Озонова діра

рік.

Озонова діра - локальне падіння концентрації озонк в стратосфері на 10—40%. Пов'язано це з дією фреонів, зменшенням кількості кисню при запусках космічних кораблів та польотами реактивних літаків. Чітко виявляється при надмірно низьких температурах. Загальноприйнята в науковому середовищі теорія, за якою в другій половині ХХ століття вся зростаюча дія антропогенного чинника у вигляді виділення хлор- і бромвмісних фреонів (CFC) призвела до значного зменшення озонового шару. Згідно з іншою гіпотезою, процес утворення «озонових дір» значною мірою є природнім і не пов'язаний винятково з шкідливою дією людської цивілізації.

над антарктидою групою британських вчених. Вона з'являлася у серпні і до грудня або січня

зникала. Над Північною півкулею в арктиці утворювалася інша діра, значно менших розмірів.

Історія

До зменшення концентрації озону в атмосфері веде сукупність чинників, головним з яких є руйнування

молекул озону в реакціях з різними речовинами антропогенного і природного походження, відсутність сонячного випромінювання протягом полярної зими, особливо стійкий полярний вихор, який перешкоджає проникненню озону з приполярних широт, і утворенняполярних стратосферних хмар (ПСХ), поверхню частинок якого каталізують реакції розпаду озону. Ці чинники особливо характерні для антарктики, в арктиці полярний вихор набагато слабший: через відсутність континентальної поверхні температура на декілька градусів вища, ніж в Антарктиці, а ПСХ менш поширені, до того ж мають тенденцію до розпаду на початку осені. молекули озону (O3) хімічно дуже активні і можуть реагувати з багатьма неорганічними та органічними сполуками. Основними речовинами, що руйнують молекули озону, є:
прості речовини (водень (H2), атоми кисню (O), хлора (Cl), брому (Br)),
неорганічні сполуки (хлороводень (HCl), монооксид азоту (NO)),
органічні сполуки (мктан (CH4), фторхлор- і фторбромфреони, які виділяють атоми (Cl) і (Br)).

Механізм утворення

Чепманом 1930 року і названо його ім'ям. Реакції утворення озону:
• О2 + hν

→ 2О + 2О2 → 2О3
Фотоліз молекулярного кисню відбувається в стратосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 175—200 нм і до 242 нм.
• О3 + hν → О2 + О
• О3 + O → 2О2

Cl
• Cl + O3 → ClO + O2
• ClO + O

→ Cl + O2

Хлорний цикл ClOx

середній стратосфері. Не зважаючи на те, що азоту в атмосфері

більше, ніж будь-якого іншого газу, утворення його оксидів безпосередньо з молекулярного азоту замале, оскільки молекула N2 дуже стабільна, фактично інертна. Для її розпаду потрібно багато енергії, наприклад розряд блискавки або дуже жорстоке випромінювання, сонячні протони або галактичне випромінювання. В стратосфері цього немає, тому основним джерелом оксидів озота (NOx) є закис азоту (N2O), який утворюється на поверхні Землі і в океанах головним чином результатом діяльності бактерії. Людина теж вносить свій внесок — третина від всього закису азоту. Головною реакцією, за якою N2O перетворюється в NOx є наступна:
• N2O + O(1D) → NO + NO
Вона може протікати тільки вдень, тільки за наявності Сонця. Потім NO вступає в реакцію з озоном, водночас руйнуючи його, що приводить до утворення іншого оксиду азоту, NO2:
• О3 + NO → NO2 + О2
Ця реакція може протікати і вночі, тому концентрація двоокису азоту росте в темний час доби, оскільки вдень вона перетворюється назад по реакціях:
• NO2 + О → NO + О2
• NO2 + hν → NO + О
Третій оксид азоту, вже з трьома атомами кисню в молекулі, який знову таки реагує з озоном:
• NO2 + О3 → NO3 + О2
Він перетворюється назад в NO і NO2 через фотоліз:
• NO3 + hν → NO2 + O
• NO3 + hν → NO + О2

Азотний цикл NOx

загальною формулою HOx. Їх можна розглядати як оксиди водню. Проте на відміну

від звичайних оксидів вони дуже реакційнопотентні (не можуть існувати як речовина, оскільки володіють неподіленою електронною парою, тобто є замісниками). Якщо два такі замісники зустрінуться разом, то вони прореагують один з одним, рекомбінують, утворюючи зовсім іншу речовину, наприклад два HO- замісники дадуть перекис водню (H2O2). Основним джерелом утворення HOx є реакціяводяної пари з сінглетним атомом кисню:
• Н2O + О(1D) → OH + OH
Ця реакція дуже схожа на реакцію в якій закис азоту N2O, реагуючи теж з сінглетним киснем дає дві молекули NO. Важлива реакція з метаном:
• СН4 + О(1D) → СН3 + OH
Аналогічні реакції:
• ОН + О3 → НО2 + О2
• НО2 + О → ОН + О2
• НО2 + О3 → ОН + 2О2
В них гинуть дві молекули озону і регенерується OH- замісник, цикл замикається. OH- далі знову вступає в реакцію з озоном. Повний хімічний механізм складається з сотень реакції.

Водневий цикл HOx

радіації на землю і викликає у людей зростання числа ракових утворень шкіри. Також від

підвищеного рівня випромінювання страждають рослини і тварини.

бромвмісних фреонів шляхом переходу на інші речовини, наприклад фторвмісні фреони(CFC), процес відновлення озонового шару триватиме

декілька десятиріч. Перш за все це зумовлено величезним об'ємом вже накопичених в атмосфері фреонів, які мають час життя десятки і навіть сотні років. Тому затягування озонової діри не варто чекати раніше 2048 року.

Відновлення

вони почасти з'являються в ЗМІ — іноді завдяки непоінформованості, іноді підтримувані

прихильниками теорій змов. Нижче перераховано деякі з них.

Упередження стосовно озонової діри

широтах (де виникають озонові діри) хлорний цикл відповідальний лише за

15—25% втрат озону в стратосфері. Необхідно відзначити, що 80% хлора (Cl) має антропогенне походження. Тобто втручання людини збільшує внесок хлорного циклу. У разі збереження тенденції щодо збільшення виробництва фреонів, яка була до вступу в дію Монреальського протоколу) (зростання 10% на рік) 2050року 30%—50% загальних втрат озону обумовлювалось би дією фреонів (CFC). 

Основними руйнівниками озону є фреони

Молекула фреона
До втручання людини процеси утворення озону і його руйнування

перебували в рівновазі. Але фреони, що викидаються при людській діяльності, зсунули цю рівновагу у бік зменшення концентрації озону. Що ж до полярних озонових дір, то тут ситуація абсолютно інша. Механізм руйнування озону в принципі відрізняється від низьких широт, ключовою стадією є перетворення неактивних форм галогеновмісних речовин в оксиди, яке протікає на поверхні частинок ПСХ. В результаті практично весь озон руйнується в реакціях з галогенами:
за 40—50% відповідальний хлор,
за 20—40% — бром.

країні припинено виробництво озоноруйнуючих речовин. Оскільки через низку обставин економічного,

політичного і фінансового характеру Росія не встигла розробити і упровадити власні альтернативні технології, це привело до практично повної ліквідації виробництва аерозолів і холодильного устаткування. Фактично, альянс DuPont-ICI монополізував виробництво устаткування для синтезу 1,1,1,2 - тетрафторетану, який в період підписання протоколу вважався єдиною альтернативою озоноруйнуючим хладонам. На щастя, велика частина промислових холодильних установок в Росії працює на аміаку:
70% — холодильних установок для овочебаз,
60% — в м'ясній промисловості,
50% — в кондитерському виробництві,
80% — у виробництві пива і напоїв.
Аміак хоча і є високотоксичною, пожежо- і вибухонебезпечною речовиною, але не призводить до руйнування озону.
Після оприлюднення даних про участь фреонів в руйнуванні стратосферного озону DuPont заперечила цю теорію і витратила мільйони доларів на кампанію в пресі із захисту фреонів. Голова DuPont писав в статті в журналі Chemical Week від 16 липня 1975 року, що теорія руйнування озону це наукова фантастика, дурниця що не має сенсу. Окрім DuPont цілий ряд компаній з усього світу виробляли і виробляють різні типи фреонів без відрахування ліцензійних платежів.

Перехід на озонозберігаючі технології економічно обгрунтований

то вони не можуть досягти стратосфери в значних кількостях. Проте

атмосферні гази перемішуються повністю, а не розшаровуються або сортуються по вазі. Процеси вертикального переносу повітряних мас, конвекції і турбулентностіповністю перемішують атмосферу нижче турбопаузи набагато швидше. Тому навіть такі важкі гази, як інертні або фреони (CFC), рівномірно розподіляються в атмосфері, досягаючи, зокрема, і стратосфери. Експериментальні вимірювання їх концентрацій в атмосфері підтверджують це, дивіться наприклад графік праворуч. Також вимірювання показують, що потрібно близько 5 років для того, щоб гази, що виділилися на поверхні Землі досягли стратосфери. Якби гази в атмосфері не перемішувалися, то такі важкі гази з її складу як аргон (Ar) і вуглекислий газ (CO2) утворювали б на поверхні Землі шар в декілька десятків метрів товщиною, що зробило б її нежилою. На щастя це не так. Криптон (Kr) з атомарною масою 84, і гелій (He) з атомарною масою 4, мають одну і ту ж відносну концентрацію, що біля поверхні, що на висоті 100 км. Звичайно, все вищенаведене вірне лише для газів, які порівняно стабільні, як фреони чи інертні. Речовини, які вступають в реакції, а також піддаються різному фізичному впливу, скажімо, розчиняються у воді, мають залежність концентрації від висоти.

Фреони дуже важкі, щоб досягти стратосфери

руйнування озону, ніж діяльність людини. Не ставлячи під сумнів внесок

природних джерел в загальний баланс галогенів, необхідно відзначити, що в основному вони не досягають стратосфери з огляду на те, що є водорозчинними (в основному хлорид-йони (Cl2+) і хлороводень (HCl)) і вимиваються з атмосфери, випадаючи у вигляді дощів на землю. Також природні з'єднання менш стійкі, ніж фреони, наприклад метилхлорид (CH3Cl) має атмосферний час життя всього порядка року, в порівнянні з десятками і сотнями років для фреонів. Тому їх внесок в руйнування стратосферного озону досить малий.

Основні джерела галогенів природні, а не антропогенні

вулкана Пінатубо в червні 1991 року викликало падіння рівня озону не за рахунок галогенів,

що вивільняються, а за рахунок утворення великої маси сірчанокислих аерозолів (SO42+), поверхня яких каталізувала реакції руйнування озону. На щастя, вже через три роки практично вся маса вулканічних аерозолів була видалена з атмосфери. Таким чином, виверження вулканів є порівняно короткостроковими чинниками дії на озоновий шар, на відміну від фреонів, які мають часи життя в десятки і сотні років.

той час як основні викиди фреонів відбуваються в Північній півкулі. Річ у тому,

що фреони добре перемішані в тропосфері і стратосфері. З причини малої реакційної здатності вони практично не витрачаються в нижніх шарах атмосфери і мають термін життя в декілька років або навіть десятиріччя. Тому вони легко досягають верхніх шарів атмосфери. Антарктична «озонова діра» існує не постійно. Вона з'являється наприкінці зими - на початку весни. Причини, за якими озонова діра утворюються в Антарктиці, пов'язані з особливостями місцевого клімату. Низькі температури антарктичної зими приводять до утворення полярного вихору. Повітря усередині цього вихору рухається здебільшого замкнутими траєкторіями навколо Південного полюса. В цей час полярна область не освітлюється Сонцем, і там озон не утворюється. З настанням літа кількість озону збільшується і знову приходить до норми. Тобто коливання концентрації озону над Антарктикою - сезонні. Проте, якщо відстежити зміни усередненої протягом року концентрації озону і розміру озонової діри протягом останніх десятиріч, то є певна тенденція до падіння концентрації озону.

Озонова діра повинна розташовуватися над джерелами фреонів

озону падає всюди. Це показують результати довготривалих вимірювань концентрації в

різних точках планети. Ви можете подивитися на графік зміни концентрації озону над Аросою в Швейцарії праворуч.