Лекция №9

Тема: Проблема озона и кислотных осадков

План лекции:

1. Проблема озона

2. Кислотные осадки

1. Проблема озона

Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году, на Южном полушарии, над Антарктидой, группой британских учёных: Дж. Шанклин (англ.), Дж. Фармен (англ.), Б. Гардинер (англ.), опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature. Каждый август она появлялась, а в декабре — январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества, мировые ученые доказали, что на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктикой.

Озо́новая дыра́ — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя, см., например, доклад Всемирной метеорологической организации:^[1]

Эти и другие недавно полученные научные данные укрепили вывод предыдущих оценок в том, что перевес в пользу научных доказательств свидетельствует о том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями

В результате отсутствия солнечного излучения, во время полярных ночей озон не образуется. Нет ультрафиолета - нет озона. Имея большую массу, молекулы озона опускаются к поверхности Земли и разрушаются, так как неустойчивы при нормальном давлении.

Роуланд и Молина предположили, что атомы хлора могут вызвать разрушение больших количеств озона в стратосфере. Их выводы были основаны на аналогичной работе Пауля Джозефа Крутцена и Харольда Джонстоуна, которые показали, что оксид азота (II) (NO) может ускорять разрушение озона.

К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее ввиду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, монооксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона приведены в статье про озоновый слой.

Фреоны используют, главным образом, как легко испаряющуюся жидкость в производстве пористых материалов и как хладагент в холодильных установках. Согласно техногенно-фреоновой гипотезе, весь промышленный фреон попадает в стратосферу, где на высоте 20-25 км находится озоновый слой. В стратосфере под действием ультрафиолетовых лучей солнца хлор, входящий в состав фреона, вступает в реакцию с озоном и разрушает его. Однако, у этой гипотезы есть противоречие. Так, самая большая озонная дыра располагается над Антарктидой, тогда как основные источники техногенного фреона находятся в северном полушарии. Обмен между воздушными массами обоих полушарий затруднен, что установлено, в частности, при исследовании движения продуктов ядерных испытаний. Кроме того, техногенно-фреоновая гипотеза не дает хоть сколько-нибудь точных прогнозов, хотя в ее распоряжении находятся точные данные по расположению и количеству промышленного фреона.

В.Л.Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород - "главный газ Земли". Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.

Система рифтовых зон Земли сегодня хорошо изучена геологами, и это дает возможность прогнозировать расположение озонных дыр. Так постоянство озонной дыры над Антарктидой объясняется тем, что главные каналы дегазации - срединно-океанские рифты - сближаются вокруг Антарктиды и увеличивают "водородную продувку атмосферы" в этом районе. Кроме того, на Антарктиде расположен действующий вулкан Эребус с наибольшими газовыми выбросами в атмосферу. Кстати, американская станция Мак-Мердо, следящая за состоянием атмосферы, находится у подножия этого вулкана. Учитывая повышение сейсмической активности в районе срединно-океанского рифта, В.Л.Сывороткин предсказал образование крупной озонной дыры над экваториальной зоной восточной части Тихого океана (январь 1998).

По мнению В.Л.Сывороткина, обеднение озонового слоя Земли - явление прогрессирующее. И связано оно напрямую с усилением глубинной дегазации нашей планеты. Однако причины этого усиления неясны.