Озонные дыры и гибель человечества

Присутствие в стратосфере химических веществ в виде твердых частиц (льда в облаках) способствует разрушению озона. Выбрасываемые в атмосферу вещества, содержащие хлор, фтор, азот, метан и др., могут длительное время находиться там в пассивных формах и не разрушать озон. В особых условиях зимой и весной над Антарктикой происходит эффективное преобразование пассивных хлорных соединений в активные, которые интенсивно разрушают озон. Измерения с помощью спутников, ракет, шаров-зондов и самолетных лабораторий показали, что в этот сезон опасность для озона окиси хлора ClO в 100–500 раз больше, чем в средних широтах на этих же высотах. Прежде всего ClO и «поедает» озон в стратосфере Антарктики. На некоторых высотах его остается только 5 % прежнего количества! Если брать озон на всех высотах, то его количество в месте озонной дыры весной в Антарктике уменьшается наполовину. Таким образом, выбрасываемые людьми в атмосферу вещества переносятся движением воздуха на все широты и долготы. В Антарктике в конце зимы и весной они оказываются в особых природных условиях, которые позволяют им активизироваться и эффективно разрушать стратосферный озон.

Из этого можно сделать вывод, что поскольку такие особые условия в стратосфере имеются только в Антарктике (да и то не круглый год), то проблема озонной антарктической дыры является местной, региональной, а не глобальной. Но, к сожалению, это не так. Дело в том, что весь озон в атмосфере Земли, включая приземный слой воздуха, тропосферу, стратосферу и выше (мезосферу и термосферу), на всех долготах и широтах един. В одних местах он образуется эффективно и регулярно, в других — неэффективно и только от случая к случаю, в одних местах образованный озон живет годы, а в других — только секунды, но тем не менее весь озон вокруг Земли находится как бы в сообщающихся сосудах. Поэтому, если он исчезнет без компенсации в одном месте (в данном случае в Антарктике), то это изменит баланс озона в глобальном масштабе. Другое дело, если имеется компенсация. Так, если бы весеннее разрушение озона в Антарктике компенсировалось его увеличением в последующие сезоны, то годовой баланс был бы сохранен. Дыра была бы не опасна в смысле поглощения глобального озона. Полной компенсации разрушенного весной в Антарктике озона не происходит, и в общем балансе всего земного озона каждый год имеется нехватка, которая растет от года к году. Вот этим-то и опасна для всей Земли озонная дыра над Антарктикой.

Для того, чтобы узнать, где, сколько имеется озона, надо проанализировать источники его поступления и места исчезновения. Озон образуется разными путями. Это и химические процессы (объединение молекулярного и атомного кислорода), и физико-химические процессы (образование озона у земной поверхности во время гроз и в результате действия тлеющих электрических разрядов). Исчезает озон на разных высотах также по разным причинам. На одних высотах его разрушают одни химические соединения, на других — другие. Кроме того, озон перемещается в атмосфере. Поэтому для того, чтобы понять, как распределен озон вокруг Земли и как меняется во времени это распределение, надо проанализировать все указанные процессы, от которых зависит количество озона.

Общая схема выглядит так. В стратосфере озон образуется из кислорода под действием солнечного излучения. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими соединениями. Поскольку в атмосфере от 100 км и до поверхности Земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на Земле, в ее приземном слое, и затем из-за перемешивания были подняты в стратосферу. Для того, чтобы слой оставался неизменным (конечно, он должен меняться в зависимости от времени суток, сезона, солнечной активности и т. д., но эти изменения происходят с определенными периодами, и из-за них слой озона исчезнуть не может), должен существовать баланс между количеством озона, который образуется, и количеством озона, который исчезает, разрушается.

Поскольку происходят не только горизонтальные движения атмосферного газа (а вместе с ним и озона), то часть того озона, который образовался в стратосфере, переносится вниз, в тропосферу, а также достигает земной поверхности. Но озон, который находится в тропосфере, менее уязвим, чем стратосферный озон. Почему? Прежде всего потому, что в тропосфере значительно ниже температура, нежели в стратосфере. А чем выше температура озона, тем быстрее он разрушается. Если температуру озона повысить до 200^оС, то он весь разрушится. Так освобождаются от озона в лабораторных условиях и в различных приборах, которые предназначены для измерения озона.