Современный мир отличается необычайной сложностью и противоречивостью событий, он пронизан противоборствующими тенденциями, полон сложнейших альтернатив, тревог и надежд.
Конец ХХ века характеризуется мощным рывком научно технического прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим взрывом, ухудшением состояния окружающей человека природной среды.
Поистине, наша планета никогда раньше не подвергалась таким физическим и политическим перегрузкам, какие она испытывает на рубеже ХХ –ХХI веков. Человек никогда ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же и создал.
Что же несет нам век грядущий - новые проблемы или безоблачное будущее? Каким будет человечество через 150, 200 лет? Сможет ли человек своим разумом и волей спасти себя самого и нашу планету от нависших над ней многочисленных угроз?
Эти вопросы наверняка волнуют очень многих, но многие ли на нашей планете всерьез задумывались над ними, или посвятили этому жизнь???
Сегодня, в России, труд по охране окружающей среды не очень ценится. Да и в любом другом государстве или стране людей, действительно занимающихся проблемами экологии не очень много. А все остальные жители планеты вообще недооценивают свое влияние на природу. По сути, человечество занимается самоубийством.
XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы. Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.
Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию (ее определяют через техногенную нагрузку и плотность населения) превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.
С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.
16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.
С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.
По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.
Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики.
Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).
По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. Однако на ближайшие годы придется пик истощения озоносферы, а наиболее сложным будет 1998 год. После этого, полагают ученые, озоновый слой начнет медленно восстанавливаться.
В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.
Озоновый «экран» расположен в стратосфере, на высотах от7-8 км. на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 – 24 километров над Землей.
Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация.
Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.
Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира.
Уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству.
Озоновый слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Обнаружено, что в течение многих лет озоновый слой претерпевает небольшое, но постоянное ослабление над некоторыми районами Земного шара, включая густо населенные районы в средних широтах Северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная "озоновая дыра".
Разрушение озона происходит из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоно-разрушающих веществ. Однако озоновый слой разрушает также реактивная авиация и некоторые пуски космических ракет.
Предполагается множество причин ослабления озонового щита.
Во-первых, – это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.
Во-вторых, самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он – один из составляющих фотохимического смога.
В- третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.
В – четвертых, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны – это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а потому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.
Каждый год количество фреонов в земной атмосфере увеличивается на 8-9%. Они постепенно поднимаются наверх, в стратосферу и под воздействием солнечных лучей становятся активными – вступают в фотохимические реакции выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способна разрушить сотни и тысячи молекул озона.
Югославская война, авиация НАТО делала по 400-500 самолето-вылетов ежедневно. Это гигантская концентрация авиации на сравнительно малой площади. Авиация выбрасывает в атмосферу соединения азота и серы, непрерывно бомбит и обстреливает. Суммарная мощность использованных боеприпасов в несколько раз превысила мощность атомной бомбы, взорванной над Хиросимой. Действия авиации вызвало многочисленные пожары, в том числе пожары нефтеперерабатывающих и химических заводов.
Выбросы авиации, азотосодержащие взрывчатые вещества, пожары создают химические соединения, способные разрушать озоновый слой. Эти соединения способны накапливаться в атмосфере и воздействовать на озоновый слой в течение длительного времени. Становится вероятной экологическая катастрофа в Европе.
Качественный анализ данных со спутника Earth Probe/TOMS показывает, что с начала апреля 1999 г. над районом Косово появилось образование, которое условно можно квалифицировать как озоновая "мини-дыра". Сравнение со спутниковыми данными за тот же период 1998 г. показало, что в 1998 г. в этом районе не было признаков озоновой мини-дыры. (1)
Судя по этим данным, озоновая мини-дыра перемещается, в основном, на восток, но и перемещения в других направлениях представляются возможными. По сравнению с 1998г. над районом Косово содержание озона уменьшилось на 8-10%.
ОКОЛО ста лет назад шведский ученый Аррениус предположил, что рост сжигания ископаемого топлива вызовет увеличение содержания углекислого газа СО2 в атмосфере. Это усилит парниковый эффект, и произойдет сильное потепление климата. Данный прогноз в той его части, что касается климата, пока работает слабо. Однако научное и практическое обслуживание этой гипотезы развилось практически в самостоятельную отрасль. Во многих странах принимаются меры по ограничению эмиссии СО2. На этом фоне проблема спасения разрушающегося озонового слоя выглядит пасынком. Не странно ли это?
Когда в апрельские холода 1997 г. в Москве людей удивляли сводки о жаре на юге Сибири, в газетах проскочило сообщение, что это является частью новых завоеваний всемогущего парникового эффекта. Да, да, именно того, созданного людьми явления, которое стало угрожать цивилизации после превращения атмосферы Земли в "свалку" газообразных и аэрозольных отходов.
Экологическим врагом номер один для цивилизации объявлен излишек углекислого газа. Сжигая ископаемое топливо и сводя леса, люди увеличивают его содержание в атмосфере. И эта прибавка разогревает Землю больше, чем все прочие парниковые газы, такие, как метан, окись азота, фреоны. Такова официальная версия Всемирной метеорологической организации, поддержанная ООН и ее специализированными организациями.
В 1988 г. из-за засухи и жары урожай зерновых в США впервые в истории оказался ниже уровня потребления. Засушливое лето и снижение урожая отмечались в странах-производителях зерна и в предшествовавший год. Эти события, видимо, добавили уверенности сторонникам идеи антропогенного перегрева Земли. В 1992 г. на Международной конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро борьба с потеплением климата объявлена одним из трех главнейших приоритетов; в 1994 г. Россия, вслед за многими развитыми странами, ратифицировала рамочную конвенцию об изменении климата, обязывающую снизить выбросы парниковых газов до уровня 1990 г.
Правда, до сих пор нет никаких подтверждений тому, что людям под силу изменить климат благоприятным для себя образом. Незапланированная попытка такого рода уже была предпринята во время энергетического кризиса в 1970-е годы. Тогда снижение и последующая стабилизация потребления ископаемого топлива почти не сказались на процессе роста СО2 в воздухе. Кроме того, до сих пор неизвестно, какую часть прироста среднепланетарной температуры за последние 120 лет обеспечила цивилизация, а какую - природные причины. Общий прирост составляет около 0,45 градуса Цельсия. Таким образом, ранее сделанные прогнозы о потеплении к 2000 г. в среднем на 1 градус оказались ошибочными.
Хорошее финансирование на Западе проектов по борьбе с потеплением климата позволяет определенным образом ориентировать широкие круги общественности: мол, крупные современные аномалии в системе "атмосфера - земная поверхность" - это результат подогрева Земли антропогенными выбросами парниковых газов.
В действительности списывать все на их действие не следует. Климат Земли поддерживается всей той долей солнечной энергии, которая перехватывается планетой и затем расходуется на нагревание атмосферы и подстилающей поверхности, а также на испарение и ряд других процессов. Мощность процессов в климатической системе огромна. Она почти в сто тысяч раз превосходит мощность всех энергопотоков, создаваемых людьми. Люди могут влиять на климат, только расшатывая природные связи, что и происходит. Но от дестабилизации климатических процессов до управления климатом на глобальном уровне - "дистанция огромного размера".
В последние 12 тыс. лет каждые 900-950 лет потепления сменялись похолоданиями. Полный цикл 1850 лет (цикл Шнитникова) содержит внутри более короткие. Природное похолодание, именуемое малым ледниковым периодом, закончилось в XIX веке. Оно как раз замыкало цикл Шнитникова. Дальнейший прирост среднепланетарной температуры сторонники "рукотворного" потепления отнесли на счет цивилизации. Никто даже не пытался доказать, что не природная изменчивость, а человек оборвал малую ледниковую эпоху. Современное потепление рассматривается только как реакция на прирост в воздухе содержания парниковых газов. Роль антипарниковых факторов оценивается как малосущественная.
Многие ученые возражают против столь однобокой оценки отклика климатической системы на антропогенную нагрузку. Другие занимают выжидательную позицию. Между тем суть решений международных организаций по климату не меняется, хотя прогнозные оценки снижаются, а сроки климатической катастрофы отодвигаются на более отдаленный период.
Раньше, как уже упоминалось, обещали к 2000 г. потепление на один градус, а к 2025 г. - уже на целых три. Теперь - к 2065 г. прочат подъем среднеглобальной температуры на полтора градуса по сравнению со второй половиной XIX века. По другим расчетам, на три градуса теплее станет через сто лет при ошибке прогноза в 50% в обе стороны. Но и в это верится с трудом, ибо тогда потепление в ближайшие два-три года должно сделать рывок и идти без сбоев с учетверенной или еще большей скоростью, и никакие природные причины не в силах будут что-то изменить.
Не проще ли признать, что пока современные модели просто не в состоянии учесть все природные и антропогенные воздействия на климатическую систему?
Конечно, перспектива дальнейшего потепления климата существует, и риск возникновения неблагоприятных процессов надо учитывать. Но следует признать очевидную раздутость проблемы в отношении роли парниковых газов, в особенности применительно к СО2. А вот по отношению к озону ситуация диаметрально противоположна
В изучении проблемы озонового слоя наука оказалась удивительно недальновидной. Еще с 1975 г. содержание стратосферного озона над Антарктидой в весенние месяцы стало заметно падать. В середине 1980-х годов его концентрация снизилась уже на 40%. Вполне можно было говорить об образовании озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные - со снижением концентрации озона на 1,5-2,5% - дыры вблизи Северного полюса и южнее. Край одной из них зависал даже над Санкт-Петербургом.
Однако еще в первой половине 1980-х некоторые ученые продолжали рисовать радужную перспективу, предвещая убыль стратосферного озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через 70-100 лет.
В 1985 г., как я уже упоминала, принята Венская конвенция по защите озонного слоя Земли, которая потом дополнялась Монреальским протоколом в 1987 г. и поправками к нему Лондонской (1990 г.) и Копенгагенской (1992 г.) конференций. Ныне производство агрессивных, по отношению к озоновой оболочке, фреонов запрещено. Однако время пребывания в атмосфере уже попавших туда фреонов оценивается от 60 до 400 лет. По некоторым экспертным оценкам, озона в атмосфере Земли стало меньше на 8%, а скорость убыли ныне достигла 0,5% в год.
Современное ослабление озонового щита планеты выражается в образовании, по меньшей мере, двух гигантских сезонных озоновых дыр. Они разверзаются не только над полюсами и в высоких широтах, но часто достигают и средних.
Нет ничего удивительного в том, что в 1990-е годы природная защита от жесткого ультрафиолетового излучения оказалась существенно ослабленной почти над всей территорией бывшего СССР. Так, в 1995 г. со второй половины января над районами Сибири начала развиваться озоновая аномалия, которая в феврале-марте захватила территорию от Крыма до Камчатки. Для многих сибирских и якутских метеорологических станций в этот период зарегистрированы рекордно низкие среднемесячные значения. В отдельные дни над этими районами понижение концентрации озона достигало 40%. Согласно некоторым источникам в марте 1995 г. озоновый слой в Арктике был истощен на 50%.
Даже если причины возникновения озоновых дыр в Северном полушарии другие, нежели в Антарктиде, то вряд ли от этого легче тем, кто страдает от связанных с ними последствий. Известно, что от избыточной ультрафиолетовой радиации (УФР) растет число людей, болеющих раком кожи, меланомой, катарактой и просто испытывающих ослабление иммунной системы. Избыток УФР негативно влияет на океанические экосистемы.
Нельзя забывать и о других последствиях разрушения озонового слоя над Россией, да и над Землей в целом.
Стратосферный озоновый слой защищает Землю от перегрева. По данным доктора физико-математических наук Ракиповой, количество тепла, поглощаемого озоном (3% приходящей солнечной радиации), - это больше, чем вклад озона в парниковый эффект. В основном озон - антипарниковый газ. Районы в Северном полушарии, где содержание озона максимально, практически совпадают в холодное время года с основными очагами холода в Канаде и Восточной Сибири.
Негативные изменения в стратосфере в последние 15-20 лет не могли не привести к снижению эффективности природного компенсатора парникового эффекта - стратосферного озона. Территория России в силу ее географического положения и размеров страдает больше, чем любая другая страна от перипетий с озоном.
Вот уже не первый год на юге Сибири, а иногда и в центральной части фиксируются необычно ранние волны теплой и жаркой погоды. Их причину ищут в усилении парникового эффекта. Но не парниковый эффект, а ослабление антипарниковой функции озонового слоя больше ответственно за происходящее. Например, можно с большой долей вероятности утверждать, что необычно ранняя сверхтеплая погода на юге Сибири весной 1997 г. - отклик на осязаемое и чрезвычайно неприятное событие.
На карте, по состоянию на 15 апреля 1997 г., видно, что большую часть России поглотила озоновая аномалия, и за ее края выходили в основном лишь большая часть Камчатки, Сахалин, юг Дальнего Востока, а также европейская Россия без Кольского полуострова и бассейнов рек Северная Двина и Печора.
В случае с озоновым слоем Россия щедро платит, как это ни парадоксально, за техническое несовершенство и экологическую безграмотность наиболее продвинутых в промышленном отношении стран. Вполне может быть выявлена Мера ответственности конкретных государств. Медвежью услугу человечеству, особенно России, оказали научные круги, явно раздувавшие опасность грядущего потепления климата. Ныне каждый школьник в Европе и, по-видимому, в США и Японии уверен, что приоритет экологической геополитики состоит в воздействии на климат.
Чрезмерная забота о климате, а точнее, о парниковых газах и в особенности о контроле над СО2, оттеснили на второй план проблему стратосферного озона. Ее явно запоздалое осознание бумерангом ударило по природе.
Похоже на то, что международная наука выпустила пар в гудок по поводу грядущей мезозойской жары. Из-за этого мы прозевали куда более серьезную опасность, связанную с разрушением озонового слоя. А рассчитываться за это больше всех придется, по-видимому, нашей стране.
Глобальные изменения окружающей среды представляют собой лишь следствие (и в то же время служат индикаторами) более глубоких (и возможно более опасных) процессов изменения биоты и окружающей среды, их взаимного влияния и их зависимости от естественного (не антропогенного) процесса эволюции. Такой взгляд требует совсем других подходов и решений, чем те, которые вытекают из так называемого роста "парникового эффекта" за счет сжигания ископаемого углеводородного топлива. Таким образом пути решения экологических проблем, стратегия экологической безопасности и способы обеспечения т.н. "устойчивого" развития цивилизации остаются неопределенными, несмотря на принятие в последнее десятилетие известных международных соглашений (Венская Конвенция об озоновом слое, 1985 г., Монреальский Протокол, 1987 г., Рамочная Конвенция по климату, 1992 г., Соглашение о сокращении производства электроэнергии за счет сжигания органического топлива, 1997). Главной причиной является недостаточная научная обоснованность "фундаментальных" положений, по которым и принимаются ответственные экономические и политические решения.
В связи с этим были рассмотрены некоторые важные вопросы, относящиеся к глобальной проблеме эволюции озонового слоя, подчеркнуто отсутствие системного подхода в этой проблеме и представлены последние результаты (как отечественные так и зарубежные), позволяющие по-новому рассмотреть причины изменчивости озона и последствия этой изменчивости для биосферы и человека (Конференция по физической экологии 1997 г.).
Ниже представлены новые результаты анализа экспериментальных данных, полученных в ходе выполнения международных кампаний: DYANA (1990 г.), CRISTA/MAHRSI (1994 и 1997 гг.) и в рамках сотрудничества с Индией (1983, 1987, 1990 и 1998 гг.), а также анализа накопленной к настоящему времени гелиогеофизической, метеорорологической и астрономической информации.
Существует ли парниковый антропогенный эффект, связанный с ростом парниковых газов, в первую очередь углекислого газа, о чем "все пишут и все говорят"? Последние работы отечественных и зарубежных авторов заставляют пересмотреть этот "решенный" вопрос. Главная рабочая гипотеза: солнечная активность (СА) воздействует на атмосферу и меняет облачный покров, определяющий температуру Земли. Таким образом, изменения климата или глобальное потепление, начавшееся 100 лет назад, носят естественный характер!
Количество энергии, получаемое Землей от Солнца, имеет сильную широтную зависимость и определяет радиационный баланс планеты. Тропическая область получает за год в два раза больше, чем остальная часть Земли. Среднегодовой радиационный баланс планеты определяется среднепланетарным альбедо а, равном 0,3. Важную роль при энергетических расчетах играют радиационные характеристики облаков различных типов.
Глобальное распределение водяного пара в атмосфере таково, что количество осажденной воды Q максимально в тропическом поясе: Q = 5,0 г/кв. см и более в обширных районах Бразилии, Индонезии, а летом и в Индии и Вьетнаме, а также вблизи зоны конвергенции (ВТЗК) в Атлантике до 5,9 г/кв.см. Среднее Q по земному шару 2,5 - 3,0 г/кв.см. Отметим, что водяной пар (а не СО2) - главный парниковый газ, обеспечивающий более 70% парникового эффекта в атмосфере.
Таким образом, тропическая зона является значительно более энергонасыщенной, чем внетропические зоны. Циркуляция тропической зоны, охватывающая почти половину земного шара, является большой термодинамической машиной, превращающей тепло океана (в том числе скрытое тепло водяного пара) в кинетическую энергию атмосферы и определяющую в значительной степени термодинамику умеренных и полярных широт. Математическое описание этой машины отсутствует, что и приводит к несовершенству всех климатических и прогностических моделей общей циркуляции атмосферы, т.к. динамика приэкваториального пояса, где необходим учет фазовых переходов и где неприменима теорема о сохранении потенциального вихря и квазигеострофический подход, также не поддается адекватному описанию.
Ясно, что тропики влияют и на внетропические широты, поскольку происходит меридиональный перенос тепла, водяного пара и аэрозоля. Последние могут способствовать образованию облачности, менять альбедо и, следовательно, температуру поверхности.
Известно, что солнечная активность влияет на интенсивность космических лучей, запуская конденсационный механизм, включающий ионизацию верхнетропосферных воздушных масс (8 - 16 км) такими лучами. Это способствует образованию перистой облачности и усиленному развитию высококучевых облаков, изменяющему альбедо, и создающего условия для интенсификации динамических процессов. Максимум концентрации ионов находится на высотах 12 - 20 км в зависимости от широты (геомагнитной), сезона и СА. На средних широтах максимум ионообразования наблюдается на высоте около 12 км, т.е. вблизи тропопаузы. Ионизация на таких высотах способствует образованию множества ядер конденсации, на которых в условиях низких температур (40...-90 С) активно сублимируется водяной пар, растут ледяные кристаллы, и формируется облачность (в основном перистая).
По-видимому, важную роль в конденсационном механизме играет рекомбинация образующихся при ионизации ГКЛ молекул воздуха легких ионов, путем присоединения ионов к малым аэрозольным частицам, т.н. ядрам конденсации или ядрам Айткена, имеющим размер порядка 0,01 мкм. Как было установлено путем проведения серий баллонных измерений концентраций легких ионов в стратосфере в различных геомагнитных широтах (в т. ч. на геомагнитном экваторе) и интенсивности космических лучей (ГКЛ, но также и СКЛ в период вспышек) это основной сток образовавшихся ионов (а не рекомбинация положительных и отрицательных ионов). При действии конденсационного механизма в атмосфере выделяется тепловая энергия, изменяется альбедо системы "земная поверхность - тропосфера" для солнечной коротковолновой радиации, а также ИК-излучение атмосферы. Тем самым конденсационный механизм стимулирует другие физические процессы, интенсифицирующие "усвоение" солнечной энергии. Активизируемый наиболее энергичными ГКЛ конденсационный механизм может также влиять на зарождение и развитие облачности на типичных уровнях в средней и нижней тропосфере (3 - 7 км) и выделение тепла конденсации, которое может генерировать различные типы атмосферных волн, переносящих импульс, энергию и вещество при своем распространении в атмосфере.
Интенсивность ГКЛ модулируется СА (глубина модуляции достигает 30%) и это может вызывать резонансные явления в атмосфере. Например, в тропической области Земли существуют планетарные экваториальные волны Кельвина и Россби, имеющие периоды 27 - 30, 13 - 15, 6 - 8 дней, характерные для СА. При этом характерная полоса для развития таких волн составляет величины +/- 20 градусов относительно экватора, т.е. захватывает практически все тропики. Характерной особенностью таких волн является перенос ими импульса, энергии и массы (в первую очередь водяного пара - основного "скрытого" энергоносителя) при распространении волн вверх и вниз от источника возбуждения. Таким образом, они могут изменять циркуляционные процессы в тропосферно-стратосферных тропических ячейках Хэдли (Гадлея), увеличивая или уменьшая транспорт влажного и бедного озоном воздуха нижней тропической стратосферы во внетропические широты. Кроме этого, конденсационный механизм может изменять и солнечный приливный (24-часовая гармоника) потенциал, увеличивая таким образом эффективную вертикальную скорость переноса в верхней тропосфере и стратосфере. Классическая приливная теория не учитывала, (как это ясно сейчас) этого важнейшего источника, поэтому ракетные эксперименты в экваториальной области Индийского океана с борта советского корабля в период международной кампании DYANA (январь-март 1990г) сразу позволили обнаружить существенное, до двух-трех порядков, отличие экспериментально найденных величин амплитуд суточных и полусуточных колебаний зонального и меридионального ветра и температуры от теоретических в нижней и средней стратосфере. В дальнейшем наши данные по температуре были подтверждены наблюдениями со спутника UARS (ветер не измерялся).
При наблюдении внутрисуточных колебаний озонового слоя в тропиках мы установили зависимость этих колебаний от солнечной активности в период ее максимума, косвенно подтвердив существование резонансных эффектов при возбуждении планетарных экваториальных волн за счет конденсационного механизма в период.
Проведение широкого фронта научных и прикладных исследований по глобальным экологическим проблемам имеет важное политическое, экономическое и прикладное значение, т.к. может привести к созданию современных высоких технологий, позволяющих контролировать и воздействовать на природные процессы в нужном направлении. А это и есть необходимое и достаточное условие "устойчивого" (лучше использовать термин "регулируемого") развития цивилизации.
В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы.
Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.
Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружащий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах).
По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у g-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако, значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ излучения но при этом рискует умереть от голода.
Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах (см. «Причины ослабления озонового щита»). Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.
Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.
Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше.
Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80°. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора.
Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.
Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по прежнему необходимо.
По сведениям очень популярной газеты «Комсомольская правда» на центральной аэрологической станции сообщили, что озоновая дыра перестала расти уже два года назад, а к 2000 году будет еще меньше. К тому же над территорией Северного полушария обстановка лучше нежели над Южным. По прогнозам специалистов, в сентябре там ожидается значительное понижение уровня озона. Над Россией все в норме, за исключением Красноярского края и Якутии. Там наблюдается очень высокая и опасная солнечная активность.
Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственнной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.
Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И, занеся ногу для очередного шага, следует внимательно посмотреть, куда наступишь. Пропасти и топкие болота роковых ошибок уже не прощают человечеству бездумной жизни.
Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1980 г..
Отклик. Выпуск 8 / Сост. Л. Егорова – М.: Молодая гвардия,1990 г.
Реймерс Н.Ф. «Экология (тория, законы, правила, принципы и гипотезы). – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994 г.
Петров С.П. Почему меняется климат Земли.
Интервью с В. Павловым. /Краевая независимая газета «Свободный курс» г. Барнаул, 13.09.98
Global Environmental Facility (russian): сохранение озонового слоя.
Ко дню защиты озонового слоя. Самарский виртуальный центр экологической информации. По материалам специального выпуска газеты «Экоинформ».1998 г.
Миронов Л.В. Разрушение озонного слоя земли хлорфторуглеводородами.1998г.
Виктория Кузьмина. Как поживает озоновая дыра?. «Комсомольская правда» от 14.10.99 г.
topref.ru
Оглавление:
Введение
1. Озон — атмосферный газ
2. Влияние различных загрязнителей на озон
3. Озоновые дыры над Антарктикой
4. Разрушение озона хлорфторуглеродами
5. Источники возникновения и разрушения озона
6. Способы восстановления озонового слоя
7. Меры по защите озонового слоя
Заключение
Список литературы
Введение
Атмосфера Земли содержит одно- и двухатомные молекулы кислорода О и О2 и еще один аллотроп — озон О3. Озон — светло-синий газ с характерным запахом, образуется в атмосфере при ультрафиолетовом облучении и грозовых разрядах. Он сконцентрирован в основном над тропосферой в атмосфере и наблюдается от поверхности Земли до высот 80 — 90 км. Воздух в стратосфере — безоблачный, сухой, холодной области — перемешивается очень медленно по вертикали и относительно быстро по горизонтали. Поэтому опасные вещества, однажды попавшие в стратосферу, остаются в ней на долгие годы и легко распространяются вокруг Земли, и тем самым загрязнение стратосферы приобретает глобальные масштабы.
Озон выполняет весьма важную роль естественного фильтра, поглощающего губительное для всего живого коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца. Концентрация озона сравнительно небольшая. Если собрать озоновый слой в окружающую земной шар тонкую оболочку при нормальном атмосферном давлении, то толщина ее составит всего около 3 мм. Распределение озона в атмосфере зависит от сезона, активности Солнца, широты места, техногенного воздействия и т. п., локальные распределения озона могут отличаться на порядок.
Разрушение озона осуществляется в результате цепной реакции, в которой одна примесная молекула может разрушить много тысяч молекул озона прежде, чем попадет в более плотные слои атмосферы и достигнет поверхности Земли вместе с осадками.
Сегодня озон беспокоит всех, даже тех, кто раньше не подозревал о существовании озонового слоя в атмосфере, а считал только, что запах озона является признаком свежего воздуха. (Недаром озон в переводе с греческого означает «запах».) Этот интерес понятен — речь идет о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. Теперешняя тревога людей об изменении озонового слоя, к сожалению, небеспочвенна.
Ученые начали бить тревогу об опасности, нависшей над озоновым слоем Земли, еще в 70-е годы. За пошедшие с тех пор 20 лет уже можно было принять такие эффективные меры, что сегодня тревога людей была бы значительно менее обоснованной. К сожалению, ныне жители Земли оказались в положении человека, поджигающего свой дом для того, чтобы согреться, не особенно задумываясь о том, что этот дом сгорит и другого не будет. Конечно, обществу трудно поступиться интересами многих производств. Ведь разрушению озонового слоя способствуют различные вещества, выделяющиеся в атмосферу. Это не только фреоны, о которых сегодня говорят больше всего политики и промышленники, но и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания турбореактивных двигателей. Важно не только количество образованных при этом окислов азота, но и то, что это происходит высоко в атмосфере, поскольку эти двигатели установлены на сверхзвуковые высотные самолеты. Применение большого количества минеральных удобрений также угрожает озоновому слою. Ведь при денитрификации связанного азота бактериями почвы и микроорганизмами образуется закись азота, которая попадает в стратосферу. Закись азота была обнаружена и в дымовых газах электростанций. Количество образованной при этом в течение года закиси азота исчисляется миллионами тонн.
Таким образом, мы воздействуем на озоновый слой различными способами, и каждый связан с важной стороной нашей хозяйственной деятельности. Поэтому изменить ситуацию за один день невозможно. Многие высказывают сомнения в том, сумеет ли человечество вообще ее изменить.
Иногда довольно трудно представить себе, что даже очень малые количества определенного вещества в атмосфере могут играть исключительно важную роль. Собственно, очень наглядным примером того является сам озон, абсолютное количество которого в атмосфере пренебрежимо мало, а роль в атмосферных процессах огромна.
В настоящее время назрела необходимость принять определенные обязательные для всех решения, которые позволили бы сохранить озоновый слой. Но чтобы эти решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые изменяют количество озона в атмосфере Земли, а также о свойствах озона, о том как именно он реагирует на эти факторы.
1. Озон — атмосферный газ
Озон по существу является разновидностью кислорода. Имеется атомный кислород — О, молекулярный кислород, каждая молекула которого О2 состоит из двух атомов. Молекула озона О3 состоит из трех атомов кислорода. Но здесь количество переходит в качество — свойства трехатомной молекулы озона принципиально отличаются от свойств двухатомной молекулы.
Озон как таковой был открыт в 1839 году немецким химиком Шейнбейном. В приземной атмосфере он был обнаружен в 1873 году, и с тех пор проводится регулярно его измерения. Наличие озона в верхней атмосфере было установлено восемь лет спустя английским химиком Гартли. Ясно, что в то время прямые измерения в верхней атмосфере были еще недоступны. Наличие там озона было установлено путем анализа характеристик ультрафиолетового излучения Солнца, приходящего к земной поверхности.
Озон, озоновый слой в стратосфере Земли, затрагивает нас потому, что его полосы поглощения приходится на очень важный диапазон волн солнечного изучения. Известно, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца с длинами волн, которые меньше 300 нм (нанометр равен одной миллиардной доле метра). Наиболее сильно озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение с длиной 253,65 нм. Это значит, что слой озона толщиной 3 мм, способен уменьшить интенсивность излучения на этой длине волны в число раз, равное единице с 40 нулями! Это как раз то излучение (ниже 280 нм), которое способно поглощаться нуклеиновыми кислотами. Если бы это излучение не задерживалось озоновым слоем и доходило до Земли, то основа жизни — нуклеиновые кислоты — под действием этого излучения разрушались бы. Это и есть главная функция озона в предохранении человека да и всей биосферы Земли от жесткого ультрафиолетового излучения.
Для человека жесткое ультрафиолетовое излучение повышает вероятность заболевания, прежде всего раком кожи. В частности, специалистами рассчитано, что снижение содержания озона на 1% ведет к такому повышению интенсивности ультрафиолетового облучения поверхности, в результате которого количество смертей от рака кожи возрастает на 6−7 тысяч.
Как известно, Земля испускает инфракрасное излучение. Озон же поглощает не только часть солнечного ультрафиолетового излучения, но и часть инфракрасного излучения Земли. Тем самым энергия, излучаемая Землей в инфракрасном диапазоне, задерживается озоном и остается в пределах земной атмосферы. В противном случае Земля охлаждалась бы. Когда говорят об озоновом слое, то об этой функции часто умалчивают.
Здесь приведены основные свойства озона, которые для нас важнее всего. Следует указать и на еще одно, для многих может быть, неожиданное свойства озона: он является сильнодействующем ядом. Токсичность его больше чем синильной кислоты. Особенно опасным для здоровья в больших городах являются озоновые смоги, которые жителям могут стоить жизни.
Когда озон разлагается, образуются атомы кислорода, которые обладают высокой активностью. Поэтому озон обладает сильными окислительными свойствами. Озон окисляет любые металлы, за исключением металлов платиновой группы.
Озон остается газом до температуры -111,90С. Если температура понижается еще больше, то озон превращается в жидкость темно-синего цвета. Если температура опуститься ниже -192,70С, жидкость превратиться в темно-фиолетовые кристаллы.
2. Влияние различных загрязнителей на озон
Хлор — наиболее опасный катализатор распада озона. Он активно соединяется с озоном, давая монооксид хлора и кислород. В свою очередь монооксид хлора легко присоединяет второй атом кислорода, при этом хлор освобождается и может вступить в реакцию со следующей молекулой озона. Одна молекула хлора за среднее время своего существования в верхних слоях атмосферы способна разложить 100 тысяч молекул озона. По сравнению с хлором следующий по активности разрушитель озона — окислы азота — почти безопасен: одна молекула оксида азота разлагает в среднем всего 10 молекул озона. Опасность оксидов азота в том, что их содержание в воздухе много выше, чем хлора. Озон могут разрушать и другие вещества: окись углерода, водород, окись серы, — но они связывают озон в отношении 1:1 и, по сравнению с хлором и оксидами азота, могут считаться безвредными.
Хлор попадает в атмосферу различными путями. Некоторое его количество теряется при утечках и авариях в химической промышленности, где это вещество широко используется, в частности в органическом синтезе. Но наиболее значительный «поставщик» хлора в атмосферу — фреоны, соединение фтора и хлора с углеродом. Фреоны широко используются в миллионах бытовых и промышленных холодильников как хладагент, и при самых разных их поломках большое количество фреонов регулярно попадает в воздух. Оказываясь в озоновом слое, фреоны под действием того же УФ-излучения легко отщепляют хлор, который катализирует распад озона. Дополнительный источник попадания фреонов в воздух создают широко используемые в быту баллончики с дезодорантами, красками, инсектицидами, распыляющим носителем которых является фреон. Разбрызгиваемое из баллончиков вещество при использовании попадает в нужное место, например на окрашиваемую поверхность, а фреон испаряется и остается в воздухе.
Еще один источник попадания хлора и окислов азота в атмосферу — реактивная авиация, особенно при полетах на высотах более 20 км, когда выхлоп двигателей производится в самом озоновом слое. Заметный вклад в разрушение озона вносят и ракеты самого разного назначения — метеорологические, исследовательские, выводящие на околоземные орбиты спутники связи, разведывательные спутники, космические корабли.
Особенно много хлора и окислов азота выделяют твердотопливные ракетные двигатели. Например, при каждом запуске космического челнока системы «Шаттл» его твердотопливные ускорители на высотах до 50 км, то есть в самом озоновом слое, выбрасывают 187 тонн хлора и хлористого водорода и 7 тонн окислов азота. Этого количества хватает на то, чтобы уничтожить 10 миллионов тонн озона, или 0,3% его общего содержания в атмосфере.
Естественные колебания содержания озона вызваны циклическими изменениями активности Солнца и выбросами вулканических газов при извержениях. Произошедшее за последнее десятилетие снижение содержания озона на 5% связано почти целиком с загрязнением атмосферного воздуха выбросами промышленности и транспорта. Небольшой вклад в это внесло извержение вулкана Эль-Чичон в 1981 году, но снижение содержания озона с тех пор продолжается. За это время содержание хлора в атмосфере увеличилось в 6 раз, достигнув к 1985 году 6 тысяч тонн, причем почти весь этот хлор имеет антропогенное происхождение. Дополнительный вклад в разрушение озона вносят и окислы азота, количество которых в атмосфере, также за счет преимущественно антропогенных выбросов, все еще возрастает.
озоновый слой загрязнители защита
3. Озоновые дыры над Антарктикой
О том, что с озоном происходит неладное, говорят озоновые дыры, появляющиеся каждую весну над Антарктикой. Там происходит особая циркуляция воздуха в зимние и весенние месяцы — он оказывается изолированным от воздушных масс средних широт. С другой стороны, здесь зимой очень низкие температуры в стратосфере (ниже, чем в Арктике), что способствует образованию полярных стратосферных облаков.
Присутствие в стратосфере химических веществ в виде твердых частиц (льда в облаках) способствует разрушению озона. Выбрасываемые в атмосферу вещества, содержащие хлор, фтор, азот, метан и др., могут длительное время находиться там в пассивных формах и не разрушать озон. В особых условиях зимой и весной над Антарктикой происходит эффективное преобразование пассивных хлорных соединений в активные, которые интенсивно разрушают озон. Измерения с помощью спутников, ракет, шаров-зондов и самолетных лабораторий показали, что в этот сезон опасность для озона, окиси хлора ClO в 100 — 500 раз больше, чем в средних широтах на этих же высотах. Прежде всего, ClO и «поедает» озон в стратосфере Антарктики. На некоторых высотах его остается только 5% прежнего количества! Если брать озон на всех высотах, то его количество в месте озоновой дыры весной в Антарктике уменьшается наполовину. Таким образом, выбрасываемые людьми в атмосферу вещества переносятся движением воздуха на все широты и долготы. В Антарктике в конце зимы и весной они оказываются в особых природных условиях, которые позволяют им активизироваться и эффективно разрушать стратосферный озон.
Из этого можно сделать вывод, что поскольку такие особые условия в стратосфере имеются только в Антарктике (да и то не круглый год), то проблема озоновой антарктической дыры является местной, региональной, а не глобальной. Но, к сожалению, это не так. Дело в том, что весь озон в атмосфере Земли, включая приземный слой воздуха, тропосферу, стратосферу и выше (мезосферу и термосферу), на всех долготах и широтах един. В одних местах он образуется эффективно и регулярно, в других — неэффективно и только от случая к случаю, в одних местах образованный озон живет годы, а в других — только секунды, но, тем не менее, весь озон вокруг Земли находится как бы в сообщающихся сосудах. Поэтому, если он исчезает без компенсации в одном месте (в данном случае в Антарктике), то это изменит баланс озона в глобальном масштабе. Другое дело если имеется компенсация. Так, если бы весеннее разрушение озона в Антарктике компенсировалось его увеличением в последующие сезоны, то годовой баланс был бы сохранен. Дыра была бы не опасна в смысле поглощения глобального озона. Полной компенсации разрушенного весной в Антарктике озона не происходит, и в общем балансе всего земного озона каждый год имеется нехватка, которая растет от году к году. Вот этим-то и опасна для всей Земли озоновая дыра над Антарктикой.
4. Разрушение озона хлорфторуглеродами
В 1974 г. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета показали, что хлорфторуглероды (ХФУ) могут вызывать разрушение озона. Начиная с этого времени, так называемая хлорфторуглеродная проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, в качестве распылителя (пропеллента) в аэрозольных упаковках, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов и т. д.
Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку они очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. Как это ни парадоксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере, как это происходит, например, с большей частью окислов азота, и, в конце концов, проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона, прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу.
Сейчас выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ фреон-11 и фреон-12 составляет 75 и 100 лет соответственно.
Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях, на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов, концентрация фреонов-11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5−9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2−3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.
5. Источники возникновения и разрушения озона
Кислород способен превращаться в озон под действием источников энергии, величина кванта которой достаточна для разрыва связи в его двухатомной молекуле. Большая часть таких оторванных друг от друга атомов, очень активных, рекомбинирует снова в двухатомные молекулы, но некоторая часть — в трехатомные молекулы озона. Наиболее эффективно этот процесс проходит в верхних слоях атмосферы, на высоте 20−50 км, где под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца возникает практически весь озон. Сравнительно с этим то количество озона, которое образуется при грозовых разрядах и других электрических явлениях на поверхности Земли, ничтожно мало. Таким образом, синтез озона идет на дневной стороне планеты, причем в тропиках интенсивнее, чем в средних и высоких широтах. Самопроизвольный распад озона и его разрушение во взаимодействии с различными атмосферными примесями идут постоянно. В результате возникает динамическое равновесие между синтезом и распадом озона, и его концентрация периодически меняется на 0,5−1% от среднего уровня.
Для того, чтобы узнать, где и сколько имеется озона, надо проанализировать источники его поступления и места исчезновения. Озон образуется разными путями. Это и химические процессы (объединение молекулярного и атомного кислорода), и физико-химические процессы (образование озона у земной поверхности во время гроз и в результате действия тлеющих электрических разрядов). Исчезает озон на разных высотах также по разным причинам. На одних высотах его разрушают одни химические соединения, на других — другие. Кроме того, озон перемещается в атмосфере. Поэтому для того, чтобы понять, как распределен озон вокруг Земли и как меняется во времени это распределение, надо проанализировать все процессы, от которых зависит количество озона.
Общая схема выглядит так. В стратосфере озон образуется из кислорода под действием солнечных лучей. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими соединениями. Поскольку в атмосфере от 100 км и до поверхности Земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на Земле, в ее приземном слое, и затем из-за перемешивания были подняты в стратосферу. Для того, чтобы слой оставался неизменным (конечно, он должен меняться в зависимости от времени суток, сезона, солнечной активности и т. д., но эти изменения происходят с определенными периодами, и из-за них слой озона исчезнуть не может), должен существовать баланс между количеством озона, который образуется, и количеством озона, который исчезает, разрушается.
Поскольку происходят не только горизонтальные движения атмосферного газа (а вместе с ним и озона), то часть того озона, который образовался в стратосфере, переносится вниз, в тропосферу, а также достигает земной поверхности. Но озон, который находится в тропосфере, менее уязвим, чем стратосферный озон. Почему? Прежде всего, потому, что в тропосфере значительно ниже температура, нежели в стратосфере. А чем выше температура озона, тем быстрее он разрушается. Если температуру озона повысить до 2000С, то он весь разрушается. Так освобождаются от озона в лабораторных условиях и в различных приборах, которые предназначены для измерения озона.
Таким образом, тот озон, который образовался в стратосфере и не успел опуститься вниз, в тропосферу, может там прожить значительно дольше, чем он прожил бы в стратосфере. В тропосфере озон также разлагается значительно медленнее, чем в стратосфере. Это происходит под действием видимого солнечного излучения. Поэтому специалисты говорят, что в тропосфере озон более консервативен, чем в стратосфере.
Образованный в стратосфере озон проникает вниз до поверхности Земли. Он здесь смешивается с тем озоном, который образовался в приземном слое воздуха. Во время гроз озон образуется в результате тлеющих электрических разрядов (еще до молниевых разрядов). Кроме того, в больших городах активно проходят реакции фотохимического окисления ненасыщенных углеводородов и спиртов перекисью азота. Перекись азота поступает в приземный воздух больших городов в составе автомобильных выхлопных газов. Чем больше образуется перекиси азота в воздухе, тем эффективнее она при ультрафиолетовом облучении реагирует с ненасыщенным углеродом, тем больше образуется озона. Образующийся таким путем озон в больших городах формирует озоновый смог. Он ядовит, действует раздражающе на глаза и повреждает такие сельскохозяйственные культуры, как табак, виноград и др. В качестве печального примера чаще всего приводят озоновый смог в Лос-Анджелесе. Но за последние годы ситуация изменилась не в лучшую сторону, и Лос-Анджелес в этом плане далеко не одинок. В этом плане различные регионы земного шара не равноправны. Так, где нет соответствующих источников разложения озона (например, в Сахаре, в Антарктике, на Кергеленских островах), озон в приземном слое разрушается мало.
Таким образом, проблему стратосферного озона, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца, нельзя рассматривать саму по себе, отдельно от всей атмосферы, ее динамики. Благодаря этой динамике многие промышленные выбросы в атмосферу достигают стратосферы и вызывают там разрушение озонового слоя.
Из вышесказанного следует, что для того, чтобы понять, что и в какой мере угрожает слою озона в стратосфере, надо рассмотреть достаточно подробно все указанные вопросы. Только выяснив, за счет чего образуется озон и за счет чего он разрушается (и с какой скоростью), можно понять причины изменения озонового слоя и пути его стабилизации. Особенно тщательно надо остановиться на реакциях, в которых стратосферный озон разрушается, поскольку сейчас уже не вызывает сомнения, что они и угрожают слою полным исчезновением. Имеется очень существенное различие в условиях жизни озона (эффективности его образования и продолжительности жизни и т. д.) не только на разных высотах в атмосфере, но и на разных широтах. Собственно, это неудивительно, поскольку вся околоземная оболочка по своим свойствам различается на разных широтах. Это отличие вызвано не только разной освещенностью атмосферы солнечным излучением. Оно обусловлено также конфигурацией магнитной оболочки Земли — магнитосферы. Магнитное поле Земли не влияет на проникновение к Земле и ее атмосфере солнечного волнового излучения (видимого света, рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного излучения). Но оно принципиально влияет на движение к Земле солнечных заряженных частиц. Наиболее доступными для этого излучения оказываются те области на Земле, где магнитное поле направлено вертикально или почти вертикально. Известно, что это реализуется в высоких широтах северного и южного полушарий. Именно поэтому в этих областях наблюдаются полярные (северные и южные) сияния. Корпускулярная радиация Солнца зависит от солнечной активности, которая непрерывно меняется. Поэтому условия в атмосфере меняются с изменением солнечной активности. Ясно, меняется и количество озона.
Таким образом, озон (его концентрация, движение, распределение по высоте и т. д.) зависит не только от земных факторов (естественных и связанных с деятельностью человека — антропогенных), но и от космических. Например, при вторжении в атмосферу высоких широт (в зоне полярных сияний) солнечных заряженных частиц концентрация озона может меняться на десятки процентов. В дальнейшем в результате динамики атмосферы это изменение распространится и на средние и на низкие широты.
Из сказанного выше ясно, что слой озона вокруг Земли не является чем-то постоянным, неизменным, одинаковым. Его характеристики очень сильно меняются в зависимости от большого числа факторов. Это и солнечная активность, которая определяет интенсивность потоков солнечных заряженных частиц, и региональные особенности, и свойства подстилающей поверхности и т. д.
За время измерений озона наблюдались весьма значительные его изменения. Всегда наибольшие изменения общего содержания озона наблюдались в высоких широтах. Так, среднесуточные значения общего содержания в высоких широтах северного полушария (а точнее, в зоне полярных сияний) в весеннее равноденствие могут меняться на 150%! В низкоширотной зоне (от экватора до 300 северной широты) эти изменения не существенны.
Здесь приведены только некоторые свойства атмосферного озона, но и из сказанного ясно, насколько важно понять изменения в озоновом слое, вызванные антропогенным влиянием, и изменения, являющиеся последствиями воздействия естественных факторов.
6. Способы восстановления озонового слоя
Нельзя сказать, что человечество не озабочено озоновой проблемой. Ряд мероприятий, связанных с прекращением загрязнения атмосферы уничтожающими озон веществами, проводится на международном уровне. Сюда следует отнести Венскую конвенцию 1985 года, Монреальский протокол 1987 года с уточнениями и дополнениями к нему, сделанные в Лондоне в 1990 году и в Копенгагене в 1992 году, предусматривающими прекращения производства галонов, фреонов, четыреххлористого углерода и метилхлороформа к 1996 году и сокращение в перспективе производства бромистого метила и хлорфторуглеродов.
Но упомянутые меры абсолютно недостаточны. Это связано с тем, что по подсчетам ученых, в атмосфере Земли уже находится столько вредных веществ, что даже при полном прекращении их производства они будут уничтожать озон еще в течение 50−70 лет. Так что же делать? Ответ очевиден — необходимо срочно разрабатывать эффективные меры защиты и восстановления озонового слоя.
Нельзя сказать, что в этом направлении ничего не делается. Наоборот, все время появляются предложения, как предотвратить нависшую над биосферой Земли опасность. Эти предложения можно разделить условно на две группы. В первую входят предложения, которые направлены на очищение атмосферы Земли от тех вредных веществ, которые в нее уже выброшены. Во вторую группу те из них, которые направлены на выработку дополнительного количества озона, компенсирующего его убыль.
Процесс очищения предлагается осуществлять несколькими способами. Например, выбрасывая с самолетов и ракет на высотах примерно в 15 км этан (С2Н6) или пропан (С3Н8). В реакции с этими веществами свободный хлор связывается в пассивный к озону хлористый водород. Как показало численное моделирование, положительный эффект может быть достигнут только при определенных сценариях воздействия. Связано это с возможностью появления вторичных реакций, в результате которых снова образуется хлор или содержащие хлор вещества, выделяющие под действием солнечного излучения свободный хлор. Исследования показали также, что рассматриваемый метод может привести к усилению парникового эффекта. В результате его осуществления образуются вещества, попадание которых в тропосферу и на поверхность Земли нежелательно, а влияние на всю совокупность химических процессов в атмосфере экологически небезопасно. Согласно расчетам авторов химического метода защиты озонового слоя, необходимо привнести в стратосферу около 50 000 тонн этана или пропана. Оценки показывают, что стоимость этого процесса составляет около 500 миллиардов долларов, что абсолютно нереально в настоящее время и в обозримом будущем.
Наряду с химическим воздействием на атмосферу предложены также физико-химические методы, основанные на использовании электромагнитного излучения. Облучая атмосферу на высоте 10 км излучением СО2-лазера, можно возбуждать молекулярные колебания фреонов. При достаточной интенсивности лазерного облучения молекулы фреонов расщепляются, выделяя атом хлора, который, соединяясь с водородосодержащими молекулами, превращается в хлористый водород, а соединяясь с кислородосодержащими молекулами, образует окись или двуокись хлора. Продукты этих реакций в конечном итоге выпадают на поверхность Земли в виде кислотных дождей. Поэтому для практического использования физико-химических методов и обеспечения их достаточной эффективности необходима строгая оптимизация режимов воздействия, которая авторами метода не проводилась. О том, что данный метод экологически небезопасен, было упомянуто.
В основе следующего метода очистки атмосферы от фреонов лежит микроволновое излучение, возбуждающее в определенной пространственной области разряд (СВЧ-разряд) с большой концентрацией в нем электронов. При соединении электронов с молекулами фреонов в зоне разряда образуется отрицательно заряженный атом хлора и свободные радикалы. Атом хлора, соединяясь с водородсодержащими молекулами, конвертируется в хлористый водород, который вымывается из тропосферы дождями. Свободные радикалы доокисляются до устойчивых соединений и также выводятся с дождями. Следует отметить, что наличие большого количества быстрых электронов в зоне СВЧ-разряда может привести к инициированию целого комплекса плазмохимических реакций, в результате которых образуются, например, оксиды азота, участвующие в уничтожении озона, и другие экологически вредные вещества, которые до этого в тропосфере отсутствовали.
Проведенные расчеты показали, что для получения разряда на высоте примерно в 10 км с последующей очисткой облученного объема воздуха средняя мощность излучения должна достигать 2*1010Вт. Производительность метода, выраженная в массе разлагаемого в единицу времени фреона, составляет примерно 30 кт/год. Эта величина равна примерно 0,3% от общего количества фреонов, выбрасываемых в атмосферу Земли. Известно, что различные типы веществ, уничтожающие озон, могут вступать в реакции между собой, образуя пассивные по отношению к озону соединения. Поэтому существенное нарушение их баланса в атмосфере может вызвать резкое увеличение темпа убыли озона. Подтверждением этого факта могут служить озоновые дыры в Антарктике, образование которых обусловлено вымораживанием в полярных облаках окислов азота.
Следовательно, очищение атмосферы Земли должно быть организованно таким образом, чтобы между озоноразрушающими веществами сохранялся баланс, обеспечивающий наименьшую скорость убывания озона. Возможность создания такой системы в настоящее время даже не рассматривается.
Теперь рассмотрим вторую группу предложений, которые направлены на выработку дополнительного озона, компенсирующего его убыль. Давно известно, что одним из источников озона является электрический заряд, широко используемый для этой цели в технологических процессах и в быту. Производительность этого способа может достигать 200 г озона на кВт час затраченной энергии, то есть примерно 5,5 г/МДж. Для его практического осуществления, устройство, инициирующее электрический разряд, размещается на борту летательного аппарата, курсирующего на высотах от 17 км до 25 км в течение длительного времени. Несмотря на внешнюю простоту и привлекательность рассматриваемого способа, он обладает недостатками, присущими всем электрическим разрядам и связанными с протекающими в них плазмохимическими реакциями, результатом которых может быть образование веществ, способствующих уничтожению озона. К тому же, для компенсации этим способом годовой убыли озона в размере 1% от его полного количества в атмосфере необходима энергия, равная примерно 1,6*1011 кВт ч (6*1017 Дж). Вряд ли в обозримом будущем удастся доставить такое количество энергии в атмосферу.
Есть предложение вырабатывать озон за счет облучения воздуха лазером с длиной волны около 200 нм. Это излучение хорошо поглощается атмосферным кислородом, а продуктами реакции фотодиссоциации являются атомы кислорода, которые, вступая в реакцию с атомарным кислородом, образуют озон. Основным недостатком этого способа является его низкая эффективность (примерно 30 г/кВт ч). Для компенсации годовой убыли озона таким способом необходимо количество энергии, равное 1012 кВт ч (3,6*1018 Дж). Такие затраты непосильны для современной цивилизации.
Предлагаются и другие способы, являющиеся разновидностями перечисленных выше. Например, вместо электрического разряда использовать высокоэнергетические электроны, выбрасываемые в стратосферу ускорителями, расположенные на борту летательного аппарата. Рассматривается возможность газоразрядной и оптической генерации озона, в частности, при помощи СВЧ-разряда.
Из приведенного краткого перечисления и анализа способов спасения озонового слоя Земли можно сделать вывод, что они либо экологически небезопасны, либо энергетически нереализуемые.
7. Меры по защите озонового слоя
Поскольку наиболее активный разрушитель озонового слоя Земли — хлор, основные меры, разрабатываемые для сдерживания истощения озона, сводятся к снижению выбросов в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, прежде всего фреонов. Одна из главных технологических задач, решения которой ищут во всех промышленно развитых странах, — замена фреонов на другие хладагенты, не содержащие хлор и вместе с тем не уступающие фреонам по основным физическим свойствам и химической инертности.
Другая задача, практически уже решенная в ракетоносителе «Энергия», заключается в переводе ракетной техники и высотной реактивной авиации на экологически безопасные виды топлива и двигатели.
Выброс оксидов азота наземными промышленными, энергетическими и транспортными системами, имеет значение не только для озонового слоя, но и для решения проблемы «кислых дождей». Хотя окислы азота, по сравнению с хлором, в 10 тысяч раз менее активны как разрушители озона, их выброс в атмосферу многократно превышает выброс хлора. Это повышает важность разработки двигателей, энергетических установок, котлов, новых видов топлива и способов его сжигания, которые сводили бы к минимуму образование и выброс в атмосферу окислов азота.
Из приведенных способов восстановления озонового слоя, сделали вывод, что они либо экологически небезопасны, либо энергетически нереализуемые. Этих недостатков лишен способ, запатентованный в 1992 году группой российских ученых. Суть его состоит в том, что для образования озона используется солнечная энергия. Общие затраты на создание этой системы, находятся в пределах от 50 до 200 миллиардов долларов. Такие затраты можно считать реальными, при участии в реализации способа всех стран мира, одинаково заинтересованных в предотвращении гибели озонового слоя.
Последовательное рациональное решение проблемы сохранения озонового слоя — один из характерных примеров научного подхода в анализе реального состояния атмосферы и поиске путей предотвращения потенциальной угрозы окружающей среде без введения необдуманных запретительных мер.
Заключение
Одна из особенностей человеческого сознания состоит в том, что нам свойственно придавать приоритетное значение той информации, которая касается нас самих или наших близких. В то же время информация о событиях, несущих угрозу жизни, если эта угроза как-то отдалена во времени в будущее или носит вероятностный характер, в индивидуальном восприятии кажется менее достойной внимания.
Такая информация ведет к тому, что у общества большой отклик вызывает, например, проблема содержания нитратов в овощах, с которыми мы встречаемся практически ежедневно. Мы легко понимаем, что избыток нитратов угрожает нашему личному здоровью. В тоже время совершенно реальная опасность разрушения озонового слоя атмосферы, угрожающая небывалым увеличением частоты генетических и раковых заболеваний, активацией опасных инфекционных болезней, настолько мало трогает большинство людей, что мало кто склонен отказаться, например, от употребления в быту аэрозольных баллончиков. А ведь фреон, основной «истребитель» озона.
Если все люди (от рядовых граждан до руководителей государств), будут располагать знаниями, в области изменения озонового слоя, то всем нам легче будет осознать истинное положение дел и принять своевременные меры для того, чтобы выжить самим и оставить нашим потомкам земной дом пригодным для проживания.
Список литературы:
1. Карпенков С. Х. «Концепции современного естествознания». М.: Академический проект, 2000.
2. Розанов С. И. «Общая экология». СПб.: Издательство «Лань», 2001.
3. Мизун Ю. В., Мизун Ю. Г. «Озоновые дыры и гибель человечества?» М.: Вече, 1998.
4. «Способы восстановления озонового слоя». Журнал «Экология и жизнь» № 4 — № 1, 1997 — 1998.
5. «Озоновые дыры: новый взгляд». Журнал «Экология и жизнь» № 4 (12) 1999.
6. «Кто или что разрушает озоновый слой Земли?» Журнал «Экология и жизнь» № 3 (7) 1998.
Показать Свернутьr.bookap.info
Факультет Юридический
Дисциплина Экологическое право
РЕФЕРАТ
На тему
Озоновый слой как объект охраны окружающей среды
Выполнила студентка
___________________________________________
Проверил:
Оценка _____________________________________
_____________________ ______________________
«______» _____________________________2010 г.
Дата поступления работы в деканат
___________________________________________
г. Чебоксары
2010
Содержание
Введение ………………………………………………………………………….3
1. Озоновый слой как природное явление ………………………………….5
2. История борьбы за охрану озонового слоя ………………………………8
3. Озоновый слой как объект охраны окружающей среды ………………12
Заключение ……………………………………………………………………...17
Литература ………………………………………………………………………18
Введение
Конец ХХ века характеризуется мощным рывком научно технического прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим взрывом, ухудшением состояния окружающей человека природной среды. XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы. Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.
Экологические проблемы относятся к числу глобальных и представляют угрозу существованию человечества, потому в настоящий момент привлекают внимание мирового сообщества. Мировые политические деятели оказывают поддержку экологическим организациям в борьбе за охрану окружающей среды. Очевидно, что причиной большинства экологических проблем является человек, который должен нести ответственность за совершенное против природы преступление. Отсюда следует, что между людьми возникают экологические правовые отношения, объектом которых является природа. В последнее время беспокойство мирового сообщества вызывает проблема состояния озонового слоя Земли, что отражается на изменении климата в различных уголках планеты.
Целью настоящей работы является изучение озонового слоя как объекта охраны окружающей среды. В ходе работы были поставлены следующие задачи: 1) рассмотреть озоновый слой как природное явление, что необходимо для понимания причин беспокойства экологических организаций и мирового сообщества; 2) изучить историю борьбы за охрану озонового слоя; 3) проанализировать озоновый слой как объект охраны окружающей среды.
1. Озоновый слой
Озоновый слой Земли — это верхний слой атмосферы, расположенный на высоте 7-8 километров (на полюсах), 17-18 километров (на экваторе). Это тончайший слой атмосферы, всего около 3 мм, выполняющий, однако, важнейшую роль в обеспечении жизнедеятельности на нашей планете. Он защищает ее от ультрафиолетового излучения, пагубно влияющего на все живое на Земле.
В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода[1] .
Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация.
Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы[2] .
Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.
Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира.
Уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству.
Важное значение имеет озоновый слой для поддержания температурного баланса на Земле сочетая в себе парниковые и антипарниковые свойства. Он же активный участник формирования погоды, служит аккумулятором и преобразователем энергии, вносимой в атмосферу волновым излучением Солнца[3] .
Большинство ученых считают причиной образования так называемых озоновых дыр в атмосфере фреоны, или хлорфторуглеводороды, проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Применения азотных удобрений в сельском хозяйстве; хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов холодильных установках, для тушения пожаров, в качестве растворителей и в аэрозолях привело к тому, что миллионы тонн хлорфторметанов поступают в нижний слой атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа[4] .
Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона. Также было установлено, что много озона уничтожается ракетными двигателями современных самолетов, летающих на больших высотах, а также при запусках космических кораблей и спутников.
Истощение озонового слоя представляет гораздо более опасную реальность для всего живого на Земле, чем падение какого-нибудь сверхкрупного метеорита, ведь озон не допускает опасное излучение до поверхности Земли. В случае уменьшения озона человечеству грозит, как минимум, вспышка рака кожи и глазных заболеваний. Вообще увеличение дозы ультрафиолетовых лучей может ослабить иммунную систему человека, а заодно уменьшить урожай полей, сократить и без того узкую базу продовольственного снабжения Земли.
2. История борьбы за охрану озонового слоя
Проблема озонового слоя – это одна из глобальных проблем современности. Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты, прикрывший ее от жестокого ультрафиолетового излучения. Многие века ничто не предвещало беды. Однако в последние десятилетия было замечено интенсивное разрушение этого слоя.
Проблема озонового слоя возникла в 1982 году, когда зонд, запущенный с британской станции в Антарктиде, на высоте 25 — 30 километров обнаружил резкое снижение содержания озона. Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики. С тех пор над Антарктидой все время регистрируется озоновая «дыра» меняющихся форм и размеров. По последним данным на 1992 год она равна 23 миллионам квадратных километров, то есть площади, равной всей Северной Америке. Позднее такая же «дыра» была обнаружена над канадским арктическим архипелагом, над Шпицбергеном, а затем и в разных местах Евразии, в частности над Воронежем[5] .
В середине XX в. стало понятным надвигающееся разрушение озонового слоя как одно из проявлений антропогенной деформации окружающей среды, ведущей к. нарушению функционирования экологических систем и биосферы Земли. Озон, находящийся на высоте около 30 км от земной поверхности, Представляет собой тончайший слой толщиной около 3 мм и является одним из обязательных условий сохранения жизни на нашей планете, так как защищает ее от ультрафиолетового излучения. Фатальным станет воздействие ультрафиолетового излучения на биомассу планктона – главного производителя кислорода, на все живое, произрастающее и двигающееся на Земле[6] .
В изучении проблемы озонового слоя наука оказалась удивительно недальновидной. Еще с 1975 г. содержание стратосферного озона над Антарктидой в весенние месяцы стало заметно падать. В середине 1980-х годов его концентрация снизилась уже на 40%. Вполне можно было говорить об образовании озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные — со снижением концентрации озона на 1,5-2,5% — дыры вблизи Северного полюса и южнее. Край одной из них зависал даже над Санкт-Петербургом.
Однако еще в первой половине 1980-х некоторые ученые продолжали рисовать радужную перспективу, предвещая убыль стратосферного озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через 70-100 лет.
В 1985 г. была принята Венская конвенция по защите озонного слоя Земли, которая потом дополнялась Монреальским протоколом в 1987 г. и поправками к нему Лондонской (1990 г.) и Копенгагенской (1992 г.) конференций. Ныне производство агрессивных, по отношению к озоновой оболочке, фреонов запрещено. Однако время пребывания в атмосфере уже попавших туда фреонов оценивается от 60 до 400 лет. По некоторым экспертным оценкам, озона в атмосфере Земли стало меньше на 8%, а скорость убыли ныне достигла 0,5% в год[7] .
Современное ослабление озонового щита планеты выражается в образовании, по меньшей мере, двух гигантских сезонных озоновых дыр. Они разверзаются не только над полюсами и в высоких широтах, но часто достигают и средних[8] .
Нет ничего удивительного в том, что в 1990-е годы природная защита от жесткого ультрафиолетового излучения оказалась существенно ослабленной почти над всей территорией бывшего СССР. Так, в 1995 г. со второй половины января над районами Сибири начала развиваться озоновая аномалия, которая в феврале-марте захватила территорию от Крыма до Камчатки. Для многих сибирских и якутских метеорологических станций в этот период зарегистрированы рекордно низкие среднемесячные значения. В отдельные дни над этими районами понижение концентрации озона достигало 40%. Согласно некоторым источникам в марте 1995 г. озоновый слой в Арктике был истощен на 50%.
Даже если причины возникновения озоновых дыр в Северном полушарии другие, нежели в Антарктиде, то вряд ли от этого легче тем, кто страдает от связанных с ними последствий. Известно, что от избыточной ультрафиолетовой радиации (УФР) растет число людей, болеющих раком кожи, меланомой, катарактой и просто испытывающих ослабление иммунной системы. Избыток УФР негативно влияет на океанические экосистемы.
В 1977 г. Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП) был принят Мировой план действий по озоновому слою, предусмотревший необходимость изучения воздействия озонового слоя и его разрывов на ультрафиолетовую радиацию и на заболеваемость людей (документ носил научный характер).
Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения — ультрафиолета[9] .
С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона[10] .
По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана[11] .
Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики. Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ)[12] .
По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. Однако на ближайшие годы придется пик истощения озоносферы, а наиболее сложным будет 1998 год. После этого, полагают ученые, озоновый слой начнет медленно восстанавливаться.
3. Озоновый слой как объект охраны окружающей среды
16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.
Но еще до принятия Монреальского протокола была принята Венская конвенция об охране озонового слоя. Именно год ее принятия, 1985, и стал началом борьбы человечества за сохранение озонового слоя. И к 1995 году многие страны уже приняли меры к сохранению озонового слоя, только Россия и страны Восточной Европы не предприняли шагов в этом направлении. Но сейчас и наша страна также работает над сохранением озонового слоя и прекращения его разрушения[13] .
В соответствии с Венской конвенцией, Россия, наряду с другими странами, в соответствии с имеющимися в ее распоряжении средствами и возможностями сотрудничает посредством систематических наблюдений, исследований и обмена информацией, для того чтобы глубже познать и оценить воздействие деятельности человека на озоновый слой и последствия изменения состояния озонового слоя для здоровья человека и окружающей среды, а также принимает надлежащие законодательные или административные меры и сотрудничает в согласовании соответствующих программных мероприятий для контролирования, ограничения, сокращения или предотвращения деятельности человека, подпадающей под их юрисдикцию или контроль, если будет обнаружено, что эта деятельность оказывает или может оказать неблагоприятное влияние, изменяя или создавая возможность изменения состояния озонового слоя[14] .
В Монреальском протоколе положения Венской конвенции получают свое подтверждение и развитие – оговаривается, что любая сторона протокола может в рамках определенного периода передать любой другой стороне протокола любую часть квоты своего расчетного уровня производства, при условии, что общий суммарный расчетный уровень производства для этих сторон по любой группе регулируемых веществ не выходит за пределы ограничений производства, которые установлены этими статьями для данной группы веществ. Каждая участвующая в этом процессе сторона уведомляет секретариат о такой передаче, заявляя об условиях и периоде, на которые действует такая передача[15] .
В Российской Федерации в целях обеспечения выполнения обязательств по Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года и Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, 1987 года Правительство Российской Федерации в 1995 году постановило:
1. Одобрить прилагаемые первоочередные меры по выполнению обязательств Российской Федерации по охране озонового слоя на 1995-1996 годы;
2. Поручить координацию работ по реализации первоочередных мер Министерству охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации;
3. Установить, что с 1 января 1996 г. ввоз и вывоз озоноразрушающих веществ и содержащей их продукции в страны, являющиеся Сторонами Венской конвенции и Монреальского протокола, осуществляются по соответствующим лицензиям.
4. Запретить ввоз в Российскую Федерацию озоноразрушающих веществ и содержащей их продукции из стран, не являющихся Сторонами Венской конвенции и Монреальского протокола, а также вывоз из Российской Федерации озоноразрушающих веществ и содержащей их продукции в указанные страны[16] .
В 1999 году Постановлением Правительства установлено, что с 1 августа 1999 г. производство на территории Российской Федерации озоноразрушающих веществ, осуществляется по квотам, определяемым Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды совместно с Министерством экономики Российской Федерации исходя из расчетных ставок, сроков и других требований Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, 1987 года. При этом производство озоноразрушающих веществ с 20 декабря 2000 г. осуществляется только в тех случаях, когда эти вещества используются исключительно как сырье для производства других химических веществ, и в особых случаях, предусмотренных Монреальским протоколом.
С 1 марта 2000 г. ввоз в Российскую Федерацию и вывоз из Российской Федерации озоноразрушающих веществ, осуществляется только в случаях:
1. использования этих озоноразрушающих веществ исключительно в качестве сырья
2. для производства других химических веществ;
3. в особых случаях их применения, предусмотренных Монреальским протоколом;
4. транзитных перевозок их через Российскую Федерацию из государств и в государства, являющиеся Сторонами Монреальского протокола[17] .
С 1 июля 2000 г. запрещается создание на территории Российской Федерации новых мощностей по производству озоноразрушающих веществ.
Позднее Президент издал распоряжение, в котором еще раз заявил, что Госкомэкология России и Минэкономики России являются ответственными за реализацию мероприятий по охране озонового слоя. И рекомендовал органам исполнительной власти субъектов Российской Федерации разработать и осуществить в 1999 — 2000 годах комплекс мероприятий, направленных на исключение из производства и потребления озоноразрушающих веществ и переход организаций независимо от их организационно-правовой формы на озонобезопасные технологии[18] .
Озоновый слой является согласно действующему законодательству одним из важных природных объектов, подлежащих правовой охране. Он назван в Законе «Об охране окружающей природной среды» (ст. 4) в числе природных объектов, подлежащих охране от загрязнения, повреждения, истощения, разрушения.
Статья 56 Закона специально посвящена охране озонового слоя Земли. В ней предусмотрены следующие мероприятия по охране окружающей природной среды от экологически опасных изменений озонового слоя Земли:
1. организация наблюдения, учета и контроля изменения состояния климата, озонового слоя под влиянием хозяйственной деятельности и иных процессов;
2. установление и соблюдение нормативов предельно допустимых выбросов вредных веществ, воздействующих на состояние климата и озонового слоя;
3. регулирование производства и использования в быту химических веществ, разрушающих озоновый слой;
4. применение мер ответственности за нарушение указанных требований[19].
В соответствии с международными соглашениями, говорится в статье 56 Закона «Об охране окружающей природной среды», министерства и ведомства, предприятия, учреждения, организации обязаны сократить и в последующем полностью прекратить производство и использование химических веществ, вредно воздействующих на озоновый слой. Список химических веществ и отходов производства, вредно воздействующих на состояние озонового слоя Земли, устанавливается специально уполномоченными на то государственными органами Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды и сообщается всем министерствам, ведомствам, предприятиям, организациям. Нарушение установленного порядка производства или использования химических веществ, вредно воздействующих на состояние озонового слоя, влечет за собой приостановление либо прекращение деятельности предприятий, учреждений, организаций или отдельных цехов, агрегатов, технологических процессов, оборудования по предписанию специально уполномоченных на то государственных органов Российской Федерации в области охраны окружающей природной среды.
Заключение
Проблемы охраны озонового слоя являются глобальными проблемами, от которых зависит существование человечества. Поэтому мировое сообщество выступает за охрану озонового слоя Земли и оказывает давление на политических деятелей развитых держав, которые вынуждены принимать резолюции и протоколы в защиту окружающей среды от последствий научно-технического прогресса.
В 1985 году мировое сообщество и развитые страны мира сделали первый шаг в защиту озонового слоя Земли. В этом году была принята Венская конвенция, которая была призвана ограничить техногенную деятельность человека в борьбе за озоновый слой нашей планеты. 16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол, где определяются количественные параметры ограничения промышленной деятельности и промышленных отходов, в частности фреонов, разрушающих озоновый слой. 16 сентября вошел в историю борьбы в защиту окружающей среды как Международный день охраны озонового слоя.
Однако социалистические страны Восточной Европы и СССР не подписали Монреальский протокол. После распада СССР Россия и восточноевропейские страны подписали Монреальский протокол и тем самым обязались ограничить выброс газов, разрушающих озоновый слой. Кроме того правительство России приняло постановления (1999-2000), которое ограничило выброс и ввоз на территорию нашей страны вредных для озонового слоя газов и поручило министерствам и федеральным ведомствам вести контроль за сохранением озонового слоя на территории Российской Федерации.
Но следует отметить, что проблема охраны озонового слоя сохранилась. Многие развитые страны, в частности США и Китай, не стремятся подписывать экологические протоколы, что осложняет международный диалог в борьбе за защиту окружающей среды.
Литература
1. Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1980.
2. Реймерс Н.Ф. Экология (тория, законы, правила, принципы и гипотезы). – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994.
3. Экологическое право. Учеб. для вузов/М.М. Бринчук.-2-е изд., перераб. и доп. – М.: Юристъ, 2004.
4. Экологическое право России: Учеб. для вузов / Косаренко Н. Н. — Ростов н/Д.: Феникс, 2004.
5. Экологическое право России: Учеб. для вузов. Изд. 18 / Ерофеев Б. В. — М.: Полиграф Опт, 2005.
6. Экологическое право: Учеб. для вузов. Изд. 2/ Курочкина В. В. — М.: Юнити-Дана, 2004.
7. Экологическое право: Учебник для вузов/ Игнатов В. Г., Кокин А. В, Кокин В. Н.- Ростов н/Д.: МарТ ИЦ, 2005.
8. Экологическое право: Учебник для вузов/ Боголюбов С. А.- М.: Юристъ, 2004.
9. Экологическое право: Учебник для вузов/ Исмаилова Э. Ю. и др.- М.: ЮрИнфоР, 2003.
10. Экологическое право: Краткий учеб. курс для вузов/ Крассов О. И.- М.: Норма, 2004.
[1] Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1980. – C. 124.
[2] Реймерс Н.Ф. Экология (тория, законы, правила, принципы и гипотезы). – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994. – C. 95.
[3] Реймерс Н.Ф. Экология. – C. 99.
[4] Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. – C. 187.
[5] Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. – C. 169.
[6] Реймерс Н.Ф. Экология. – C. 106.
[7] Реймерс Н.Ф. Экология. – C. 128.
[8] Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. – C. 205.
[9] Реймерс Н.Ф. Экология. – C. 134.
[10] Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. – C. 265.
[11] Реймерс Н.Ф. «Экология. – C. 148.
[12] Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. – C. 254.
[13] Экологическое право: Учебник для вузов/ Боголюбов С. А.- М.: Юристъ, 2004. – C. 210.
[14] Экологическое право. Учеб. для вузов/М.М. Бринчук.-2-е изд., перераб. и доп. – М.: Юристъ, 2004. – C. 378.
[15] Экологическое право. Учеб. для вузов/М.М. Бринчук. – C. 378-379.
[16] Экологическое право: Учебник для вузов/ Боголюбов С. А. – C. 211
[17] Экологическое право: Учебник для вузов/ Боголюбов С. А. – C. 211-212.
[18] Экологическое право. Учеб. для вузов/М.М. Бринчук. – C. 379-380.
[19] Экологическое право: Учебник для вузов/ Боголюбов С. А. – C. 212.
www.ronl.ru
