Разрушение озонового слоя

Озон – трехатомная молекула кислорода, появился в атмосфере около 2-х миллиардов лет назад в результате обратимой фотохимической реакции. За 1сек образуется и разрушается 5-6 тонн озона. В настоящее время в атмосфере находится 3,3 млрд. тонн озона, из этого количества 90% находится на высоте 25-30 км в стратосфере и образует озоновый слой, который поглощает 99% ультрафиолетового излучения солнца с длиной волны 290 нм. Это излучение самое опасное для всего живого, в том числе и для человека, т.к. вызывает злокачественное образование на коже – меланому и другие онкологические заболевания, т.к. происходит ослабление иммунной системы и возникают генетические изменения. Именно на реакцию образования и разрушения озона расходуется часть этой энергии: 3О2=2О3

О2 = О^о + О^о О2 + О^о = О3

В 1979 г. было замечено снижение концентрации озона в стратосфере над Антарктидой. Это явление было названо ОЗОНОВОЙ ДЫРОЙ. Ее площадь более 10 млн. км², что почти равно площади США. Позднее «блуждающие» озоновые дыры стали наблюдаться и в Северном полушарии (над Гренландией, Канадой, Якутией) в зонах стойких антициклонов. Средняя скорость уменьшения количества озона составляет 0,5-0,7% в год.

Уменьшение количества озона на 1% влечет за собой увеличение уровня ультрафиолетового излучения на 1,5%. Причиной разрушения озонового слоя являются ОРВ (озоноразрушающие вещества).

В 1928 был синтезирован дихлордифторметан CF₂Cl₂, а затем и другие ХФУ (хлорфторуглеводороды). Эти вещества широко применялись в качестве хладоагента в холодильных установках, т.к. они обладали свойством отбирать тепло из окружающей среды при расширении. Кроме того, благодаря высокой летучести, их использовали при производстве аэрозольных упаковок и различных пористых полимерных материалов: пенополиуретана, поролона и т.д. В России в конце 80-х годов выпускалось 30000 т хлорфторуглеводородов ежегодно. Однако, когда эти вещества поднимаются в стратосферу, там происходит реакция, приводящая к разрушению озонового слоя. Под действием ультрафиолетового излучения атом хлора отрывается и вступает в реакцию с кислородом:

СF2Cl2 = СF2С1^о + С1^о

2С1^о + О^о = С12О 2С12О =С12 + О2

Образуется нестойкое соединение, которое сразу разрушается на молекулу хлора и молекулу кислорода, но т.к. атом кислорода участвует в этой реакции, то реакция равновесия смещается в сторону разрушения озона.

Скорость разрушения озона в настоящее время превышает скорость его образования. В 1997 г. правительства 56 стран подписали Монреальский протокол, по которому обязались до 1997 г. сократить, а в последующем прекратить выпуск озоноразрушающих веществ. Сейчас выпуск ОРВ в мире прекращен, но в атмосфере столько ОРВ, что они будут разрушать озоновый слой еще 200 лет.

Атмосферные примеси перемещаются в атмосфере благодаря атмосферной циркуляции. При переносе они могут подвер­гаться химическому распаду или трансформации, а также радио­активному распаду и вымываться из атмосферы осадками. Из атмо­сферы они могут осаждаться вследствие захвата поверхностью (сухое поверхно­стное осаждение), гравитационного оседания и вымывания осадками.

Рассеивание отходящих газов в атмосфере обеспечивается их выбросом через высокие трубы и снижением концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы за счет турбулентной диффузии. Турбулентная диффузия — результат движений атмосферных вихрей. Размер этих вихрей меняется от сантиметров до тысяч километров (циклоны, антициклоны). Атмосфер­ная турбулентность практически отсутствует у поверхности, воз­растает с высотой примерно до половины пограничного слоя и потом затухает на верхней его границе до сравнительно малой интенсивности.

Рациональное размещение предприятий основывается на расчётах распространения примесей в атмосфере. Покинув ис­точник, струя примеси движется по ветру и одновременно бла­годаря диффузии расширяется. Состояние атмосферы решающим образом влияет на это движение. Особую роль игра­ют температурные инверсии. Если слой тёплого воздуха располагается над слоем холодного и граница между слоями находится выше источника, то такая приподнятая инверсия запирает при­месь у поверхности земли. При слабом ветре это приводит к скоплению загрязняющих примесей у поверхности вблизи ис­точника — наихудшая ситуация с точки зрения загрязнения воз­духа. Когда источник — труба расположен выше инверсионного слоя, то примесь распространяется вверх. Это одна из главных причин строительства высоких труб.

Рис. 4. Основные типы дымовых струй:

а — при устойчивом состоянии атмо­сферы;

б — приподнятая инверсия прижимает струю к поверхности;

в — при не­устойчивой стратификации атмосферы;

г — низкая инверсия отделяет струю от поверхности.

Если источник приподнят над поверхностью, то примеси требуется некоторое время, чтобы достичь поверхности. Поэто­му максимум приземной концентрации примеси возникает не непосредственно «под трубой», а на некотором расстоянии. При удалении от источника примесь рассеивается как по вертикали, так и в го­ризонтальном направлении, поэтому максимум приземной кон­центрации уменьшается. Это вторая причина строительства вы­соких труб.

Рис. 5. Распределение концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы от организованного высокого источника выброса

Максимальная концентрация примесей в приземном слое прямо про­порциональна производительности источника и обратно пропорцио­нальна квадрату высоты трубы. Повышение температуры и скорости выхода газов из устья трубы приводит к увеличению температурного и инерционного подъема струи, улучшению рассеивания вредных вы­бросов и снижению их концентраций в приземном слое атмосферы. В районе источника выброса образуется несколько характерных зон:

- зона А - зона неорганизованного загрязнения;

- зона Б — переброска факела, включающая зону неорганизованного загряз­нения А;

- зона В — задымление с максимальным содержанием вредных веществ. Зона задымления наиболее опасна и должна исключаться из района жилой застройки;

- зона Г, характеризующаяся постепенным снижением кон­центраций примесей по мере удаления от источника.

На расстояниях от источника, превышающих 50 км, высота источника перестаёт влиять на вертикальное рассеяние приме­си, и кончается область локального переноса. Отсюда начинается региональный перенос примеси, в котором основную роль играют циклоны и антициклоны. Эти вихри создают чрезвычайно сложную картину движения атмосферных масс и, соответствен­но, примесей, так как на вращательное движение внутри вихрей накладывается поступательное движение самих вихрей. Верти­кальное распределение примеси теперь зависит от турбулентно­сти, скорости сухого осаждения и осадков. Поверхностное сухое осаждение выеда­ет примесь вблизи поверхности, и максимум концентрации сме­щается вверх.