Озоновый слой является неотъемлемой частью атмосферы Земли, который поглощает вредное ультрафиолетовое излучение Солнца. Если озоновый слой разрушается, то его способность поглощать излучение ослабевает и в результате огромное количество ультрафиолетовых лучей проникает во внутренние слои атмосферы. Ученые давно выяснили, что без озонового слоя нам не выжить, потому что ультрафиолетовое излучение способствует изменению климата.
Озоновый слой: важная часть атмосферы
В школе нам рассказывали, что атмосфера Земли состоит из нескольких слоев, каждый из которых выполняет свою роль. Над тропосферой, самым внутренним слоем Земли (который содержит земной кислород и в котором формируется наша погода), находится стратосфера. Этот сравнительно сухой атмосферный слой ассоциируется с метеозондами, высокоскоростными самолетами и стратосферными полярными облаками, и конечно же с озоновым слоем.
Изображение всех слоев атмосферы Земли.
Озоновый слой находится в нижней части стратосферы, приблизительно на высоте от 20 до 40 километров над землей. Он получил свое название из-за высокой концентрации озона - молекул, рожденных в результате контакта ультрафиолетового света со стратосферой. Когда ультрафиолетовые лучи попадают на молекулы кислорода (O2) в этом слое, эти молекулы распадаются, в результате чего образуются два высокореактивных отдельных атома кислорода, известных как атомарный кислород. Атомарный кислород присоединяется к обычным молекулам кислорода, образуя озон (O3). Этот цикл, называемый озоно-кислородным, создает концентрацию озона примерно от 2-8 частей на миллион, образуя озоновый слой.
Ученые выяснили, что молекулы кислорода не абсорбируют ультрафиолетовое излучение, а молекулы озона прекрасно с этим справляются. В частности, они поглощают UVB — коротковолновую форму ультрафиолетового света, которая в противном случае проникала бы в атмосферу. Известно, что ультрафиолет не только повреждает кожу и нагревает нижние слои атмосферы Земли, но и нарушает круговорот таких элементов, как азот. Эти элементы отвечают за поглощение других типов УФ-излучения (UVA и UVC), которые, как считается, также усугубляют изменение климата. Таким образом, озон становится особенно важным компонентом большой головоломки по спасению Земли.
Иллюстрация, показывающая, как озоновый слой блокирует ультрафиолетовое излучение.
Озоновая дыра
Теперь разобрались почему так важен озоновый слой, но это не единственная причина, по которой он постоянно попадает в заголовки новостей. Даже если вы не особо интересуетесь изменением климата и загрязнением атмосферы, но вы наверняка где-нибудь слышали про «озоновую дыру». Это высококонцентрированная зона разрушенного озона, которая позволяет ультрафиолетовому излучению проникать в стратосферу, что приводит серьезным негативным последствиям для нашего здоровья и изменению окружающей среды.
Ученые знают об озоновом слое Земли уже более ста лет, но только в 1970-х годах они начали беспокоиться о его целостности. Два химика Пол Крутцен и Гарольд Джонстон независимо друг от друга изучали экологические риски, связанные с проектируемыми сверхзвуковыми самолетами. Крутцен и Джонстон обнаружили, что оксиды азота, которые эти самолеты возможно выбрасывали бы в нижние слои стратосферы, способствовали распаду озона. Несмотря на то, что разрабатываемые самолеты так и не были реализованы, результаты работы химиков считаются первым академическим исследованием, в котором предполагается, что поведение человека может сильно повлиять на глобальный атмосферный озон.
Другая пара химиков быстро последовала их примеру. В 1974 году Шервуд Роуленд и Марио Молина написали в журнале Nature статью, в которой подробно описывается влияние газов хлорфторуглерода (CFC) на атмосферный озон. В документе указывалось, что CFC, которые в то время широко использовались в аэрозолях, противопожарных пенах и хладагентах, накапливались в стратосфере. Достигнув озонового слоя, CFC превратились в свои составляющие под действием УФ-излучения.
На озоновый слой влияет даже противопожарная пена.
Химический состав конкретного CFC зависит от его конкретного назначения, но известно, что все молекулы CFC содержат углерод и хлор. Когда УФ-излучение попадает на молекулу CFC, эта хрупкая связка элементов распадается, выделяя сверхреактивный хлор. Оставленный сам по себе, хлор «крадет» атомы кислорода у молекул озона, превращая их обратно в O2 и уменьшая количество озона.
Молина и Роуленд предположили, что если не ввести жесткое регулирование CFC, то в ближайшие десятилетия озоновый слой будет постепенно разрушаться. Действительно, в 1985 году трое ученых из Британской экспедиции обнаружили, что стратосфера над антарктическим регионом понесла большие потери озона. Их исследования привели к обнаружению и наименованию озоновой дыры, которая на тот момент занимала 22,4 млн км2.
Озоновая дыра над Антарктидой в 1985 году. Фото: НАСА.
Оглядываясь назад, можно сказать, что международная реакция человечества была относительно быстрой. 16 сентября 1987 года 197 стран единодушно ратифицировали экологический протокол в Монреале по веществам, разрушающим озоновый слой. Договор символизировал согласие федеральных правительств о поэтапном регулировании и отказе использования озоноразрушающих веществ (ОРВ), в том числе CFC, четыреххлористого углерода, метилхлороформа и бромистого метила.
Помог ли Монреальский протокол?
На данный момент Монреальский протокол считается одним из самых эффективных экологических соглашений из когда-либо подписанных. По данным Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП), почти все (99%) запрещенные ОРВ были успешно выведены из обращения. Это позволило озоновой дыре постепенно уменьшаться. В 2019 году озоновая дыра достигла самого маленького размера за всю историю наблюдений.
Глядя на историю озоновой дыры, можно с тревогой заметить, что она достигла максимального размера в 2006 году. В конце концов, если запрет ОРВ должен был помочь "залечить" озоновую дыру, то почему она стала еще больше спустя почти три десятилетия после начала постепенного отказа? По данным НАСА, здесь сыграло роль несколько различных факторов. Размер озоновой дыры естественным образом колеблется в зависимости от температуры и полярных вихрей над Антарктидой (именно поэтому в октябре 2023 года она была такой большой). Она также не защищена от остатков ОРВ, оставшихся с прошлых лет, поэтому многие усилия по отказу от ОРВ дадут медленные результаты. Также играют роль более холодные, чем обычно, температуры, а 2006 год был довольно холодным. Однако в целом озоновая дыра с каждым годом становится меньше.
Что ждет озоновый слой в будущем?
Снова отмечу, что нормально видеть некоторые колебания в размере озоновой дыры, особенно в периоды необычной метеорологической активности. Но в целом, по оценкам ЮНЕП, озоновая дыра над Антарктикой может вернуться к размерам 1980-х годов к 2066 году, если нынешняя политика регулирования ОРВ останется в силе. (Производителям также придется следовать этим соглашениям.) Ожидается, что к 2040 году озоновый слой в многих регионах планеты вернется к уровню 1980 года.