Лекция 8 (тема 3)
План лекции
1.Проблема озоновых дыр.
2.Мероприятия по сохранению озонового слоя.
3.Строение ионосферы.
4.Фотохимические процессы в ионосфере.
1. Проблема озоновых дыр
Понятие озоновой дыры связывают с уменьшением общего содержания
озона во всех областях атмосферы над определенной территорией. Наиболее часто это явление ассоциируется с уменьшением общего количества озона над Антарктидой, где он был зафиксирован впервые и где такой процесс, протекающий с разной интенсивностью, в последние десятилетия наблюдается практически ежегодно. Над Антарктидой явление озоновой дыры носит ярко выраженный сезонный характер и проявляется лишь в весенний период. Например, весной 1987 г. наблюдалось уменьшение содержания озона с 300 до 150–200 ед. Д., а в некоторых областях до 100 ед. Д., причем зона, в которой содержание озона составляло менее 200 ед. Д., в этот период занимала примерно 40 млн км2. Причина образования озоновой дыры над Антарктидой является комплексной:
•увеличение поступления хлорфторуглеводородов в атмосферу (антропогенный фактор). Например, содержание оксида хлора превышало соответствующие значения, регистрируемые в стратосфере, в сотни раз. При таких высоких концентрациях ClO протекает процесс образования димеров (ClO)2;
•специфика движения воздушных масс в стратосфере высоких широт (полярный вихрь).
Как оказалось, зимой над Антарктидой всегда образуется устойчивый антициклон, так называемый полярный вихрь. Последствия этого атмосферного явления следующие:
•прекращение обмена воздухом с другими областями стратосферы;
•сток озона в тропосферу;
•снижение температуры воздуха внутри вихря до –70…–80 °С;
•появление устойчивых аэрозольных образований — серебристых облаков, состоящих из аэрозолей — кристаллов льда и капель переохлажденной жидкости.
В состав этих аэрозолей входят димеры оксида хлора (ClO)2, хлористый нитрозил (ClONO2) и другие соединения азота (НNО3, НNО2). Зимой эти соединения, связанные с аэрозолями, не взаимодействуют с озоном. Весной полярный вихрь распадается, и при повышении температуры на поверхности кристаллов льда начинают протекать гетерогенные химические процессы:
ClONO2 + Н2О = НОСl + НNO3 или ClONO2 + НCl = Сl2 + НNO3.
Образующиеся молекулы Сl2 и НОСl неустойчивы и, в отличие от НСl и ClONO2, при появлении первых солнечных лучей распадаются даже под воздействием видимого излучения:
НОСl + hν = Cl + OH;
Сl2 + hν = 2Cl.
39
Таким образом, с наступлением весны в стратосфере над Антарктидой появляется ряд озоноразрушающих веществ и начинаются цепные процессы разрушения озона на фоне природного дефицита озона, содержание которого не успевает восстановиться после окончания полярной ночи и разрушения вортекса (вихря).
Особую роль в разрушении озона над Антарктидой играют димеры оксида хлора. Эти соединения неустойчивы и при воздействии излучения разлагаются:
(ClO)2 + hν = Сl + ClOO;
ClOO = Сl + O2.
Суммируя все уравнения реакций димерного цикла, получим
2O3 + hν = 3O2.
Эта суммарная реакция димерного цикла лишь внешне напоминает процесс защитного действия озона, поскольку в данном случае разложение озона происходит под действием видимого излучения. Озоновые дыры, хотя и менее ярко выраженные, наблюдались в весенние месяцы и в северном полушарии.
Таким образом, протекание гетерогенных реакций и димерный цикл резко интенсифицируют процесс разрушения озона над Антарктидой в весенний период и приводят к образованию озоновой дыры. Реабилитация озоновой дыры происходит в результате ряда последовательных процессов: таяния кристалликов льда, прекращения гетерогенных процессов, расходования оксидов хлора, поступления озона из других областей атмосферы, частичного синтеза над Антарктидой. На восстановление уходит около одного-двух месяцев.
2. Мероприятия по сохранению озонового слоя
Серьезное беспокойство в мире вызвали сообщения об уменьшении содержания озона над Антарктидой. Поскольку основной причиной этого явления считались хлорфторуглеводороды, мировое сообщество предприняло объединенные усилия, направленные на уменьшение производства и выброса в атмосферу озоноразрушающих веществ.
Первым международным актом, ограничивающим производство фреонов и других разрушающих озоновый слой соединений, стал Монреальский протокол, вступивший в силу с 1 января 1989 г. Основными положениями Монреальского протокола были определены следующие действия, которые обязались предпринять подписавшие его страны:
1)производство фреонов 11, 12, 113, 114, 115 заморозить на уровне 1986 г. и, начиная с 1992 г., начать сокращение его производства;
2)производство галлонов (бромированных галогеналканов для тушения пожаров) ограничить на уровне 1986 г.
В 1989 г. Совет министров Европейского сообщества объявил, что производство фреонов будет полностью прекращено к 2000 г.
В 1990 г. Монреальский протокол был вновь пересмотрен. Страны, его подписавшие, взяли на себя следующие обязательства:
1)производство фреонов:
- сократить до 50 %, начиная с 1995 г.;
40