Озон
ОЗОН В АТМОСФЕРІ
Як відомо зараз навіть далеким від хімії людям, озоновий шар в атмосфе¬рі фактично забезпечує життя на нашій планеті Озону в атмосфері небагато — 4 млрд т, (тобто всього 1 міліграм у 1 кубічному метрі). Концентрація озону росте з віддаленням від поверхні Землі й сягає максимуму на висоті 20—25 км. Це і є «озоновий шар» Якщо весь озон зібрати біля поверхні Землі при нормальному тиску, вийде шар завтовшки всього 2—3 мм.
Двоетапна реакція утворення озону з кисню починається під дією сонячної радіації У реакції розпаду атмосферного озону також бере участь сонячна ра¬діація — тверде ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі від 240 до 320 нм Енергія ультрафіолету витрачається на розкладання озону, і згубна радіація не доходить до поверхні Землі. Однак розпадатися озон може не тільки під впливом сонячних променів, але й самодовільно, а прискорюють цю реакцію численні каталізатори. Основний каталізатор — це нітроген оксид NO, що утво¬рюється з азоту й кисню під дією найтвердішої сонячної радіації у верхніх шарах атмосфери. Потрапляючи в озоносферу, він вступає в цикл із двох реакцій:
О3 + NO → NО2 + О2,
NО2 + О → NO + О2,
у результаті яких його вміст в атмосфері не змінюється, а концентрація озону знижується. Існують й інші цикли, що призводять до зниження вмісту озону, наприклад, за участю хлору:
Сl + О3 → СlO + O2,
СlO + О → СlO + O2.
Руйнують озон також пил і гази, які у великій кількості потрапляють в атмосфе¬ру при виверженні вулканів. В останні десятиліття крім природних факторів, що впливають на озоновий шар, з'явились і штучні. Добре відомий приклад — фрео¬ни, які є джерелами атомів Хлору. Фреони — це вуглеводні, у яких атоми Гідрогену замінені на атоми Флуору і Хлору. Фреони не отруйні, чимало з них — леткі рідини або гази, що легко скраплюються, тому їх широко використовують у холодильній техніці та для заповнення аерозольних балончиків, які в усьому світі випускають¬ся у величезній кількості (дезодоранти, лаки для волосся, освіжувачі повітря, за¬соби для миття вікон, полірування меблів та ін.). У результаті цього в повітря що¬річно потрапляють сотні тисяч тонн фреонів, які повільно протягом багатьох років і навіть десятиліть піднімаються вище й вище, досягаючи озонового шару. Тут, роз¬кладаючись під дією сонячної радіації, вони самі починають каталітично розще¬плювати озон, і це призводить до зниження його концентрації. Фреони — не єдині рукотворні руйнівники озону. Наприклад, надзвукові літаки, що літають у страто¬сфері, викидають досить багато нітроген оксиду.
Як показують розрахунки, усе це може призвести до того, що через 50 років концентрація озону в стратосфері зменшиться на 25 %. Але ті ж розрахунки свідчать про одночасне збільшення концентрації озону в приземному шарі — тропосфері, і це також не обіцяє нам нічого доброго. І якщо стратосферний озон впливає на наше життя побічно, через зміну складу сонячної радіації, то озон у приземному шарі, як і продукти його хімічних перетворень, безпосеред¬ньо потрапляють у наші легені.Звідки береться в тропосфері озон? Традиційне його джерело — конвекційне перенесення з масами повітря висотного (стратосферного) озону в нижні ша¬ри, за рахунок чого щохвилини на 1 квадратний метр приноситься в середньому 5—6 мкг озону. Отже, щорічно в приземний шар озону надходить приблизно 1,6 млрд тонн. Однак це створює лише невелику концентрацію приземного озону, хоча час життя молекули озону в нижній частині атмосфери значно ви¬щий — більше 100 діб (це пояснюється тим, що тут меншою є інтенсивність ультрафіолетових променів, які руйнують озон). У чистому свіжому повітрі кон¬центрація озону приблизно постійна і складає всього 0,016 мкг/л. Разом із цим нові дослідження показали, що сучасні люди вдихають значно більше озону, ніж їхні предки. Основна причина цього — збільшення в повітрі кількості мета¬ну й нітроген оксидів. Справа в тому, що в результаті довгого ланцюжка реакцій, у яких крім метану, азоту, кисню і води бере участь також сонячне світло І довжиною хвилі менше 430 нм, утворюється вода, формальдегід НСНО й озон Концентрація озону біля поверхні не залишається постійною протягом доби Після сходу сонця вона починає збільшуватися, сягає максимального значення до 14—16 години, потім зменшується — швидше вдень і повільніше вночі. Над океанами озону завжди більше, ніж над сушею. Не всі подібні факти вдається поки пояснити. Так, у знаменитому лос-анджелеському смозі концентрація озону в 20 разів більша за нормальну, але іноді в містах його виявляється менше, ніж у сільській місцевості. Очевидно, що різні забруднювачі в повітрі можуть призво¬дити як до утворення, так і до руйнування озону.