967 подписчиков

Дыры в небе. Сможет ли восстановиться озоновый слой Земли?

21 февраля 202321 фев 2023

8 мин

Оглавление

Откуда взялся озон
История вопроса и главный виновник
При чём здесь Дюпон

Согласно последнему отчёту ООН о состоянии озонового слоя Земли, который организация публикует раз в четыре года, озоновая дыра затягивается. Сегодня мы попробуем разобраться, откуда она вообще взялась, чем опасна, когда исчезнет и что этому может помешать.

Откуда взялся озон

Озоновый слой – это область в нижних слоях стратосферы, на высотах 15–30 километров над поверхностью Земли, где концентрация молекул озона наиболее высока. Этот слой играет ключевую роль в защите планеты и её обитателей от жёсткого ультрафиолетового излучения солнца. Истончение озонового слоя ведёт к росту заболеваний кожи. Так, по оценкам Всемирной организации здравоохранения, снижение концентрации озона в атмосфере всего лишь на 10% приведёт к 4 500 дополнительным случаям заболевания меланомой и 300 000 случаев немеланомного рака кожи ежегодно. Именно образование озонового слоя около полутора миллиардов лет назад позволило земным формам жизни в последствии выйти на сушу.

Озоновая дыра – эта локальное снижение концентрации трёхатомных молекул кислорода в границах озонового слоя. Таких «дыр» на планете несколько. Наиболее крупная из них располагается у Южного полюса. Её площадь в отдельные периоды доходила до 28 миллионов квадратных километров.

Сегодня учёные используют данные наземных станций и орбитальных спутников для слежения за изменяющейся концентрацией озона по всей планете. Благодаря получаемым данным эксперты говорят, что снижение концентрации этого газа долгое время происходило не только локально, но и в целом на всём пространстве нижних слоёв стратосферы.

История вопроса и главный виновник

В 1974 году двое учёных из Университета Калифорнии заподозрили негативное влияние хлорфторуглеродов на озоновый слой. Выбор пал именно на эти вещества не случайно. Вместе с бромом и йодом, хлор и фтор относятся к седьмой группе периодической таблицы Менделеева и объединены общим названием галогены. Они отличаются высокими окислительными свойствами, а потому в природе в свободном виде практически не встречаются. За свои изыскания Марио Молина и Шервуд Роланд в 1995 году были награждены Нобелевской премией по химии.

С 1975 по 1984 британский геофизик Джозеф Фарман организовал проведение исследований состояния озонового слоя с использованием метеорологических шаров. Собранные им данные показали настораживающее постепенное снижение концентрации трёхатомного кислорода над научной базой в Антарктиде.

В марте 1985 года 28 стран подписали Венскую конвенцию по защите озонового слоя, что явилось первым международным договором в контексте озоновых дыр и сохранения здоровья людей и природы. К тому моменту хлорфторуглероды уже семь лет как были запрещены к использованию в аэрозолях в США (оставаясь разрешёнными в качестве хладагентов).

А два года спустя состоялась знаковая встреча в Канаде с подписанием Монреальского протокола, нацеленного прямо на отказ от использования озоноразрушающих соединений. Соглашение в итоге было подписано всеми странами-членами ООН. Но запущенный механизм не так легко остановить и в 1989 году истончение озонового слоя зарегистрировано уже в Арктике, а в 2006 зарегистрирована самая большая по площади зона низкого содержания озона над Южным полюсом за всю историю. Лишь десять лет спустя исследователи США и Соединённого Королевства заявили о зарегистрированном уверенном уменьшении антарктической озоновой дыры.

При чём здесь Дюпон

Соединения хлора и фтора в 1970-е широко применялись как в холодильном оборудовании, так и при производстве различных аэрозолей (например, лаков для волос). Американская компания DuPont (Дюпон) в то время являлась крупнейшим производителем хлорфторуглеродов, занимая около 25% рынка. С самого начала противостояния учёных и хлорфторуглеродов Дюпон начисто отвергала любую связь этих веществ с истощением озонового слоя, объявляя её недоказанной.

Однако в марте 1988 года руководство компании внезапно развернулось на 180 градусов и заявило о полном отказе от производства хлорфторуглеродов. Более того, компания стала активно продвигать идею глобального контроля за производством этих субстанций, указывая, что Дюпон всегда опиралась в своей деятельности на объективные научные данные.

До конца не ясно, знали ли в компании о негативном влиянии хлорфторуглеродов на озон задолго до официального признания факта. Учитывая, что организация действительно привлекала к работе именитых учёных, допустить такую осведомлённость вполне возможно. И всё же, несмотря на то, что даже в Дюпон согласились с доводами критиков хлорфторуглеродов, до сегодняшнего дня в научной печати можно обнаружить публикации полностью или хотя бы частично снимающие вину за истончение озонового слоя с этих веществ.

Сезонные и температурные колебания и другие причины

По заявлениям экспертов, производство хлорфторуглеродов за последние три десятка лет сократилось на 99%, а озоновые дыры стали затягиваться, обещая полное восстановление озонового слоя планеты к 2066 году. Однако учёным сегодня известны и другие механизмы, которые приводят к разрушению молекул озона в стратосфере.

На состояние озонового слоя влияют и низкие температуры. Этим в частности объясняется больший размер озоновой дыры в Южном полушарии. При снижении температуры ниже -78°С, указывают в Европейском агентстве по окружающей среде, в стратосфере образуются облака, которые усугубляют истощение озонового слоя. В Арктических регионах сезонные колебания температуры и метеорологическая вариабельность выше, чем в Южном полушарии, а потому на крайнем севере озоновая дыра меньше, чем на крайнем юге.

Другие исследования утверждают, что замена хлорфторуглеродов на углеводороды в аэрозольных упаковках не имеет значения, так как бутан, пропан и изобутан точно так же вступают в реакцию с озоном. Наличие же озоновых дыр на полюсах некоторые эксперты объясняют отсутствием растительности и, как следствие, пониженным содержанием кислорода во всём воздушном столбе. Вторым фактором здесь выступает периодическое падение уровня солнечного излучения, благодаря которому происходит образование озона из двухатомного кислорода. А потому, делают вывод учёные, образование озоновых дыр в полярных областях – процесс естественный и сезонный.

Третьи исследователи ссылаются на факт обнаружения низкой концентрации озона над Антарктидой ещё в 1957 году, что говорит не в пользу техногенно-фреоновой гипотезы. В качестве альтернативы учёные возлагают ответственность на природный вулканизм, магнитное поле Земли, радиационные пояса, образованные космическими частицами высоких энергий.

В 2014 году в исследовании Львовского государственного университета безопасности жизнедеятельности были проанализированы механизмы возможного уничтожения озона в атмосфере. Авторы работы подчёркивают: таких механизмов может быть несколько – это и соединение с атомарным кислородом, и реакции с азотом и водородом, с хлором. Но кроме этих известных, вероятно, существуют и другие. В качестве возможной дополнительной причины формирования озоновой дыры над Южным полушарием авторы работы признают сильные лесные пожары на Австралийском континенте и в близлежащих регионах. Анализируя состояние озонового слоя над московским регионом в период сильных лесных пожаров 2010 года, эксперты выдвигают теорию цепной реакции разрушения озона, запускаемую продуктами углеродистого происхождения. Австралийские лесные пожары жарче, а ветра сильнее, что позволяет продуктам горения в большем объёме достигать верхних слоёв атмосферы.

Под пристальным взглядом учёных из Новой Зеландии – космические полёты и влияние сжигания ракетного топлива на молекулы озона. В верхних слоях атмосферы загрязнение задерживается дольше, а потому даже незначительные количества озоноразрушающих веществ могут оказывать значительный негативный эффект. Ситуацию усугубляет отсутствие какого бы то ни было регулирования, а разработка новых видов топлива на основе метана добавляет неизвестных в уравнение. И хотя сейчас количество запусков незначительно, в ближайшие годы намечается существенный рост в отрасли. А значит вопрос экологической устойчивости пусков становится более актуальным.

У учёных возникают опасения, не поставит ли прогрессирующее глобальное потепление под угрозу уже достигнутые успехи стран по сохранению озонового слоя. Дело в том, что парниковые газы, повышая температуру в тропосфере, способствует похолоданию стратосферы. Для жарких регионов снижение температуры верхних слоёв атмосферы положительно влияет на восстановление толщины озонового слоя, тогда как для антарктических широт, как было показано выше, слишком низкие температуры, напротив, снижают концентрацию молекул трёхатомного кислорода.

Свой вклад может вносить и сокращение площади лесов за счёт снижения выработки кислорода. А также техногенный процесс образования диоксида углерода, в ходе которого изымается кислород из атмосферы.

Выводы

Исследователи изучают различные возможные причины истощения озонового слоя Земли. Ряд учёных, не снимая полностью ответственности с хлорфторуглеродов, выдвигает гипотезы об иных механизмах появления озоновых дыр. Несмотря на обнадёживающие заявления ООН, вопрос озоновых дыр, как и сами дыры, ещё не закрыт.