Озоновая тревога
На сегодняшний день считается, что главной причиной возникновения озоновых «дыр» является деятельность человека. Насколько это утверждение соответствует действительности?
Можно, пожалуй, говорить о том, что озона становится год от года все меньше и меньше не только в Южном полушарии, но и на Северном. За последние десять лет, как показывают измерения, содержимое озона уменьшилось на 3-4% в зимние месяцы, и на 1-1,5% в летние. В среднем, значит, 2-3% за десятилетие. За время жизни одного поколения количество озона, таким образом, может уменьшиться на 15-20%, а это уже сулит возможную экологическую катастрофу. Что делать?!
Прежде всего, досконально изучить это явление. Сказать, что во всем виноваты фреоны, увы, не означает, что мы познали механизм глобального явления. Он во многом еще загадочен.
Расчеты показывают: пожирающие озон химические реакции в стратосфере крайне маловероятны. Слишком низки там концентрации реагентов, да и холод создает практически непреодолимые энергетические барьеры.
Американские исследователи дополнили первоначальную гипотезу изящным предположением: реакции в нужном количестве были бы возможны на поверхности ледяных частиц, образующих полярные стратосферные облака. Однако новые расчеты опять-таки выявили неувязку. Для такого процесса в озонном слое потребовалось бы слишком много влаги.
И вот, разгадывая противоречия, наши Российские ученые пришли к выводу, что у фреонов должен быть какой-то тайный союзник. Причем очень энергичный, способный захватывать молекулы, дрейфующие в разреженной стратосфере, соединять их, преодолевая все энергетические барьеры.
На такую роль претендуют клатратные гидраты. Оказывается, что эти соединения газов и воды, существование которых специалисты обнаружили первоначально в недрах планеты, вполне могут периодически возникать и в толще атмосферы, влияя на формирование озонного слоя.
Здесь, наверное, надо сказать несколько слов о том, что представляют собой такие гидраты. Это соединения, внешне похожие на ноздреватый весенний лед. Их кристаллическая решетка, построенная молекулами воды, имеет в сравнении с обычным льдом большие полости. В них и располагаются молекулы газов.
Вообще, гидраты достаточно широко распространены в природе. Они обнаружены не только в земной коре, но и в осадках дна Мирового океана, где достаточно низки температуры и высоки давления. Предполагают также, что именно из гидратов состоят серебристые облака мезосферы, что гидраты есть в ядрах комет. В лабораториях сегодня получены и исследованы гидраты практически всех газов, в том числе и озона. Искусственно созданные гидраты начинают находить техническое применение. Например, гидраты пропана используют для разгона тумана в аэропортах. Пропан реагируется с капельками воды, превращается в гидрат и выпадает на землю в виде своеобразного твердого дождя.
Нечто подобное, возможно, происходит и в интересующей нас части атмосферы — в стратосфере. Холод там до -90 градусов Цельсия, есть перенасыщенный водяной пар с вполне подходящим для образования гидратов парциальным давлением. В таких условиях азот, кислород, другие газовые компоненты могут вполне могут превратиться в аэрозоль, состоящий их частиц твердых соединений — мельчайших кристалликов газовых гидратов.
Чем же опасно такое превращение? Кристаллик гидрата прекрасный концентратор реагентов. Молекулы газа в нем крепко сжаты ледяным каркасом, поэтому создаются условия реакции происходящей как бы при очень высоком давлении, несмотря на разреженную атмосферу вокруг. Один объем содержит до 150 объемов газов-гидратообразователей, поэтому вопрос о слишком большой разреженности в стратосфере как бы отпадает сам собой.
Снимается и энергетический запрет на химические реакции, налагаемый стратосферным холодом. Эксперименты ученых показали, что при появлении кристалликов, то есть при рождении новой фазы, на твердых поверхностях во первых выделяется избыточная теплота кристаллизации, а во-вторых возникает избыточный потенциал величиной до 300 вольт! Термической активации и добавочного потенциала с лихвой хватает, чтобы преодолеть высокие энергетические барьеры реакций с участием озона.
Но гидраты не только помогают непосредственно разрушению озона. Вспомним о твердом дожде из гидрата пропана. Аналогичный дождь образуется и интересующем нас озонном слое. Затем он «проливается» в нижние слои, где гидраты разлагаются, тают с выделением озона. Кстати, это объясняет замеченное в последние годы обогащение озоном приземных слоев воздуха.
Сегодня ученые ведут подготовку к экспериментальной проверке новой гипотезы. Чтобы обнаружить газовые гидраты, они хотят взять пробы воздуха на нужной высоте или использовать специальные спектроскопы. Есть у них наготове рецепты исправления ситуации, если действительно в уничтожении озонного слоя принимают деятельное участие газовые гидраты. Один из обязательных компонентов такого соединения, как вы помните, вода. Значительное ее количество попадает в стратосферу после сгорания топлив высотных самолетов. Придется, возможно, отказаться от таких полетов.
Эффективным может быть и распыление в стратосфере солей многовалентных металлов, например фторидов; они разрушают газовые гидраты, предотвращают их образование. Нет принципиальных трудностей и для создания лазерной системы разрушения гидратов с радиусом действия в сотни километров.
В январе 1989 года вступило в силу международное соглашение, так называемый Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В настоящее время к Монреальскому протоколу присоединилось 191 государство, что отражает охват больший, чем в любом другом глобальном экологическом соглашении. За период действия протокола, совместными усилиями всего мирового сообщества было достигнуто значительное снижение потребления озоноразрушающих веществ: с 1 761 799 тонн в 1989 году до 13 056 тонн в 2006 году (более чем на 99%). По соглашению, все страны-подписанты должны отказаться от производства вредных вещей, которые уничтожают озоновый слой, и должны искать новые варианты. Однако, эти эксперименты ощутимых изменении не принесли. Озонная «дыра» — реальность, и с ней надо считаться.
Можно, пожалуй, говорить о том, что озона становится год от года все меньше и меньше не только в Южном полушарии, но и на Северном. За последние десять лет, как показывают измерения, содержимое озона уменьшилось на 3-4% в зимние месяцы, и на 1-1,5% в летние. В среднем, значит, 2-3% за десятилетие. За время жизни одного поколения количество озона, таким образом, может уменьшиться на 15-20%, а это уже сулит возможную экологическую катастрофу. Что делать?!
Прежде всего, досконально изучить это явление. Сказать, что во всем виноваты фреоны, увы, не означает, что мы познали механизм глобального явления. Он во многом еще загадочен.
Расчеты показывают: пожирающие озон химические реакции в стратосфере крайне маловероятны. Слишком низки там концентрации реагентов, да и холод создает практически непреодолимые энергетические барьеры.
Американские исследователи дополнили первоначальную гипотезу изящным предположением: реакции в нужном количестве были бы возможны на поверхности ледяных частиц, образующих полярные стратосферные облака. Однако новые расчеты опять-таки выявили неувязку. Для такого процесса в озонном слое потребовалось бы слишком много влаги.
И вот, разгадывая противоречия, наши Российские ученые пришли к выводу, что у фреонов должен быть какой-то тайный союзник. Причем очень энергичный, способный захватывать молекулы, дрейфующие в разреженной стратосфере, соединять их, преодолевая все энергетические барьеры.
На такую роль претендуют клатратные гидраты. Оказывается, что эти соединения газов и воды, существование которых специалисты обнаружили первоначально в недрах планеты, вполне могут периодически возникать и в толще атмосферы, влияя на формирование озонного слоя.
Здесь, наверное, надо сказать несколько слов о том, что представляют собой такие гидраты. Это соединения, внешне похожие на ноздреватый весенний лед. Их кристаллическая решетка, построенная молекулами воды, имеет в сравнении с обычным льдом большие полости. В них и располагаются молекулы газов.
Вообще, гидраты достаточно широко распространены в природе. Они обнаружены не только в земной коре, но и в осадках дна Мирового океана, где достаточно низки температуры и высоки давления. Предполагают также, что именно из гидратов состоят серебристые облака мезосферы, что гидраты есть в ядрах комет. В лабораториях сегодня получены и исследованы гидраты практически всех газов, в том числе и озона. Искусственно созданные гидраты начинают находить техническое применение. Например, гидраты пропана используют для разгона тумана в аэропортах. Пропан реагируется с капельками воды, превращается в гидрат и выпадает на землю в виде своеобразного твердого дождя.
Нечто подобное, возможно, происходит и в интересующей нас части атмосферы — в стратосфере. Холод там до -90 градусов Цельсия, есть перенасыщенный водяной пар с вполне подходящим для образования гидратов парциальным давлением. В таких условиях азот, кислород, другие газовые компоненты могут вполне могут превратиться в аэрозоль, состоящий их частиц твердых соединений — мельчайших кристалликов газовых гидратов.
Чем же опасно такое превращение? Кристаллик гидрата прекрасный концентратор реагентов. Молекулы газа в нем крепко сжаты ледяным каркасом, поэтому создаются условия реакции происходящей как бы при очень высоком давлении, несмотря на разреженную атмосферу вокруг. Один объем содержит до 150 объемов газов-гидратообразователей, поэтому вопрос о слишком большой разреженности в стратосфере как бы отпадает сам собой.
Снимается и энергетический запрет на химические реакции, налагаемый стратосферным холодом. Эксперименты ученых показали, что при появлении кристалликов, то есть при рождении новой фазы, на твердых поверхностях во первых выделяется избыточная теплота кристаллизации, а во-вторых возникает избыточный потенциал величиной до 300 вольт! Термической активации и добавочного потенциала с лихвой хватает, чтобы преодолеть высокие энергетические барьеры реакций с участием озона.
Но гидраты не только помогают непосредственно разрушению озона. Вспомним о твердом дожде из гидрата пропана. Аналогичный дождь образуется и интересующем нас озонном слое. Затем он «проливается» в нижние слои, где гидраты разлагаются, тают с выделением озона. Кстати, это объясняет замеченное в последние годы обогащение озоном приземных слоев воздуха.
Сегодня ученые ведут подготовку к экспериментальной проверке новой гипотезы. Чтобы обнаружить газовые гидраты, они хотят взять пробы воздуха на нужной высоте или использовать специальные спектроскопы. Есть у них наготове рецепты исправления ситуации, если действительно в уничтожении озонного слоя принимают деятельное участие газовые гидраты. Один из обязательных компонентов такого соединения, как вы помните, вода. Значительное ее количество попадает в стратосферу после сгорания топлив высотных самолетов. Придется, возможно, отказаться от таких полетов.
Эффективным может быть и распыление в стратосфере солей многовалентных металлов, например фторидов; они разрушают газовые гидраты, предотвращают их образование. Нет принципиальных трудностей и для создания лазерной системы разрушения гидратов с радиусом действия в сотни километров.
В январе 1989 года вступило в силу международное соглашение, так называемый Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В настоящее время к Монреальскому протоколу присоединилось 191 государство, что отражает охват больший, чем в любом другом глобальном экологическом соглашении. За период действия протокола, совместными усилиями всего мирового сообщества было достигнуто значительное снижение потребления озоноразрушающих веществ: с 1 761 799 тонн в 1989 году до 13 056 тонн в 2006 году (более чем на 99%). По соглашению, все страны-подписанты должны отказаться от производства вредных вещей, которые уничтожают озоновый слой, и должны искать новые варианты. Однако, эти эксперименты ощутимых изменении не принесли. Озонная «дыра» — реальность, и с ней надо считаться.
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ 
198