Разрушение озонового слоя Земли

Озоновый слой располагается в стратосфере приполярных широт на высоте 10 км от поверхности Земли и на высоте 50 км вблизи экватора. Максимальная концентрация озона отмечается на высоте 20-25 км.

Озоновый слой полностью поглощает ультрафиолетовое излучение с длинами волн 290 нм, рентгеновские и гамма лучи, и является защитной оболочкой планеты от их губительного воздействия на живые организмы. Разрушение озонового слоя Земли является также последствием антропогенного воздействия. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу являются основной причиной истончения озонового слоя и увеличения концентраций озона в приземном слое атмосферного воздуха.

Образование озона начинается с фотохимического разложения молекулярного кислорода на два свободных атома кислорода под действием коротковолнового УФ-излучения:

где hv – квант света. За этим следует присоединение образующихся атомов к молекулам кислорода и образование двух молекул озона:

Таким образом, результирующий процесс можно представить в виде уравнения:

Было установлено, что фотодиссоциация О₂ на атомы происходит под действием УФ-излучения с длиной волны λ<242 нм, причем этот процесс развивается на высоте более 30 км, поскольку ниже коротковолновое солнечное излучение не проникает.

Механизм гибели атмосферного озона. Молекула образовавшегося озона под действием УФ-излучения солнца распадается на атом и молекулу кислорода:

Появившийся свободный атом кислорода взаимодействует с молекулой озона с образованием двух молекул кислорода:

В итоге возникшие когда-то из молекулы кислорода атомы вновь соединяются в молекулу.

Действие антропогенных и естественных соединений вызывает ускорение реакции. Ускорение связано с появлением более быстрых параллельных путей основной реакции гибели нечетного кислорода:

где Х= ОН, NO, Cl, Br и др.

Стадии продолжения цепи:

результирующая реакция: О₃+О→2О₂

Из приведенных реакций видно, что активные частицы ускоряют процесс, а сами к концу его остаются химически неизменными, следовательно они являются катализаторами процесса разрушения озона.

Опасность представляют озоноразрушающие вещества (ОРВ), к которым относятся: хлорфторуглероды (ХФУ), бромфторуглероды, четыреххлористый углерод, фреоны и др.

Озоноразрушающие вещества возникают при работе холодильных и аэрозольных установок, применении минеральных удобрений, движении транспортных средств, при ядерных взрывах, а также в результате вулканических извержений.

Главными виновниками разрушения озона являются хлорфторуглеводороды (ХФУ). Другие названия: хлорфторметаны, хладоны, фреоны. Эти соединения химически инертны (нереакционноспособны), негорючи, малотоксичны, просты в производстве и хранении, очень летучи, практически нерастворимы в воде и хорошо растворимы в органических растворителях. При комнатной температуре они являются газами, при небольшом давлении сжижаются с образованием тепла, а, испаряясь, вновь его поглощают. Благодаря этим свойствам ХФУ широко используются в технике как хладагенты, распылители, в производстве пористых пластмасс (пенопластов).

Высокая химическая устойчивость фреонов и плохая растворимость их в воде позволяют этим веществам высоко подниматься в атмосфере.

Последствия: при потере 15-20 % озонового слоя начнутся необратимые процессы в природных экосистемах, такие как гибель фитопланктона (основная составляющая пищевых цепей Мирового океана), возрастание числа раковых заболеваний и другие. В настоящее время к практическим методам решения данной проблемы относятся: отказ от использования ОРВ, в частности, фреона, используемого в холодильных установках и пенообразующих эмульсиях.