Озонные дыры и гибель человечества

В настоящее время очень широко обсуждается проблема возможного разрушения озонного слоя веществами, поступающими с поверхности Земли и имеющими антропогенное происхождение. Но влияние веществ естественного происхождения пока что не может быть уверенно определено, так как нет необходимых для этого экспериментальных данных. Существует иллюзия, что все, что не зависит от деятельности человека, остается более или менее неизменным или же меняется незначительно. Но это на самом деле не так. Об этом говорят приведенные выше сведения о многолетних изменениях в атмосфере количества водяного пара.

Вся жизнь Земли и окружающего ее пространства связана с изменением условий вне ее, в космическом пространстве, и прежде всего на Солнце. Солнечные ритмы проявляются на Земле во всем. Они проявляются в животном и растительном мире, в гидросфере, атмосфере, ионосфере и магнитосфере Земли. Конечно, они проявляются и в жизни озона и всех тех веществ естественного происхождения, которые влияют на озон. Но зависимости здесь далеко не всегда простые. Они усложняются тем, что в процессах имеется определенная инерционность. Она же проявляется и при передаче энергии от одних процессов к другим. Значительное усложнение всей картины происходит и потому, что солнечные ритмы (циклы) разной продолжительности накладываются друг на друга, что приводит часто к очень сложным изменениям во времени процессов на Земле и в околоземном пространстве (а значит, и в стратосфере). Это очень важно понимать для того, чтобы получить полную картину тех изменений, которые претерпевает озонный слой в силу изменения естественных условий. Чтобы получить такую полную картину, надо располагать намного большей информацией об атмосфере, чем мы располагаем сейчас.

Конечно, все сказанное относится не только к водяному пару. Это касается и других веществ, влияющих на разрушение озона. Мы каждый раз будем это подчеркивать, чтобы у читателя создавалось более полное представление о проблеме возможного разрушения озонного слоя Земли.

АЗОТНЫЙ КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ

Наличие окислов азота в стратосфере было известно еще с 40-х годов, хотя прямые измерения основных соединений, таких как NO и NO₂, практически отсутствовали.

В почве и океане происходит денитрификация. Этот процесс обеспечивают микроорганизмы. При этом образуется закись азота. В приземном слое атмосферы и в тропосфере закись азота не разлагается. Она поднимается вверх в стратосферу и там принимает активное участие в разрушении озона. В стратосфере закись азота вступает в реакцию с атомным кислородом в возбужденном состоянии и образует окись азота NO.

Окись азота NO является весьма эффективным катализатором, разрушающим озон.

Для того, чтобы предвидеть последствия той или иной реакции, мало знать, какие вещества в ней участвуют. Надо знать, с какой скоростью эта реакция протекает. Скорость реакции определяется так называемой константой (постоянной) и физическими условиями. Константа реакции связана со свойствами внутреннего строения тех веществ, которые вступают в реакцию. Физические условия протекания реакции — это и температура, и концентрация вступающих в реакцию веществ.

Мы не приводим скоростей реакций, не указываем, какие из них более важны, а какие менее важны и на каких высотах. Нам кажется, что приведение скоростей реакций в тексте затруднит чтение книги неспециалистами.

Обрывается азотный цикл потому, что при взаимодействии радикала гидроксила и двуокиси азота образуется азотная кислота. Эта реакция проходит только в присутствии третьего тела. Скорость ее течения прямо пропорциональна концентрации.

Образованная таким путем азотная кислота будет переноситься путем диффузии и турбулентности в тропосферу. При этом она «выходит из строя». Из тропосферы азотная кислота вымывается очень быстро.

Азотная кислота не только образуется, но и разлагается. Во всяком установившемся процессе должен наступить баланс, равновесие. Иначе количество данного вещества в результате реакций или уменьшилось бы до нуля, или же увеличилось до бесконечности.

Таким образом, основными азотными соединениями, влияющими на озон в стратосфере, являются NO, NO₂, NO₃, N, HNO₃, HNO₂. Их называют «нечетным» азотом, поскольку каждое из этих соединений содержит нечетное число атомов азота. Самыми главными, определяющими являются три соединения: NO, NO₂ и HNO₃.

Проблема озона не ограничивается только какими-то определенными высотами (например, стратосферой). Важно рассматривать не только область атмосферы, находящуюся ниже озонного слоя в стратосфере, но и область, находящуюся выше — в мезосфере и термосфере. Так, на высоте 80 км имеется весьма заметный поток озона из термосферы вниз. Он может достигать величины 1 миллиарда частиц в одну секунду через горизонтальную площадку в 1 см². Такой поток не одинаков на всех широтах. Он максимален в высоких широтах (в зонах полярных сияний).