Озоновый слой
Озон - едкий, ядовитый газ. Парящий в основном на высоте порядка 25 километров от поверхности Земли, он помогает защитить живые существа от палящего ультрафиолетового излучения Солнца. Если озон исчезнет, поток ультрафиолетового излучения, достигающий поверхности Земли, настолько усилится, что сможет привести к увеличению заболеваемости раком кожи, к гибели некоторых микроорганизмов, падению урожайности культурных и дикорастущих растений. Еще в 1974 году химики Ф.Шервуд Роуленд и Марио Молина из Калифорнийского университета в Ирвине обнаружили, что хлорфторуглеводороды - эти вездесущие бытовые химикаты, на производство которых у разных стран мира уходят миллиарды долларов, - могут постепенно достигать верхней атмосферы и разрушать наш хрупкий озонный щит, но прибыли в миллиарды долларов весомее туманных проблем окружающей среды, следствия и масштабы которых точно не известны.
Как же избавить мир от этих химикатов, широко применяемых как хладагенты (фреоны) в бытовых холодильниках, автомобильных кондиционерах, при изготовлении специальных упаковок для продовольственных и других полуфабрикатов? В поисках ответа на этот вопрос Роуленд и Молина столкнулись с любопытной дилеммой. Поскольку хлорфторуглеродом (ХФУ) для достижения стратосферы нужны десятки лет и даже больше, условия неизбежного разрушения озонного слоя закладываются задолго до того, как угроза станет явной. Из осторожности запретить эти химикаты прежде, чем они нанесут ущерб. Но в случае с озоновым кризисом от благоразумной осторожности отказались.
Ожидается, что каждый процент сокращения озонного слоя повлечет за собой увеличения числа случаев немеланомного рака кожи на 5-6% из-за усиления облучения ультрафиолетовыми лучами. Ожидается также возрастание количества катаракт и некоторых заболеваний, связанных с иммунной системой человека. К тому же хлорфторуглероды - лишь часть еще большей опасности. Эти соединения способствуют разогреву атмосферы, который может привести к нарушению равновесия в окружающей среде - парниковому эффекту.
Проблема парникового эффекта во многих отношениях повторяет проблему озона. Разогрев Земли, вызванной антропогенными загрязняющими веществами проявится далеко не сразу после нанесения ущерба атмосфере.
Для достижения международного согласия по защите озона потребовался кризис. Нужен ли руководителям ведущих стран еще один кризис, чтобы обратиться к проблемам парникового эффекта! Во избежании засух, наводнений, роста заболеваемости, который последует за проявлением парникового эффекта, руководители разных стран должны действовать сейчас, и в унисон. Сокращение озонного слоя и парниковый эффект - глобальные проблемы, не признающие политических границ.
Озон - продут воздействия солнечного света на кислород. Если в обычной молекуле кислорода два атома, то молекула озона состоит из трех атомов, т.е. всегда готова отдать один из своих атомов другим газам и вновь стать просто кислородом. Озон возникает когда ультрафиолетовое излучение или электрические разряды разобьют молекулу кислорода на отдельные атомы, а затем эти атомы свяжутся с молекулой кислорода, образуя озон. Название его восходит греческому слову, означающему "пахну"; у земной поверхности озон имеет острый, резкий запах, который можно иногда почувствовать у искрящих линий электропередачи, игрушечных электропоездов или после грозы.
И хотя озонный слой, если его представить себе как слой, равномерно покрывающий Землю будет не толще листа папиросной бумаги, он защищает жизнь на нашей планете. И ели у ее поверхности озон способствует образованию смога, то в стратосфере этот ажурный слой исполняет две роли, обе благотворные для живых существ. Первое состоит в том, что озон поглощает большую часть губительного для живых существ ультрафиолетового излучения солнца и является единственным веществом, выполняющим эту функцию. Вторая - в том, что, поглощая некоторые из солнечных лучей, озон создает стратосферу - слой атмосферы, в котором температура растет с высотой, тем самым регулируя мировые циркуляционные процессы и ограничивая процессы формирования пагоды пределами тропосферы. Не будь озона, температуры в атмосфере постепенно уменьшались бы. Хотя озон постоянно продуцируется из кислорода под воздействием солнечного света его не становится много. Если бы озон был сжат давлением, существующим у поверхности Земли, образовался бы слой толщиной всего в три миллиметра.
Факт неустойчивости озона вызвал ряд интересных вопросов о том, в какие реакции с другими соединениями в стратосфере он будет вступать.
Обратившись к детальным расчетам химических реакций, ученые пришли к выводу, что каждый атом хлора из фторхлоруглерода должен сталкиваться с молекулой чрезвычайно неустойчивого озона. После того как хлор высвободился из хлорфторуглеродного соединения, появляются кислород и химический осколок с нечетным числом электронов, называемый окисью хлора. Окись (моноксид) хлора представляет собой свободный радикал, неустойчивый и высоко реакционноспособный фрагмент. Нечетное число электронов в осколке является гарантией того, что он вступит в реакцию со свободным атомом кислорода для достижения четного количества электронов. Таким образом, когда окись хлора встречается со свободным атомом кислорода, кислород в окиси хлора будет притягиваться к свободному атому кислорода, т.е. произойдет распад моноксида хлора с образованием новой молекулы кислорода. Хлор при этом высвобождается и сталкивается с озоном; весь цикл, таким образом, повторяется.
Короче говоря разложение хлорфторуглерода солнечным светом создает каталитическую цепную реакцию при которой один атом хлора может сожрать до 100000 молекул озона, обращая их в бессильные молекулы кислорода.
Роуленд и Марио Молина сделали вывод, что количество разрушаемого озона равно количеству производимого. Дело в том, что по их расчетам, объем хлорфторуглеводорода, выпущенного в атмосферу, в текущем году, достигнет стратосферы лет через 100. Большая часть хлорфторуглеводорода, выброшенных начиная с 1930-х годов (когда их впервые изготовили), еще не достигла середины стратосферы, где могут происходить реакции. За этот период количество хлорфторуглеводорода, разрушаемого в атмосфере, должно сравняться с интенсивностью их выделения в атмосферу.
Вопрос о хлоре отпал. Помимо извержений вулканов, выбросов при запуске космических шатлов, которые даже еще не были построены, не было известно других источников свободного хлора в стратосфере.
Но уже был открыт намного более мощный источник.
|
