Озонные дыры и гибель человечества

В 70-е годы производство аэрозольных упаковок достигло очень большой величины. Оно базировалось главным образом на фреонах Ф-11, Ф-12 и Ф-22. Поэтому производство этих фреонов, начиная с 40-х и 50-х годов, постепенно увеличивалось вплоть до 1973 года. В 1973 году выпуск этих типов фреонов составил 90 % общего производства фреонов.

Больше половины производимых фреонов используется в качестве распылителей в аэрозольных упаковках.

Поскольку большинство производимых в мире фреонов попадает в атмосферу, можно без преувеличения сказать, что мировая промышленность по производству фреонов работает почти полностью на загрязнение атмосферы. Это, естественно, подтверждается измерениями на разных высотах в атмосфере.

Фреоны достаточно быстро поднимаются вверх, в стратосферу, поскольку атмосферный газ находится в непрерывном турбулентном перемешивании. Кроме турбулентности фреон переносится вверх и упорядоченными вертикальными потоками воздуха. В стратосфере фреоны под действием ультрафиолетового излучения разлагаются. В результате выделяются активные атомы хлора, которые и участвуют в разложении молекул озона. Разложение фреонов происходит именно в стратосфере, а не внизу, в тропосфере, потому что для этого нужно достаточно энергичное ультрафиолетовое излучение, которое в тропосферу не доходит. Энергия излучения (квантов или фотонов) определяется длиной волны. Для того, чтобы фотоны были способны вырвать хлор из молекулы хлорфторметана, длина их волны должна быть не больше 500 нм. Но фреоны эффективно поглощают только излучение с длинами волн меньше 200 нм. В стратосфере мало поглощается солнечное излучение с длинами волн от 170 до 210 нм. Это-то излучение и освобождает хлор из фреонов. ClO, как и чистый хлор, является активным по отношению к озону. Таким образом, из одной, первоначальной молекулы фреона образуются два активных атома хлора.

Интенсивность солнечного излучения зависит от зенитного угла Солнца. Поскольку ультрафиолетовое излучение поглощается в атмосфере, то его интенсивность зависит и от высоты над поверхностью Земли. Таким образом, эффективность разрушения фреонов ультрафиолетовым солнечным излучением зависит как от зенитного угла Солнца, так и от высоты.

Когда речь идет о фреонах, которые подняты в стратосферу и там разлагаются с выделением активного хлора, то последствия этого более чем очевидны — активный хлор незамедлительно приступает к разрушению озона. Но как определить, какая доля фреонов, выброшенных в приземный слой атмосфер, поднимется в стратосферу? Конечно, часть его застревает по пути и там разлагается. Если бы фреон попадал в стратосферу и в ней не разлагался, то там происходило бы его колоссальное накопление. Но этого не наблюдается. Возникает вопрос: в каких реакциях фреон разлагается в тропосфере? Как уже говорилось, разложение его ультрафиолетовым излучением (как в стратосфере) практически исключается, поскольку нужное для этого излучение в тропосферу не проникает.

Специалистами рассматривались разные возможности для удаления фреона из тропосферы. Предполагалось, что он может хорошо растворяться в воде и таким образом с осадками (водяными каплями) вымываться из тропосферы. И действительно, в водах Мирового океана был обнаружен фреон в значительных количествах. Но оказалось, что связывается водой только фреон Ф-22. То есть он перестает быть фреоном и при испарении воды не попадает в атмосферу. Другие типы фреонов не подвержены гидролизу. Поэтому имеет место их фреоноворот: они из атмосферы попадают в воду, а затем из воды в атмосферу. Вот почему их пребывание в воде не решает проблемы, поскольку оно бывает только временным. Конечно, водяной пар — это не единственная примесь атмосферы, которая может оказывать влияние на судьбу фреонов. Таких составляющих атмосферы, несомненно, много. Плохо только, что мы пока что не в состоянии определить, какие из них эффективно взаимодействуют с фреонами. Специалисты сходятся на том, что с фреонами должны взаимодействовать различные заряженные атомы и молекулы. Для краткости их называют аэроионами («аэро» — воздух). Конечно, нельзя говорить об аэроионах вообще. Каждый из них имеет свои характеристики, одни из них взаимодействуют с фреонами, а другие нет. Из взаимодействующих одни выделяются высокой эффективностью этого взаимодействия, а другие — низкой. Поэтому сказать, что фреоны могут исчезать в реакциях с аэроионами — значит не сказать ничего. Конечно, данный механизм разложения фреонов в тропосфере обсуждается специалистами очень активно. Но, к сожалению, возможности этих обсуждений весьма ограничены отсутствием необходимой информации как о составе аэроионов, так и о скоростях (а точнее, константах) их реакций с фреонами.