Озоновый щит планеты

Озоновый  щит планеты.

Вся история  человеческой цивилизации – история  взаимоотношений человека и природы. Проблема взаимоотношений человека и природы возникла еще на заре человеческой цивилизации 10–15 тысяч  лет тому назад. 
Сейчас антропогенные изменения окружающей среды таковы, что можно говорить об их глобальном и катастрофическом характере, как по масштабам, так и по последствиям. 
Атмосфера имеет исключительное значение для живых организмов Земли, являясь средой обитания большинства из них. При этом наибольшее значение для живых организмов имеет постоянный состав воздуха (атмосферы), сформировавшийся в ходе геобиоэво-люции Земли. 
Другая важная функция атмосферы и особенно входящего в ее состав озонового слоя – защита живых организмов от вредного воздействия солнечной и космической радиации. Именно после формирования озонового слоя в атмосфере жизнь на Земле вышла на сушу. 
Что же такое озоновый слой? Это присутствующий в слабой концентрации в стратосфере озон, который поглощает жесткое коротковолновое солнечное излучение, губительное для живых организмов. 
Область наибольшей концентрации озона в атмосфере достаточно локальна и расположена на высоте 25 км, поэтому говорят об озоновом слое или озоновом щите. Если весь озон «распределить» у поверхности Земли при нормальных температуре и давлении, то получится газовый слой толщиной всего 3 мм. 
Озон образуется в результате процесса фотодиссоциации кислорода:

O₂ + hv = O₂ (возбужденная молекула); 
O₂ + O₂ = O₃ + O (образование).

Образовавшиеся  молекулы существуют недолго. Происходит обратная реакция фоторазложения озона, которая и представляет собой поглащение озоном коротковолновых фотонов:

О₃ + hv = О₂ + О (разложение).

Следовательно, в стратосфере существует цикл озона  – сбалансированное образование  и разложение, описываемое уравнениями выше. 
Для нас, живущих на Земле, главная «заслуга» озона состоит в том, что он, «жертвуя собой», поглощает лучи с длинной волны 240-260 нм и, таким образом не допускает высокоэнергетические фотоны Солнца к Земле. В истории нашей планеты лишь с накоплением достаточного количества озона в стратосфере смогла спокойно оформляться и эволюционировать жизнь на Земле. 
Проблема, связанная с озоном состоит из двух аспектов:

1. Озон – фактор, обеспечивающий биологически безопасный уровень УФ-излучения у поверхности Земли, поддерживающий в стабильном состоянии климат планеты, контролирующий содержание некоторых загрязнителей в атмосфере.
2. Содержание озона уменьшается в озоновом слое под действием антропогенных загрязнителей атмосферы.

Очевидно, что  эти два аспекта взаимосвязаны и необходимо решать проблему сохранения и защиты озонового слоя с тем, чтобы, в конечном счете защитить себя. 
Снижение концентрации стратосферного озона очень опасно. А именно этот процесс сейчас происходит при активном содействии человека. Рассмотрим, каким образом разрушается «озоновый щит» и образуется «озоновая дыра».  
Впервые «озоновая дыра» была обнаружена в 1975 году над Антарктидой. Под «дырой» не следует понимать то, что в данной области совсем нет озона. Его слой истончается, и защитный эффект поглощения фотонов УФ-области спектра ослабевает. Почему концентрация озона так заметно снижается именно над полюсами? Это связано с атмосферными полярными вихрями, низкой температурой и стратосферными облаками, состоящими из кристалликов льда, являющихся катализаторами реакций хлорного цикла. 
В результате хозяйственной деятельности человека, в атмосферу попадают различные загрязняющие вещества, в том числе те, которые разрушают озоновый слой.  
В середине 70-х годов американские химики М.Молина и Ш.Роуленд установили, что исчезновение озона происходит в результате химических реакций инициируемых хлорфторуглеводородами. 
В повседневной жизни они известны под названием фреоны и представляют собой синтетические химические вещества, производство которых началось еще в 1930-е годы и которые широко применяются в качестве охлаждающих сред, пропелентов в аэрозолях, растворителей и пенообразующих реагентов в огнетушителях и ряде строительных материалов. Первоначально фреоны быстро завоевали популярность в связи с тем, что они химически инертны, практически не вступают в химические реакции и поэтому не токсичны для живых организмов. Однако эта «инертность» по мере их накопления в атмосфере обернулась злом: попадая беспрепятственно без изменений в стратосферу и подвергаясь там УФ-облучению, они распадаются с высвобождением атомарного хлора

CF₂Cl₂ + hv = CF₂ + Cl + Cl,

который выполняет  роль катализатора при распаде озона:

Cl + O₃ = ClO + O₂ 
ClO + O₂ = Cl + O₂

Хлорфторуглеводороды  и галогены накапливаются в тропосфере, постепенно поднимаясь вверх; при этом время их диффундирования составляет десятки лет, поэтому мы являемся в этом смысле заложниками ошибок прошлых лет.  
Другой причиной разрушения озонового слоя является появление в атмосфере оксидов азота. 
Разрушение озонового слоя в результате присутствия оксидов азота происходит по схеме так называемого азотного цикла:

NO + O₃ = NO₂ + O₂ 
NO₂ + O = NO + O₂.

Монооксид азота  присутствует в стратосферном слое как обязательный его компонент, но в низкой концентрации. Однако в  последнее время активное использование  сверхзвуковых транспортных самолетов  привело к тому, что концентрация стала увеличиваться как раз на высотах «озонового щита».  
Сльскохозяйственная деятельность человека тоже приводит к увеличению содержания монооксида азота в атмосфере. На почвах, обработанных нитратными удобрениями, анаэробныебактерии восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота и оксида N₂O 
в качестве побочного продукта. Культивируемые земли «дышат» этим оксидом, который, уходя в стратосферу, реагирует там с атомами кислорода:

N₂O + O = 2 NO.

Большую опасность  для озонового слоя представляют ядерные взрывы в атмосфере, когда в высоко температурной области взрыва образуется колоссальное количество оксидов азота. 
Таким образом, для спасения «озонового щита» человечеству необходимо срочно решить следующие проблемы:

• ограничение использования хлорфторуглеродов и поиск экологически безопасных их заменителей;
• сокращение числа полетов сверхзвуковых транспортных самолетов на другие, летающие на более низких высотах и совершенствовать авиационные двигатели;
• сокращение использования азотных удобрений, введение более прогрессивных способов возделывания сельскохозяйственных и окультуриваемых земель;
• прекратить испытание ядерного оружия в атмосфере.

Как видно, ответы достаточно просты и очевидны, но одновременно и сложны, поскольку проблема имеет  сложные социально-экономические  и политические аспекты. Для ее успешного решения необходима благоприятная обстановка доверия и мира, международное сотрудничество.