Озоновый слой и факторы, влияющие на его состояние
Озоновый слой – это область максимальной концентрации озона (примерно 8 р.р.m., т.е. 8 частей озона на 1 миллион частей воздуха). Этот слой находится на границе тропосферы и стратосферы на высоте 15–20 км и влияет на запас энергии в слоях, расположенных ниже. Озоновый слой почти полностью поглощает УФ-излучение Солнца с = 200 – 320 нм. Это излучение получило название УФИ-Б (ультрафиолетовое излучение биологически активное). Если оно достигнет поверхности Земли, возможны следующие изменения в биосфере: произойдет разрушение нуклеиновых кислот живого организма, увеличится количество онкологических заболеваний (в частности рак кожи), ослабнет иммунная система человека; нарушится процесс фотосинтеза растений, будет поражен фитопланктон и через трофические цепи питания уменьшится популяция рыб. Озоновый слой защищает ДНК (носитель генетической информации всего живого) от биохимических изменений, которые могут вызвать мутацию, т.е. резкое и внезапное изменение наследственных признаков. Кроме того, в ходе эволюции живые существа смогли выйти из воды (тоже поглощающей УФИ-Б излучение) на сушу только тогда, когда над Землей возникла первая озоновая оболочка.
Таким образом, озоновый слой – это необходимая предпосылка существования всего живого на суше. В настоящее время этот слой страдает от антропогенного вмешательства и установлены факторы, ответственные за это.
А
= 400 нм
фотодиссоциация
NO2:
NO2
+ h
NO
+ O;
образование NO: NO2 + O NO + O2;
непосредственное разрушение озона: O3 + NO NO2 + O2.
В этих реакциях может принимать участие и N2O, который образуется в почве при избытке нитратов в ней.
В
h
H2O H + OH.
Радикал OH дает начало водородному циклу. Определяющими реакциями будут:
OH + O3 HO2 + O2;
HO2 + O2 OH + O3.
Суммарная реакция имеет вид:
O3 + O 2O2.
Радикал HO2 может образоваться и при окислении метана, которого ежегодно в атмосферу поступает более 850 мегатонн.
Хлорный цикл разрушения озона. В 70-х годах XX в. выявлены вещества исключительно антропогенного происхождения. Работами Роуленда показано, что это основные разрушители озона. Речь идет о хлорфторуглеводородах (ХФУ); их торговое название – фреоны.
ХФУ под действием солнечной радиации разлагаются с выделением хлора и это основной источник поступления хлора в атмосферу.
C
фреон-12
Атомы хлора дают начало хлорному циклу разрушения озона:
Cl + O3 ClO + O2;
ClO + O O2 + Cl;
ClO + O3 Cl + 2O2.
Скорость распада озона в этом цикле в шесть раз выше, чем в азотном. Расчеты показали, что один атом хлора за несколько секунд может разрушить до 10000 молекул озона. Бром-содержащие вещества (галоны) наносят еще больший ущерб озоновому слою. Озоноразрушающая способность атома брома в 10 раз выше, чем у атома хлора.
Слабость техногенно-фреоновой концепции состоит в том, что с ее помощью трудно объяснить, каким образом фреоны, будучи тяжелее воздуха в четыре раза, достигают стратосферы. Почему устойчивые минимумы концентрации озона сосредоточены над Антарктидой вдали от основных промышленных центров? Некоторые авторы считают, что данные об изменении концентрации озона, обусловленном взаимодействием с фреонами, не точны.
Теория эндогенных газов. Эта теория связывает разрушение озонового слоя с процессом дегазации Земли. Она основывается на возможности взаимодействия эндогенных флюидов – водорода, метана и азота с озоном. Реакция разложения озона водородом (H2 + O3 = H2O + O2), как природный процесс, серьезно до сих пор не рассматривалась. Водород является основным газом, определяющим планетарные процессы Земли, большие его запасы находятся в жидком ядре планеты.
Главными каналами дегазации Земли служат гигантские трещины литосферы – рифтовые разломы. Именно здесь максимально проявляется эффект взаимодействия эндогенных и атмосферных газов. В районе Антарктиды основные стволы мировой рифтовой системы максимально сближены, поэтому стратосфера Антарктиды более других территорий подвержена продувке эндогенными газами.