Озонные дыры и гибель человечества

Фреоны, выброшенные в атмосферу, опасны прежде всего тем, что в химических реакциях разрушают молекулы озона, а значит и озонный слой. Последствия этого разрушения очевидны, поскольку озонный слой защищает биосферу и всех нас в том числе от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца. Кроме того, озон обладает способностью создавать парниковый эффект. Такой же способностью обладают N₂O, CH₄, CCl₂ F₂, NH₃, водяной пар и др.

Способность поглощать инфракрасное излучение у фреонов в несколько раз больше, чем у углекислого газа. Если бы их концентрация была такой же, как концентрация СО₂, то последствия от создаваемого ими парникового эффекта были бы катастрофическими. В настоящее время концентрация фреонов недостаточна для создания такого катастрофического парникового эффекта. Но она весьма ощутима в смысле разрушения озонного слоя.

В принципе надо рассматривать действие малых составляющих атмосферы не по отдельности, а совокупно, всех вместе и одновременно. Ведь некоторые из них не повышают температуру атмосферы, а, наоборот, компенсируют влияние других малых составляющих. Прежде всего надо рассматривать азотный цикл в атмосфере, который функционирует в результате сжигания топлива, ядерных взрывов, а также внесения азотных удобрений и др. В этих процессах образуются азотные соединения, которые играют очень важную роль в фотохимии озона, а также в поглощении коротковолнового солнечного излучения. Необходимо анализировать и сернистый цикл. Речь идет главным образом о двуокиси серы, которую человек выбрасывает в атмосферу в результате различных технологических процессов. При этом сера окисляется в H₂SO₄ и в конце концов переходит в аэрозоль. Влияет на климат стратосферный мелкодисперсный аэрозоль, который состоит из соединений серы. Серная кислота, которая образуется при соединении двуокиси серы с водой, попадает в облака. С осадками она переносится в почву и окисляет ее. Попадает она и в водоемы со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Оценено, что к 2025 году в атмосферу за счет сжигания угля и нефти будет выброшено 1362 миллионов тонн окислов серы. Окислы серы в основном выделяются при сжигании угля. В каменном угле содержится до 3 % серы, тогда как в нефти ее меньше — до 2 %. Состав как угля, так и нефти зависит от того, где они добываются. Имеются источники угля, в некоторых всего 0,71 % серы. В некоторых местах добывают нефть, в которой содержится всего 0,14 % серы.

В настоящее время над городами и городскими районами содержится в среднем не менее 100 мг аэрозоля в каждом кубическом метре воздуха. За пределами городских зон аэрозоля примерно в пять раз меньше. Аэрозоль оказывает влияние на биосферу и здоровье людей. Мы здесь рассмотрим только его влияние на климат.

В нижней части атмосферы — тропосфере сосредотачивается в основном аэрозоль, состоящий из крупных частиц. Его называют крупнодисперсной фракцией аэрозоля. Дело в том, что более мелким, а значит, и более мелким частицам легче подняться вверх, в верхние слои атмосферы. А крупные частицы аэрозоля в тропосфере вымываются осадками. Поэтому эти частицы находятся в атмосфере относительно недолго — от нескольких дней до недель. Редко они задерживаются здесь в течение месяца. Выше тропосферы в стратосферу добираются мелкие частицы аэрозоля (мелкодисперсный аэрозоль). Здесь очищения воздуха осадками нет. Стратосфера очень устойчива, и этот мелкий аэрозоль здесь сохраняется от нескольких месяцев до 1–2 лет. Одновременно здесь идут химические реакции, поэтому состав аэрозоля меняется во времени. Так, поднятая в стратосферу сера со временем превращается в CaSO₄, а затем и в серную кислоту H₂SO₄ — благо, здесь достаточно влаги, чтобы обеспечить такое превращение. Капельки H₂SO₄ очень мелкие. Они образуют мелкодисперсный аэрозоль. Ясно, что долгоживущий стратосферный аэрозоль намного эффективнее влияет на климат, чем крупный аэрозоль внизу — в тропосфере, который там долго не задерживается.

Аэрозоль неравномерно распределен по высоте. Имеется некоторая высота, на которой его больше всего. Поэтому говорят об аэрозольном слое, где концентрация аэрозольных частиц значительно больше, чем на других высотах, — как ниже, так и выше. Во многих районах Земли ведутся наблюдения за аэрозольным слоем. Изучается не только его высота и концентрация частиц, но и распределение частиц по размерам, их физическая и химическая природа и т. д. В этих исследованиях широко используются лазерные установки, позволяющие по рассеянному излучению получать указанную информацию об аэрозолях.