Разрушение озонового слоя стратосферы

10.3.1. Спектральный состав солнечной радиации и образование озона

Спектральный состав солнечной радиации состоит из инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых лучей.

Выделяют три диапазона ультрафиолетового излучения (УФИ):

Диапазон УФА с длиной волны 400–320 нм, т.е. длинноволновое. Почти не поглощается в атмосфере и поэтому достигает поверхности Земли.

Диапазон УФВ с длиной волны 320–280 нм, т.е. средневолновая, загарная радиация. Значительная часть этого спектра поглощается стратосферным озоном.

Диапазон УФС с длиной волны 280–200 нм, т.е. коротковолновая бактериоцидная радиация. Вся эта спектральная область поглащается в стратосфере. Испускается эта область бактериоцидными лампами и при электросварке. Основная часть УФИ менее 290 нм активно поглощается озоновым слоем атмосферы.

Ультрафиолетовые лучи невидимы, они обладают большей энергией, чем видимые. Поглощаясь тканями живых организмов они разрушают молекулы белков и ДНК. Мы защищены от агрессивного воздействия УФИ, так как более 99% его поглощается слоем озона в стратосфере на высоте около 25 км от поверхности Земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном.

Интересно, что озон (О₃) в стратосфере – это продукт воздействия самого ультрафиолета на молекулы кислорода (О₂). Начало образования озона в стратосфере связано с реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (УФС – 242 нм) излучением Солнца. Молекула кислорода (О₂) дисоцинрует на два атома

О₂ + h → О + О

Далее происходит взаимодействие атома кислорода с молекулой кислорода и образование стратосферного азона

О₂+ О → О₃

На высоте 40 км под действием космического и жесткого УФС идет обратный процесс

О₃ + h → О₂ + О

О+ О₃→ О₂ + О₂

В слое атмосферы 10–40 км устанавливается динамическое равновесие О₃.

Максимальное количество О₃ на высоте 15–40 км т.е. так называемый озоновый слой. Если собрать все молекулы озона, то его слой будет 2–5 мм. Озоновый слой – верхняя граница биосферы.

 

Процесс разрушения озона

В 1985 г. специалисты из Британской Антарктической Службы сообщили, что содержание озона в Антарктиде уменьшилось на 40%. Затем было выявлено, что в Полярной атмосфере имеется озоновая «дыра». Со спутника аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике. Уменьшение озона на 1% приводит к увеличению интенсивности УФИ на 1,4–2,5%. Снижение концентрации О₃ на 1% будет вести к увеличению на 4% заболеваний раком кожи, увеличением числа катаракт, снижением устойчивости к заболеваниям.

Главными веществами разрушающими озоновый слой являются:

– хлор- и фторзамещенные углеводороды (ХФУ), так называемые фреоны, применяемые в холодильной технике как хладагенты;

– пропеленты, применяемые в производстве аэрозолей;

– вспенивающие вещества при производстве полиуретанов, пластмасс.

На рис. 10.2. показаны факторы, влияющие на озоновый слой.

 

Рис. 10.2. Факторы, влияющие на озоновый слой

 

Озон разрушает хлор- и фторзамещенные углеводороды и закись азота от сверхзвуковых реактивных самолетов, летающих в стратосфере, а также метилхлороформ и четыреххлористый углерод. Образование озона ускоряют загрязнители, образующиеся при сжигании ископаемого топлива (СО₂, СН₄, NO и NO₂) и при полетах реактивных самолетов ниже стратосферы. Разрушение озона замедляется при снижении стратосферной температуры, которое может происходить в результате поглощения тепла двуокисью углерода в тропосфере. Обратите внимание, что образование озона в результате сжигания топлива и при полетах обычных реактивных самолетов происходит главным образом в тропосфере или нижней стратосфере, а разрушение озона хлор- и фторзамещенными углеводородами – в основном в верхней стратосфере. Таким образом, даже если процессы разрушения и образования озона в целом уравновешивают друг друга, в отдельных слоях баланса может не быть.

Мировое производство фреонов более 1 млн. т./год.

Под действием УФИ от фреонов отделяется атомарный хлор, который взаимодействуя с озоном образует молекулярный кислород и активный хлор. Взаимодействие последнего сатомарным кислородам приводит к образованию кислорода и вновь атома хлора, который продолжает процесс разрушения озона. Следовательно один атом хлора способен разрушить да 10 000 молекул озона.

В стратосферу поступают отработанные газы реактивных самолетов и ракет, азот также выступает в роли катализатора разрушения озона. Появлению азота в стратосфере способствуют:

– использование азотных удобрений в сельском хозяйстве;

– сжигание органического топлива.

2NO + О₃ = N20 + 20₂

Сейчас выброс в атмосферу ХФУ исчисляется миллионами тонн. Следует заметить, что даже в случае полного прекращения производства и использования ХФУ, то результата достичь не удастся, так как действие будет продолжаться еще несколько десятилетий.

В 1987 году в Монреале обеспокоенные прогнозами ученых представители 93 промышленных стран подписали первый глобальный договор по климату. В соответствии с договором предусматривается постепенное снижение выбросов ХФУ и других искусственных химических соединений, приводящих к разрушению озонового слоя.

В 1979 году в Женеве было проведено Совещание на высоком уровне по охране окружающей среды. Принята Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния.

Согласно достигнутой договоренности в 1999 году должны были снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Так США сократили выбросы в 122 раза, страны ЕС – в 70 раз.

Мировая промышленность и транспортные средства зависят от ископаемого топлива, что в обозримом будущем обильное поступление СО₂ в атмосферу неизбежно. Однако существуют способы уменьшить загрязнения воздушной среды, например:

– увеличить КПД использования горючего на транспорте и другие типы экономии энергии;

– использовать альтернативные виды топлива, не загрязняющие внешнюю среду;

– организация и поддержка по посадке деревьев и прекращение сведения лесов;

– минимизация выбросов на промышленных предприятиях, путем установки эффективных фильтров.

В связи с истончением озонового слоя и возможным попаданием УФИ на Землю лучшими методами снижения риска новообразований кожи и катаракт следует считать:

● ограничить пребывания на солнце с 10⁰⁰ до 16⁰⁰;

● загорать в тени за счет отраженных и рассеянных лучей;

● носить стеклянные солнцезащитные очки, которые защищают от УФИ.

Кислотные осадки

10.4.1. Причины образования кислотных осадков