Тема 7. Экологические проблемы биосферы

Важнейшей составной частью атмосферы, влияющей на климат и защищающей все живое на Земле от избытка ультрафиолетового излучения Солнца, является озоносфера. Озоновый слой образовался на Земле, по современным дан-ным, 570-400 млн. лет назад. Основная масса озона находится на высотах от 10 до 50 км, а его максимум - на высоте 20-25 км. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии. Если бы можно было провести такой фантас-тический эксперимент и собрать все количество озона, содержащегося в атмосфере, при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 20°С, то толщина этого слоя составила бы всего 2,5-3 мм. Количество озона в атмосфере определяется балансом реакций его образования и разложения. В среднем в атмосфере Земли ежесекундно обра-зуется и исчезает около 100 т озона. Почему так важно поглощение озоном жест-кого ультрафиолетового излучения (УФ)? Даже при небольшом повышении дозы УФ у человека появляются ожоги на коже. Ученые установили, что увеличение чис-ла случаев заболевания раком кожи, а также болезней глаз, приводящих к слепоте, связано с ростом интенсивности УФ-радиации. Биологическое действие УФ-радиа-ции обусловлено высокой чувствительностью нуклеиновых кислот, которые могут разрушаться, что приводит к гибели клеток или возникновению мутаций. Биоло-гические эффекты, вызывающие изменения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, пока не до конца изучены, однако имеющиеся данные заставляют отно-ситься к проблеме очень серьезно. Резкое усиление научного и общественного интереса к проблеме озонового слоя произошло в начале 70-х годов, когда почти одновременно в научных журналах появились статьи американского ученого Гарольда Джонстона и немецкого - Пауля Крутцена. Тема обеих статей была одинаковой - угроза озоновому слою Земли в результате хозяйственной деятель-ности человека. А уже в 1985 году мир узнал о глобальной экологической проблеме «озоновых дыр». В журнале «Nature» («Природа») появилась статья английского ученого Дж. Фармана, в которой он утверждал, что содержание озона над Антарк-тидой систематически уменьшается. Основанием для такого заключения послужили наблюдения за общим содержанием озона, проведенные на английской антаркти-ческой станции Халли-Бэй. В чем же причина появления «озоновых дыр» над Северным и Южным полюсами? Ответить на этот вопрос не так просто, тем более, что ученые узнали о их существовании совсем недавно. Есть разные варианты объяснений и прогнозов, но большинство ученых сходится в одном: главными виновниками являются хлорфторуглеводороды (фреоны). Источниками веществ - виновников разрушения озонового слоя в первую очередь являются все более развивающиеся гражданская авиация и химические производства. Применение азотных удобрений в сельском хозяйстве, хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов в холодильных установках, для тушения пожаров, в качестве растворителей и в аэрозолях привело к тому, что миллионы тонн хлорфторметанов поступают в нижние слои атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа. Распространяясь вверх, хлорфторметаны под действием УФ-излучения разрушаются, выделяя фтор и хлор, которые активно вступают в процессы разрушения озона. Когда фреон впервые был синтезирован свыше 60 лет назад, химики не могли нарадоваться на свое детище: безвредный, нетоксичный, инертный, дешевый газ. Теперь молекулы этого газа называют «убийцами». По данным американских ученых, фреоны в 20 000 раз превосходят СО2 в создании «парникового» эффекта. Особенно разрушителен для озона хлор: каждый его атом способен уничтожить 100 000 молекул озона! Это при том, что некоторые фреоны-долгожители, попадая в атмосферу, могут существовать в ней 70-100 лет. Способ измерения общего содержания озона (ОСО) был предложен еще в 20-е годы английским ученым Дж. Добсоном, разработавшим и построившим для этой цели специальный прибор - спектрофотометр, получивший потом его имя. Регулярные измерения ОСО спектрофотометром Добсона были начаты в конце 20-х годов в отдельных обсерваториях, но широкое развитие сеть наземных озонометрических станций получила лишь во время Международного геофизи-ческого года в 1957-1958 гг. Исследования ОСО проводятся и в нашей стране, например, в Главной геофизической обсерватории, на ее полевой обсерватории в поселке Воейково под Санкт-Петер­бургом. Наиболее полную картину глобального распределения ОСО дают его измерения со спутников, впервые начатые в 70-е годы прибором ТОМS на американском спутнике «Нимбус-7». Благодаря этому в 80-е годы ученые узнали, как именно распределяется озон над южным полушарием, и прежде всего характер и особенности поведения антарктической «озоновой дыры». Выяснилось, в частности, что сезонное изменение концентрации озона состоит в том, что она максимальна в конце зимы -начале весны, а минимальна осенью. Существуют ли регулярные изменения содержания озона с периодом больше года? Оказывается, существуют. Ученые наблюдают изменение содержания озона с периодом 26 месяцев. Не правда ли, странный период? Его трудно связать с каким-либо природным циклом на Земле или на Солнце. И все же 26-месячная периодичность в земной атмосфере существует. Это явление носит название квазидвухлетних (от лат. quasi - якобы, как будто) колебаний. Более долгопериодные изменения содержания озона, видимо, связаны с солнечной активностью, и в первую очередь с известным 11-летним циклом (часто называемым циклом солнечных пятен). Важной особенностью озона является его способность поглощать жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца в интервале длин волн 200-320 нм. Излучение с длиной волны менее 200 нм хорошо поглощается молекулами кислорода, которых, как мы знаем, в атмосфере много, поэтому такое излучение не доходит даже до нижних слоев стратосферы. Солнечное излучение с длиной волны от 200 до 320 нм, если бы не озон, проникало бы сквозь тропосферу. Начиная примерно с длины волны 320 нм, солнечное излучение уже доходит до поверхности Земли. Область спектра с длиной волны 200-400 нм не зря называется биологически активным, ультрафиолетом (БАУ). Медики установили, что один джоуль БАУ вызовет в человеческом организме более сильные изменения, чем, например, тот же джоуль жесткого излучения (рентгеновского, у-лучей и т. д.). По данным ученых США, в случае истощения озонового слоя человечеству грозит, как минимум, резкий рост заболеваемости раком кожи и глазными болезнями, приводящими к слепоте. Вместо 500 тыс. случаев заболевания раком, которые прогнозируются учеными США в ближайшие 50 лет, им могут заболеть 12 млн. человек. Широкое движение «зеленых» во всем мире, принятие Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) и действия международной организации ВМО (Всемирная метео-рологическая ассоциация) привели к заключению весной 1985 г. Венской конвенции об охране озонового слоя. В конвенции провозглашалась общая цель участвующих в ней 44 стран: сохранение озонового слоя и консультации по предотвращению действий, наносящих ему ущерб. Конкретные мероприятия по защите озонового слоя предусматривались в Протоколе к Конвенции, принятом в сентябре 1987 г. в Монреале (Канада). В июне 1990 г. в Лондоне.на собрании представителей стран, подписавших Монреальский протокол, были приняты поправки, существенно усилившие ограничения на фреоны. В 1992 г. Предста-вители 91 страны собрались в Копенгагене на очередную конференцию по озоно-вому слою с целью ускорить полное прекращение производства фреонов. Были приняты решения уже к 1996 г. полностью прекратить производство наиболее опасных фреонов, а до 2030 г. - всех остальных. Было также выделено 240 млн. долларов для помощи развивающимся странам с тем, чтобы они прекратили производство фреонов до 2010 г. В случае выполнения принятых решений уже с 2000 г. содержание хлора в стратосфере начнет сокращаться, а около 2040 г. две части на миллиард частей воздуха придут к норме.