Причины нарушения озонового цикла. Прогноз состояния озонового слоя. Пути уменьшения антропогенного влияния на озоновый слой планеты

Экспериментальные измерения содержания озона обнаруживают в стратосфере меньшую его концентрацию, чем следует из цикла Чэмпена. Связано.это с присутствием в стратосфере веществ — катализаторов разложения озона. Среди таких катализаторов наиболее важная роль принадлежит оксидам азота:

а также атомам хлора:

В качестве катализатора в реакции (21) выступает и ОН-радикал:

Радикал ОН может также катализировать разложение озона по иному пути:

Происхождение N0, ОН и Cl в, стратосфере возможно как в результате естественных процессов, так и в результате антропогенных загрязнений. Так, N0 образуется в двигателях внутреннего сгорания. Соответственно запуск ракет и сверхзвуковых самолетов приводит к разрушению озонового слоя.

В любом двигателе внутреннего сгорания развиваются настолько высокие температуры, что из атмосферного кислорода и азота образуется N0:

Источником N0 в стратосфере служит также газ, который устойчив в тропосфере, а в стратосфере распадается под действием жесткого УФ-излучения:

Разрушение (сток)в стратосфере осуществляется и по реакциям

Атомарный хлор образуется в результате фотохимического разрушения фреонов (фторхлорметанов): и . Эти вещества летучи, устойчивы в тропосфере. Они широко применяются в холодильных установках и в аэрозольных баллончиках. Просачиваясь из тропосферы в стратосферу, они попадают под действие жесткого УФ-излучения и распадаются:

Последующие реакции с О₂ и hυ приводят к отщеплению второго атома хлора.

В образовании ОН наиболее существенны процессы, связанные с участием паров воды. Несмотря на то, что на высоте 30 км содержание их всего 3 млн^-1 (3 ч. на миллион, ррм), здесь проходят реакции

Кроме того, как указывалось выше, при фотолизе озона образуется атомарный кислород в электронно-возбужденном (1Δ) состоянии. Частица О(1Δ), несмотря на высокую свободную энергию, относительно долгоживущая, время ее жизни составляет 110 с. Взаимодействие О(1Δ) с молекулами воды Н₂0, диффундирующими из тропосферы в стратосферу, происходит безактивационно с образованием ОН:

В настоящее время вклад каталитических процессов в разложение озона пока невелик. В то же время феномен антарктической "озонной дыры" пока непонятен: то ли "дыра" возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс. Во всяком случае натурные измерения показали почти 100% - ное превышение хлорсодержащих частиц в зоне антарктической "дыры" по сравнению со средним значением. В итоге в стратосфере над Антарктидой в весенние месяцы начали появляться области с практически нулевой концентрацией озона.

Уменьшение толщины озонового слоя (приведенная к нормальным условиям, она составляет в зависимости от широты местности в среднем 2,5—3 мм) может привести к значительному изменению солнечного УФ-излучения, достигающего поверхности Земли, к изменению облачного покрова Земли, нарушению теплового баланса атмосферы. Изменения солнечного излучения могут оказывать заметное влияние на различные биологические и геохимические процессы, которые могут оказаться критическими для биосферы.

Согласно оценкам, проведенным экспертами Всемирной метеорологической организации, при нынешнем уровне поступления в атмосферу фторхлоруглеродов концентрация озона в стратосфере через 10—20 лет уменьшится примерно на 17 %, после чего стабилизируется. При этом климат у поверхности Земли почти не изменится, но уровень УФ-излучения возрастет на треть.

Рост числа заболеваний раком кожи связывают с увеличением доли ультрафиолетовой составляющей солнечного света у поверхности Земли, приводящей к загрязнению воздуха фотохимически возбужденными частицами, в частности синглетным кислородом [реакция (22)].

Известно, что увеличение дозы УФ-излучения на 1% ведет к увеличению раковых заболеваний на 2%. В то же время у жителей некоторых горных районов, где интенсивность УФ-излучения выше по сравнению с уровнем моря в несколько раз, рак кожи встречается реже, чем у жителей низменностей.

За последние несколько лет частота заболеваний раком кожи жителей США и Европы, возросла во много раз. Очевидно, это связано не столько с увеличением доли УФ-излучения, достигающей поверхности Земли, сколько с изменением образа жизни людей, которые стали больше времени проводить на солнце.

Из фотохимических реакций, протекающих в стратосфере, остановимся на реакциях, связанных с разрушением карбонилсульфида COS, основного серосодержащего газа в верхних слоях атмосферы. Это соединение устойчиво в тропосфере, однако в стратосфере под действием жесткого УФ-излучения распадается с образованием атомарной серы:

с последующими тепловыми процессами, приводящими к образованию серной кислоты

В стратосфере происходит вымораживание образующейся газообразной серной кислоты, сопровождающееся образованием слоя аэрозольных частиц наподобие сернокислотных облаков Венеры. Постепенное укрупнение частиц, их оводнение, осаждение, взаимодействие с атмосферной влагой и возвращение с дождевыми осадками на' поверхность Земли (в виде ) является одним из основных путей глобального круговорота серы. Более мощным является лишь возврат с дождевыми осадками тропосферного .

Дата добавления: 2013-12-14