Причини та наслідки руйнування озонового шару

Найважливішою складовою частиною атмосфери, що впливає на клімат і захищає все живе на Землі від випромінювання Сонця, є озоносфера. Основна маса озону перебуває на висотах від 10 до 50 км, а його максимум – на 18-26 км.

Роль озону у збереженні біологічного життя на Землі винятково велика. Молекули озону поглинають ультрафіолетове випромінювання Сонця саме в тій спектральній області, що є найбільш руйнівною для біологічних систем. Органічні молекули руйнуються ультрафіолетовим (УФ)-випромінюванням. Це стосується також і молекул ДНК.

Якби товщина озону зменшилася, це нанесло б непоправну шкоду усім живим організмам. Ультрафіолет погано поглинається водою й тому становить більшу небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що живе в приповерхньому шарі, при збільшенні інтенсивності твердого УФ може серйозно постраждати й навіть загинути повністю. Планктон перебуває в основі харчових ланцюгів практично всіх морських екосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхніх шарах морів й океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати й вони. Повне зникнення озонного шару, безсумнівно, означало б і зникнення вищих форм життя. Що стосується людей, то зараз підраховано, що навіть незначне зниження товщини шару озону може збільшити захворюваність раком шкіри. Проте людство легко знайде спосіб захиститися від УФ-випромінювання але при цьому ризикує померти з голоду. Інший розподіл озону по висоті істотно вплине й на клімат, тому що зміниться характер поглинання УФ-випромінювання озоном, а отже, і температура стратосфери.

Проблема озону, як одного з малих газових компонентів атмосфери, що раніше становила інтерес лише для невеликого кола вчених, у цей час придбала глобальне значення. Така різка зміна пояснюється відкриттям того факту, що нормальний уміст озону в атмосфері перебуває під загрозою в результаті господарської діяльності людини.

Озон являє собою їдкий, трохи блакитнуватий газ. Його молекула складається із трьох атомів кисню (O₃).

Властивості озону:

- Здатність поглинати біологічно небезпечне ультрафіолетове випромінювання Сонця.

- Озон – найсильніший окислювач, тому приземний озон небезпечний.

- Здатність поглинати інфрачервоне випромінювання земної поверхні.

- Здатність прямим і непрямим чином впливати на хімічний склад атмосфери.

Оскільки механізм створення молекул озону перебуває в балансі з механізмом їхнього руйнування, то середня кількість озону в стратосфері вчені вважають величиною порівняно постійної з моменту утворення сучасної атмосфери Землі.

Практично єдиним джерелом озону в атмосфері є фотодисоціація молекулярного кисню на атоми з наступним швидким присипанням атома до молекули O₂ з утворенням молекули озону:

O₂ + hn = O + O (1)

O + O₂ + M = O₃ + M (2)

(тут М – будь-яка молекула повітря).

Цей процес відбувається на висотах більше 30 км, оскільки нижче цієї висоти короткохвильове сонячне випромінювання не проникає. У результаті досить високо в атмосфері з’являються молекули озону й атоми кисню.

Загибель атмосферного озону відбувається в результаті наступних процесів:

O₃ + hn = O + O₂ (3)

O + O₃ = O₂ + O₂ (4)

Таким чином, атоми, що утворилися колись із молекул кисню, знову з’єднуються в молекулу. Відзначимо тільки, що, для того щоб «розвалити» молекулу озону, короткохвильове випромінювання не потрібне. Зв’язок атома О с молекулою О₂ в озоні дуже слабкий, тому навіть при опроміненні видимим світлом молекула озону буде фотодисоціювати на вихідні складові.

Відзначу також, що реакція (3) є основним постачальником атомів кисню; її швидкість на всіх висотах тропосфери й стратосфери на три й більше порядки вище швидкості реакції (1).

Наведений вище механізм був запропонований на початку 1930-х років англійським геофізиком Чепменом і з’явився першою спробою пояснити утворення озонового шару в атмосфері.

Озон у стратосфері постійно народжується й гине, отже, його шар складається з рівноважної кількості. А оскільки ця рівновага рухлива, то товщина озонного шару може змінюватися. Спостерігаються добові, сезонні коливання вмісту озону, а також цикли, пов’язані з багаторічними змінами сонячної активності. Найбільша кількість озону (46 %) утвориться в стратосфері тропічного поясу, там максимум його щільності перебуває приблизно на висоті 26 км від поверхні. У середніх широтах він розташовується нижче: узимку – на висоті 22 км, а влітку – 24 км. У полярних районах висота максимуму становить усього 13-18 км, і тут озон найбільш інтенсивно переноситься в нижні шари атмосфери.

Існує велика кількість причин ослаблення озонового щита, викликаного антропогенною діяльністю. Загалом їх можна об’єднати у дві групи.