Озоновый слой и его влияние на живые организмы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Озоновый слой и его влияние на живые организмы

С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.

16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.

С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100000 молекул озона.

По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики.

Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. Однако на ближайшие годы придется пик истощения озоносферы, а наиболее сложным будет 1998 год. После этого, полагают ученые, озоновый слой начнет медленно восстанавливаться.

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород. Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5* 1015 m, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре. В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода. Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода. Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях. Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Кроме описанного выше круговорота кислорода в несвязанном виде, этот элемент совершает еще и важнейший круговорот, входя в состав воды. Круговорот воды (H2O) заключается в испарении воды с поверхности суши и моря, переносе ее воздушными массами и ветрами, конденсации паров и последующее выпадение осадков в виде дождя, снега, града, тумана.

Разрушение озона происходит из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоноразрушающих веществ. Однако озоновый слой разрушает также реактивная авиация и некоторые пуски космических ракет.

Предполагается множество причин ослабления озонового щита

Во-первых, - это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.

Рис. 1. Озоновый слой Земли

Во-вторых, самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога.

В-третьих - окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

В-четвертых, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны - это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а потому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.

Каждый год количество фреонов в земной атмосфере увеличивается на 8-9%. Они постепенно поднимаются наверх, в стратосферу и под воздействием солнечных лучей становятся активными - вступают в фотохимические реакции выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способна разрушить сотни и тысячи молекул озона.

Около ста лет назад шведский ученый Аррениус предположил, что рост сжигания ископаемого топлива вызовет увеличение содержания углекислого газа СО2 в атмосфере. Это усилит парниковый эффект, и произойдет сильное потепление климата. Данный прогноз в той его части, что касается климата, пока работает слабо. Однако научное и практическое обслуживание этой гипотезы развилось практически в самостоятельную отрасль. Во многих странах принимаются меры по ограничению эмиссии СО2. На этом фоне проблема спасения разрушающегося озонового слоя выглядит пасынком. Не странно ли это?

Когда в апрельские холода 1997 г. в Москве людей удивляли сводки о жаре на юге Сибири, в газетах проскочило сообщение, что это является частью новых завоеваний всемогущего парникового эффекта. Да, да, именно того, созданного людьми явления, которое стало угрожать цивилизации после превращения атмосферы Земли в «свалку» газообразных и аэрозольных отходов.

Экологическим врагом номер один для цивилизации объявлен излишек углекислого газа. Сжигая ископаемое топливо и сводя леса, люди увеличивают его содержание в атмосфере. И эта прибавка разогревает Землю больше, чем все прочие парниковые газы, такие, как метан, окись азота, фреоны. Такова официальная версия Всемирной метеорологической организации, поддержанная ООН и ее специализированными организациями.

В 1988 г. из-за засухи и жары урожай зерновых в США впервые в истории оказался ниже уровня потребления. Засушливое лето и снижение урожая отмечались в странах-производителях зерна и в предшествовавший год. Эти события, видимо, добавили уверенности сторонникам идеи антропогенного перегрева Земли. В 1992 г. на Международной конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро борьба с потеплением климата объявлена одним из трех главнейших приоритетов; в 1994 г. Россия, вслед за многими развитыми странами, ратифицировала рамочную конвенцию об изменении климата, обязывающую снизить выбросы парниковых газов до уровня 1990 г.

Правда, до сих пор нет никаких подтверждений тому, что людям под силу изменить климат благоприятным для себя образом. Незапланированная попытка такого рода уже была предпринята во время энергетического кризиса в 1970-е годы. Тогда снижение и последующая стабилизация потребления ископаемого топлива почти не сказались на процессе роста СО2 в воздухе. Кроме того, до сих пор неизвестно, какую часть прироста среднепланетарной температуры за последние 120 лет обеспечила цивилизация, а какую - природные причины. Общий прирост составляет около 0,45 градуса Цельсия. Таким образом, ранее сделанные прогнозы о потеплении к 2000 г. в среднем на 1 градус оказались ошибочными.

Хорошее финансирование на Западе проектов по борьбе с потеплением климата позволяет определенным образом ориентировать широкие круги общественности: мол, крупные современные аномалии в системе «атмосфера - земная поверхность» - это результат подогрева Земли антропогенными выбросами парниковых газов.

В действительности списывать все на их действие не следует. Климат Земли поддерживается всей той долей солнечной энергии, которая перехватывается планетой и затем расходуется на нагревание атмосферы и подстилающей поверхности, а также на испарение и ряд других процессов. Мощность процессов в климатической системе огромна. Она почти в сто тысяч раз превосходит мощность всех энергопотоков, создаваемых людьми. Люди могут влиять на климат, только расшатывая природные связи, что и происходит. Но от дестабилизации климатических процессов до управления климатом на глобальном уровне - «дистанция огромного размера».

В последние 12 тыс. лет каждые 900-950 лет потепления сменялись похолоданиями. Полный цикл 1850 лет (цикл Шнитникова) содержит внутри более короткие. Природное похолодание, именуемое малым ледниковым периодом, закончилось в XIX веке. Оно как раз замыкало цикл Шнитникова. Дальнейший прирост среднепланетарной температуры сторонники «рукотворного» потепления отнесли на счет цивилизации. Никто даже не пытался доказать, что не природная изменчивость, а человек оборвал малую ледниковую эпоху. Современное потепление рассматривается только как реакция на прирост в воздухе содержания парниковых газов. Роль антипарниковых факторов оценивается как малосущественная.

Многие ученые возражают против столь однобокой оценки отклика климатической системы на антропогенную нагрузку. Другие занимают выжидательную позицию. Между тем суть решений международных организаций по климату не меняется, хотя прогнозные оценки снижаются, а сроки климатической катастрофы отодвигаются на более отдаленный период.

Раньше, как уже упоминалось, обещали к 2000 г. потепление на один градус, а к 2025 г. - уже на целых три. Теперь - к 2065 г. прочат подъем среднеглобальной температуры на полтора градуса по сравнению со второй половиной XIX века. По другим расчетам, на три градуса теплее станет через сто лет при ошибке прогноза в 50% в обе стороны. Но и в это верится с трудом, ибо тогда потепление в ближайшие два-три года должно сделать рывок и идти без сбоев с учетверенной или еще большей скоростью, и никакие природные причины не в силах будут что-то изменить.

Не проще ли признать, что пока современные модели просто не в состоянии учесть все природные и антропогенные воздействия на климатическую систему?

Конечно, перспектива дальнейшего потепления климата существует, и риск возникновения неблагоприятных процессов надо учитывать. Но следует признать очевидную раздутость проблемы в отношении роли парниковых газов, в особенности применительно к СО2. А вот по отношению к озону ситуация диаметрально противоположна.

В изучении проблемы озонового слоя наука оказалась удивительно недальновидной. Еще с 1975 г. содержание стратосферного озона над Антарктидой в весенние месяцы стало заметно падать. В середине 1980-х годов его концентрация снизилась уже на 40%. Вполне можно было говорить об образовании озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные - со снижением концентрации озона на 1,5-2,5% - дыры вблизи Северного полюса и южнее. Край одной из них зависал даже над Санкт-Петербургом.

Однако еще в первой половине 1980-х некоторые ученые продолжали рисовать радужную перспективу, предвещая убыль стратосферного озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через 70-100 лет.

В 1985 г., как я уже упоминала, принята Венская конвенция по защите озонного слоя Земли, которая потом дополнялась Монреальским протоколом в 1987 г. и поправками к нему Лондонской (1990 г.) и Копенгагенской (1992 г.) конференций. Ныне производство агрессивных, по отношению к озоновой оболочке, фреонов запрещено. Однако время пребывания в атмосфере уже попавших туда фреонов оценивается от 60 до 400 лет. По некоторым экспертным оценкам, озона в атмосфере Земли стало меньше на 8%, а скорость убыли ныне достигла 0,5% в год.

Современное ослабление озонового щита планеты выражается в образовании, по меньшей мере, двух гигантских сезонных озоновых дыр. Они разверзаются не только над полюсами и в высоких широтах, но часто достигают и средних.

Нет ничего удивительного в том, что в 1990-е годы природная защита от жесткого ультрафиолетового излучения оказалась существенно ослабленной почти над всей территорией бывшего СССР. Так, в 1995 г. со второй половины января над районами Сибири начала развиваться озоновая аномалия, которая в феврале-марте захватила территорию от Крыма до Камчатки. Для многих сибирских и якутских метеорологических станций в этот период зарегистрированы рекордно низкие среднемесячные значения. В отдельные дни над этими районами понижение концентрации озона достигало 40%. Согласно некоторым источникам в марте 1995 г. озоновый слой в Арктике был истощен на 50%.

Даже если причины возникновения озоновых дыр в Северном полушарии другие, нежели в Антарктиде, то вряд ли от этого легче тем, кто страдает от связанных с ними последствий. Известно, что от избыточной ультрафиолетовой радиации (УФР) растет число людей, болеющих раком кожи, меланомой, катарактой и просто испытывающих ослабление иммунной системы. Избыток УФР негативно влияет на океанические экосистемы.

Нельзя забывать и о других последствиях разрушения озонового слоя над Россией, да и над Землей в целом.

Вот уже не первый год на юге Сибири, а иногда и в центральной части фиксируются необычно ранние волны теплой и жаркой погоды. Их причину ищут в усилении парникового эффекта. Но не парниковый эффект, а ослабление антипарниковой функции озонового слоя больше ответственно за происходящее. Например, можно с большой долей вероятности утверждать, что необычно ранняя сверхтеплая погода на юге Сибири весной 1997 г. - отклик на осязаемое и чрезвычайно неприятное событие.

На карте, по состоянию на 15 апреля 1997 г., видно, что большую часть России поглотила озоновая аномалия, и за ее края выходили в основном лишь большая часть Камчатки, Сахалин, юг Дальнего Востока, а также европейская Россия без Кольского полуострова и бассейнов рек Северная Двина и Печора.

В случае с озоновым слоем Россия щедро платит, как это ни парадоксально, за техническое несовершенство и экологическую безграмотность наиболее продвинутых в промышленном отношении стран. Вполне может быть выявлена Мера ответственности конкретных государств. Медвежью услугу человечеству, особенно России, оказали научные круги, явно раздувавшие опасность грядущего потепления климата. Ныне каждый школьник в Европе и, по-видимому, в США и Японии уверен, что приоритет экологической геополитики состоит в воздействии на климат.

Чрезмерная забота о климате, а точнее, о парниковых газах и в особенности о контроле над СО2, оттеснили на второй план проблему стратосферного озона. Ее явно запоздалое осознание бумерангом ударило по природе.

Похоже на то, что международная наука выпустила пар в гудок по поводу грядущей мезозойской жары. Из-за этого мы прозевали куда более серьезную опасность, связанную с разрушением озонового слоя. А рассчитываться за это больше всех придется, по-видимому, нашей стране.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы.

Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная «дыра». В начале 80-х по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропанобутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

Заключение

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.

Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И, занеся ногу для очередного шага, следует внимательно посмотреть, куда наступишь. Пропасти и топкие болота роковых ошибок уже не прощают человечеству бездумной жизни.

Литература

1. Леонович И.И. Дорожная климатология: учебник. - Мн.: БНТУ, 2005.

2. Наша Планета; Москва; 1985 год.

3. В.В. Плотников. На перекрестках экологии. Москва. 1985 год.

4. Федоров Е.К. Почва, город, экология. Москва, 1992 г.

кислород озоновый щит парниковый

Размещено на Allbest.ru