СТРАТОСФЕРНЫЙ ОЗОН И УМЕНЬШЕНИЕ ЕГО КОЛИЧЕСТВА

Дело в том, что молекулы азота, которых в атмосфере больше всего, вообще пассивны и в поглощении излучения практически участия не принимают. Поэтому получается, что если бы не озон, то солнечное излучение с длиной волны от 0,2 до 0,32 мкм проникало бы сквозь атмосферу до поверхности Земли.

Жесткое УФ излучение после прохождения озона уменьшается в 1017 раз. Таким образом, защита трехмиллиметрового слоя озона огромна. Мягкое УФ излучение доходит до поверхности Земли. А один берр излучения (биологически активного) вызывает в организме большие изменения, чем рентгеновское и гамма-излучение (поэтому оно биологически активное). Даже мягкое УФ излучение приводит к временной потере зрения в горах и на заснеженных равнинах. Наибольшую опасность и влияние озон оказывает на нуклеиновые кислоты ( ДНК, РНК), т.к. они отвечают за наследственность.

Эволюция выработала адаптацию к излучению больше 0,32 мкм. Суть - белок поглощает это излучение, как бы защищая нуклеиновые кислоты, а от излучения ниже 0,32 нет защиты и как последствия - рак кожи, гомолиз-разрушение красных кровяных телец, иммунной системы, поражение сетчатки глаза (катаракты). Уже сейчас установлено, что последнее характерно для полярников, т.е. количество таких заболеваний растет с уменьшением широты.

Озона становится все меньше. Тренд (т.е. тенденция изменения какого-либо параметра во времени) общего количества озона изменяется в сторону уменьшения. Существующие на земном шаре станции измеряют содержание озона спектрометром Добсона. Точность ( ± 0,5%). Установлено, что последние два десятилетия наблюдается уменьшение общего количества озона в стратосфере. На современном этапе мониторинга озона это уменьшение возможно оценить равным 2% ( с 1969 по 1987 гг).

ВЛИЯНИЕ НА ОЗОН РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ИХ ИСТОЧНИКОВ.

Катализаторы - это вещества, изменяющие скорость реакции, не изменяясь сами. Ими являются металлы и их окислы (Pt, Ag, Cu, Mn, Ni, Co). В 1971 г. почти одновременно появились работы американца Гарольда Джонстона и немца Пауля Крутцена описавших реакции гибели О и О3 в результате действия катализаторов. Следовательно, уменьшение концентрации озона зависит от того, сколь велики будут концентрации катализаторов. Ясно, что количество оксидов азота (NО, NO2, N2O3) возрастает, плюс рост радикалов НО2 НО20 (водородсодержащих соединений) - это и есть разрушители озона антропогенного происхождения. К ним надо добавить атомы хлора и молекулы ClO, причем скорость распада озона на одну молекулу Сl или СlО значительно выше, чем на одну молекулу NО или NО2. Таким образом, есть три врага озона. Но к счастью, эффект действия трех этих циклов не равен сумме эффектов от отдельных циклов. Разрушителем озона является также бром Вr и оксид брома ВrО.

Загрязнение соединениями азота (NОх) будут изложены при рассмотрении проблемы "кислотных дождей". Приступим к рассмотрению источников загрязнения соединением водорода (НОх)

Водород поступает в стратосферу прежде всего в виде воды. Это хорошо понятно для тропосферы, где вода решает большинство вопросов погоды и др. процессов. А вот в случае со стратосферным озоном вода является загрязнителем. Молекулы воды, поступающие в стратосферу, разрушаются под действием солнечного УФ излучения (фотодисоциация) или различных химических реакций и образуют активные ионы гидроксида НО и перекиси водорода Н2О2. Эти процессы и формируют равновесные концентрации паров в стратосфере. Она стабильна и на высоте 15-30 км составляет 3-4*10-6 т.е. 3-4 молекулы воды на миллион молекул воздуха.

Это характерно для тропиков и средних широт.

Галогены - самые тяжелые для озона. Это уже не семейство, а целый синдикат семейств. Загрязнение галогеноуглеводородами убыстряется. Доминирующая роль принадлежит хлорфторуглеводородам (ХФУ). Они были неизвестны до 30 -х годов нашего века. И появились в связи с поиском оптимальной работы холодильников. Первая холодильная машина была построена в 1834 году с этиловым эффектом, только позже стали использовать метиловый эфир, хлористый этил и многие другие, позже отвергнутые за исключением аммиака, действующего и сейчас.

В 1930 году на американском химическом обществе было сообщено о синтезе нового хладагента - дихлордифторметана. Промышленное производство его пошло в 1932 году, в 1935 году были синтезированы другие галогенпроизводные метана. Сейчас есть 15 типов соединений галогенпроизводных метана, 55-этана, 332 - пропана, более 1000 - бутана и т.д.

ХФУ содержат в различных соотношениях фтор, хлор, бром, углерод, водород. Интернациональная организация по стандартам (ИОС) установила в 1965 году международную систему обозначения ХФУ, состоящую из буквы R (refrigerant) и числа, например, R115 это соединения С2F5Cl, а R124 С2FСl4 и т.д.

От естественных источников (океаны, вулканы) максимальное количество хлора поступает в виде HCL - от 0,3 до 10 мегатонн в год, от океанов - до 200 мегатонн в год.

Рост производства ХФУ в 70 г.г. превысило 1 млн. т в год, а в 1991 - 1,3 млн т год. Основным производителем является США - 40 %, Япония - 10 %, Россия - около 10 %. Украина ХВУ не производит, а потребность 7500 т в год погашается за счет импорта. Американское агентство по защите Окружающей Среды (ЕГА) прогнозирует рост потребления ХФУ в размере 2,5 % в год . Естественно, рост производства вызывает и рост выбросов в атмосферу. Например, с 1950 по 1980 гг. выброс RII вырос более чем в 300 раз. Молекулы ХФУ проходят тропосферу и достигают стратосферы, а здесь, как известно, действует УФ и происходит фотодиссоциация (разрушение) молекул. В результате диссоциации одной молекулы ХФУ образуется две активные хлорсодержащие частицы - атом Сl и молекула ClO. Обе они включаются в каталитический цикл разрушения озона.

Разумеется атмосфера не может оставаться неизменной при таком нашествии галогеноуглеводородов и их концентрация в воздухе неуклонно растет. Например, за 1970-80 гг. концентрация хладона (фреона) RII возросла в стратосфере в 4 раза, хладона R12 - в три раза. И хотя молекул ХФУ пока всего 3-5.10-10 (т.е. 3-5 молекул ХФУ на 10 миллиардов молекул воздуха) они наносят существенный ущерб озоновому экрану планеты.