2F3CI3 (ХФУ-113), C2F4CI2 (ХФУ-114)

Полностью галоидированные  алканы имеют антропогенную природу  и действуют в качестве источника CIOx, который играет ключевую роль в  фотохимии озона, главным образом  на высоте 30-50 км.

2) Частично галоидированные  алканы, например CH3CI, CHF2CI (ХФУ-22), CH3CCI3, CHFCI2 (ХФУ-21)

CH3CI выделяется  естественными источниками, в  то время как остальные указанные  выше частично галоидированные  алканы имеют антропогенное происхождение.  Эти газы также выступают в  качестве источника стратосферных  CIOx.

d) Бромсодержащие  вещества

Полностью галоидированные  алканы, например CF3Br

Эти газы имеют  антропогенное происхождение и  выступают в качестве источника BrOx, действие которых аналогично действию CIOx.

e) Водородосодержащие  вещества

1) Водород (H2)

Водород, выделяемый естественными и антропогенными источниками, играет незначительную роль в фотохимии стратосферы.

2) Вода (H2O)

Вода, источник которой  является естественным, играет очень  важную роль как в тропосферной, так и в стратосферной фотохимии. Локальными источниками водяного пара в стратосфере является окисление  метана и, в меньшей степени, водорода.

Монреальский протокол.

Надо отметить, что стороны настоящего протокола  являются участниками Венской конвенции. Монреальский протокол способствует ограничению  пользования и производства озоноразрушающих веществ.

4. Озоновые дыры

Толщина озонового  слоя над Европой сокращается  стремительными темпами, что не может  не волновать пытливые ума ученых. За прошлый год толщина озонового  «покрытия» сократилась на 30%, а скорость ухудшения естественной защитной оболочки достигла самой высокой отметки за последние 50 лет. Какую опасность это представляет для человека?

Почему сегодня  загорать опаснее. Во-первых, тонкий озоновый слой не в силах препятствовать проникновению  коротковолновых ультрафиолетовых лучей, которые вызывают рак кожи и опасны для растений. Поэтому  сегодня из-за высокой активности солнца загорать стало гораздо вреднее. Вообще-то центры экологии должны давать рекомендации населению, как действовать  в зависимости от активности солнца, но в нашей стране такого центра нет.

Во-вторых, важный минус уменьшения озонового слоя - климатические изменения. Пока неясно, какие именно, но понятно, что изменения  будут происходить не только на той  территории, над которой «растянулась»  озоновая дыра. Цепная реакция повлечет за собой изменения во многих глубинных  процессах нашей планеты. Это  не значит, что везде начнется стремительное  глобальное потепление, как нас пугают в фильмах ужасов. Все-таки это  слишком сложный и длительный процесс. Но могут возникнуть другие катаклизмы, к примеру, увеличится число  тайфунов, смерчей, ураганов. Чем провинилась  Европа. Вообще-то «дырки» в озоновом слое возникают только над Арктикой и Антарктидой. Это связано с  тем, что на полюсах образуются кислотные  облака, которые при таянии выбрасывают  в атмосферу соединения, разрушающие  озоновый слой. Получается, что озоновые дыры возникают не от активности солнца, как принято считать, а от повседневно  деятельности всех жителей планеты, в том числе и нас с вами. Потом «кислотные бреши» смещаются, причем чаще всего к нам, в Сибирь. И только в данном случае дыра сместилась к Европе. Главное последствие  того, что атмосфера «прохудилась» - повсеместные изменения климата. Никто  пока не знает, какие именно, хорошие  или плохие. Ведь если для нас  потепление - это хорошо, то для Африки оно губительно.

Озоновая дыра затянется  через 60 лет

По сообщению TerraDaily, новые совместные исследования NASA, Национальной администрации океанов  и атмосферы и Национального  центра исследований атмосферы показали, что полное восстановление озонового  слоя над Антарктикой займет примерно на 20 лет больше по времени, чем считалось  ранее. К такому выводу ученые пришли после разработки новой математической модели для прогнозирования состояния  стратосферы.

Известно, что количество озона, формирующего озоновый экран, сильно сократилось, особенно над Южным  полюсом. Ежегодно в южных широтах  образуется очень значительная по размерам «озоновая дыра». Основной причиной снижения озона атмосферы является массовое применение веществ, разрушающих  озон - таких как хлорфторуглероды.

С использованием новой математической модели удалось  впервые связать воедино данные наземных, спутниковых и авиационных  наблюдений с уровнями вероятных  будущих выбросов в атмосферу  разрушающих озон соединений, временем их переноса в Антарктику и погодой  в южных широтах. При помощи модели был получен прогноз, согласно которому озоновый слой над Антарктикой восстановится  в 2068 году, а не в 2050 году, как считалось.

Известно, что в  настоящее время уровень озона  в стратосфере над территориями, удаленными от полюсов, ниже нормы примерно на 6%. В тоже время, в весенний период содержание озона над Антарктикой может снижаться на 70% относительно среднегодовой величины. Новая модель позволяет более точно прогнозировать уровни содержания озон-разрушающих газов над Антарктикой и их временную динамику, определяющую величину озоновой «дыры».

Использование веществ, разрушающих озон, ограничено Монреальским протоколом. Считалось, что это приведет к быстрому «затягиванию» озоновой дыры. Однако новое исследование показало, что в действительно темпы  ее уменьшения станут заметными только с 2018 года.

5. Проблема озоновых дыр

Существенную роль в формировании общественного мнения по озоновой проблеме сыграло обнаружение  так называемой антарктической озоновой дыры, которая обычно возникает раз  в два года, существует 3-3,5 месяца, затем исчезает.

Озоновая дыра - это устойчивое понижение ОСО  на большой территории ниже климатической  нормы. Термин «дыра» не очень удачен, это неточный перевод английского  слова «hole» на русский язык. В  английском «hole» означает углубление, яма, нора, а не только сквозное отверстие. Лучше было бы говорить: «провисание  озонового слоя». Это отражает геометрическую особенность поверхности, представляющей собой значения ОСО (в единицах Добсона) как функцию земных координат. На рис. 4 представлены изображения озонового  слоя в южном полушарии за 16 и 17 сентября 2004 г., построенные по данным спутника TOMS/ЕР. В сентябре формировалась  антарктическая озоновая дыра 2004 г. как  область с пониженным содержанием  озона, окруженная вращающимся «валом» - циркумполярным вихрем, содержание озона  в котором достаточно велико.

Рис. 4. Антарктическая озоновая дыра 16 и 17 сентября 2004 г.

Заметную убыль  озонового слоя над Антарктидой  впервые обнаружили в 1957 г. во время  проведения Международного геофизического года. По-видимому, это явление имело  место и раньше, быть может, всегда. Настоящая история антарктической "озоновой дыры" началась со статьи Дж. Фармана, Б. Гардинера и Дж. Шанклина в майском номере 1985 г. журнала Nature [Farman et al., 1985], в которой приводились  данные измерений общего содержания озона на двух антарктических станциях с 1957 г. Согласно этим сведениям, с 1982 г. в районе Антарктиды в весенний (для  южного полушария) период наблюдалось  существенное снижение содержания озона  относительно обычных значений ОСО.

Фарман с соавторами первый высказал предположение, что  причиной аномального весеннего  минимума ОСО над Антарктидой  может служить антропогенное  загрязнение атмосферы, в том  числе загрязнение фреонами. Дальнейшие исследования подтвердили реальность провисания озонового слоя над Антарктидой  в весенний период. Например, 28 сентября 1994 г. ОСО вблизи полюса имела рекордно низкую величину в 88 е.Д., а площадь "озоновой дыры" составляла порядка 30 млн. км. Такую же площадь озоновая дыра имела  в 2000 г. В 2004 г. площадь озоновой дыры была на 20% меньше, чем в 2000 г. В среднем, озоновая дыра возникает раз в  два года. В 2003 г. озоновая дыра практически  отсутствовала.

Заключение

Жизнь на Земле  немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения  Солнца. Исчезновение озоносферы привело  бы к непредсказуемым последствиям - вспышке рака кожи, уничтожению  планктона в океане, мутациям растительного  и животного мира. Поэтому так  важно понять причины возникновения  озоновой "дыры" над Антарктикой  и уменьшения содержания озона в  Северном полушарии.

Озон образуется в верхней стратосфере (40-50 км) при  фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10-25 км), где  озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический состав атмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов  переноса.

Разрушается же он, взаимодействуя с выбрасываемыми в  атмосферу веществами, содержащими  хлор (фреонами и галонами).

Возможности воздействия  человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда  возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось  совершенно безобидным, оказывается  на самом деле крайне опасным. Лет  двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог  предположить что обычный аэрозольный  баллончик может представлять серьезную  угрозу для планеты в целом. К  несчастью, далеко не всегда удается  вовремя предсказать, как то или  иное соединение будет воздействовать на биосферу.

Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие  процесс разрушения озона ХФУ  крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ, были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности  ХФУ для того, чтобы были приняты  серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после  обнаружения озонной дыры, ратифицирование  Монреальской конвенции одно время  находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим  вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.