Проблемы разрушения озонового слоя

2) Высотные самолёты.

Разрушению озонного слоя способствуют не только фреоны, выделяющиеся в атмосферу и попадающие в  стратосферу. К разрушению озонного слоя причастны и окислы азота, которые  образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в  камерах сгорания турбореактивных  двигателей высотных самолётов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем  больше, чем выше температура, т. е. чем  больше мощность двигателя.

Важна не только мощность двигателя самолёта, но и высота, на которой он летает и выпускает  разрушающие озон окислы азота. Чем  выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для  озона.

Общее количество окиси  азота, которое выбрасывается в  атмосферу в год, оценивается  в 1 млрд. т. Примерно треть этого  количества выбрасывается самолётами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолётов, то наиболее вредными являются выбросы военных  самолётов, количество которых исчисляется  десятками тысяч. Они летают преимущественно  на высотах озонного слоя.

3) Минеральные удобрения.

Озон в стратосфере  может уменьшаться и за счет того, что в стратосферу попадает закись азота N₂O, которая образуется при денитрификации связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхнем слое океанов и морей. Процесс денитрификации напрямую связан с количеством связанного азота в почве. Таким образом, можно быть уверенным в том, что с ростом количества вносимых в почву минеральных удобрений будет в такой же мере увеличиваться и количество образованной закиси азота N₂O. Далее, из закиси азота образуются окислы азота, которые и приводят к разрушению стратосферного озона.

4) Ядерные взрывы.

При ядерных взрывах  выделяется очень много энергии  в виде тепла. Температура, равная 6000⁰ К устанавливается уже через несколько секунд после ядерного взрыва. Это энергия огненного шара. В сильно нагретой атмосфере происходят такие преобразования химических веществ, какие при нормальных или не происходят, или протекают очень медленно. Что касается озона, его исчезновения, то наиболее опасными для него являются образующиеся при этих преобразованиях окислы азота. Так, за период с 1952 по 1971 г. в результате ядерных взрывов в атмосфере образовалось около 3 млн т. окислов азота. Дальнейшая судьба их такова: они в результате перемешивания атмосферы попадают на разные высоты, в том числе и в атмосферу. Там они вступают в химические реакции с участием озона, приводя к его разрушению.

5) Сжигание топлива.

Закись азота обнаруживается и в дымовых газах электростанций. Собственно, о том, что окись и  двуокись азота присутствуют в продуктах  сгорания, было известно давно. Но эти  высшие окислы не влияют на озон. Они, конечно, загрязняют атмосферу, способствуют образованию  в ней смога, но довольно быстро удаляются  из тропосферы. Закись же азота, как  уже говорилось, опасна для озона. При низких температурах она образуется в таких реакциях:

N₂ + O + M = N₂O + M,

2NH₃ + 2O₂ =N₂O = 3H₂.

Масштаб этого явления  очень значителен. Таким путём  в атмосфере ежегодно образуется примерно 3 млн т. закиси азота! Эта  цифра говорит о том, что этот источник разрушения озона существенный.

                                         Озоновая дыра над Антарктикой

О значительном уменьшении общего содержания озона над Антарктикой  впервые было сообщено в 1985 г. Британской антарктической службой на основании  анализа данных озонометрической станции  Хэлли-Бей (76 гр. ю. ш.). Уменьшение озона  наблюдалось этой службой и на Аргентинских островах (65 гр. ю. ш.).

С 28 августа по 29 сентября 1987 г. было выполнено 13 полётов самолёта-лаборатории  над Антарктикой. Эксперимент позволил зарегистрировать зарождение озонной  дыры. Были получены её размеры. Исследования показали, что наибольшее уменьшение количества озона имело место  на высотах 14 - 19 км. Здесь же приборы  зарегистрировали наибольшее количество аэрозолей (аэрозольные слои). Оказалось, что, чем больше имеется аэрозолей  на данной высоте, тем меньше там  озона. Самолёт - лаборатория зарегистрировал  уменьшение озона, равное 50%. Ниже 14 км. изменений озона было несущественным.

Уже к началу октября 1985 г. озонная дыра (минимум количества озона) охватывает уровни с давлением  от 100 до 25 гПа, а в декабре диапазон высот, на которых она наблюдается, расширяется.

Во многих экспериментах  измерялось не только количество озона  и других малых составляющих атмосферы, но и температуры. Была установлена  самая тесная связь между количеством  озона в стратосфере и температурой воздуха там же. Оказалось, что  характер изменения количества озона  тесно связан с тепловым режимом  стратосферы над Антарктидой.

Образование и развитие озонной дыры в Антарктиде наблюдали  английские учёные и в 1987 г. Весной общее  содержание озона уменьшилось на 25%.

Американские исследователи  проводили измерения в Антарктике зимой и ранней весной 1987 г. озона  и других малых составляющих атмосферы (HC_l, HF, NO, NO₂, HNO₃, ClONO₂, N₂O, CH₄) c помощью специального спектрометра. Данные этих измерений позволили очертить область вокруг Южного полюса, в которой количество озона уменьшено. Оказалось, что эта область совпадает практически в точности с крайним полярным стратосферным вихрем. При переходе через край вихря резко менялось количество не только озона, но и других малых составляющих, оказывающих влияние на разрушение озона. В пределах озонной дыры (или, другими словами, полярного стратосферного вихря) концентрация HC_l, NO₂ и азотной кислоты была значительно меньше, чем за пределами вихря. Это имеет место потому, что хлорины в продолжении холодной полярной ночи разрушают озон в соответствующих реакциях, выступая в них как катализаторы. Именно в каталитическом цикле с участием хлора происходит основное уменьшение концентрации озона (по крайней мере 80% этого уменьшения).

Эти реакции протекают  на поверхности частиц, составляющих полярные стратосферные облака. Значит, чем больше площадь этой поверхности, т. е. чем больше частиц стратосферных  облаков, а значит, и самих облаков, тем быстрее в конце концов распадается озон, а значит, тем  эффективнее образуется озонная  дыра

                   Монреальский протокол о теоретической озоновой дыре

Основной тезой  Монреальского протокола явилась  приведенная выше версия о том, что  озоновый слой разрушается слоя под  влиянием газов техногенного характера, а именно фреонов, применяемых в  виде пропеллентов и хладагентов. Эта  версия получила название техногенно-фреоновая  ТФГ, тем самым подчеркнув факт того, что данный вид фреонов способен попадать в атмосферу и при  природных процессах. С помощью  небывалых усилий СМИ, ТФГ получила статус главенствующей как в науке, так и в сознании общественности. 

Создатели и приверженцы  ТФГ создали внутренне непротиворечивую и вполне логичную модель действия хлорного цикла в особенных условиях стратосферы антарктической природы. По их мнению, именно тут в условиях отрицательных температур появляются стратосферные облака. Так на поверхности  льдинок в облаках случаются  гетерогенные реакции, которые приводят к выделению хлора с дальнейшим замерзанием на ледяные частички. В весенний период, с появлением солнечного тепла лет оттаивает, хлор испаряется, при этом слишком  активно протекают фотохимические реакции, которые своими действиями разрушают озоновый слой.  

1995 год принес создателям  техногенно-фреоновой версии награду  в виде Нобелевкой премии. Отметим,  что вручение премии каким-то  образом совпало с началом  действия 1 января 1996-го санкций,  согласно Монреальскому протоколу,  по отношению к России, являющейся  на тот момент самым крупным  конкурентом для западных фирм  по выпуску фреона. 

Непосредственно перед  вручением Нобелевской премии становится очевидны факт того, что модельные  показатели, сделанные на основе ТФГ, идут в разрез с показаниями наблюдений. Некоторые специалисты пришли к  выводу, что эта версия не предусматривала  факты, а сама все время под  них подстраивалась. Например, разложение под влиянием солнечного света в  стратосфере фреонов было заменено определением – гетерогенные реакции  в облаках стратосферы в экстремальных  антарктических условиях. Но, озоновые дыры возникли и в Северном полушарии, хотя там метеоусловия абсолютно  отличаются от антарктических условий.  

Достаточно затруднительной  для основной гипотезы оказалась  ситуация, после того как были обнаружены озоновые отклонения в зоне Экватора. На этой территории метеоусловия совсем не похожи на антарктические. И окончательный  удар получает гипотеза в результате факта, который показывает что на Экваторе, в Северном полушарии, а  также в Антарктиде озоновый слой разрушается одновременно, с одинаковой силой, что можно увидеть на спутниковых  картах. Как видно, в конце осени  – начале зимы – это происходит чаще всего. Всеобщую синхронность в  разрушении озонового слоя, нобелевская  гипотеза, основанная на антарктических условиях, не поясняет вообще.

                          Что было сделано в области защиты озонового слоя

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать  меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в  США было запрещено использование  ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в  сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление  ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить  потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах (см. «Причины ослабления озонового щита»). Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов  продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга  изменений климата, в фоновых  условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных  районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере  фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

                                                       Заключение

Все глобальные экологические  проблемы взаимосвязаны, и ни одна из них не должна рассматриваться в  изоляции от других.

Казалось бы, количество озона в атмосфере очень велико - около 3 миллиардов тонн. Это, однако, ничтожная доля от всей атмосферы. Если бы весь озон атмосферы находился  в приземном слое воздуха, то при  «нормальных условиях» (давления 1 атмосфера  и температура 25 градусов Цельсия) толщина  озонового экрана, защищающего Землю  от жесткого УФ-излучения Солнца, составляла бы всего около 3мм. Вместе с тем  эффективность озонового слоя очень  велика. В частности, специалистами  рассчитано, что снижение содержания озона на 1% ведет к такому повышению  интенсивности УФ-облучения поверхности, в результате которого количество смертей  от рака кожи возрастет на 6-7 тысяч  человек в год.

Необходимо срочно принимать меры к охране озонового  слоя: разрабатывать безвредные хладагенты, способные заменить фреоны в промышленности и быту, экологически безопасные двигатели  самолетов и космических ракетных систем, разрабатывать технологии, уменьшающие выбросы окислов  азота в промышленности и на транспорте. Существующие международные соглашения по озону, Венская международная  конвенция по охране озонового слоя и Монреальский протокол, обязывающий  подписавшие его государства  вести работу в конкретных направлениях, пока недостаточно эффективны. Еще  недостаточно осознана людьми опасность, еще мало талантливых исследователей и инженеров работают в этой области. А время не ждет.