Озонные дыры и гибель человечества

Закись азота образуется из связанного азота в процессе денитрификации. Этот процесс обеспечивает микроорганизмы, которые находятся в почве и океане. В этих процессах кроме закиси азота образуется и молекулярный азот. Таким путем в атмосферу с поверхности суши поступает в год около 50 миллионов тонн закиси азота. Еще примерно 10 миллионов тонн закиси азота поставляет в атмосферу океан. Образованная таким путем закись азота поднимается до самой стратосферы. На этом пути она мало разрушается солнечным излучением. Конечно, не вся закись азота достигает стратосферы. Специалисты считают, что в стратосферу добирается примерно половина закиси азота, которая образуется на суше и в океанах. Глобальная эмиссия N₂О за последнее столетие увеличилась примерно на 55 %. Это показано на рис. 56.

_{Рис. 56. Изменение общей эмиссии N2О за последние 100 лет.}

Оценено, что если концентрация N₂О удвоится, то из-за этого количество стратосферного озона уменьшится на 3–5 %. За период 1976–1980 годов наблюдалось увеличение N₂О на 0,2 % в год. В моделях берут 0,25 % в год. Время жизни около 150 лет в нижней атмосфере. Здесь потери идут очень медленно. В стратосфере N₂О видоизменяется, часто превращается в NО_х и разлагает озон (служит катализатором). Увеличение N₂О будет влиять на уменьшение озона, которое создается Сl_х в стратосфере.

В стратосфере из закиси азота образуется окись азота NO. Она является очень активной. Поэтому молекулы NO существуют примерно всего две минуты. Поступающая в стратосферу закись азота, по оценкам ученых, образует там ежегодно примерно 4 миллиона тонн окиси азота.

Окись азота в стратосфере очень тесно связана с двуокисью азота NO₂. Основным поставщиком двуокиси азота являются промышленные установки. Там, где нет промышленного производства (например, во влажных тропиках Америки), двуокиси азота в воздухе мало. Измерения показывают, что количество двуокиси азота может увеличиваться в 10-100 раз. Это избыточное количество двуокиси азота исходит из промышленных регионов. В тропосфере двуокись азота частично вымывается осадками. Поэтому, чем выше в тропосфере, тем двуокиси азота меньше. Но все равно его достаточно, чтобы проникать в стратосферу. В стратосфере с высотой его количество меняется мало. Правда, оно сильно меняется во времени. Объемное отношение смеси NO₂ специалисты оценивают величинами в диапазоне 10^-8-10^-9.

Под действием солнечного излучения двуокись азота диссоциирует, то есть ее молекула распадается. В стратосфере молекула двуокиси азота вступает в реакцию с атомным кислородом. При этом образуется молекула окиси азота и молекулярный кислород. Далее молекула окиси азота вступает в реакцию с молекулой озона. В результате озон разрушается, образуется молекула двуокиси азота и молекула кислорода. Таким образом, молекулы двуокиси азота играют роль катализаторов в реакциях разрушения озона.

Под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, а также при воздействии высокоэнергичных заряженных частиц (электронов) молекулы азота (которого в атмосфере очень много) разрываются на атомы. Атомный азот тут же взаимодействует с молекулярным кислородом и образует окись азота и атомный кислород. Оба этих вещества опасны для озона.

Окислы азота исчезают в стратосфере при их соединении с молекулами гидроксила. В результате образуется соляная кислота. Эта реакция проходит только в присутствии третьего тела, которое должно принять на себя избыток энергии. Таким образом, в реакциях с образованием азотной кислоты выходят из игры не только окислы азота, но и гидроксил. Те и другие являются активными разрушителями озона. Правда, азотная кислота является своего рода резервуаром для образования окислов азота. Дело в том, что под действием солнечного излучения из молекулы азотной кислоты вновь образуются окислы азота. В среднем молекула азотной кислоты от своего образования до разрушения существует примерно один месяц. Поэтому изменчивость ее количества меньше, чем короткоживущих окиси и двуокиси азота.

Любопытно, что чем дальше от экватора (по направлению к полюсам), тем азотной кислоты в стратосфере больше. Этот рост весьма ощутим. Уже на широте 40^о ее примерно в пять раз больше, чем на экваторе. Откуда берется этот избыток молекул азотной кислоты? Полагают, что они рождаются из окислов азота при их переносе от экватора в высокие широты. На высотах 20–25 км намеренно максимальное количество азотной кислоты. Иногда измерения выявляют несколько высот с максимальным количеством азотной кислоты.

Окислы хлора активно разрушают озон. Реакций с участием хлора в стратосфере имеется несколько десятков. Очень быстро взаимодействует с озоном атомный хлор. При этом образуется моноокись хлора ClO и молекулярный кислород. Далее ClO соединяется или с атомным кислородом, или же с окисью азота NO. В каждом случае высвобождается атомный хлор.