Нарушение озонового слоя: факторы и процессы, состояние. Озоновые дыры

Максимальная концентрация озона сосредоточена в тропосфере на высотах 15–30 км, где существует так называемый озоновый слой (при нормальном, приземном давлении весь атмосферный озон образовал бы слой всего 3 мм толщиной). Озоновый слой тоньше в экваториальных районах и толще в полярных.

Даже при столь малой мощности озоновый слой в стратосфере играет очень важную роль, защищая живые организмы Земли от вредного и даже губительного воздействия ультрафиолетовой радиации Солнца (UV). Озон поглощает ее жесткую часть, UVC, с

длинами волн 100–280 нм (нанометров, или 10-9 м) и большую часть менее энергичной, но также опасной UVB радиации с длинами волн 280–315 нм. Менее активная часть спектра

ультрафиолетовой радиации (более длинноволновая часть UVB и вся UVА с длинами волн 315–400 нм) озоном не абсорбируется и проникает в тропосферу.

Молекула озона (О3) состоит из трех атомов кислорода. Озон в стратосфере образуется в результате фотохимической диссоциации молекулярного кислорода под воздействием солнечной радиации с длиной волны менее 240 nm (h λ = 240 nm). Этот процесс

образует два атома кислорода, снова соединяющихся в молекулу, и две молекулы озона из трех молекул кислорода:

О2 + h λ → O + O

2 [O + O2 + M → O3 + M ], где M – любая молекула (обычно азота или кислорода), уносящая из реакции избыток энергии.

Поскольку кислород в атмосфере представлен почти исключи-

тельно как О2, ясно, что должны существовать процессы, рекон-

вертирующие основную часть O3 в О2:

X + O3 → X O + O2

О3 + h λ → O + O2

O + X O → X + O2

В итоге этой серии реакций две молекулы озона преобразуются в три молекулы кислорода. Здесь Х и Х О это атомы или молекулы, катализирующие превращение озона в кислород. В естественных условиях наиболее важными катализаторами являются оксиды

азота (NO и NO2). В свою очередь, они образуются вследствие окисления нитрита кислорода (N2O), происходящего на суше и в океанах главным образом вследствие естественных микробиологических процессов денитрификации или нитрификации. Тропические леса являются важным источником нитрита кислорода. Нитрит кислорода это также и газ, отличающийся заметным парниковым эффектом. В настоящее время деятельность человека (использование азотных удобрений, сжигание горючих ископаемых для производства энергии, преобразование ландшафтов, обычно сопровождающееся сжиганием биомассы и пр.) обеспечивает примерно 30–40% от естественной эмиссии нитрита кислорода, и эта доля продолжает увеличиваться.

С воздействием жесткой ультрафиолетовой радиации связаны неизлечимые формы рака кожи, болезни глаз, нарушения иммунной системы людей, неблагоприятные воздействия на жизнедеятельность планктона в океане, снижение урожая зерновых и другие экологические последствия.

Предполагается, что жизнь на Земле возникла после образования в атмосфере Земли озонового слоя, когда сформировалась ее надежная защита. Понятно поэтому современное беспокойство за состояние озонового слоя. Основания для беспокойства имеются.

Возрастающее производство и применение хлорфторуглеродов, ранее не существовавших в природе, неизбежно приведет к прогрессирующей деградации озонового слоя.

Семейство хлорфтор(бром)углеродов (ХФУ) насчитывает ряд сравнительно недорогих синтезируемых веществ. Более десятка из них нашли широкое применение как хладоносители (фреоны) в холодильниках и кондиционерах воздуха, а также в качестве растворителей, пенообразователей, распылителей (аэрозолей) в различных областях индустрии. ХФУ отличаются малой химической активностью и потому высокой продолжительностью существования в атмосфере. Эти свойства оказались вредными, когда стало ясно, что они играют решающую роль в разрушении озонового слоя.

Хлорфторуглероды представляют собой группу органических веществ, в которых все атомы водорода замещены на комбинацию атомов хлора, фтора и брома. Они чрезвычайно устойчивы в тропосфере, и потому по мере роста их использования происхо-

дило повышение их концентрации со скоростью до 5–6% в год. Со временем эти газообразные вещества перемещаются в стратосферу. На высоте около 25 км вследствие более высокой, чем в приземном слое, интенсивности солнечной радиации происходит

их разрушение с выделением атомов хлора (Cl) и молекул моноксида хлора (ClO), которые являются более сильными катализаторами процесса разрушения молекул озона, чем оксиды азота:

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2

При этом процессе каждый атом хлора может разрушить 10⁵ молекул озона. Подобные реакции происходят и при участии атомов и соединений брома. Приведенные выше химические реакции весьма схематично отражают процесс деградации озонового слоя. На самом деле такая деградация есть следствие нескольких сотен химических реакций

в атмосфере, часть которых протекает с запаздыванием в 10–15 лет по сравнению со временем поступления данного вещества в атмосферу.

Предположительно, потери озона достигнут 6–7 % от его первоначального количества,

что будет соответствовать увеличению среднего годового количества биологически вредной части УФ радиации на 6–12 %. Поэтому ожидается, например, что в США к середине следующего столетия будет на 100000 больше случаев заболевания раком кожи по сравнению с 1960 г., а общее дополнительное количество

заболевших достигнет трех миллионов.

1985 г. Венская конвенция явилась фактически декларацией о необходимости международного сотрудничества в этой области, а не действенным инструментом для решения проблемы.

Однако в 1984 г. английским исследователем Д.Фарманом была обнаружена над Антарктидой область, соизмеримая со всем континентом, где содержание озона в атмосфере в октябре-ноябре было до 40% ниже, чем в среднем. Это означало увеличение ультрафиолетовой радиации, достигающей земной поверхности, при-

близительно в десять раз.

Вследствие деятельности человека с конца 1960-х гг. до 1995 г. озоновый слой потерял около 5% массы. Ожидается, что максимум потерь стратосферного озона будет достигнут к концу этого века, с последующим постепенным восстановлением в течение

первой половины XXI века в соответствии с обязательствами стран по Конвенции по защите озонового слоя.

Антарктическая “озоновая дыра” формируется ежегодно в сентябре-октябре. В настоящее время в октябре среднее содержание озона на 50–70% меньше, чем в 1960-х гг.

Статистически значимые потери общего озона наблюдаются в средних широтах обоих

полушарий. В экваториальном поясе (20° с.ш. – 20° ю.ш.) значительного снижения содержания озона не отмечено.

В1988 г., был подписан Монреальский протокол к Конвенции по защите озонового слоя, предусматривающий постепенное сокращение производства и употребления хлорфто-

руглеродов. Это был первый пример такого международного сотрудничества, которое направлено на решение будущей, только еще возникающей природно-антропогенной проблемы. Такое сотрудничество предполагает и значительные экономические вло-

жения, потому что действия по защите озонового слоя означают

также перестройку многих технологических процессов, при кото-

рых используются ХФУ.

В дальнейшем, после Монреаля, принимались дополнительные международные решения, связанные с еще более быстрым сокращением производства хлорфторуглеродов. Эти химические вещества отличаются, однако, продолжительным существованием в атмосфере, и поэтому даже при соблюдении всеми странами всех принятых обязательств проблема угрозы состоянию озонового слоя будет существовать по крайней мере в течение нескольких десятилетий.

Вследствие антропогенной деятельности, в нижних слоях атмосферы накапливается тропосферный озон, значительный загрязнитель атмосферы и активный парниковый газ. Его территориальное распределение очень изменчиво, а масса составляет не более 10% массы стратосферного озона. Под воздействием солнечной радиации оксиды азота, выделяемые главным образом автомобильным транспортом, распадаются с выделением озона. Образуется так называемый фотохимический смог, опасный для здоровья человека и наносящий серьезный ущерб растениям, в том числе сельскохозяйственным культурам. Это явление проявилось уже в середине 1940-х гг. в Лос-Анджелесе.

3. Геоэкологическая роль лесов Амазонии в поддержании экологического баланса планеты.

Южная Америка обладает самыми большими среди материков Земли массивами влажных экваториальных лесов, играющими огромную роль в газообмене и влагообороте в биосфере. В то же время, Амазония, где в основном сосредоточены эти леса – огромный резерв для территориального развития быстро растущих экономик материка и, в первую очередь, Бразилии. Согласно мировой оценке лесных ресных ресурсов во всех странах бассейна Амазонии за первое десятилетие нынешнего столетия отмечено сокращение площади лесов, хотя оно и происходит с меньшими темпами, чем в два предыдущих десятилетия. Важно, что для этого региона характерна и максимальная по площади чистая потеря площади лесов, в том числе и девственных (первичных). В связи с большой площадью лесов относительные темпы обезлесения имеют тенденцию к уменьшению, но абсолютное сокращение лесных площадей остается максимальным (цв. вклейка 30).

Сокращение площади лесов связано и с увеличивающимися лесными пожарами. Их причина – не только применяющаяся система переложного земледелия, но и происходящая изменчивость климата, для которой характерно общее сокращение осадков и рост контрастности в их выпадении. Так, в период с июня по сентябрь 2004 года, на территории Бразилии, преимущественно в Амазонии и на севере Бразильского плоскогорья, со спутников было отмечено более 137000 очагов пожара, которые постепенно перемещались к северо-востоку страны. В этот же период на территории Боливии наблюдалось 25 тысяч пожаров. Дым от пожаров накрыл площадь более 648000 км², или 59% всей территории страны. С помощью спутниковой фотосъемки лишь в сентябре 2005 года в лесах Боливии, Бразилии, Перу и Парагвая было обнаружено более 73 000 пожаров. Антропогенно спровоцированные лесные пожары стали в последние годы серьезной экологической проблемой в ряде стран тропической части Южной Америки (цв. вклейка 31).

Обезлесение в значительной степени усугубляется и строительством новых дорог. Так, в результате обследования, проведенного в 2005 году на ограниченной площади (546 тыс. км²) в Амазонии было обнаружено почти 21000 км незаконно проложенных шоссейных дорог, причем некоторые из них пересекали охраняемые районы и природные заказники.

Утрата мест обитания представляет собой главную угрозу для биоразнообразия в регионе, который насчитывает 40% всех видов растений и животных, населяющих сушу Земли. К числу наиболее богатых по видовому составу фауны и флоры стран мира относятся Бразилия, Колумбия, Эквадор, Перу и Венесуэла. По оценкам, на грани исчезновения находятся в настоящее время 1 244 видов позвоночных. Сокращение лесных территорий и расширение сельскохозяйственных угодий приводит и к потере биологического разнообразия на материке.

На территории Южной Америки леса занимают огромные пространства, особенно в экваториальном поясе. Леса являются источником внутреннего потребления и экспорта, они обеспечивают местные сообщества ценными недревесными продуктами, а также позволяют коренным народам, проживающим в лесах, сохранять свой традиционный жизненный уклад. Леса также являются поставщиками природных продуктов и выполняют важные функции сохранения окружающей среды, выступая в роли естественной защиты от природных катастроф, обеспечивая сохранение речного стока и биоразнообразия, защищая от эрозии и поглощая углекислый газ. На этом материке до сих пор существуют крупнейшие ареалы влажных тропических лесов (ВТЛ) в мире. Бассейн реки Амазонка обладает самой большой площадью тропических дождевых лесов, здесь выделяют, по крайней мере, 20 различных типов леса. Тропические экосистемы отличаются богатейшим видовым разнообразием.

Влажные тропические леса – экв., субэкв.,и троп. поясов. S = 450 млн. (45%). Запас древесины – 200-300 м куб/га (70% всех запасов Ю.А.). Полидоминантные, многоярусные. Обилие лиан и эпифитов. Широкол. + пальмы. Верх. яр. h = 50-70 м, ср. яр. = 30 (пальмы), нижн. – 5-10 м. Здесь 4000 видов растений, из них исп-ся 20-25 видов). Дерево товарного значения можно встретить на S = 10 га.

нижн. ярус: шоколад. дерево (какао) + деревья из рода Анона (плоды). Лианы, вид стрихнус ® яд курара. + бананы, имбирные, мимозовые, вьюнковые (батат), тыквенные.

· 1 ярус. Добыв-т: пау бразил (красн. дерево) – наиб. спрос на мир. рынке; бетабаро (зел. дерево) – не гниет ® судостроение, подводные сооружения; бальса – авиация, судостроение (уд. вес = 0,1 + быстро растет); гигантская сейба – для производства шелковистого волокна. В Ц. Америке – панамск. красн. дерево, лимон, махоганн.

· 2 ярус. Не оч. хор. виды для пром-ти – фикусы. Гевея и каучо – каучуконосы. Много видов семейства Cedrela – оч. ценн. древесина (исп-т для строительства, пр-ва фанеры).

· 3 ярус. Сост-т из пальм. Асаи – масло, из молодых побегов – овощн. блюда, сок; атталеи – съедобные плоды.

Расширение площади пахотных угодий за счет площадей, прежде занятых лесами, до сих пор является основной причиной обезлесения. Лесные пожары, большей частью природного происхождения, также становятся одной из главных проблем. Вдобавок, такие биологические явления, как нашествие вредителей, являются причиной необратимых изменений в некоторых лесах.

Основные ареалы лесохозяйственных ландшафтов сосредоточены в гилеях Амазонской низменности, где вырубка ведется главным образом вдоль Трансамазонской магистрали. Как правило, это сплошные вырубки так называемых лесов «эте» или «варзея», обладающих наибольшими запасами деловой древесины и огромным видовым разнообразием.

Вывоз и транспортировка древесины осуществляется тяжелой техникой, которая почти полностью уничтожает в местах рубки почвенный покров, что приводит в конечном итоге к полной деградации природных ландшафтов. На месте вырубки лесной покров появляется лишь через 50-100 лет, но качество вторичных лесов намного ниже первичных.