Екологія - Васюкова Г.Т. - 5.1.2. Озонова діра в атмосфері

Визначений вплив на клімат нашої планети робить існування в стратосфері на висоті 25—30 км озонового шару. Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери при реакції молекулярного кисню з атомарним, що є продуктом дисоціації молекулярного кисню під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця. Озоновий шар напрочуд тонкий. Якби весь озон, що міститься в атмосфері, зосередити в поверхні Землі, то він утворив би плівку товщиною від 2 мм у екватора, до 4 мм біля полюсів. Однак, і існуюча кількість озону надійно захищає живі організми від жорстокого ультрафіолетового випромінювання Сонця. У далекі геологічні епохи, коли в атмосфері Землі практично не було кисню й озону, життя могло розвиватися тільки в океані під захистом шару води. В даний час вважається доведеним, що шар озону над нашою планетою виснажується, що може викликати зміну теплового і водного балансу планети, рослинного покриву, збільшити кількість таких захворювань, як рак шкіри і в остаточному підсумку — поставити під загрозу існування людини як біологічного виду.

Усе життя на Землі залежить від енергії Сонця, що надходить у вигляді променів видимого світла, довгохвильові (інфрачервоні) і короткохвильові (ультрафіолетові). Останні мають найбільшу енергію і діють на живу природу. їхня дія залежить від довжини хвиль (чим вона менша, тим вища енергія) і виявляється в розриві молекул білків, несприятливих мутацій.

До Землі доходить три види ультрафіолетових випромінювань: УФ-А (довжина хвиль 400— 315 нм), УФ-В (315—280 нм) і УФ-С (280 і нижче). Найбільш небезпечні УФ-В і УФ-С.

Озоновий прошарок захищає нас і всю біосферу від згубної дії короткохвильового ультрафіолетового опромінення Сонця.

Газ-озон відомий ученим тому, наприклад, що він утворюється підчас грози. Будучи найсильнішим окислювачем, цей газ широко застосовується в техніці (наприклад, для знезаражування води). Утворюється озон в атмосфері за рахунок молекул звичайного двохатомного кисню 0₂. Енергія короткохвильового ультрафіолетового опромінення поглинається 0₂ і використовується ним на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню. Тому до поверхні Землі доходять тільки довгохвильові опромінення УФ-А, від дії яких наш організм вже пристосувався захищатися, синтезуючи в шкірі шар темної речовини — меланіну (засмага).

Основною причиною руйнування озонового шару є потрапляння в стратосферу фреонів і оксиду азоту в результаті промислової діяльності людини. Фреони — цілком заміщені фтор - хлорпохідними вуглеводнів, широко використовуються в якості холодоагентів, розпилювачів в аерозольних упакуваннях, а також з'являються як побічні продукти, наприклад, при електролізі металів на графітових анодах з розплавів фторидів і хлоридів. Найбільш поширені фреон-11 (CFC1₃) і фреон-12 (CF₂C1₂). За наявними оцінками в атмосферу з 1958 по 2000 р. викинуто близько 2,9 • 10⁶ т. фреону-11 і 4,4 • 10⁶ фреону-12.

Оксиди азоту потрапляють у стратосферу, наприклад, при запусках ракет. На висоті озонового шару молекули фреонів під дією ультрафіолетового випромінювання піддаються розкладанню з утворенням атомарного хлору по реакції:

Атомарний хлор, у свою чергу, взаємодіє з озоном:

Оксид хлору, що утворився, може реагувати з атомарним киснем чи оксидом азоту, знову утворити атомарний хлор, приводячи до ланцюгових реакцій розкладання озону. Таким чином, також може виявлятися синергетичний ефект розкладання озону при спільній присутності оксиду азоту і фреонів у стратосфері:

Розкладання озону оксидом азоту йде по реакції:

Слід зазначити, що озон поглинає і деяку частину, до 20%, інфрачервоного випромінювання Землі, завдяки чому він робить, як і вуглекислий газ, істотний вплив на тепловий баланс планети.

Учені стурбовані тим, що в останні роки різко зменшився озоновий шар над Антарктидою до такого ступеня, що утворилася діра, вмісту озону у якій на 40—50% менше звичайного. З'являється ця діра антарктичною зимою (із серпня по жовтень), а потім зменшується в розмірах. Сьогодні констатується факт, що вона не затягується влітку і її площа перевищує площу материка — Антарктида. У той же час відзначається підвищення ультрафіолетового тла в країнах, розташованих у Південній півкулі ближче до Антарктиди, де лікарі констатують ріст захворювань, викликаних Уф-опроміненням (рак шкіри, катаракта очей).

Недавно виявлена озонова діра й у Північній півкулі (над Шпіцбергеном), щоправда, менша за розмірами.

Поява і збільшення площі озонових дір і зменшення вмісту озону в атмосфері може призвести до: зменшення врожаїв сільськогосподарських культур, захворюванню людей і тварин, збільшенню небезпечних мутацій, а з ростом цих факторів і до ліквідації життя на Землі.

Єдиної думки про причини появи озонових дір нема, однак, відомо, що ряд хімічних елементів, вступаючи в реакцію з озоном, розкладають його на кисень, аналогічно тим реакціям, які показані вище. До таких хімічних елементів відносяться хлорфторметани, що широко використовуються в промисловості (як холодоагенти в рефрижераторах і для очищення мікросхем) і в побуті (аерозольні упакування лаків, фарб, парфумів). Щороку випускається кілька мільйонів тонн фреонів, безпечних для людини, але дуже стійких (зберігаються в атмосфері до 80 років). Потрапляючи в стратосферу, під впливом УФ-опромінення Сонця, їхні молекули розпадаються, звільняючи атоми хлору, що є сильним каталізатором і розкладають потім атоми озону до кисню (один атом хлору здатний розкласти 100 тисяч атомів озону).

У1985 році в Монреалі уряди більшості країн світу підписали протокол по охороні атмосферного озону, де зобов'язали всі країни до початку XXI століття зменшити використання фреонів на 50% для того, щоб надалі зовсім відмовитися від них.

Руйнують озоновий шар і польоти висотних літаків, вихлопні гази яких містять окис азоту, а також запуски космічних кораблів, що працюють на твердому паливі. Підраховано, що 300 запусків "Спейс Шатлів" підряд могли б цілком зруйнувати весь озоновий шар Землі.