Озоновый слой

Данные, полученные в рамках программы “Британские  антарктические исследования”, результаты которой были обнародованы в 1985 году, показали, что концентрации озонового  слоя над Антарктикой уменьшались  каждый год, начиная с конца 70-х  годов. Памела Зурер в своей статье в журнале“Новости химии и инженерии”написала, что британские ученые под руководством Джо Фармана обнаружили полное его разрушение на отдельных высотах на протяжении нескольких весенних недель. Масштабы озоновых потерь превысили даже наихудшие сценарии, предсказанные научными моделями.

До открытия, сделанного в рамках “Британских  антарктических исследований”, многие ученые не были уверены в том, что  количество озона сокращается на самом деле. С 1985 года, после открытия антарктической озоновой дыры, научное  сообщество объявило о проведении лабораторных экспериментов, полевых исследований и создании компьютерных моделей, для  того чтобы улучшить понимание озона  стратосферы.

В сентябре 1987 года США присоединились к основополагающему  международному соглашению - Монреальскому протоколу по веществам разрушающим озоновый слой (смотри стр. 82). Монреальский протокол, устанавливающий ограничения на использование ХФУ и галогенов, был подписан двадцатью четырьмя государствами и Европейским экономическим сообществом (ЕЭС), получив таким образом поддержку большинства развитых стран мира.

Данные, полученные в результате американских экспедиций в Антарктику в 1986 и 1987 годах, а также  данные НАСА, полученные в 1987 году, главным  образом подтвердили, что хлор, выделяющийся из ХФУ, бром из галогенов и метилбромида несут ответственность за разрушение озонового слоя, а также за образование антарктической озоновой дыры. В 1988 году в совместном докладе“О тенденциях озона”НАСА и Национальное управление по океану и атмосфере (NOAA) представили полный анализ результатов международных исследований газов стратосферы. Доклад“Тенденции озона” подтвердил теорию разрушения озонового слоя. Однако не это стало самой плохой новостью в истории с озоновым слоем. Центр по космическим полетам им. Годдарда, НАСА и Лаборатория по мониторингу и диагностике климата NOAA в Болдере, штат Колорадо, зарегистрировали рекордно низкое содержание озона в 1993 году, о чем НАСА сообщило в пресс-релизе 18 октября 1993 года.

“Эти рекордно низкие уровни (озона в Антарктике) были зарегистрированы станцией Южного полюса Антарктики в конце сентября и в начале октября 1993 года и были подтверждены данными, полученными  со спутника”, - объявило НАСА. Количество озона упало до уровня менее чем 100 единиц Добсона с уровня в 275 единиц Добсона в середине августа того же года. НАСА сообщило, что точность показаний составила плюс-минус 5 единиц Добсона. Единицы Добсона показывают общее количество озона в столбе воздуха от земной поверхности до верхней точки атмосферы. Измерения проводятся путем спектрального анализа поглощенного ультрафиолетового излучения. Подтвердив показания наземного спектрофотометра Добсона замерами, проведенными с воздушных шаров, НАСА назвало полученные данные“самыми низкими из когда-либо полученных в мире”. В то время, как НАСА и NOAA выразили надежду, что “недавно принятые международные соглашения по выведению из обращения ХФУ позволят восстановить в течении ста лет естественный уровень озона”, Центр космических полетов им. Годдарда признал, что “ежегодная тенденция формирования озоновых дыр сохранится в следующем столетии”. По мнению ученых центра “эта ситуация сохранится до тех пор, пока в стратосфере не упадет уровень содержания хлора”.

Старший научный  консультант NOAA Дэвид Хофман сказал, что новые данные показывают“увеличение глубины озоновой дыры”.

В своем пресс-релизе от 18 октября 1993 года НАСА и NOAA высказали  предположение, что“на величину озоновой дыры в предшествующем и в этом году могли повлиять окислы серы в верхней атмосфере, попавшие туда вследствие извержения вулкана Пинатубо в июне 1991 года на Филиппинах”. Влияние крупного извержения вулкана на озоновый слой стало предметом оживленных дискуссий. Тем не менее, старший научный консультант Фонда по охране окружающей среды Майкл Опенгеймер настаивал на том, что естественные феномены, подобные извержениям вулканов, не могут оправдать задержку в проведении превентивных мер. Ничего нельзя поделать с вулканами, - сказал Опенгеймер в ответ на пресс-релиз НАСА/NOAA, - но мы можем и должны постепенно вывести из обращения озоноразрушающие химические вещества, контроль за которыми недостаточен в рамках Монреальского протокола.

В 1991 году данные со спутников НАСА показали растущую тенденцию разрушения озонового  слоя над территориями плотно заселенными  людьми. “Масштабы потерь озона  были больше, площадь подверженная разрушению озона увеличилась, и  процесс разрушения сохранялся в  течение более длительного периода  времени, чем предполагалось раньше”, - написала Памела Зурер. Хотя и существует научный консенсус в том, что ХФУ несут ответственность за разрушение озонового слоя Антарктики, нет ясности в том, почему происходит утончение озонового слоя в северном полушарии. По мнению профессора химии Земли и планетарных наук Джеймса Андерсена из Гарвардского университета, хлор и бром возглавляют список веществ подозреваемых в этом. “Тем не менее, в настоящий момент приоритетом для нас является определение механизма, который отвечает за это утончение озонового слоя. На современном этапе мы не можем предсказать то, как будет развиваться этот процесс в будущем”, - процитировала Зурер. Между 1986 и 1991 годами мировое потребление ХФУ -11, -12 и -113 упало на 40 процентов, быстрее, чем предписывалось Монреальским протоколом и даже быстрее, чем то, к чему призывали наиболее амбициозные Лондонские поправки к Монреальскому протоколу 1990 года, отметила Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата. Американские производители, например, раньше других поверившие, что ХФУ уникальны и незаменимы, обнаружили, как быстро им удается переключиться на альтернативные процессы и химические продукты. Сокращение потребления ХФУ в развитых странах произошло вследствие следующих шагов: замены ХФУ в процессах производства аэрозолей (используются как агенты, способствующие распылению вещества) и пенопластов; использования водяных и полуводяных систем; использование технологий, не требующих промывания, например в производстве или сборке электроники или замены ХФУ на спиртосодержащие растворители; восстановления и рециклирования ХФУ в охладительных системах и замены их на другие, более экологически чистые вещества или на аммиак.

По мнению Межправительственной группы экспертов по проблемам изменения климата, даже если меры по контролю, предписанные Лондонскими поправками, будут выполнены всеми странами, “содержание хлора и брома в стратосфере будет увеличиваться в последующие несколько лет”. Поэтому образование Антарктической озоновой дыры, вызванное промышленными фреонами, будет повторяться каждую весну. В дополнение к сказанному, свидетельства говорят о том, что фреоны несут также ответственность за разрушение озона стратосферы в средних и высоких широтах. Следует ожидать продолжения этого процесса в течение 90-х годов.

Причины очевидны - ХФУ, как было отмечено выше, являются долгоживущими веществами и остаются активными в атмосфере в течение  десятилетий. Даже если сократится использование и выброс ХФУ в мире, то количества, которые уже попали в атмосферу и стратосферу будут еще долго разрушать молекулы озона. 23 апреля 1993 года группа ученых опубликовала статью в журнале “Наука”(Science), в которой написала, что самые низкие показатели по содержанию озона в мире пришлись на конец 1992-начало 1993 годов. Тогда уровень его содержания был на 4 процента ниже среднего за прошедшие 12 лет, и на 2-3 процента ниже за любой из наблюдаемых годов до 1979 года. Отмечались низкие количества озона в широком спектре широт как в южном, так и в северном полушариях. В средних широтах северного полушария (между 30° и 60 ) содержание озона было на 9 процентов ниже нормы. На широте 60° к северу ученые отметили уровень на 14 процентов ниже нормы.

Эти данные напоминают о том, что потеря озона  происходит не только на полюсах. Недавно  разработанная теория утверждает, что  вихревые потоки на полюсах (циркумполярные ветра) втягивают богатый озоном воздух с больших высот и затем  включает этот воздух в глобальную циркуляцию на более низких высотах. Эта теория могла бы объяснить  потерю озона в средних широтах  в зимний период. Даже если все государства  в полном объеме выполнят все меры, предписанные Монреальским протоколом и Лондонскими поправками, современные уровни стратосферного хлора (от 3, 3 до 3, 5 частиц на миллиард) будут увеличиваться в 90-е годы и достигнут пика (приблизительно 4, 1 частиц на миллиард) к 2000 году. IPCC пришел к выводу, что учитывая это увеличение, дополнительные потери озона в средних широтах в 90-х годах будут сравнимы с потерями, наблюдавшимися в 80-е годы.

По расчетам Межправительственной группы экспертов  по проблемам изменения климата (IPCC), к 2000 году потери озона составят около 6 процентов в летний период и около 10 процентов зимой. Кроме  того, в докладе IPCC 1992 года отмечено, что“возросшие в стратосфере уровни аэрозолей, содержащих серу, из естественных (вулкан Пинатубо) или антропогенных источников могут повлечь еще большие потери озона, так как они усиливают каталитический эффект хлор и бром содержащих химических веществ”. Если перевести это на доступный язык, то увеличение выбросов, содержащих серу из дымовых труб, заводов и таких природных феноменов, как вулканы может привести к еще большей потере озона, поскольку озоноразрушающая способность хлора и брома будет усилена этими веществами.

За последние 10 лет содержание озона, поглощающего ультрафиолет, уменьшилось на 3-8%. Колоссальные прорехи, образующиеся в озоновом щите планеты, многие специалисты связывают  с разрушительным действием фреонов - веществ, используемых в холодильной  технике, и галонов, незаменимых при тушении пожаров. Монреальский протокол 1987 года обязал многие страны, в том числе и Россию, ограничить использование этих веществ, а затем и перейти на их заменители. Во всем мире уже истрачено на это около 100 млрд. долл. Расходы же нашей страны в ближайшее время должны были составить несколько десятков млрд. долл.

Несмотря  на огромные затраты, прогнозы ученых оставались малоутешительными. Фреоны живут десятки лет, а потому озон - даже при условии строгого выполнения всех договоренностей - будет восстанавливаться  до середины следующего столетия.

Однако тревожный  тон по поводу дефицита озона в  научных кругах недавно сменился некоторым замешательством. В России, например, сегодняшнее состояние  озонового слоя вдруг оказалось в норме. Весной отмечались лишь кратковременные понижения содержания озона в Сибири и на Дальнем Востоке. В июне несколько таких дней было в Приазовье. И это при том, что начиная с 1995 года дефицит озона наблюдали надо всей территорией России: в отдельные дни“недостача” достигала 40%, подвижные “дыры”длительное время висели над севером европейской части нашей страны и Поволжьем.

Проплешины  в озоновом слое ни с того ни с  сего “сползли”к югу, дыры появились над экватором, где раньше колебания не превышали 6%. Дефицит озона до 20 и более процентов обнаружили над экваториальной областью планеты - в двух районах с центрами над Тихим океаном и Африкой. Специалисты Центральной аэрологической обсерватории Гидрометцентра (руководитель группы профессор Черников), которые и обнаружили“дыры”над экватором, считают, что изменения в состоянии озонового слоя, в первую очередь, связаны с общими естественными изменениями климата на планете.

4. Источники поступления ХФУ  в атмосферу.

Как уже отмечалось ранее, особенности хлорфторуглеродов - их нетоксичность, стойкость к коррозии, негорючесть и стабильность (они не вступают в реакцию с большинством других веществ) сделали эти вещества идеальным продуктом для широкого применения. Использование ХФУ значительно возросло в 1950-1960-х годах и их производство в среднем увеличивалось на 10 процентов ежегодно, в течение трех десятилетий, пишут Шервуд и Роуленд в журнале“Амбио” в 1990 году. Основные категории продуктов, содержавших ХФУ и галогены до введения ограничений, включают:

жесткие пенопласты - используются в качестве изоляционных и упаковочных материалов;

паралон - используется в мебельном производстве, в матрасах и автомобильных сидениях;

холодильники - для охлаждения продуктов питания  в быту и торговле; кондиционеры - в автомобилях и домах;

растворители - для промывания электронных плат, металлических частей и соединений;

 больничные  стерилизаторы;

 огнетушители (используют галоны);

аэрозольные баллончики - фреоны использовались в  качестве пропилентов (веществ, способствующих распылению содержимого) главным образом в Европе и Японии. До введения в США, Канаде и Швеции в 1978 году запрета на использование ХФУ в аэрозолях, аэрозольное производство было крупнейшим потребителем ХФУ. Использование ХФУ в аэрозолях другими странами продолжалось еще довольно долго после того, как США, Канада и Швеция ввели запрет. Более того, мировое производство ХФУ продолжало увеличиваться еще в течение долгого времени после запрета 1978 года.

США, не нарушая  запрета на использование ХФУ  в аэрозолях, тем не менее остаются крупнейшим мировым потребителем хлорфторуглеродов. В 1989 году на долю США пришлось 29 процентов мирового потребления ХФУ. Автомобильные кондиционеры стали (еще в большей степени, чем аэрозоли) крупнейшим потребителем ХФУ. На их долю пришлось 16 процентов всех ХФУ, потребленных США в 1989 году. Эта практика должна прекратиться согласно Монреальскому протоколу и 1990 года поправкам к“Закону о чистом воздухе”.

5. Воздействие на здоровье и  окружающую среду:

Озон в  стратосфере защищает Землю от разрушительной ультрафиолетовой солнечной радиации. Разрушение озонового слоя позволит большему количеству солнечной радиации достигнуть поверхности Земли.

Каждый потерянный процент содержания озона в стратосфере  приводит к увеличению интенсивности  воздействия ультрафиолетовой солнечной  радиации на 1, 5-2 процента, по данным Агентства  по охране окружающей среды США. Для  человека увеличение интенсивности  ультрафиолетового излучения прежде всего опасно воздействием солнечной радиации на кожу и глаза.

Радиация  с длиной волн в спектре от 280 до 320 нанометров - УФ лучи, которые частично блокируются озоном - могут вызвать  преждевременное старение и рост числа раковых заболеваний кожи, а также поражение растений и  животных. Радиация с длиной волн больше, чем 320 нанометров, УФ спектра, практически  не поглощается озоном и фактически необходима человеку для формирования витамина Д. УФ радиация с длиной волн в спектре 200 - 280 нанометров может  вызвать серьезные последствия  для биологических организмов. Однако излучение этого спектра практически  полностью поглощается озоном. Таким  образом, “ахиллесова пята”земной жизни - это излучение довольно узкого спектра УФ волн длиной от 320 до 280 нанометров. С сокращением длины волн усиливается их способность причинять вред живым организмам и ДНК. К счастью, способность озона поглощать ультрафиолетовую радиацию растет пропорционально сокращению длины волны излучения. Потенциальные последствия для здоровья человека с увеличением интенсивности ультрафиолетовой радиации описаны ниже: