Чем опасны озоновые дыры?

Жизнь на Земле защищена от коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца озоновым экраном. Без него она была бы невозможна. В последние десятилетия много говорилось о нарушении целостности озонового слоя. Что будет, если он разрушится?

Что же такое озон? Это особая форма молекулярного кислорода (O3). В основном он сосредоточен в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница — 45-50 км). Интересно, что молекулы озона, находящиеся в тропосфере, представляют собой серьёзную опасноаь, потому что способны разрушать живую ткань, в том числе и лёгкие человека. Дышать озоном крайне опасно! Однако в этом слое атмосферы озона совсем мало, он образуется только во время грозовых разрядов. Образование озона в стратосфере обусловлено реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (длина волны 242 нм) ультрафиолетовым излучением Солнца. В результате свободные атомы кислорода образуют молекулу озона.

Несмотря на то что процентное содержание озона в атмосфере крайне незначительно, менее 0,0001%, этот газ является важнейшим компонентом, имеющим огромное эколого-биологическое значение. Дело в том, что озон обладает уникальной способностью активно поглощать ультрафиолетовое (УФ) излучение. В атмосфере озон сосредотачивается в верхних слоях стратосферы, образуя особый слой, который называют озоновым экраном. Каковы же размеры озонового слоя? Если сжать весь озон до такой степени, чтобы он по плотности стал напоминать воду, то на поверхности Земли он образовал бы плёнку толщиной от 2 до 4 мм. Минимальная толщина плёнки наблюдалась бы в районе экватора, а максимум был бы где-то у полюсов. Неоднородность распределения озона наблюдается и по высоте. Максимум концентрации приходится на отметку 25 км. Кроме того, плотность слоя вторично увеличивается на высоте 70 км. Большая часть озона находится в стратосфере, но в Арктике нижняя граница слоя расположена очень низко, а в тропической зоне — высоко. Что касается тропосферы, то здесь содержание озона меньше; кроме того, его количество подвержено как сезонным, так и другим изменениям, в частности вызванным загрязнениями.

Впервые сведения об уменьшении содержания озона в атмосфере были получены ещё в 1985 году. Специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической службы установили, что содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось на 40% в период с 1977 по 1984 гг. Позже это подтвердили другие исследователи, показавшие, что область пониженной концентрации озона простирается за пределы Антарктиды и охватывает слой от 12 до 24 км, что составляет значительную часть нижней части стратосферы. Это явление получило название «озоновая дыра». Также, в начале 1980-х гг., метеоспутник «Нимбус-7» обнаружил похожую дыру в Арктике; правда, значительно меньшую по площади. Уменьшение содержания озона в ней было не очень большим, всего лишь 9%. Однако в последующий период с 1979 по 1990 гг. Содержание озона над Арктикой снизилось ещё на 5%.

Такая значительная потеря озона представляет собой серьёзную опасность для человечества. Снижение концентрации озона на 1% может привести к увеличению интенсивности жёсткого ультрафиолетового излучения на поверхности Земли в среднем на 2%. На живые организмы ультрафиолет действует как ионизирующее излучение. Но в отличие от последнего он не способен проникать глубоко в ткани и поражает только поверхностные органы. Однако энергии ультрафиолета достаточно для разрушения ДНК и других органических молекул. Ультрафиолетовые лучи способны привести к возникновению раковых заболеваний кожи, например быстротекущей злокачественной ме-ланомы. Они способны вызвать катаракту и иммунную недостаточность, не говоря об ожогах кожи и роговицы глаз. Ультрафиолет представляет опасность как для животных, так и для растений. Особенно страдают от него морские экосистемы, потому что это излучение плохо поглощается водой.

Предположения об угрозе разрушения озонового слоя высказывались ещё в конце 1960-х годов. Экологи были встревожены той опасностью, которую представляли водяной пар и оксиды азота (NOx), остающиеся в результате выбросов реактивными двигателями сверхзвуковых самолётов и ракет на высоте 20-25 км. Ведь именно на этой высоте и располагается защитный слой озона, препятствующий проникновению жёсткого ультрафиолетового излучения на поверхность Земли.

В 1974 году исследователи пришли к выводу, что вызывать разрушение озонового слоя могут и специальные вещества — хлорфторуглероды (ХФУ). К этим соединениями относятся фреоны — которые на поверхности Земли химически инертны. Фреоны уже более 60 лет используются в качестве хладагентов в холодильниках и кондиционерах, они применяются как пропелленты для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), а также в качестве пенообразующих агентов в огнетушителях. Применяются они и как очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков. Фреон, который выбрасывается в атмосферу, поднимается в верхние слои и разрушается там под влиянием ультрафиолетовых лучей. Вещество распадается на отдельные компоненты, которые обладают высокой реакционной способностью. Особенно опасен' атомарный хлор. В результате фотохимического разложения фреона в стратосфере ион хлора способствует разрушению озона. Таким образом, с помощью ХФУ хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы переносится в стратосферу. Попав в верхние слои атмосферы менее инертные соединения хлора разрушаются в слое, где находится основное количество озона. Остатки молекул фреона оказывают губительное действие на слой атмосферного озона. На сегодня ХФУ уже разрушили от 3 до 5% озонового слоя атмосферы. Особенную опасность представляет тот факт, что попавший в озоновый слой хлор выступает в роли катализатора процесса разрушения озона, при этом количество самого хлора не уменьшается. По расчётам, один атом хлора может разрушить до 100000 молекул озона, до того как он дезактивируется или вернётся в тропосферу. Сейчас в атмосферу выбрасываются миллионы тонн ХФУ, однако даже в случае полного прекращения производства и использования этих веществ не стоит ожидать немедленного прекращения разрушения озонового слоя. Деструктивный процесс будет продолжаться ещё несколько десятилетий.

Уменьшение плотности озонового щита планеты влечёт за собой снижение урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства. Произойдёт резкое снижение улова рыбы. Медики отметят рост заболеваемости людей раком кожи.

Что же произойдёт, если концентрация озонового слоя упадёт на 50%? Количество УФ-радиации, обрушивающееся на поверхность Земли, в этом случае увеличится в 10 раз, что окажет губительное влияние на все живые организмы. Полное же разрушение озонового слоя приведёт к вспышкам раковых заболеваний кожи, уничтожению планктона, а также к мутации растений и животных. Для того чтобы предотвратить дальнейшее разрушение озонового экрана, Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на снижение интенсивности этого губительного процесса. В 1977 году в Программе ООН по окружающей среде был принят план действий, необходимых для прекращения разрушения озонового слоя. В 1985 году в Вене прошла конференция, которая утвердила Конвенцию по охране озонового слоя. В результате был составлен список веществ, которые отрицательно влияют на него. Было принято решение о взаимном информировании всех государств о том, где эти вещества производятся и используются.

Решающее событие произошло в 1987 году, когда был подписан Монреальский протокол, установивший необходимость контроля над производством и использованием фреонов. Большинство стран, в том числе и Россия, подписали данный документ. В соответствии с ним, уже к 2010 должно было быть прекращено производство фреонов, однако основные положения протокола не выполняются и по настоящее время. Размеры же озоновой дыры над Арктикой достигли уже 2 млн. кв. км. Однако остаётся открытым вопрос — растёт ли она только за счёт антропогенных факторов или играют роль ещё какие-то причины? В любом случае, на сегодня вероятность разрушения защитного экрана Земли по прежнему остаётся одной из главных опасностей, угрожающих человечеству в ближайшем будущем.

Евгений ПОПОВ