Тропосферный озон

Основная часть общего содержания озона — около 90%, приходит­ся на стратосферу и только 1% на тропосферу. Глобальная фоновая сред­негодовая концентрация озона в приземном слое («приземного озона») не превышает 100 мкг/м³, тогда как в стратосфере концентрации состав­ляют 400-700 мкг/м³.

Тропосферный озон долгое время не привлекал к себе пристально­го внимания. Интенсивные исследования начались в 70-е гг., но лишь в конце 80-х гг. проблема перешла в ранг проблем высокого приоритета.

Благодаря исследованиям, проведенным в США и Западной Евро­пе, накоплены убедительные данные о негативном влиянии озона на наземные растения. Эти влияния довольно существенны, поскольку при­водят к потере урожаев сельскохозяйственных культур. Для анализа важности проблемы тропосферного озона следует оста­новиться на путях его образования.

Озон образуется в атмосфере в результате сложной системы реакций (их более ста), многие из которых являются фотохимическими, т.е. про­ходят при участии ультрафиолетового излучения Солнца. В эту систему ре­акций вовлечены кислород, оксиды углерода и азота, метан, летучие органические соединения (ЛОС), бенз-а-пирен и дру­гие углеводороды

Источником поступления озона в Тропосферу является также атмос­ферный перенос из стратосферы, который наиболее интенсивно проис­ходит в весенне-летний период.

Оксиды азота и ЛОС, участвующие в образовании приземного озо­на, могут быть как природными, так и антропогенными. ЛОС в основном имеют антропогенный характер, причем роль автотранспорта в их выб­росах в атмосферу очень велика. Оксиды азота, выбрасываются в атмос­феру вследствие работы теплоэлектростанций; значительный выброс так­же приходится на долю автотранспорта, особенно в городах. Оксиды азота довольно устойчивы и переносятся с воздушными массами на большие расстояния (порядка 1000 км).

В 80-х гг. стало ясно, что для концентрации приземного озона харак­терна тенденция к росту. В начале XX века, по данным систематических озонометрических наблюдений, проведенных во Франции, она составля­ла 20 мкг/м³, а в 80-х гг., в наименее загрязненных районах Западной Европы — уже 40—90 мкг/м³. Тенденцию к увеличению концентраций приземного озона объясняют антропогенными причинами — развитием теплоэнергетики, транспорта, химической промышленности и т.д., что вызывает рост эмиссии в атмосферу некоторых химических предшествен­ников озона, в основном оксидов азота, ЛОС, метана, оксида углерода.

Важную роль в обогащении приземного слоя атмосферы озоном иг­рают некоторые радикалы, в частности гидроксил-ион, способствующие окислению оксида азота до диоксида (NО до NО₂) в ходе химических реакций с углеводородами. При фотодиссоциации NО₂ образуется атомар­ный кислород, из которого затем при участии молекулярного кислоро­да образуется озон. Сходные реакции протекают и с участием природных углеводородов — терпенов, которые выделяются древесной растительно­стью и в довольно высоких концентрациях присутствуют в лесах.

Механизм негативного влияния приземного озона на растения до­вольно сложен. В результате исследований установлено, что он проникает через клеточную стенку в цитоплазму, вызывает нарушение целостнос­ти и проницаемости клеточных мембран, изменение мембранного потенциала и рН, частичное ингибирование мембранного транспорта и влия­ет на активность ферментов. В итоге снижается скорость роста растений и накопление биомассы.

Количественные оценки влияния на прирост биомассы и урожай некоторых важных сельскохозяйственных культур дали основания за­ключить, что снижение урожая зерновых для стран Западной и Цент­ральной Европы вследствие влияния повышения концентрации призем­ного озона по сравнению с доиндустриальными значениями составля­ют в среднем 17%.