Озоновый слой - роль в атмосфере, как образуется и разрушается
Исчезновение озона происходит тогда, когда естественный баланс между выработкой и разрушением склоняется в пользу последнего. Хотя природные явления могут вызывать временную потерю О3, хлор и бром, выделяющиеся из искусственных соединений, сейчас считаются основной причиной истощения.
Впервые на это обратили внимание общественности М. Молина и С. Роуланд в 1974 г. Они обнаружили, что группа химических соединений, известная как хлорфторуглероды (ХФУ), является основным источником разрушения защитного слоя. Однако это сообщение не было принято всерьёз до открытия озоновой дыры над Антарктидой в 1985 г. Проблема в том, что ХФУ не «вымываются» обратно на землю дождями и не разрушаются в результате реакций с другими веществами, а остаются в атмосфере от 20 до 120 лет и даже дольше.
Постепенно они попадают в стратосферу, где в итоге разрушаются ультрафиолетом, высвобождая свободный хлор. Последний активно вовлекается в процесс разложения О3. Конечным результатом становится то, что две молекулы озона заменяются тремя молекулами кислорода, и хлор высвобождается для повторения реакции:
- CL + O3 = CLO + O2;
- CL + O = CL + O2.
Озон превращается в кислород, оставляя атом хлора свободно повторять процесс до 100 тысяч раз, что приводит к снижению уровня О3. На выбросы ХФУ приходится 80% общего уменьшения количества атмосферного озона. Природный хлор способствует тем же процессам, но имеет более короткий цикл.
Современные исследования, проведённые в США, выявили новую опасность: будущее разрушение озона от нерегулируемых запусков ракет в итоге превысит показатели потерь из-за всех остальных факторов. Университет аэронавтики им. Эмбри-Риддла представил анализ рынка для оценки будущего истощения на основе ожидаемого роста космической отрасли и различных последствий запусков. Высокореактивные молекулы микроэлементов, известные как радикалы, доминируют в разрушении защищающие функции стратосферного О3. Один радикал здесь может погубить до 10 тыс. молекул озона до его деактивации и удаления из атмосферы.
Воздействие на человека и природу
Повышенное проникновение солнечного ультрафиолетового излучения оказывает глубокое воздействие на здоровье человека. Оно потенциально может способствовать таким заболеваниям:
- повреждение роговицы и хрусталика глаза;
- инфекции, вызванные ослаблением иммунитета;
- немеланомный рак кожи.
Известно, что УФ лучи влияют на физиологические процессы у растений, приводя к мутациям и изменению видового состава. Это нарушает биологическое разнообразие в экосистемах, а также косвенно влияет на растительное сообщество, приводя к изменениям формы и вторичному метаболизму. Всё это может иметь важные последствия для конкурентного природного баланса.
Увеличение солнечного ультрафиолетового излучения оказывает влияние на биогеохимические циклы на суше и в воде, что приводит к изменению как источников, так и поглотителей парниковых газов (диоксид углерода CO2, монооксид углерода СО, карбонилсульфид COS и т. д. ) Эти трансформации способствуют обратной связи между биосферой и атмосферой. Другие эффекты включают:
- нарушения в росте и разложении растений;
- уменьшение роста планктона в верхних слоях океана;
- повышенная деградация растворённых в воде органических веществ;
- изменение выбросов важных атмосферных газов.
Меры по восстановлению
Значение озонового экрана для жизни на планете огромно, поэтому человечество уделяет много внимания его сохранению. Ожидается, что истощение О3, вызванное промышленными соединениями хлора и брома, постепенно исчезнет примерно к середине XXI века, поскольку в результате естественных процессов эти компоненты медленно удаляются из стратосферы. Такое экологическое достижение обусловлено международным соглашением о контроле за производством и использованием озоноразрушающих веществ, принятым в Монреале в 1987 г.
Без этого протокола продолжающееся применение ХФУ и других вредных соединений увеличило бы стратосферное содержание хлора и брома в 10 раз к середине 2050-х гг. по сравнению с их количеством в 1980 г. Напротив, в соответствии с действующими соглашениями, которые сокращают антропогенные выбросы, их чистые концентрации в тропосфере начали снижаться в 1995 г. При прочих постоянных условиях ожидается, что озоновый слой вернётся к нормальным значениям уже к середине следующего столетия.
Медленное восстановление связано, прежде всего, с необходимым для естественных процессов удалением из атмосферы чрезмерного содержания ХФУ. Это займёт от 50 до нескольких сотен лет. Развитые страны на своей территории строго следят за нарушением принятых норм и находят пути к взаимодействию.
Новейшие исследования
Сейчас появляется всё больше данных, подтверждающих теорию, согласно которой в разрушении озонового щита основную роль играет не солнечный свет, а космическое излучение (возникающие в космосе частицы энергии). Материалы, собранные за три последних десятилетия и охватывающие два полных 11-летних солнечных цикла, однозначно показывают временные корреляции между интенсивностью лучей и глобальным истощением озона.
Это открытие не только даёт новое направление исследованиям, но и противоречит общепринятой фотохимической теории, которая не может объяснить все наблюдения. Например, озоновые дыры сосредоточены над полюсами из-за магнитного поля планеты, где наибольшее количество электронов.
Озоновый слой предохраняет Землю от жёсткого солнечного излучения и способствует продолжению жизни на планете. Его состояние затрагивает всё человечество и давно стало темой как научных исследований, так и школьных презентаций. Дальнейшая работа в этом направлении нужна для общемирового понимания необходимости решения проблемы.
