Истощение озонового слоя (озоновые дыры)

Пожалуй не одна из многих проблем атмосферной химии не вызвала такой оживленной дискуссии, как проблема влияния галогенсодержащих соединений на озоносферу. Эта проблема вышла за научные рамки и стала предметом обсуждения в парламентах и правительствах многих стран. Созданы специальные международные организации по этой проблеме: координационный комитет по озонному слою (ККОС), международная комиссия по атмосферному озону (МКАО) и т.д.

Интерес к этой проблеме понятен: озон, содержащийся в атмосфере в ничтожных количествах, защищает атмосферу от губительного действия ультрафиолетовой радиации солнца. Кроме того, инверсионный слой относительно теплого воздуха, образующийся в результате атмосферного разложения озона, предохраняет нижние слои атмосферы и земную поверхность от выхолаживания.

Озон (О₃) в стратосфере сконцентрирован в основном на высотах от 20 до 25 км.

ЗАПОМНИТЕ!!! Озон поглощает 99% коротковолнового излучения Солнца, опасного для всего живого и:

· предохраняет от жесткой компоненты солнечного излучения земную поверхность и тропосферу,

· защищает человека от солнечных ожогов, рака кожи и глаз, катаракты и проч.

· не позволяет большей части тропосферного кислорода превратиться в озон.

Наряду с процессом образования озона в атмосфере происходит обратный процесс его распада, также протекающий при поглощении солнечного ультрафиолетового излучения. Находящиеся в атмосфере оксиды водорода (НО_х), метан (СН ₄), газообразный водород (Н₂) и оксиды азота (NО_х) тоже могут разрушать стратосферный озон. Если антропогенное воздействие отсутствует, между образованием и распадом молекул озона существует определенное равновесие.

ВНИМАНИЕ!!! Глобальной химической бомбой замедленного действия являются искусственные хлорфторуглеводороды, которые способствуют снижению средней концентрации озона в атмосфере.

Хлорфторуглеводороды, впервые синтезированные в 1928 и известные как фреоны, или хладоны, в 1940-х годах стали чудом химии. Химически инертные, нетоксичные, без запаха, невоспламеняющиеся, не разрушающие металлы и сплавы и недорогие в производстве, они очень быстро завоевали популярность и широко использовались в качестве хладагентов. Источниками хлорфторуглеводородов в атмосфере являются аэрозольные баллончики, испорченные холодильники, а также кондиционеры. Очевидно, что молекулы фреонов слишком инертны и не распадаются в тропосфере, а медленно поднимаются вверх и спустя 10–20 лет попадают в стратосферу. Там ультрафиолетовая радиация Солнца разрушает молекулы этих веществ т.н. процесс фотолитического разложения(1.17. ), в результате чего освобождается атом хлора.

Фотолитическое разложение(1.17.) – разрушение ковалентной связи в молекуле соединения за счет гомолитического распада пары электронов под действием УФ-излучения с образованием свободных радикалов или атомов с неспаренными электронами.

1974 г. Молен и Роуленд высказали гипотезу разрушения озонного слоя под воздействием фреонов -11 и -12 по следующим химическим реакциям (1,2):

_{hν • • •• •}

(для фреона -11) CFCl₃→CFCl₂ + Cl → CFCl + 2Cl (1)

_{hν • • ••}

(для фреона -12) CF₂Cl₂ → CF₂Cl + Cl → CF₂ + 2Cl^• (2)

Образовавшийся при фотосинтезе атом хлора включается в цикличный процесс разрушения озона (3):

_•

Cl + O₃ → ClО + O₂ (3)

При этом протекают и другие реакции, но реакции этого цикла являются главными. Оксид С1О нестабилен и под действием атомарного кислорода происходит его разложение с освобождением атомарного хлора (4):

_{• •}

ClО + O → Сl + O₂ (4)

Суммируя уравнения (3) и (4) получаем уравнение разложения озона (5):

_•

O + O₃ → 2O₂ (6)

Таким образом единственный атом хлора, однажды образовавшийся при распаде хлорфторуглеводорода, может разрушить тысячи молекул озона.

Фреоны - главный, но не единственный источник атомов хлора, разрушающих стратосферный озон. В качестве таких соединений могут выступать як четыреххлористый углерод(CCl₄); хлорметан (СH₃Сl); хлороформ (СHCl₃); 1,2,3-трихлорэтан(СH₃ССl₃) дихлорэтан (СH₂С1-СH₂С1) и т.д., фосген, бромсодержащие фреоны и другие.

Опасная для живой клетки коротковолновая ультрафиолетовая радиация Солнца из-за сезонных уменьшений концентрации озона (так называемых озоновых дыр), которые наблюдались, в частности, над Антарктидой и в меньшей степени над другими районами, может проникать к земной поверхности.

ВНИМАНИЕ!!! По прогнозам, повышенные дозы ультрафиолетовой радиации приведут к увеличению числа пострадавших от солнечных ожогов, а также росту заболеваемости раком кожи, катарактой глаз и т.д.

Эта тенденция уже прослеживается в Австралии, Новой Зеландии, ЮАР, Аргентине и Чили,

В 1978 году правительство США запретило использование хлорфторуглеводородов в качестве аэрозольных распылителей. В 1987 году представители правительств 36 стран провели специальную встречу в Монреале и согласовали план (Монреальский протокол) сокращения выбросов хлорфторуглеводородов в атмосферу примерно на 35% за период с 1989 по 2000. На второй встрече в Копенгагене в 1992 году, состоявшейся в условиях нараставшей озабоченности по поводу разрушения озонового экрана, представители ряда стран договорились, что в дальнейшем необходимо:

· отказаться от производства галонов (класс фторуглеводородов, содержащих атомы брома) к 1 января 1994,

· отказаться от производства хлорфторуглеводородов и гидробромфторуглеводородов (заменителей галонов) – к 1 января 1996;

· на период до 1996 заморозить потребление гидрохлорфторуглеводородов на уровне 1991 и полностью исключить их использование к 2030.

1. Особенности вертикального распределения температуры.

2. Изменение плотности воздуха с высотой.

3. Химический состав воздуха у земной поверхности

4. Влияние содержания переменных компонентов на температуру атмосферы.

5. Глобальные проблемы загрязнения воздуха.

5.1 Парниковый эффект и изменение климата.

5.2. Истощение озонового слоя (озоновые дыры)