Экологические проблемы биосферы: озоновые дыры

Гаспарян Эдик гр. 141

Экологические проблемы биосферы: озоновые дыры.

Озоновый  слой

Известно, что основная часть  природного озона сосредоточена  в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот  приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности  земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода.

Больше всего озона  в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км, который называют озоновым.

Озо́новая дыра́

Озо́новая дыра́ — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя.

Антропогенные загрязнения

Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в  атмосферу больших масс различных  химических соединений. Большинство  антропогенных источников сконцентрировано в городах, занимающих лишь небольшую  часть территории нашей планеты. В результате движения воздушных  масс с подветренной стороны больших  городов образуется многокилометровый  шлейф загрязнений.

Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей  служит промышленное производство. В  выбросах предприятий химической и  нефтехимической промышленности присутствует широкий ассортимент загрязнителей: компоненты исходного сырья, промежуточные, побочные и целевые продукты синтеза. Так, в газовых выбросах заводов  синтетических моющих средств содержатся алканы, а также карбонильные соединения, эфиры, карбоновые кислоты. Заводы синтетического каучука загрязняют воздух исходными мономерами и растворителями. Предприятия лесохимической промышленности выделяют альдегиды, кетоны, спирты и карбоновые кислоты, множество терпенов (терпены-углеводороды, продукты жизнедеятельности растений, молекулы которых построены из изопреновых звеньев). Целлюлозно-бумажные комбинаты выбрасывают большие газообразных веществ (одорантов), таких, как метил- и диметилсульфиды, диметилдисульфиды, а также формальдегид, спирты и фенолы.

Заметным источником органических загрязнителей атмосферы становится коммунальное хозяйство городов (жилые  и общественные здания, предприятия  тепло- и водоснабжения, химчистки, свалки). Хотя вклад этого источника в суммарную антропогенную эмиссию невелика, отсюда поступают основные количества опасных долгоживущих загрязнителей (например, диоксидов), поэтому они участвуют в формировании глобального фона некоторых органических экотоксикантов.

Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать  со многими неорганическими и  органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в  разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы  кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, моноксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как йодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере.

Естественные  процессы разрушения озонового слоя

Процессы дегазации мантии Земли сопровождаются выделением широкого спектра органических соединений. Так, в пробах газов вулканов острова  Кунашир и Камчатки идентифицировано около 100 органических соединений с  длиной цепи до 12 углеродных атомов. Источников богатых углеводородами газов являются грязевые вулканы, чаще всего встречающиеся  в нефтеносных областях.

Земная кора содержит различные  газы в свободном состоянии, сорбированные  разными породами и растворённые в воде. Часть этих газов по глубинным  разломам и трещинам достигают поверхности  Земли и диффундирует в атмосферу. О существовании углеводородного дыхания земной коры говорит повышенное, по сравнению с глобальным фоном, содержание метана в приземном слое воздуха над нефтегазоносными бассейнами.

Проведенные исследования показали, что в газах вулканов Никарагуа  содержится заметное количество фторуглеводорода. Анализ проб воздуха, отобранных из кратера вулкана Масайя, также показали наличие в них фреонов наряду с другими органическими соединениями. Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Эти данные потребовали доказательств того, что обнаруженные фторуглеводороды не имеют антропогенного происхождения.

Исследуя это явление  совместно с австралийскими коллегами, одна из его первооткрывателей С.Соломон установила, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых иных частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами.

Так, до сих пор способствуют образованию озонных дыр твердые  частицы, попавшие в стратосферу  еще в 1991 году при извержении вулкана  Пинатубо на Филиппинских островах. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору, поступающему в атмосферу с аэрозолями хлорфторуглеводородов, большую эффективность в процессах разрушения ими озоносферы.

Химические реакции с  участием сульфатных частиц, извергнутых  вулканом, значительно ускоряют истощение  озона над Южным полушарием Земли: согласно наблюдениям, реакции ускорялись почти на 3%, и только теперь данный эффект начал исчезать.

Последствия образования озоновой дыры

Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность  Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового  излучения Солнца. Ослабление озонового  слоя усиливает поток солнечной  радиации на землю и вызывает у  людей рост числа раковых образований  кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.

Восстановление  озонового слоя

Проблема сокращения озона  в атмосфере сразу привлекла  к себе внимание мирового сообщества. В 1985 году была принята Венская конвенция  об охране озонового слоя. В 1987 году был принят Монреальский протокол, по которому определили перечень наиболее опасных хлорфторуглеродов, и страны-производители хлорфторуглеродов обязались снизить их выпуск. В июне 1990 года в Лондоне в Монреальский протокол внесли уточнения: к 1995 году снизить производство фреонов вдвое, а к 2000 году прекратить его совсем.

Человечеством были приняты  меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов (хладонов) путем перехода на фторсодержащие фреоны. Однако процесс восстановления озонового слоя должен занять несколько десятилетий из-за большого объемом накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют период распада в десятки и сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года.