2. Проблема збереження озонового шару: причини та наслідки.

1985 р. фахівці з Британської Антарктичної Служби досліджен­ня атмосфери повідомили про абсолютно несподіваний факт: вес­няний уміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарк­тиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40 %. Незабаром це підтвердили інші дослідники, які показали, що область зниженого вмісту озону йде за межі Антарктиди й за висотою охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озоновий Експеримент. Протягом експерименту вчені з чотирьох країн декілька разів піднімалися в зону зниженого вмісту озону й збирали детальні дані про її розміри й хімічні процеси, які там вібуваються. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова «дірка». На початку 1980-х, за вимірюваннями із супутника «Німбус-7», аналогічна дірка була виявлена й у Арктиці, правда, вона охоплювала значно меншу площу і зниження рівня озону в ній було не таке суттєве — близько 9 %. У середньому на Землі з 1979 по 1990 р. вміст озону знизився на 5 %.

Зменшення концентрації озону на 1 % приводить у середньо­му до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету біля поверхні Землі на 2 % . Ця оцінка підтверджується вимірювання­ми, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення Сонця інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижче, ніж у середніх широтах). За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет подібний до йонізуючих випромінювань, однак, через більшу, ніж у Ц-випромінювання, довжину хвилі він не здатний проникати глибоко в тканини, і тому уражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет володіє достатньою енергією для руйнування ДНК та інших органічних молекул, що викликає рак шкіри, особливо швидкоплинну злоякісну меланому, катаракту й імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафіолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри й рогівки. Вже зараз у всьому світі помітне збільшення захворювання на рак шкіри, однак значна кількість інших чинників (наприклад, по­пулярність засмаги зросла, і це призвело до того, що люди більше часу проводять на сонці, таким чином отримуючи велику дозу УФ-опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати, що це спричинило зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою й тому становить велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, який мешкає в приповерхневому шарі, у разі збільшення інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати й навіть загинути повністю. Планктон є основою харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без прикрас можна сказати, що практично все життя приповерхневих шарів морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але в разі збільшення дози можуть постраждати й вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде засіб захисту від жорсткого УФ-випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років. Тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону становлять викиди водяної пари й оксидів Нітрогену (NOX) з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. Зараз у комерційних цілях використовується тільки «Конкорд», що здійснює декілька рейсів на тиждень між Америкою й Європою, з військових літаків у стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як В1-В або Ту-160, і розвідувальні літаки типу SR-71. Таке навантаження навряд чи становить серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидів Нітрогену з поверхні Землі внаслідок спалення викопного палива, масового виробництва й застосування азотних добрив також становить певну небезпеку для озонового шару, але оксиди Нітрогену нестійкі й легко руйнують­ся в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте хлоратні тверді палива, що використовуються в сучасних космічних системах, наприклад у твердопаливних прискорювачах «Спейс-Шаттл» або «Аріан», можуть завдавати серйоз­ної локальної шкоди озоновому шару в районі запуску.

1974 p. М. Моліна і Ф. Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіні довели, що хлорфлуорвуглеці (ХФВ) можуть руйнувати озон. З того часу так звана хлорфлуорвуглецева проблема стала однією з основних у дослідженнях на забруднення атмосфери. Хлорфлуорвуглеці вже понад 60 років використовуються як «холодагенти» в холодильниках і кондиціонерах, пропеленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, у хімічному чищенні одягу, виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки є дуже стабільними й неактивними, а отже, нетоксичними. Як це не паро- доксально, але саме інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, який має межі від поверхні Землі до висоти 10 км), як це відбувається з більшістю оксидів Нітрогену, і зрештою проникають у стратосферу, верхня межа якої розташо­вується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФВ підіймаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони зазнають інтенсивного впливу ультрафіолетового випро­мінювання, яке не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі у звичайних умовах молекули ХФВ, які розпадаються на компоненти, що володіють високою реакційною здатністю, зокрема атомний хлор. Таким чином, ХФВ переносить хлор з поверхні Землі через тропосферу й нижні шари атмосфери, де менш інертні сполуки Хлору руйнуються, у страто­сферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор під час руйнування озону діє подібно до каталізатора: у ході хімічного процесу його кількість не зменшується.

Внаслідок цього один атом Хлору може зруйнувати до 100000 молекул озону, перш ніж буде дезактивований або повернеться в тро­посферу. Зараз викид ХФВ в атмосферу оцінюється мільйонами тонн, але потрібно зазначити, що навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва й використання ХФВ негайного результату досягнути не вдасться: дія ХФВ, що вже потрапили в атмосферу, триватиме декілька десятиріч. Вважається, що час життя в атмосфе­рі для двох ХФВ — фреону-11 (CFC1₃) і фреону-12 (CF₂C1₂) — становить 75 і 100 років відповідно.

Беручи до уваги ці аргументи, багато країн почали вживати заходів, спрямованих на скорочення виробництва й використання ХФВ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФВ в аерозолях. На жаль, використання ХФВ в інших галузях обмежене не було. У вересні 1987 р. 23 найрозвинутіші країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов'язує їх знизити споживання ХФВ. Згідно з досягнутою домовленістю, розвинені країни повинні до 1999 р. знизити споживання ХФВ до половини рівня 1986 р. Для використання як пропелента в аерозолях вже знайдений непоганий замінник ХФВ — пропан-бутанова суміш. За фізичними параметрами вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Проте такі аерозолі вже використовують у багатьох країнах світу. Складніше з холодильними установками — другим споживачем фреонов. Справа в тому, що через полярність молекули ХФВ мають високу теплоту випаровування, а це дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах. Кращим відомим на сьогодні замінником фреонов є амоніак, але він токсичний і все ж поступається ХФВ за фізичними параметрами. Непогані результати отримані для повністю флуорованих вуглеводнів. У багатьох країнах ведуться розробки нових замінників, і вже досягнуті непогані практичні результати, але повністю ця проблема ще не розв'язана.

До особливо небезпечних ворогів атмосфери, крім хладонів, належить також мети л бромід. Цей газ використовують у сільському господарстві як засіб для захисту рослин. Але метилбромід добре знищує не лише шкідників у грунті, а й озон у повітрі. Причому навіть у вищих шарах атмосфери.

Руйнування озонового шару відбувається так:

1. активне функціонування хімічної промисловості, яка випускає речовини, що містять хлор і бром, спричинює накопичення в атмосфері озоноруйнівних газів (ОРГ);

2. ОРГ піднімаються на висоту 20-50 км над поверхнею Землі, де розташований озоновий шар (особливо сприятливі умови для цього в приполярних районах);

3. сонячні промені діють на техногенні гази, з яких виділяється хлор;

4. хлор руйнує озон, відбираючи один із трьох атомів Окисгену й перетворюючи його на 0₂; при цьому кожний атом Хлору здатен відокремити атом Оксигену майже 100 тис. разів.

За останні 15 років спостерігається руйнування озонового шару над континентальною Європою. За прогнозами, у першій чверті XXI ст. озоновий шар може стати тоншим на 30 %. За даними екологічного відділу ООН і Всесвітньої метеорологічної ради, від­бувається руйнування озонового шару над усією Північною Америкою, Європою, територією колишнього СРСР, Австралією, Новою Зеландією та частиною Південної Америки.

Якщо озоновий шар зменшиться на 10 %, це спричинить розвиток раку шкіри ще в 300 тис. осіб, катаракти — в 1 млн 750 тис. осіб. Постане серйозна загроза здоров'ю всього населення Землі, оскільки знизиться опірність людського організму.

Після 1991 р. в Чилі неодноразово реєструвалися випадки сліпоти лососевих риб, диких кроликів, овець, пов'язані з істотним зростанням інтенсивності ультрафіолетового випромінювання. Водночас із тієї самої причини зменшилася кількість планктону в районі Антарктиди. У районах підвищеного ультрафіолетового опромінення пригнічується ріст рослин, знижується врожайність багатьох культур.