Знищення озонного шару Землі
Знищення озонного шару Землі
У 1985 р. фахівці з дослідження атмосфери Британської Антарктичної Служби повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили і інші дослідники, що показали також, що область зниженого змісту озону тягнеться за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова "діра". Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Самолетний Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн декілька разів підіймалися в область зниженого змісту озону і збирали детальні відомості про розміри "діри" і проходячі в ній хімічні процеси. На початку 80-х років по вимірюваннях зі супутника "Німбус-7" аналогічна “діра" була виявлена і в Арктиці, щоправда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таким значним - біля 9%. У середньому по Землі з 1979 по 1990 р. зміст озону впало на 5%.
Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону представляють викиди водяної пари і оксидов азоту з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачається. У цей час в комерційних цілях використовується тільки "Конкорд", що здійснює декілька рейсів в тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків в стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі, як B1-B або Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71. Таке навантаження навряд чи представляє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидов азоту з поверхні землі внаслідок спалення викопного палива і масового виробництва і застосування азотних добрив також представляє певну небезпеку для озонного озонного шару, але оксиди азоту нестійки і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте, тверде паливо, що використовується в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", може наносити серйозний збиток озонному шару в районі запуску.
У 1974 р. вчені М. Моліна і Ф. Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіне показали, що хлорфторвуглероди (ХФУ) можуть спричиняти руйнування озону. Починаючи з цього часу, так звана, хлорфторвуглеродна проблема стала однією з основних в дослідженнях по забрудненню атмосфери. Хлорфторвуглероди вже більше за 60 років використовуються як хладогенти в холодильниках і кондиціонерах, пропілленти для аерозольних сумішей, пінообразуючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися, як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні і неактивні, а, значить, не токсичні. Як це ні парадоксально, але саме інертність цих з'єднань робить їх небезпечною для атмосферного озону. ХФУ не розпадаються швидко в тропосфере (нижньому шарі атмосфери, який тягнеться від поверхні землі до висоти 10 км), як це відбувається, наприклад, з переважно оксидів азоту, і, зрештою, проникають в стратосферу, верхній кордон якої розташовується на висоті біля 50 км. Коли молекули ХФУ підіймаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони зазнають інтенсивного впливу ультрафиолетового випромінювання, який не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафиолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули ХФУ, які розпадаються на компоненти, що володіють високою реакційною здатністю, зокрема атомний хлор. Таким чином, ХФУ переносить хлор з поверхні землі через тропосферу і нижні шари атмосфери, де менш інертні з'єднання хлора руйнуються, в стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: в ході хімічного процесу його кількість не меншає. В наслідок цього один атом хлора може зруйнувати до 100 000 молекул озону, перш ніж буде дезактивірован або повернеться в тропосферу. Зараз викид ХФУ в атмосферу обчислюється мільйонами тонн, але, навіть у гіпотетичному разі повного припинення виробництва і використання ХФУ, негайного результату досягнути не вдасться: дія що вже попали в атмосферу ХФУ буде продовжуватися декілька десятиріч. Вважається, що час життя в атмосфері для двох ХФУ фреон-11, що найбільш широко використовуються і фреон-12 становить 75 і 100 років відповідно.Це відкриття стурбувало як вчених, так і широку громадськість, оскільки з нього слідувало, що шар озону, навколишній нашу планету, знайдеться в більшій небезпеці, ніж вважався раніше. Потоншення цього шару може привести до серйозних наслідків для людства. Вміст озону в атмосфері менше за 0.0001%, однак, саме озон повністю поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця, що завдає серйозних поразок кліткам живих організмів. Падіння концентрації озону на 1% приводить, в середньому, до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафиолету у поверхні землі на 2%. Ця оцінка підтверджується вимірюваннями, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижче, ніж в середніх широтах). По своєму впливу на живі організми жорсткий ультрафіолет близький до іонізуючих випромінювань, однак, через більші, ніж у g-випромінюванні довжини хвилі, він не здатний проникати глибоко в тканині, і тому вражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет володіє достатньою енергією для руйнування ДНК і інших органічних молекул, що може викликати рака шкіри, катаракту і імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафиолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри і рогівки. Вже зараз у всьому світі помітно збільшення числа захворювання раком шкіри, однак, значна кількість інших чинників (наприклад, популярність загару, що зросла, що приводить до того, що люди більше часу проводять на сонці, отримуючи велику дозу УХ опромінення) не дозволяє однозначно затверджувати, що в цьому повинно зменшення змісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерховому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УХ опромінення може серйозно постраждати і навіть загинути повністю. Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських экосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхових шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УХ опроміненню, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно поменшає, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УХ випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.