Разрушениие озонового слоя

     Введение 

     Современная кислородная атмосфера Земли  – уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта её особенность  связана с наличием на нашей планете  жизни.

     Проблема  экологии для людей сейчас, несомненно, самая главная. На реальность экологической  катастрофы указывает разрушение озонного слоя Земли. Озон - трехатомная форма кислорода, образуется в верхних слоях атмосферы под действием жесткого (коротковолнового) ультрафиолетового излучения Солнца.

     Сегодня озон беспокоит всех, даже тех, кто  раньше не подозревал о существовании  озонного слоя в атмосфере, а считал только, что запах озона является признаком свежего воздуха. (Недаром  озон в переводе с греческого означает ''запах''.) Этот интерес понятен –  речь идёт о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. В настоящее время назрела  необходимость принять определённые обязательные для всех решения, которые  позволили бы сохранить озонный  слой. Но чтобы эти решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые изменяют количество озона в атмосфере  Земли, а также о свойствах  озона, о том, как именно он реагирует  на эти факторы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Воздействие человека  на окружающую  среду 

     Наряду  с многочисленными преимуществами, присущими индустриальным обществам, для них характерно как возникновение  новых, так и обострение уже существующих экологических и ресурсных проблем. По масштабам распространения эти  угрожающие благосостоянию человека проблемы можно подразделить на:

     – локальные: загрязнение подземных вод токсичными веществами;

     – региональные: повреждение лесов и деградация озер в результате атмосферных выпадений загрязнителей;

     – глобальные: возможные климатические  изменения вследствие увеличения содержания углекислого газа и других газообразных веществ в атмосфере, а также  истощения озонового слоя.

     Совокупное  воздействие интенсивного сельского  хозяйства, возросшей добычи полезных ископаемых и урбанизации значительно  усилило деградацию потенциально возобновимых ресурсов – верхнего почвенного слоя, лесов, пастбищ, а также популяций диких животных и растений. Напомним, что точно такие же причины привели к гибели древних цивилизаций.

     Индустриализация  значительно увеличила власть людей  над природой и в то же время  уменьшила численность населения, живущего в непосредственном контакте с ней. В результате люди, особенно в промышленно развитых странах, еще сильнее уверились в том, что их назначение состоит в покорении  природы. Многие серьезные ученые убеждены, что, пока будет сохраняться подобное мироощущение, будут продолжать разрушаться  и системы жизнеобеспечения Земли.

     2. Разрушение озонового слоя

     2.1.История озоновой проблемы. Озоновый слой (озоносфера) располагается в стратосфере приполярных широт на высоте 10 км от поверхности Земли и на высоте до 50 км вблизи экватора. Максимальная концентрация озона О₃ (около 5 млн"¹) отмечается на высоте 20—25 км, где его содержание составляет ~5 молекул О₃ на 10⁶ молекул воздуха. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии. Если бы можно было собрать весь озон, содержащийся в атмосфере, у поверхности Земли при давлении 101,3 кПа и температуре 20 °С, то толщина этого слоя составила бы около 3 мм. Его называют озоновым щитом Земли, так как он защищает все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

     Проблема  разрушения или, точнее, истощения озонового  слоя возникла в начале 1970-х гг. Было высказано несколько гипотез, согласно которым некоторые вещества — продукты деятельности человека — достигнув стратосферы, могут вызывать разложение озона.

     В 1970 г. немецкий ученый Пауль Крутцен предположил, что причиной разрушения озона является N₂O — оксид диазота, который в атмосфере превращается в NO — оксид азота(II). Последний непосредственно участвует в каталитической реакции разрушения озона. В следующем 1971 г. химик из Калифорнийского университета в Беркли (США) Гарольд Джонстон высказал мысль, что оксиды азота, содержащиеся в выбросах реактивных двигателей сверхзвуковых самолетов, могут вызывать уменьшение количества озона в стратосфере. В декабре 1973 г. химики из Калифорнийского университета в Ирвине (США) Шервуд Роу-ленд и Марио Молина высказали мнение, что хлорфторуглеродные соединения (ХФУ) могут постепенно достигать стратосферы и разрушать озоновый щит. В июне 1974 г. статья об их открытии была опубликована в журнале «Nature» («Природа»).

     В 1977 г. в рамках Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) проведена Первая международная конференция по проблеме истощения озона.

     С 1982 г. группой английских исследователей под руководством Джо Фармана из Кембриджа установлен факт уменьшения содержания озона над Антарктидой. В 1984 г. приборы их наземных станций мониторинга (на антарктической станции Халли-Бей) показали снижение содержания озона на 40% за период около 30 дней (с сентября по октябрь).

     В 1985 г. была опубликована историческая статья, объявившая о появлении в Южном полушарии озоновой «дыры». Фотоснимки, сделанные из космоса, показали наличие над Антарктидой огромной «дыры», равной по площади территории США. Под «дырой» не следует понимать то, что в данной области совсем нет озона. Отмечено лишь сильное утончение его слоя.

     В том же 1985 г. участники международных переговоров в Вене подписывают Венскую конвенцию об охране озонового слоя, призывающую страны к проведению дополнительных исследований и обмену информацией по сокращению озонового слоя. СССР присоединился к Венской конвенции в 1986 г.

     В 1986 г. тринадцать американских ученых совершают Национальную озоновую экспедицию в Антарктиду, результаты которой позволяют заключить, что потеря озона в этом районе, вероятно, вызвана химическими веществами. Однако в то время некоторые ученые объясняли уменьшение озона не химическими, а климатическими или динамическими процессами (движением масс воздуха).

     В 1987 г. 150 американских ученых совершают вторую экспедицию в Антарктиду, в результате которой сделан вывод о том, что первопричиной сокращения озонового слоя являются хлор-содержащие химические соединения. В октябре 1987 г. озоновая «дыра» над Антарктидой стала больше, чем в 1985 г. Дефицит озона уже составлял почти 50%.

     Следующим шагом после Венской конференции  стало подписание 16 сентября 1987 г. Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Это международное соглашение устанавливает графики поэтапного сокращения производства и использования озоноразрушающих веществ (ОРВ). Страны-участницы согласились заморозить производство и потребление ХФУ к 1990 г. на уровне 1986 г., провести 20%-ое сокращение к 1 января 1994 г. и следующее 30%-ое — к 1 января 1999 г. В 1987 г. Монреальский протокол (МП) подписали 36 стран, к июню 1995 г. — почти 150 стран, а на юбилейной встрече в Монреале в сентябре 1997 г. таких стран было уже 163. СССР подписал Монреальский протокол в 1988 г.

     День  принятия Монреальского протокола — 16сентября — по инициативе ЮНЕП с 1995 г. объявлен ООН Международным днем защиты озонового слоя.

     После открытия озоновой «дыры» над Антарктидой (1985 г.) исследования по содержанию озона продолжались. Они проводились не только в Южном, но и в Северном полушарии. В 1988 г. появилось сообщение, что над Северным полушарием за период 1968—1986 гг. обнаружены потери от 1,7 до 3% озонового слоя. Установлено наличие озоновой «дыры» и над Арктикой, однако меньшей по размерам, чем над Антарктидой.

     В 1989—1992 гг. проведено несколько международных  экспедиций по исследованию озонового  слоя над Арктикой, в которых активное участие принимали ученые нашей  страны. Выявленные озоновые «мини-дыры» особенно часто появлялись над европейским сектором Арктики и севером Европы и Атлантического океана. Однако в отличие от Антарктиды эти «мини-дыры» были менее интенсивными, меньше по площади и смещались на значительные расстояния за недолгое время своего существования. Это объясняется тем, что зимний полярный вихрь слабо устойчив и в отличие от антарктического обменивается массами воздуха со стратосферой соседних широт, откуда приходит более теплый и богатый озоном воздух. Однако арктические «мини-дыры» могут вызывать более серьезные последствия в густонаселенной Северной Европе, чем более сильная озоновая дыра в пустынной Антарктиде.

     Встречи сторон Монреальского протокола на правительственном уровне происходят ежегодно. На таких встречах принимаются новые поправки к МП, все более ограничивающие производство и использование озоноразрушающих веществ. Так, в июне 1990 г. в Лондоне представителями 92 государств (в том числе и нашей страны) подписано дополнение к МП, предусматривающее полное прекращение производства ХФУ к 2000 г. Этот документ называют Лондонским протоколом. В 1997 г. на очередной встрече в Монреале была достигнута договоренность о необходимости лицензирования экспортно-импортных операций с озоноразрушающими веществами (ОРВ).

     Озоновая  проблема обсуждалась и на Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) с участием глав государств и представителей из 179 стран мира. В документах конференции отмечено, что «озоновый слой в стратосфере планеты продолжает уменьшаться из-за выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов и других веществ, содержащих химически активные соединения хлора и брома... Необходимо разработать безопасные заменители этих химических веществ и проследить за тем, чтобы они были доступны как развитым, так и развивающимся странам».

     Ежегодно  наша планета Земля теряет около 0,5% озонового слоя. За последние 10—15 лет его содержание уменьшилось примерно на 7%, и отмечается нарастающая интенсивность этого процесса. Наибольшие потери стратосферного озона раньше приходились на каждую антарктическую весну (октябрь), но сейчас и в северных широтах исчезает около 10% озона зимой и весной и около 5% летом и осенью. В первой половине 1997 г. возникла громадная по своим масштабам озоновая «дыра» площадью ~30 млн км² над всей Арктикой, включая север Европы, Канады, Гренландию, Балтийское море, северные области Сибири вплоть до Урала и Байкала. Среднемесячное уменьшение озона весной достигало здесь 30—40%. Над Южным полушарием за 5 лет (1993—1998) «дыра» увеличилась в два раза, достигнув площади 22 млн км². Полученные данные полностью подтверждают теорию химического разрушения озонового слоя.

     В 1996 г. ученые Шервуд Роуленд, Марио Молина из Калифорнийского университета в США и Пауль Крутцен из Института химии им. Макса Планка в Германии были удостоены Нобелевской премии за установление причин снижения концентрации стратосферного озона. Они смогли доказать, что основными разрушителями озона являются атомы хлора или брома, отделившиеся от молекул галогенированных углеводородов под действием солнечной радиации.

     Методы  измерения содержания озона. Каким же образом ученые определяют содержание озона в стратосфере?

     Систематические измерения содержания озона в  атмосфере начались в Англии и  Швейцарии в 1926 г. Позднее начала формироваться мировая озонометрическая сеть, а в 1960-е гг. она появилась и в нашей стране. К концу 1990-х гг. в мире уже насчитывалось около 120 озонометрических станций, из них около 40 — на территории России.

     В первые годы измерение озона осуществляли преимущественно с помощью наземных спектрофотометров Добсона. Этот старейший разработанный Дж. М. Б. Добсоном инструмент стал использоваться с 1931 г. метеорологами для слежения за движением воздушных масс и измерений содержания озона. Принцип данного метода состоит в определении доли ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего поверхности Земли. Поскольку О₃ поглощает ультрафиолетовые лучи, уменьшение его количества соответствует усилению ультрафиолетового облучения земной поверхности. Точность этого прибора при благоприятных метеоусловиях составляет 1—3%. Этим методом, например, пользовались английские исследователи под руководством Джо Фармана в 1980-е гг. на британской антарктической станции Халли-Бей. В России широко используются фильтровые озоно-метры. Вертикальное распределение концентрации озона исследуют с помощью озонозондов, поднимаемых на аэростатах до высоты 20-35 км.

     Глобальное  распределение озона изучают  также с помощью приборов, установленных  на искусственных спутниках Земли, например на американских серии «Нимбус» или российских серии «Метеор». Так, группа исследователей Дональда Хита из Годдардовского центра космических полетов НАСА использовала спутник «Нимбус-7». Цветные слайды, полученные ими с помощью компьютеров в 1979—1983 гг., показали наличие над Антарктидой озоновой «дыры», о которой заявила английская группа Джо Фармана только в 1985 г.

     В России проводятся систематические  наблюдения за общим содержанием озона (ОСО) сетью наземных озонометрических станций, а также путем измерений прибором ТОМС со спутника «Метеор-3».