Озонова діра в атмосфері

Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Ця енергія надходить у вигляді різних випромінювань. Серед них пере­важають промені видимого світла, а також довгохвильові (інфрачервоні, або теплові) й короткохвильові (ультрафіо­летові). Ультрафіолетове (УФ) випромінювання має най­більшу енергію, є фізіологічно активним — діє на живу матерію. Ці промені залежно від довжини хвилі (чим вона менша, тим вища енергія хвилі) можуть викликати фізіо­логічні зміни в організмах, призводити до розриву молекул білків, мутацій, переважно несприятливих. Увесь потік УФ променів Сонця, що доходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три види: УФ-А (довжина хвилі 400—315 нм); УФ-В (315—280); УФ-С (менше 280 нм). Надзвичайно шкідливими для життя, навіть смертельними, є УФ-В і особливо УФ-С. Що ж захищає нас і всю біосферу від згуб­ної дії короткохвильового ультрафіолетового випромінюван­ня Сонця? Це — озоновий шар атмосфери.

На висоті 20—50 км, як вже згадувалося, повітря міс­тить підвищену кількість озону, тобто кисню, молекула якого складається з трьох атомів (0₃). Цей газ добре відо­мий вченим. Деяка кількість його утворюється, наприклад, під час грози. Він є дуже сильним окисником, на чому й за­сноване його застосування в техніці (наприклад, для знеза­раження води). Як же озон утворюється в стратосфері? Виявляється, за рахунок молекул звичайного, двоатомного кисню 02, що поглинає жорстке високоенергетичне випромі­нювання УФ-В і УФ-С. Енергія цих променів витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню. В резуль­таті УФ-В і УФ-С до поверхні Землі не доходять, озоновий шар для них такий же непрозорий, як, скажімо, чорний па­пір. Цікаво, що озону в цьому шарі міститься дуже мало, на рівні моря він утворив би шар товщиною 2—3 мм. Не­зважаючи на малу густину, озоновий щит надійно захищає все живе від дії УФ-променів.

До поверхні Землі доходять довгохвильові УФ-промені діапазону УФ-А. Від їх негативної дії наш організм вміє захищатися, синтезуючи в шкірі шар темної речовини — меланіну (засмага). Проте тривале перебування на сонці, коли в шкірі ще немає меланіну, викликає її почервоніння, запалення, головний біль тощо.

Озоновий шар містився у атмосфері не завжди. Протя­гом тривалого часу ранньої історії Землі, коли в складі її атмосфери не було кисню, не утворювався й озон. Ультра­фіолетові промені вільно досягали поверхні Землі й стерилізували її краще, ніж нині це роблять УФ-випромінювачі в хірургічних клініках. І лише тоді, коли в повітрі з'явила­ся якась мінімальна кількість кисню (принаймні 10 % його вмісту на сьогодні), життя змогло піднятися з глибини океану до його поверхні, а згодом й вийти на суходіл.

Останнім часом вчені надзвичайно занепокоєні, бо спо­стереження метеорологів, які працюють у Антарктиді, свід­чать, що озоновий шар над цим материком почав зменшува­тися. В ньому виникла пульсуюча діра, вміст озону в які» менший від звичайного на 40—50%. Ця діра з'являється антарктичною весною (з серпня по жовтень), а антарктич­ного літа зменшує свою площу. Проте існує тенденція до збільшення її площі з року в рік (рис. 12). Нині вона не затягується влітку, а її площа перевищує площу материка Антарктиди. Встановлено підвищення Уф-фону в країнах, розташованих у Південній півкулі ближче до Антарктиди, перш за все у Новій Зеландії. Медики цієї країни конста­тують збільшення захворювань, зумовлених підвищеним УФ-фоном, таких, як рак шкіри й катаракта очей.

Тривожні повідомлення надходять з Північної півкулі: й тут виявлено озонову діру (над Шпіцбергеном), щоправ­да, менших розмірів, ніж над Антарктидою. Зниження вміс­ту озону в атмосфері загрожує зменшенням врожаїв сіль­ськогосподарських рослин, захворюваннями тварин і лю­дей, збільшенням шкідливих мутацій тощо, а якщо озон зникне зовсім, буде знищено все живе на нашій планеті. Наскільки ж великою є така небезпека і чим спричинена поява й збільшення дір у озоновому шарі? На думку вчених, серйозна загроза зникнення озонового шару спричинить до тяжких наслідків. Щодо причин появи озонових дір єдиної думки немає. Встановлено, що руйнуванню озонового шару сприяють деякі хімічні речовини, які вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. У результаті на Землю надходить більше УФ-променів. Такі зв'язуючі озон речовини є в природі (наприклад, окиси азоту), проте в де далі зростаючих кількостях вони викидаються в атмосферу за рахунок діяльності людей. Мова йде, перш за все, про хлорфторметани (фреони й галони), такі як СFСз (фреон 11), СF₂С1₂ (фреон-12), СFзСІВг (галон 1211) тощо. Вони широко використовуються в промисловості (як холодоаген­ти в рефрижераторах і для очищення мікросхем) та побуті (аерозольна упаковка балончиків для фарби, лаку, парфу­мів). У 1980 р. країни Північної Америки та Західної Єв­ропи випустили аж 5 млрд. таких балончиків. Усього ж в сві­ті щорічно виробляється кілька мільйонів тонн фреонів.,

Для людини фреони та їх пари не шкідливі, проте вони надзвичайно стійкі — в атмосфері можуть зберігатися до 80 років. Пари фреонів, врешті-решт, з висхідними течіями повітря потрапляють у стратосферу. Під впливом УФ-випромінювання Сонця їх молекули розпадаються, вивільняючи атоми хлору. Ця речовина діє як дуже сильний каталіза­тор, розкладаючи молекули озону до кисню. Один атом хлору здатний розкласти 100 тис. молекул озону.

Під загрозою зникнення озонового шару керівники ба­гатьох країн вирішили вжити енергійних заходів. У 1985 р. у Відні урядами більшості країн світу було підписано кон­венцію, а в 1985 р. в Монреалі протокол по охороні атмо­сферного озону. Учасники конвенції взяли на себе зобов'я­зання до 2000 року зменшити на 50 % споживання фреонів, а потім і зовсім відмовитися від них, замінивши їх безпеч­ними сполуками.

До чого може призвести зникнення озонового шару свід­чать досліди, проведені в 70-х роках американськими вій­ськовими, які розробляли озонову зброю. Як повідомляла американська преса, над одним з ненаселених тихоокеансь­ких атолів було запущено ракету, яка розпорошила в озоно­вому шарі спеціальний реагент, що повністю зв'язав озон, утворивши над цим острівцем діру, що існувала кілька го­дин. Кілька годин поверхня острова опромінювалася смер­тельною УФ-радіацією. В результаті на острові загинуло все живе: рослини, тварини, бактерії тощо. Залишилося кі­лька черепах, тіло яких захищене товстим панциром, проте їх очі було випалено ультрафіолетом.

Значної шкоди озоновому шару завдають також польоти висотних літаків, у вихлопних газах яких є окиси азоту, а також запуски космічних апаратів, особливо таких, як аме­риканські «Спейс Шаттли», що працюють на твердому па­ливі й викидають особливо багато таких окисів. Підрахова­но, що 300 запусків «Спейс Шаттлів» підряд могли б пов­ністю зруйнувати озоновий щит Землі.

Крім озону, що є в стратосфері, в приземному шарі по­вітря Землі подекуди зареєстровано підвищений вміст озо­ну, його джерелом є вихлопні гази автомобілів, особливо тих, у яких погано відрегульовані двигуни. В поєднанні з певними атмосферними умовами (відсутність вітру тощо) у великих містах, таких як Токіо, Мехіко, Лос-Анджелес, утворюється фотохімічний смог.