ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА: ИСТОЩЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ

В 1866 году немецкий биолог Эрнст Генрих Филипп Август Геккель в монографии «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen») впервые ввёл термин «экология», который обозначал науку о взаимодействиях животных и растений между собой и с окружающей средой. И сначала экология рассматривалась как часть биологии. Её основными вопросами были типы отношений, устанавливаемые между живыми организмами, и их приспособление к условиям места обитания. Эту дисциплину изучали на биологических факультетах университетов, но за исключением узкого круга специалистов о ней никто ничего не знал. Однако вскоре экология из несамостоятельной дисциплины превратилась в комплексную междисциплинарную науку - современную экологию, вышедшей даже за рамки естествознания в целом.  И на сегодняшний день её преподают в высших учебных заведениях, издаются специальные экологические журналы и газеты [4].

Причиной стало появление экологических проблем вследствие резко возросшего масштаба воздействия человеческой деятельности на окружающий мир: демографический взрыв, сопровождающийся изъятием у природы огромных территорий под постройку новых жилых домов или автомобильных дорог, научно-техническая революция, ознаменовавшаяся помимо всего прочего, например, развитием производства, отходы которого оказывают пагубное влияние на окружающую среду.

Экологические проблемы современности по своим масштабам условно могут быть разделены на локальные, региональные и глобальные.

Наряду с парниковым эффектом, загрязнением окружающей среды, кислотными дождями, фотохимическим смогом, обезлесеванием, опустыниванием,  деградацией почв примером глобальной экологической проблемы является истощение озонового слоя [2].

Озоновый слой представляет собой часть стратосферы на высоте от 15 до 30 км над поверхностью Земли с наибольшим содержанием озона, который образуется в результате воздействия на молекулярный кислород ультрафиолетового излучения. Его толщина змеряется в единицах Добсона (DU). Так, 1 DU — это слой озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или 2,69·10¹⁶ молекул в атмосферном столбе на 1 квадратный сантиметр поверхности Земли. Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, что означает, что под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой толщиной 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

Озоновый слой является надежной защитой всего живого от опасного ультрафиолета и позволяет избежать губительного воздействия солнечного излучения, которое может привести к учащённым случаям заболеваний людей (рак кожи, катаракта), повреждению зерновых культур, гибели фитопланктона, преобразованию климата.

В конце 1960-х годов предметом для обсуждения учёных стало разрушение озонового слоя. Появление огромной области со значительным снижением уровня озона – озоновая дыра – впервые было обнаружено над Антарктидой в 1985 году группой британских учёных во главе с Дж.Фарменом (рис.1). Над станцией «Халли Бей» содержание газа уменьшилось на 40%, о чём свидетельствовали показатели экологов на основании исследований, проводившихся в течение 7 лет. Также было выявлено, что эта озоновая дыра периодически то возникала, то исчезала. Вскоре подобные дыры, но меньших размеров, были обнаружены и над Арктикой.

Рисунок 1.  Озоновая дыра над Антарктидой

В последующие годы ученые выяснили причину возникновения озоновых дыр на полюсах Земли. В отсутствие солнечного излучения, когда начинается долгая полярная ночь, резкое падение температуры ведёт к образованию стратосферных облаков, содержащих кристаллики льда.  Их возникновение вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора. Когда приходит антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы, выступающие в роли катализаторов, способствуют реакциям превращения озона в простой кислород, протекающих по следующей двойной схеме:

 [1].

Этим двум реакциям предшествует разложение хлорфторуглерода под действием солнечной радиации:

Одна молекула хлора способна разрушить миллион молекул озона. Такими темпами он быстро исчезает из атмосферы, и образуются озоновые дыры. А с поступлением свежего воздуха, который содержит новый озон, эти дыры исчезают.

Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают бром, кислород, водород и другие продукты сгорания, которые попадают в атмосферу из-за выбросов заводов, фабрик, ТЭЦ. Ядерные испытания оказывают не меньшее влияние на слой озона: при взрывах выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, входящие в реакцию с озоном и уничтожающие его молекулы. Подсчитано, что только с 1952 по 1971 год при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 миллионов тонн этого вещества.

То, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие как хлорфторуглерод (используется в качестве растворителей и хладагентов), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон предположили химики из Калифорнийского университета Марио Молина (Mario Molina) и Фрэнк Шервуд Роланд (Frank Sherwood Rowland). Этот исследовательский труд был отмечен Нобелевской премией по химии с формулировкой «За работу в атмосферной химии, особенно в части процессов образования и разрушения озонового слоя».

1 января 1989 года вступил в силу Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Он был разработан с целью защиты озонового слоя посредством снятия с производства некоторых химических веществ, разрушающих его. Предполагается, что в случае придерживания Монреальского протокола всеми странами, подписавшими его, и в будущем, можно ожидать полное восстановление озонового слоя лет через 30.

По подсчётам специалистов Всемирной метеорологической организации (ВМО) восстановление озонового слоя с 2000 года идёт со скоростью 1-3% в десятилетие и полностью будет возобновлён к 2060 году. Такие выводы были обнародованы ВМО на встрече сторон протокола в Кито [3].

Подтверждением восстановления озонового слоя стало сообщение новозеландских ученых из научного центра NIWA о том, что в октябре 2010 года был зафиксирован минимальный размер озоновой дыры над Антарктидой. Ее площадь составила 22 млн км² и, по сравнению с 2000 годом, она сократилась на 7 млн км². На сегодняшний день площадь озоновой дыры продолжает сокращаться.

Список литературы:

1. 200 законов мироздания. Озоновая дыра, [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://elementy.ru/trefil/21185/Ozonovaya_dyra (дата обращения 24.05.19)
2. Глобальные и экологические проблемы современности, [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://ekologyprom.ru/otvety-na-voprosy-po-ekologii/27-otvety-k-zachetu-po-jekologii/809-globalnye-i-jekologicheskie-problemy-sovremennosti.html (дата обращения 25.05.19)
3. Учёные: озоновый слой полностью восстановится к 2060 году, [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://www.gazeta.ru/science/2018/11/06_a_12048799.shtml?updated (дата обращения 25.05.19)
4. Яншин А.Д. Научные проблемы охраны природы и экологии // Экология и жизнь. - 1999. - №3