Озонные дыры и гибель человечества

При ядерных взрывах выделяется очень много энергии в виде тепла. Это энергия огненного шара. В сильно нагретой атмосфере происходят такие преобразования химических веществ, какие при нормальных условиях или не происходят, или протекают очень медленно. Что касается озона, его исчезновения, то наиболее опасными для него являются образующиеся при этих преобразованиях окислы азота. Среди них наиболее опасной для озона (наиболее прожорливой) является окись азота NO. При повышении температуры атмосферы до 6000 К молекулярный кислород в атмосфере практически выгорает полностью. При нормальных условиях он составляет примерно 1/5 воздушной массы по весу, при температуре в 6000 К его остается всего 0,004 %. Кстати, количество молекулярного азота меняется всего на 5 %. Количество инертных газов, например аргона, не меняется. Если при нормальных условиях окиси азота в воздухе практически нет, то при температуре 6000 К она составляет примерно 1,5 %. В приземном воздухе почти отсутствует атомный кислород. При высокой температуре практически весь молекулярный кислород превращается в атомный. Его по весу становится примерно 20 %.

Почему для оценок мы взяли температуру, равную 6000 К? Потому, что именно такая температура устанавливается через несколько секунд после ядерного взрыва. При температуре в 6000 К устанавливается равновесие состояние между различными химическими составляющими воздуха. Дальше идет медленное охлаждение атмосферного газа. Кстати, видимая часть Солнца, то есть фотосфера, также имеет температуру 6000 К.

Медленное остывание огненного шара происходит только в его центральных частях. В его пограничных частях (на периферии) охлаждение происходит быстро, поскольку воздух в остальной части атмосферы, за пределами огненного шара, холодный. При быстром охлаждении предварительно сильно нагретого воздуха равновесное состояние не успевает устанавливаться. Поэтому образованная окись азота сохраняется. Сохраняются и другие химические вещества, возникшие при высокой температуре. Чем быстрее охлаждается воздух, тем больше сохраняется в нем высокотемпературных составляющих (тех, что образовались при высокой температуре). Собственно, их возникновение связано не только с огненным шаром ядерного взрыва, но и с взрывной ударной волной, в которой происходит нагрев из-за сильного сжатия газа. Естественно, после сильного сжатия газа в ударной волне ядерного взрыва происходит его быстрое расширение. Эффект его такой же — высокотемпературные продукты, в том числе окись азота, остаются в воздухе.

При ядерном взрыве примерно 1/3 энергии содержится в возникшем при этом излучении. Остальные 2/3 энергии делятся примерно поровну между энергией огненного шара и энергией ударной волны. Излучение ядерного взрыва также приводит к образованию окиси азота. Это происходит прежде всего потому, что излучение производит ионизацию атомов и молекул атмосферного газа. Затем образованные ионы вступают в реакцию с другими составляющими воздуха и образуют окислы азота.

Возникает естественный вопрос: насколько важен этот источник окислов азота в атмосфере. Приведем некоторые оценочные цифры. В 1962 году, который в этом плане считают «рекордным», было произведено ядерных взрывов общей мощностью в 213,5 мегатонны (Мт). За этот год в атмосфере только в результате ядерных взрывов образовалось больше 1 миллиона тонн окислов азота. К этому количеству надо добавить то, которое образовывалось во все другие годы, хотя мощность ядерных взрывов была меньше. Так, за период с 1952 по 1971 год в результате ядерных взрывов в атмосфере образовалось около 3 миллионов тонн окислов азота. Дальнейшая судьба их такова: они в результате перемешивания атмосферы попадают на разные высоты, в том числе и в атмосферу. Там они вступают в химические реакции с участием озона, приводя к его разрушению.

И хотя договор о запрещении ядерных взрывов в атмосфере был подписан в 1963 году, последствия ядерных испытаний сказываются до сих пор. Кроме того, в результате подземных взрывов продукты, разрушающие озон, пусть в меньших количествах, поступают в атмосферу и продолжают вступать в реакции, уничтожающие озон.

СЖИГАНИЕ ТОПЛИВА И ОЗОН

Закись азота обнаруживается и в дымовых газах электростанций. Собственно, о том, что окись и двуокись азота присутствуют в продуктах сгорания, было известно давно. Но эти высшие окислы не влияют на озон. Они, конечно, загрязняют атмосферу, способствуют образованию в ней смога, но довольно быстро удаляются из тропосферы. Закись же азота, как уже говорилось, опасна для озона.