Знищення озонового шару в стратосфері - сервер освіти Гамбурга
За своєю природою виснаження та руйнування озону перебувають у рівновазі протягом більш тривалого періоду часу. Проте протягом кількох десятиліть люди серйозно порушували цей баланс через викиди хлорфторуглеводнів (ХФУ).
Знищення озонового шару в стратосфері
З кінця 1970-х років баланс між утворенням озону та його виснаженням дедалі більше порушується впливом людини. Причиною є антропогенний викид галогенованих вуглеводнів, що містять хлор і бром. Хлорвмісні хлорфторуглероди (ХФУ), які не зустрічаються в природі, здавна використовуються як пропеленти в балончиках, як холодоагенти в холодильних полицях, холодильниках і морозильних камерах, як піноутворювачі для будівельних матеріалів, як розчинники для чищення при текстильній чистці та в електротехнічній промисловості . Галони, що містять бром, використовували для вогнегасників. ХФУ і галони, які виходять в атмосферу, незнищенні в тропосфері і тому накопичуються тут. Через кілька років деякі з них потрапляють у стратосферу. Тут галогеновані вуглеводні спочатку нешкідливі для озону. Лише тоді, коли вони сильною УФ-радіацією та хімічними реакціями перетворюються на реакційноздатні гази, озон може бути зруйнований.
Рис. 1: Перетворення галогенованих вуглеводнів у реакційноздатні гази та пластові гази в стратосфері
Рис.2: Знищення озонового шару в стратосфері. Цикл може починатися як з Cl, так і з ClO. У першому випадку результатом є руйнування молекули озону та утворення монооксиду хлору, у другому випадку утворення атома хлору, який, у свою чергу, може зруйнувати молекулу озону. 1
Однак руйнування озону реакційноздатними газами було б значно більшим, якби у стратосфері не було реакцій, які зв'язували б радикали хлору і, меншою мірою, радикали брому (див. Рис. 1). Хлорові радикали реагують з метаном та оксидами азоту з утворенням соляної кислоти (HCl) та нітрату хлору (CLONO2), які відомі як пластові гази, оскільки хлор тривалий час залишається в них зв’язаним і тому більше не доступний для руйнування озону.
Cl + CH4 -> HCl + CH3
ClO + NO2 -> CLONO2
Однак у кліматичних умовах полярних стратосферних областей хлор також може виділятися з пластових газів. Відповідні сполуки брому (HBr та BrONO2) також набагато нестійкіші, ніж хлорні пластові гази поза полярними областями, і вони відносно легко фотолізуються. Тому потенціал руйнування озону брому на молекулу приблизно в 45 разів перевищує потенціал хлору.
Загальна кількість озону в світі зменшилася приблизно на 4% з кінця 1970-х. Окрім полярних областей, озон у середніх широтах південної півкулі (35 o S-60 o S) зменшився на 6%, удвічі більше, ніж у відповідних широтах північної півкулі. 2 По вертикалі найбільше зменшення спостерігалось у верхній стратосфері на висоті 35-45 км. У Гогенпейсенберзі на півдні Німеччини, де Німецька метеорологічна служба регулярно вимірює озон, з 1970-х до 1990-х років було визначено зниження всього озонового шару на 2,9% на десятиліття порівняно з 7% у верхній стратосфері.
Рис.3: Відсоток відхилення вмісту озону від довготривалого середнього значення на 35-45 км над Гогенпейсенбергом та над Гаваями, а також сонячна активність як потік випромінювання на 10,2 см та квазі-дворічні коливання в 10 гПа над Сінгапуром. 4-й
Результати вимірювань Гогенпейсенберга, які демонструють тенденцію до зниження на висоті 35-45 км з 1987 по 2004 рік, по суті узгоджуються із супутниковими вимірами на всій площі північних середніх широт. З кінця 1990-х і до початку нового століття вони демонструють більш-менш постійний рівень озону, за яким спостерігалося помітне зростання в 2003 р. І найрізовіше зниження в 2004 р. На відміну від цього, вимірювання на Гаваях та Новій Зеландії з 1996 року показують досить стабільну криву озону. Ці результати породили дискусію щодо того, чи помітний тут вже ефект менших викидів ХФУ і, як наслідок, знижених концентрацій хлору в стратосфері, тобто чи озоновий шар вже почав відновлюватися. 5 Атмосферна концентрація таких важливих ХФУ, як F-12, F-11 і F-113, досягла свого піку в 1990-х роках внаслідок так званого Монреальського протоколу 1987 року та наступних конференцій (Лондон 1990, Копенгаген 1992, Пекін 1999) і з тих пір зменшується, а з кінця 1990-х років у нижній стратосфері.