Озоновый слой

ВВЕДЕНИЕ

Озон - трехатомный кислород, бесцветный газ с характерным  и острым запахом. Он присутствует во всей толще атмосферы с максимумом содержания на высотах 20-25 км. Общее  содержание озона (ОСО) - это условная толщина слоя в сантиметрах, который  образовал бы весь озон атмосферы, собранный отдельно и приведенный к стандартному давлению 1013 мб и температуре воздуха 0.С. В этом случае толщина слоя озона составила бы 0,3-0,4 см. ОСО - очень изменчивая величина, зависящая от географической широты, сезонов года, атмосферных процессов и др.

В атмосфере Земли  озон образует защитную оболочку, охраняющую живую природу от губительного воздействия  коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца.

Озона, газа, которым так  замечательно пахнет во время грозы, в атмосфере совсем немного - одна молекула на 3-4 млн. молекул компонентов воздуха. Однако для флоры и фауны планеты его присутствие необычайно важно. Ведь зародившаяся в океанских пучинах жизнь и смогла-то "выползти" на сушу только после того, как 600-800 млн. лет назад сформировался озоновый щит. Поглощая биологически активное солнечное ультрафиолетовое излучение, он обеспечил его безопасный уровень на поверхности планеты.

Будучи химически активным, он легко вступает в реакции и  способен не только заметно снизить урожайность сельскохозяйственных культур, но и нанести вред здоровью человека. А надежды на то, что "плохой" тропосферный озон компенсирует убыль "хорошего" стратосферного, напрасны. Все из-за той же высокой активности его молекул, не позволяющей им "дотянуть" до стратосферы. К тому же, даже в грязном городском смоге концентрация озона все равно ниже, чем на заоблачных высотах.

Состояние озонового  слоя ученые оценивают по-разному. В 1980-е 1990-е годы отмечалось уменьшение его толщины. Причиной уменьшения количества озона в стратосфере традиционно считают фреоны, которые используются в морозильных камерах и другом оборудовании. Восстановление озонового слоя является одной из важных задач. Дальнейшее уменьшение толщины озонового слоя приведет к необратимым последствиям для биосферы.

Однако ученые дают достаточно оптимистичные прогнозы на будущее. По данным испанских ученых, принятые международным сообществом на сегодняшний  день меры уже дали свой результат, в том числе в рамках Монреальского  протокола: за последние пять лет в атмосфере сократилось количество хлора, оказывающего влияние на озоносферу.

Уточненные данные Всемирной  Метеорологической организации  свидетельствуют о том, что началось восстановление озонового слоя, которое  идет медленнее, чем предполагалось ранее, так как количество фреона, использующегося в различном оборудовании, еще достаточно велико. В средних широтах восстановление произойдет к 2049 году, а озоновая дыра в Антарктике исчезнет только к 2065 году: по новым данным, образование озона в высоких широтах идет значительно медленнее.

ГЛАВА 1.  ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ ЗЕМЛИ. ИСТОРИЯ  ИЗУЧЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ

1. История изучения озонового слоя Земли

История изучения атмосферного озона была историей взлетов и  падений интереса к этой малой, но, тем не менее, важной составляющей воздуха.

Первые наблюдения за озоном относятся к 1840 г., но бурное развитие проблема озона получила в 20-е годы прошлого столетия, когда  в Англии и Швейцарии появляются специальные наземные станции.

Международный геофизический  год 1957-1958 г. дал энергичный толчок развитию сети наблюдений озона. В СССР был сконструирован упрощенный новый озонометр, позволивший организовать наблюдения во многих пунктах страны. С 1960 г. при содействии Всемирной метеорологической организации (ВМО) и Канадской метеорологической службы началась регулярная публикация данных всей мировой озонометрической сети об общем содержании озона.

Дополнительный путь для изучения связей переноса озона  и стратификации атмосферы открыли  самолетные зондирования озона атмосферы и выпуски озонных зондов.

Новая эпоха отмечена появлением в США и в СССР искусственных  спутников Земли, наблюдающих атмосферный  озон и дающих обширный объем информации.

Развитие творческой мысли на основе накопленных наблюдений позволило сделать выводы об истощении озонового слоя Земли, связанного с возрастанием концентрации загрязняющих озоноразрушающих веществ (хлорфторуглеродов) в атмосфере. В 1976 г. Всемирная метеорологическая организация выступила с проектом «Глобального исследования и мониторинга озона» и рекомендовала странам-членам ВМО вести регулярные наблюдения за озоном для определения трендов и оценки возможного влияния изменений ОСО на климат.

С этого времени проблема озона вышла на межправительственный уровень. В 1985 г. представителями 44 государств была принята Венская «Конвенция об охране озонового слоя». Государства-участники конференции обязались вести систематические наблюдения за количеством озона и изучать как процессы, приводящие к его изменению, так и возможные биологические последствия таких изменений.

В 1986 году был подписан Монреальский протокол по ограничению  производства и потребления озоноразрушающих веществ, разрушающим озоновый слой, участницей которого является и Россия. На сегодняшний день к Монреальскому  протоколу присоединились 189 стран. Протокол предусматривал, например, полное прекращение производства пяти основных хлорфторуглеродов (ХФУ) в 1996 всеми промышленно развитыми странами (ПРС) и в 2010 г. развивающимися странами (РС). Установлены сроки прекращения производства и других озоноразрушающих веществ. По модельным прогнозам (при соблюдении Протокола) уровень хлора в атмосфере снизится к 2050 г. до уровня 1980 г., что может привести к исчезновению антарктической «озоновой дыры».

2. Состояние озонового слоя

В 1996 году ученые Ш. Роуланд, М. Молина из Калифорнийского университета в США и П. Крутцен из Института химии им. Макса Планка в Германии были удостоены Нобелевской премии за установление причин снижения концентрации стратосферного озона. Они смогли доказать, что основными разрушителями озона являются атомы хлора или брома, отделившиеся под действием солнечной радиации от молекул синтезированных человеком химических веществ, относящихся к классу галоидированных углеводородов. К числу основных озоноразрушающих веществ (ОРВ) были отнесены хлорфторуглероды (ХФУ) (международное обозначение - CFC), такие как фтортрихлорметан (ХФУ-11 или CFC-11), дифтордихлорметан (ХФУ-12 или CFC-12) и др., фторхлорбромуглероды, иначе называемые галонами, а также гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) (международное обозначение - HCFC), метилбромид, метилхлороформ (МХФ) и четыреххлористый углерод (ЧХУ). Эффективность уничтожения ими озона характеризуется так называемым потенциалом озоноразрушения (ОРП): эта эффективность считается высокой при ОРП = 1, низкой при ОРП = 1 и, естественно, нулевой при ОРП = 0.

Негорючие, малотоксичные, легколетучие (что является одновременно их и положительным и отрицательным  для озонового слоя свойством), не сложные в производстве и не создающие  проблем при хранении ХФУ получили широкое распространение первоначально как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, а затем стали применяться как пропелленты (распылители) в аэрозольных упаковках различного назначения.

Галоны, наиболее распространенными  из которых являются дифторхлорбромметан (галон-1211) и трифторбромметан (галон-1301), уже в середине 40-х годов стали эффективными средствами пожаротушения. Сейчас галон-1301 широко используется пожарными службами многих стран.

Довольно долго, за 120 - 130 лет до новой эры и до приблизительно середины 19-го века, общее содержание озона в атмосфере менялось незначительно. Это показала реконструкция газового состава атмосферы, осуществленная на основании исследования пузырьков воздуха, содержащихся в антарктических ледовых кернах.

На снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО), и, что существенно, не равномерное, а избирательное, обратили внимание в начале 80-х годов. Оказалось, что весной 1986 - 1991 гг. ОСО над Антарктидой  было ниже его весенних значений в 1967 - 1971 гг. на 30 - 40%, а в 1993 году ОСО снизилось более, чем на 60%. Рекордно низкое значение ОСО, почти в 4 раза ниже нормы, было зафиксировано в 1987 и 1994 гг.

В другой полярной части  Земли, арктической, значительные и  устойчивые "озоновые дыры" пока не образуются. Обычно ОСО в январе над Скандинавией и над Северо-Западом России бывает ниже, чем над Северо-Восточной Сибирью и Камчаткой на 20 - 25%. Однако в последние годы снижение ОСО стало наблюдаться и над другими областями России. В январе 1995 года было обнаружено снижение ОСО над Западно-Сибирской равниной и Среднесибирским плоскогорьем на 15 - 20%, в то время как над Северо-Западом России ОСО было ниже нормы на 10 - 15%.

В 1997 году над Арктикой и значительной частью Восточной  Сибири уже с конца марта до середины мая отмечалось аномально низкое (на 30% меньше обычного) содержание озона. "Озоновая дыра" имела диаметр около 3 тысяч километров.

Таким образом, если в 1970 - 1980 гг. снижение ОСО над Россией  происходило эпизодически, то во второй половине 90-х годах "озоновые дыры" над обширными регионами России в конце - начале зимы стали носить устойчивый характер.

Время от времени появляются сообщения о том, что над тем  или иным районом земного шара, например над Швейцарией или озером Иссык-Куль, обнаруживаются очередные "озоновые дыры" различного размера и с различной продолжительностью жизни. Причины их возникновения в определенных районах, несмотря на значительные усилия ученых, нельзя считать полностью установленными, хотя есть некоторые антропогенные воздействия, которые однозначно вызывают появление "озоновых дыр". Так, при запуске космических ракет или иных летательных аппаратов, "пронзающих" озоновой слой, возникают "озоновые дыры" диаметром несколько сотен километров, которые затягиваются в течение нескольких недель и при этом могут мигрировать от места возникновения.

3. Развитие озоновых дыр

Толщина озонового слоя над Европой сокращается стремительными темпами, что не может не волновать  пытливые умы ученых. За прошлый год толщина озонового «покрытия» сократилась на 30%, а скорость ухудшения естественной защитной оболочки достигла самой высокой отметки за последние 50 лет. Какую опасность это представляет для человека?

Почему сегодня загорать опаснее? Во-первых, тонкий озоновый слой не в силах препятствовать проникновению коротковолновых ультрафиолетовых лучей, которые вызывают рак кожи и опасны для растений. Поэтому сегодня из-за высокой активности солнца загорать стало гораздо вреднее. Вообще-то центры экологии должны давать рекомендации населению, как действовать в зависимости от активности солнца, но в нашей стране такого центра нет.

Во-вторых, важный минус  уменьшения озонового слоя - климатические  изменения. Пока неясно, какие именно, но понятно, что изменения будут  происходить не только на той территории, над которой «растянулась» озоновая дыра. Цепная реакция повлечет за собой изменения во многих глубинных процессах нашей планеты. Это не значит, что везде начнется стремительное глобальное потепление, как нас пугают в фильмах ужасов. Все-таки это слишком сложный и длительный процесс. Но могут возникнуть другие катаклизмы, к примеру, увеличится число тайфунов, смерчей, ураганов. Чем провинилась Европа. Вообще-то «дырки» в озоновом слое возникают только над Арктикой и Антарктидой. Это связано с тем, что на полюсах образуются кислотные облака, которые при таянии выбрасывают в атмосферу соединения, разрушающие озоновый слой. Получается, что озоновые дыры возникают не от активности солнца, как принято считать, а от повседневно деятельности всех жителей планеты, в том числе и нас с вами. Потом «кислотные бреши» смещаются, причем чаще всего к нам, в Сибирь. И только в данном случае дыра сместилась к Европе. Главное последствие того, что атмосфера «прохудилась» - повсеместные изменения климата. Никто пока не знает, какие именно, хорошие или плохие. Ведь если для нас потепление - это хорошо, то для Африки оно губительно.

Озоновая дыра затянется  через 60 лет.

По сообщению TerraDaily, новые  совместные исследования NASA, Национальной администрации океанов и атмосферы  и Национального центра исследований атмосферы показали, что полное восстановление озонового слоя над Антарктикой  займет примерно на 20 лет больше по времени, чем считалось ранее. К такому выводу ученые пришли после разработки новой математической модели для прогнозирования состояния стратосферы.

Известно, что количество озона, формирующего озоновый экран, сильно сократилось, особенно над Южным  полюсом. Ежегодно в южных широтах образуется очень значительная по размерам «озоновая дыра». Основной причиной снижения озона атмосферы является массовое применение веществ, разрушающих озон - таких как хлорфторуглероды.

С использованием новой  математической модели удалось впервые связать воедино данные наземных, спутниковых и авиационных наблюдений с уровнями вероятных будущих выбросов в атмосферу разрушающих озон соединений, временем их переноса в Антарктику и погодой в южных широтах. При помощи модели был получен прогноз, согласно которому озоновый слой над Антарктикой восстановится в 2068 году, а не в 2050 году, как считалось.

Известно, что в настоящее  время уровень озона в стратосфере  над территориями, удаленными от полюсов, ниже нормы примерно на 6%. В тоже время, в весенний период содержание озона над Антарктикой может снижаться на 70% относительно среднегодовой величины. Новая модель позволяет более точно прогнозировать уровни содержания озон-разрушающих газов над Антарктикой и их временную динамику, определяющую величину озоновой «дыры».

Использование веществ, разрушающих озон, ограничено Монреальским протоколом. Считалось, что это приведет к быстрому «затягиванию» озоновой дыры. Однако новое исследование показало, что в действительно темпы  ее уменьшения станут заметными только с 2018 года.

ГЛАВА 2. Характеристика международных соглашений и обязательств

2.1. Венская конвенция

Международные озоновые соглашения (Венская конвенция 1985 года и Монреальский протокол к ней) стали  первыми соглашениями в сфере  экологии, посвященными решению долгосрочных отложенных проблем (когда воздействие на окружающую среду происходит сегодня, а основной ущерб от него может проявиться спустя десятилетия и даже столетия). Решить задачу предотвращения истощения озонового слоя ни одна страна или группа стран были не в состоянии, что и предопределило участие практически всех наций в ликвидации этой общей угрозы. При разработке озоновых соглашений эксперты и политики исходили из необходимости придания им гибкости и способности к адаптации результатов новых научных исследований и оценок.