СТРАСТИ ВОКРУГ ОЗОНА
Э.КАЗИМИРОВСКИЙ, профессор.
Институт солнечно-земной физики СО РАН.
Как только речь заходит о так называемых глобальных катастрофах,
обязательно появляется тревожное выражение -- "озонная дыра", или
более осторожное -- "истощение озонного слоя". А далее
перечисляются ожидающие человечество беды, с этим связанные.
Уменьшение общего количества озона в атмосфере действительно
должно приводить к росту интенсивности биологически активного
солнечного ультрафиолетового излучения, а к этому излучению очень
чувствительны клетки живых организмов, особенно входящие в них
нуклеиновые кислоты. Трудно с точностью предсказать все
изменения, но различные мутации, повреждение сетчатки глаз,
увеличение заболеваемости раком кожи -- весьма вероятны. Озон
участвует в различных химических реакциях в атмосфере, в конечном
счете определяющих тепловой баланс, то есть климат нашей планеты.
Значительно изменить количество озона -- значит "сдвинуть"
тепловое равновесие, нарушить стабильность всей атмосферы с плохо
предсказуемыми пока последствиями. В то же время известно, что в
приземном слое атмосферы, там, где мы живем и дышим, озон
выступает как одна из самых грозных, агрессивных, загрязняющих
среду газовых составляющих, потому что является сильнейшим
окислителем. Озон образуется, например, как продукт автомобильных
выхлопов и входит в состав ядовитого "смога" в атмосфере больших
городов. Здесь он враг, которого лучше не иметь. А
сосредоточенный в более высоких слоях атмосферы, в стратосфере,
на высотах до 30 км, озон выполняет роль своеобразного экрана,
поглощающего губительное для всего живого на Земле жесткое
(ультрафиолетовое) излучение. Здесь он наш друг и защитник.
Так что же это такое -- озон? Откуда он берется и куда девается?
Много ли озона в атмосфере и почему его количество все время
меняется? Что такое "озонная дыра"? Вот на эти вопросы я
попытаюсь ответить.
Озон -- это химическое соединение, родственное кислороду. Если в
молекуле кислорода содержится два атома этого газа, то в молекуле
озона -- три. В атмосфере Земли озон содержится в виде очень
малой примеси на всех высотах от поверхности Земли до примерно
100 км. Но его распределение по высоте неравномерно: наибольшая
концентрация наблюдается на высотах 15--25 км, или в том
атмосферном слое, который по научной классификации называется
стратосферой.
Если собрать весь озон, находящийся в столбе атмосферы от нижней
до верхней границы, и опустить эти собранные молекулы на земную
поверхность, то при нормальном давлении и температуре толщина
слоя озона составит всего около 3 мм. Для оценки количества озона
используют так называемые "единицы Добсона", е.Д., по имени
известного исследователя в области физики атмосферы.
Слой в 3 мм, о котором мы говорим, соответствует 300 е.Д. Это --
средний уровень общего содержания озона по всей нашей планете. Но
реальное количество озона сильно меняется и в пространстве, и во
времени, зависит от различных обстоятельств -- времени года,
широты и долготы, условий атмосферной циркуляции и даже от
солнечной активности. Столь же изменчив и вертикальный профиль
озона -- зависимость его концентрации от высоты. Как правило (то
есть опять же в среднем), максимальное количество озона
наблюдается весной в высоких широтах северного и южного
полушарий, а максимальное и слабо зависящее от сезона -- в
экваториальной зоне. Однако бывают отдельные дни, недели и даже
месяцы, когда в том или ином месте на Земле наблюдаются очень
высокие или очень низкие (по сравнению со средними, конечно)
значения общего содержания озона в атмосфере.
В образовании озона участвуют обычные двухатомные молекулы
кислорода и одиночные атомы кислорода. Последние
образуются из тех же молекул под действием солнечного
ультрафиолетового излучения. Чем выше над Землей, тем больше этих
атомов, и следовательно -- озона. Но сам озон, трехатомные
молекулы, тоже может разрушаться тем же самым ультрафиолетовым
излучением (кстати, это и есть причина, по которой поглощается
энергия ультрафиолета, она тратится на образование и
разрушение озона). Начиная с некоторой высоты скорость
разрушения озона растет быстрее, чем скорость его образования, и
в итоге концентрация озона с высотой уменьшается, и он исчезает.
Так происходит в простейшем случае, в идеале. Но реально озон
участвует в огромном комплексе сложных химических реакций и
процессов, увеличивается и уменьшается, пока не установится
некоторое динамическое равновесие. На распределение озона
оказывают сильнейшее влияние динамические процессы в атмосфере, в
науке их называют процессами переноса. Все эти процессы переносят
озон, хотя и не участвуют в непосредственном его образовании и
уничтожении.
Почему сегодня столь велик интерес к проблеме озона? Откуда
тревога, что "озонный щит" разрушается? Наблюдения во многих
точках планеты показывают, что в глобальном масштабе общее
содержание озона медленно, но верно снижается. Проблема озона --
существенная часть проблемы экологии, сохранения в нашем
урбанистическом и техногенном мире природной среды и в конечном
счете, -- выживания человека на Земле. Атмосфера -- очень хрупкая
и уязвимая среда, и именно здесь появился реальный сигнал
бедствия -- резкое уменьшение общего количества озона над
Антарктикой в весенние (сентябрь--ноябрь в южном полушарии весна)
месяцы -- до 100--150 е.Д. Этот "истощенный" озонный
слой и назвали образно "озонной дырой".
Что и кто угрожает озону? Известно, что человек выбрасывает в
атмосферу все больше загрязняющих веществ,
способствующих разрушению озона, а сами они при этом не
уничтожаются (катализаторы), а возвращаются после цепочки
"вредительских акций" в исходное состояние. К таким веществам
относятся соединения азота, водорода и хлора. Откуда они? Да
источников сколько угодно -- и азотные удобрения, и выбросы
отработанных газов при полетах высотных самолетов и запусках
космических кораблей, и отходы промышленных предприятий (алюминиевые
комбинаты, производство лаков и красок, пластмасс, инсектицидов и
т.п.), и теплоэлектроцентрали, и использование в промышленности и
в быту фреонов (хлорфторуглеводородов), и ядерные взрывы, и так
далее. К счастью, враги озона наступают на него недружно, часто
мешая друг другу, но в итоге озон все-таки уменьшается. Выбросы
долгоживущих фреонов за последние десятилетия возросли в сотни
раз, в несколько раз увеличилось и их содержание в стратосфере.
Сказалось ли все это на общем содержании озона? Несомненно.
Почему мы заговорили об озонной дыре? Дело в том, что в конце
80-х годов было сделано настоящее открытие -- над Антарктидой на
огромной территории в весенние месяцы общее содержание озона
уменьшилось до 100--150 е.Д., то есть в два раза по сравнению с
обычными условиями. Тогда и появилось название "озонная дыра". И
ситуация эта в той или иной степени стала повторяться из года в
год. Начались специальные эксперименты, экспедиции, запуски
аэростатов, полеты самолетных лабораторий и т.п. (имеющиеся
спутники не дают информации для Арктики и Антарктики). При
пролете через область "дыры" специальных самолетов-лабораторий
обнаружилось, что там наблюдаются очень высокие концентрации
окиси хлора (в 300 раз выше, чем в средних широтах). Вдоль трассы
полета четко видно, что чем больше окиси хлора, тем меньше озона,
и наоборот. Откуда в Антарктиде, где нет никакой промышленности,
столько окиси хлора? Оказалось, причина в особенностях
метеорологической обстановки в антарктической стратосфере.
Подобные специфические метеоусловия могут за короткое время
появляться и в Арктике, "минидыры" иногда обнаруживаются и в
других местах.
По сигналу ученых проблемой озона занялись международные
организации, прежде всего ООН, и правительства многих стран. В
1985 году была принята "Венская конвенция по охране озонного
слоя", затем в 1987 году подписан Монреальский протокол,
обязывающий уменьшить, а лучше прекратить использование вредных
для озона веществ. Химики всех развитых стран ищут и находят
заменители обычных фреонов. За прошедшие после принятых мер годы
было зафиксировано некоторое уменьшение темпов истощения озонного
слоя, но оно продолжается, и расчеты показывают, что даже в
случае полного отказа от озоноразрушающих веществ в
промышленности (что маловероятно), будет идти еще десятки лет,
хотя все медленнее и медленнее.
Некоторые ученые напрочь отвергают антропогенное влияние на озон,
считают наблюдаемые вариации следствием чисто природных, в том
числе пока плохо изученных циклических процессов. За такие идеи
радостно хватаются те, кто не заинтересован в перестройке
промышленности. Дискуссии продолжаются, задача ученых --
правильно и объективно оценить опасность и своевременно довести
до сведения широкой общественности и правительств ее реальность и
источники.
Несколько институтов Сибирского отделения Российской академии
наук, в том числе Институт солнечно-земной физики в Иркутске,
активно занимаются озонной проблемой, стараются отделить
естественные причины изменчивости озона от антропогенных. В
Восточной Сибири в течение нескольких последних зим наблюдаются
рекордно высокие отклонения общего содержания озона от
среднеклиматических норм. Почему? Скорее всего, вследствие
особенностей метеорологических процессов в эти зимы, а не из-за
каких-то аварийных выбросов химических производств. Оснований
для паники нет, тем более, что озона даже в эти периоды не
меньше, чем, скажем, летом или осенью. Но предмет для глубокого
исследования есть. Значит, нужны приборы, длительные наблюдения,
квалифицированные специалисты, международное сотрудничество. Все
это осуществить в нынешних условиях глубокого экономического
кризиса в нашей стране очень и очень непросто. Нужна всемерная
поддержка не только федеральных ведомств, но и региональных
властей. Упустим время -- потомки нас не поблагодарят.
г.Иркутск.
стр.
|