Проблема озонового щита Землі: міфічна чи реальна загроза ?

Безсумнівно, це питання хвилює багатьох. Для того щоб відповісти на нього, нам слід розібратися, що таке озон і які його властивості. Озон - це хімічна сполука. У молекулі озону О3 з'єднані три атоми кисню, а не два, як у звичайній молекулі кисню О2. В атмосфері Землі озон міститься як дуже мала домішка - його концентрація ніде не перевищує тисячної відсотка. Незважаючи на це, озон відіграє дуже важливу роль в атмосфері Землі за рахунок своєї здатності поглинати випромінювання в деяких ділянках спектра, особливо в ультрафіолетовій та інфрачервоній. Ця здатність робить озон захисником усього живого на Землі від небезпечного для біологічних організмів (зокрема й людини) ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 200 - 320 нм. Озон присутній в атмосфері на усіх висотах від поверхні Землі до приблизно 100 км. Його розподіл по висоті нерівномірний - найбільша концентрація молекул О3 спостерігається в стратосфері на висоті 15-25 км. Величина максимальної концентрації змінюється залежно від різних обставин: пори року широти і т. д. Часто для зручності говорять лише про шар озону в стратосфері.

Якщо зібрати весь озон, що знаходиться в стовпі атмосфери від її верхньої межі до поверхні Землі, і опустити ці молекули О3 на поверхню, то при нормальних тиску і температурі ми матимемо шар товщиною близько 3 мм. Товщину такого шару, що дорівнює одній сотій міліметра, називають одиницею Добсона (о. Д.) і використовують для опису загальної кількості озону в атмосфері над певним місцем, що позначається N (О3). Таким чином, у середньому по Землі N (О3) = 300 о. Д. Загальна кількість озону значно змінюється в просторі і часі. Вона максимальна навесні у високих (70—80°) широтах і мінімальна в екваторіальній зоні. Бувають окремі дні, тижні і навіть місяці, коли в тому чи іншому місці на Землі спостерігаються дуже високі чи дуже низькі значення N (O3). Такі коливання загальної кількості озону відчутно ускладнюють виявлення тенденції зміни (трендів) N (О3) за останні десятиліття внаслідок антропогенного забруднення атмосфери. |

Але вже сьогодні нам загрожують «озонові діри». Що ж це таке - «озонна діра»? «Озоновою дірою» називають тимчасове зменшення загальної кількості озону над певною ділянкою поверхні Землі. Найбільш чітко вона зареєстрована над Антарктикою з максимумом активності у весняні (вересень-листопад для південної півкулі) місяці. Але чому саме над Антарктикою, адже там немає ніяких викидів в атмосферу? Це пояснюється особливостями глобальної циркуляції атмосфери. Узимку в полярній стратосфері південної півкулі утворюється стійкий циклон - циркумполярний вихор. Повітря усередині цього вихору рухається в основному по замкнутих траєкторіях, не виходячи за його межі. При цьому в "Антарктиці узимку практично не відбувається обмін повітрям між полярними і помірними широтами. До кінця зими повітря усередині вихора дуже охолоджується (до -7...-8°С), і в стратосфері з'являються полярні хмари, що складаються з крижинок і крапель переохолодженої рідини. Частки полярних хмар зв'язують азотні сполуки (насамперед NО2) і створюють умови для хлорного циклу руйнування озону. З прогріванням антарктичної стратосфери циркумполярний вихор руйнується, при цьому відновлюється обмін повітря з багатими озоном середніми широтами, і стратосферні хмари зникають. Звільняються молекули NО2 і зв'язують молекули окису хлору. Руйнівна дія хлорного циклу на озон слабшає, і його кількість відновлюється до безпечних концентрацій. Що ж далі?. Для багатьох компонентів цього забруднення (фреони, метан, закис азоту) отримані достовірні дані про збільшення їхньої кількості в повітрі (у тому числі й у стратосфері) протягом останніх десятиліть.

Звідки береться і куди зникає озон. Озон утворюється при з'єднанні молекули й атома кисню. Отже, для формування озону необхідно, щоб у повітрі були як молекули О2, так і атоми О. Останні утворюються з молекул О2 під дією сонячного ультрафіолетового випромінювання. Чим вище ми піднімаємося в атмосферу, тим активніше відбувається руйнування (дисоціація) О2, тим більше утворюється атомів О, тим ефективніше утворюються молекули О3. Це пояснює збільшення концентрації озону із збільшенням висоти над поверхнею Землі. Але молекула озону теж може розпадатися під дією сонячного випромінювання. І зі збільшенням висоти процес дисоціації О3 стає інтенсивнішим. Починаючи з деякої висоти (саме тут концентрація озону і буде максимальною) швидкість руйнування озону збільшується з висотою швидше, ніж швидкість його утворення при сполученні О і О3. Концентрація озону при цьому починає зменшуватися. Так можна схематично уявити собі висотний розподіл озону в атмосфері під дією фотохімічних процесів. Реально на розподіл озону на різній висоті дуже впливають фотохімічні реакції озону з іншими газами повітря і динамічні процеси в атмосфері, у першу чергу вертикальне перенесення повітря. Наприклад, спрямовані вниз потоки призводять до загального зниження шару і збільшення концентрації О3 Саме це спостерігається в атмосфері високих широт. Натомість, потоки повітря, спрямовані вгору, піднімають шар озону, роблять його більш тонким. Це характерно для приекваторіальної атмосфери. Динамічні процеси істотновпливають і на сезонні зміни N(О3). Скажімо, максимум кількості озону, що спостерігається у високих широтах навесні, пов'язаний із його інтенсивним перенесенням узимку з низьких широт. Зрозуміло, що динамічні процеси лише перерозподіляють молекули О3, але не можуть ні створювати їх, ні знищувати. Таким чином, загальна кількість озону в атмосфері строго контролюється процесами його утворення і розпаду у фотохімічних реакціях. І