Озонна діра над Арктикою

Інертні гази не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, що простирається від поверхні Землі до висоти 10 км) і зрештою проникають у стратосферу, верхня границя якої розташовується на висоті близько 50 км. Коли молекули цих речовин піднімаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони піддаються інтенсивному впливу ультрафіолетової радіації, що не проникає на менші висоти через дію озону, що блокує. Ультрафіолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули (у тому числі хлорфторвуглеводи), що розпадаються на компоненти, що володіють високою реактивною здатністю (до них відноситься атомний хлор).

Лабораторні дослідження показали, що хлор швидко руйнує озон. Оскільки в атмосферу викидаються мільйони тон хлорфторвуглеводів, дослідники прийшли до висновку, що цей процес, якщо він буде продовжуватися, приведе до нагромадження хлорфторвуглеводів у стратосфері в концентрації, достатньої для серйозних ушкоджень озонового «екрану». Більш того, навіть якщо ми негайно припинимо викид хлорфторвуглеводів, руйнування озону, швидше всього, буде продовжуватися й у наступному сторіччі, оскільки хлорфторвуглеводи, що уже потрапили в атмосферу, залишаться в ній на десятиліття. Два основні різновиди цих речовин – Ф-11 (CFCl3) і Ф-12 (CF2Cl2) – «живуть» в атмосфері відповідно протягом 75 і 100 років.

Під тиском цих аргументів у США з 1978 р. заборонене використання хлорфторвуглеводів в аерозолях, таких, як деякі дезодоранти і лаки для волосся. Однак спроби установити контроль над застосуванням хлорфторвуглеводів в інших областях ні до чого не привели; частково це пояснюється появою нових даних про хімічні процеси, що відбуваються в стратосфері. Наприклад, хоча було відоме, що такі речовини, як оксиди азоту і водяна пара, руйнують озон, нові розрахунки показали, що оксиди азоту можуть з'єднуватися з хлором і фактично нейтралізовувати руйнівну дію останнього стосовно озону.

У ту пору і з'явилося повідомлення англійських учених про те, що жовтневий зміст озону над їхньою станцією в Антарктиді зменшився з типового значення 300 добсонів, що утримувалося в 1970-х роках, до 180 добсонів у 1984 р. Це відкриття відродило інтерес громадськості до озонового шару. У той же час, оскільки викиди хлорфторвуглеводів продовжували рости, політики виявилися задіяними в дебати по питанню встановлення міжнародного контролю за виробництвом цих речовин. Дискусії привели до того, що у вересні минулого року 23 країни (включаючи США) підписали в Монреалі конвенцію, що зобов'язує їх знизити споживання зазначених речовин. Відповідно до досягнутої домовленості (конвенція повинна бути ратифікована 11 країнами, перш ніж вона набере сили на початку 1989 р.), розвинуті країни повинні до середини 1990-х років заморозити споживання хлорфторвуглеводів на рівні 1986 р., а до 1999 р. наполовину знизити цей показник.Сутність хлорфторвуглеводної проблеми полягає в тому, що невелика кількість хлору досить для руйнування значної кількості озону. Молекула озону (О3), що складається з трьох атомів кисню (О), утвориться з молекул звичайного кисню (O2) під впливом ультрафіолетової радіації. Фотон розщеплює молекулу кисню на два атоми кисню, що мають високу реакційну здатність, кожний з який швидко з'єднується з іншою, цілою молекулою кисню, утворити молекулу озону (О3). Останній легко поглинає ультрафіолет і розпадається на первісні компоненти – O2 і О. Атом кисню, що звільнився, знову з'єднується з молекулою кисню й утворить молекулу озону. У такий спосіб молекула озону утвориться і розпадається багато разів, поки зрештою не з'єднається з вільним атомом кисню і не утворить двох молекул кисню. При незмінних умовах озон знаходиться в динамічній рівновазі, тобто швидкість його утворення дорівнює швидкості розпаду.

Хлор зрушує цю рівновагу вбік зменшення вмісту озону в стратосфері, тому що в його присутності підвищується імовірність утворення двох молекул кисню. Ще важливіше те, що хлор (так само як оксиди азоту і водяна пара) діє подібно каталізатору в ході хімічного процесу його кількість не зменшується Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 100000 молекул озону, перш ніж буде дезактивований чи повернеться в тропосферу, звідкіля буде вилучений разом з опадами чи іншим шляхом.

Хімічні процеси, що, як прийнято вважати, приводять до руйнування озону, добре вивчені. Коли атом хлору (Cl) зіштовхується з молекулою озону, він відбирає в неї один атом кисню, утворюючи радикал монооксиду хлору (Cl) і молекулу кисню. Радикали, тобто молекули з непарним числом електронів, хімічно дуже активні. Коли монооксид хлору зустрічається з вільним атомом кисню (важлива ступінь у каталітичному процесі!), атом кисню відривається від монооксиду хлору під дією сильного притягання до вільного атома кисню, у результаті утвориться нова молекула кисню. Атом хлору залишається вільним і може атакувати нову молекулу озону.

Звичайно цей каталітичний процес йде з деякими обмеженнями. Існують дві основні реакції, що, принаймні на середніх висотах, перешкоджають руйнуванню озону. В одному випадку монооксид хлору вступає в реакцію з оксидом азоту (NO). Aтом кисню з монооксида хлору переходить до оксиду азоту, у результаті чого утворяться вільний атом хлору і діоксид азоту (NO2). Коли останній поглинає видиме світло, його атом кисню вивільняється і може утворити молекулу озону. У результаті вміст озону не змінюється.