Прежде всего следует понять: озоновая дыра, вопреки своему названию, — это не брешь в атмосфере, — это локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли (в атмосфере озон сконцентрирован на высоте примерно 30 км в пределах стратосферы). В озоновом слое происходит поглощение ультрафиолетовых лучей, испускаемых Солнцем, — иначе солнечная радиация могла бы нанести большой вред жизни на Земле. Поэтому любая угроза озоновому слою заслуживает самого серьезного отношения.
Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70–80-х годах прошлого столетия. Вред, который наносит озоновому слою утечка в атмосферу таких веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), был обнаружен почти случайно.
История обнаружения и причины возникновения озоновых дыр
В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина и Фрэнк Шервуд Роланд предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества – закиси азота – выступил голландский физик Пол Крутцен.
К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. Было достоверно установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур; от ультрафиолета гибнет фитопланктон – кормовая база обитателей Мирового океана; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека – растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК.
Рис 1. Опасность озоновых дыр. Уязвимость человека для солнечного ультрафиолета
Однако связь этих воздействий с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Более того, производители хладагентов и часть ученых выступили с жесткой критикой гипотезы, предполагавшей такую связь, отрицая само существование проблемы озоновых дыр.
Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году.
Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь — первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями.
«Я думаю, что во многом мы обязаны простой удаче, как и в случае многих других научных открытий. Нашу группу убедил график минимальных значений 11-дневных средних измерений, на котором было четко видно, что весеннее снижение концентрации носит систематический характер»,
— признался Джонатан Шанклин, который вместе со своими коллегами из Антарктического управления Великобритании, Джо Фарманом и Брайаном, собрал основные полевые данные.
Фарман в общих чертах разработал химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений, и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных.
Рис. 2. Средняя площадь озоновой дыры за период с 1979 по 2023 год.
Источник: ozonewatch.gsfc.nasa.gov/meteorology
Результаты исследований оказались пугающими и в некоторой степени невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено.
Термин «озоновая дыра» — условный, стратосферный озоновый щит сохраняет свою целостность, и на поверхности Земли нет места, которое совершенно не было бы прикрыто этим естественным защитным экраном. Дырой называют область с содержанием озона ниже 220 единиц Добсона. 1 единица Добсона соответствует слою озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или содержанию 2,69·10^16 молекул озона в атмосферном столбе с площадью основания в 1 квадратный сантиметр поверхности Земли (0,447 миллимоля на квадратный метр).
Уже в начале 1980-х ученым стало понятно: чтобы из атмосферы исчезли озоноразрушающие вещества и проблема озоновых дыр на Земле была бы решена, потребуются десятилетия, поскольку процессы разложения ОРВ идут медленно: так, срок жизни в атмосфере хладагента R12, одного из самых распространенных ХФУ, — около 100 лет. Ждать окончательного подтверждения этой теории было слишком опасно, и осознание этого побудило международное сообщество к принятию незамедлительных мер.
Толщина озонового слоя над Антарктикой в июле 2023 года.
Источник: https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/
Меры по сохранению озонового слоя
Предотвратить разрушение озонового слоя ни одна страна или группа стран оказались не в состоянии, ликвидация общей угрозы потребовала объединения усилий практически всех наций и незамедлительного принятия мер.
1974 год. Опубликованы первые статьи, объясняющие механизм разрушительного воздействия хлорфторуглеродов (ХФУ) на озоновый слой. Под влиянием выступлений защитников окружающей среды, протестующих против использования ХФУ в качестве пропеллента в аэрозолях, начинается свертывание производства ОРВ.
1977 год. Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) разработала Всемирный план действий по озоновому слою.
1978 год. В США запрещено производство аэрозолей с использованием ХФУ. Вскоре к запрету присоединились Канада, Швеция и Норвегия.
1981 год. Группа экспертов приступила к формулированию глобальной рамочной конвенции об охране озонового слоя.
22 марта 1985 года. На совещании в Вене после напряженных международных переговоров принята Венская конвенция об охране озонового слоя. Государства (Стороны), подписавшие и ратифицировавшие этот документ, взяли на себя обязательства по сотрудничеству в исследованиях и научной оценке состояния озонового слоя, обмене соответствующей информацией и принятию «надлежащих мер» по предотвращению деятельности, потенциально угрожающей озоновому слою.
Май 1985 года. Подтверждение гипотезы о разрушении стратосферного озона: в журнале Nature опубликована статья об обнаружении «озоновой дыры» над Антарктикой.
16 сентября 1987 года. В Монреале представителями 46 государств подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой {ссылка на страницу протокола в разделе Нормативная база}. Изначально документ предполагал ограничение потребления, производства, импорта и экспорта хлорфторуглеродов (ХФУ) и бромсодержащих галонов. В дальнейшем перечень контролируемых веществ был расширен, установлены сроки прекращения их производства и потребления, а также определены меры по ограничению экспортно-импортных операций.
1997 год. Концентрация стратосферного озона начинает расти, что служит доказательством действенности мер, предусмотренных Монреальским протоколом.
2007 год. Сторонами Монреальского протокола принято решение ускорить прекращение потребления ГХФУ. К 2020 году развитые страны (включая Российскую Федерацию) должны сократить объем производства и потребления ГХФУ на 99,5% от базового уровня, что для нашей страны ограничит объем потребления величиной 19,98 тонны ОРС.
2050 год. Середина XXI века — предполагаемый срок, к которому, по прогнозам, должен восстановиться озоновый слой.
