Озоновые дыры: история, причины и пути решения проблемы

Озоновая дыра над Антарктикой

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.

Уязвимость человека для солнечного ультрафиолета

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.

Средняя площадь озоновой дыры

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

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.

Комментарии 0

При поддержке
Международный центр научной и технической информации
Ассоциация холодильной промышленности и кондиционирования воздуха Республики Казахстан
Международная академия холода
Ассоциация предприятий индустрии микроклимата и холода
Всероссийский научно-исследовательский институт
холодильной промышленности
Россоюзхолодпром