Загрязнение окружающей среды. 25

1. ВСТУПЛЕНИЕ      

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор  как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство  человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. 
Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них - газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже 11/5 его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо- и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере.

2. ХИМИЧЕСКОЕ  ЗАГРЯЗНЕИЕ АТМОСФЕРЫ

2.1. Основные  загрязняющие вещества

_ 3а) Оксид углерода . 0. Получается при неполном сгорании  углеродистых веществ. В воздух  он попадает в результате сжигания  твердых отходов, с выхлопными  газами и выбросами промышленных  предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т. 0Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта. 
_ 3б) Сернистый ангидрид. . 0Выделяется в процессе сгорания серусодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 процентов от общемирового выброса. 
_ 3в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу 1десятки миллионов тонн серного ангидрида. 
_ 3г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе в другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида. 
_ 3д) Окислы азота. .Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество окислов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год. 
_ 3е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами. 
_ 3ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 11 т. 0передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. 0сернистого газа и 14,5 кг. 0пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода.

2.2. Аэрозольное загрязнение  атмосферы

Аэрозоли - это твердые  или жидкие частицы, находящиеся  во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в  ряде случаев особенно опасны для  организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС  ВЫБРОС ПЫЛИ,МЛН.Т./ГОД 
 
11. Сжигание каменного угля 93,60 
12. Выплавка чугуна 20,21 
13. Выплавка меди (без очистки) 6,23 
14. Выплавка цинка 0,18 
15. Выплавка олова (без очистки) 0,004 
16. Выплавка свинца 0,13 
17. Производство цемента 53,37

Основными источниками  искусственных аэрозольных загрязнений  воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва ( 1250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 12 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 1150 т. 0пыли. Производство цемента и 
других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью.

2.3. Фотохимический  туман (смог)

 
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь  газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

2.4 Проблема контролирования выброса в атмосферу загрязняющих веществ промышленными предприятиями (ПДК)

 
Приоритет в области разработки предельно допустимых концентраций в воздухе принадлежит СССР. ПДК - такие концентрации, которые на человека и его потомство прямого  или косвенного воздействия, не ухудшают их работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей. Обобщение всей информации по ПДК , получаемой всеми ведомствами, осуществляется в ГГО - Главной Геофизической Обсерватории . Чтобы по результатам наблюдений определить значения воздуха, измеренные значения концентраций сравнивают с максимальной разовой предельно допустимой концентрацией и определяют число случаев, когда были превышены ПДК , а также во сколько раз наибольшее значение было выше ПДК . Среднее значение концентрации за месяц или за год сравнивается с ПДК длительного действия - среднеустойчивой ПДК. Состояние загрязнение воздуха несколькими веществами, наблюдаемые в атмосфере города, оценивается с помощью комплексного показателя - индекса загрязнения атмосферы (ИЗА). Для этого нормированные на соответствующее значения ПДК и средние концентрации различных веществ с помощью несложных расчетов приводят к величине концентраций сернистого ангидрида, а затем суммируют. Максимальные разовые концентрации основных загрязняющих веществ были наибольшими в Норильске (окислы азота и серы), Фрунзе (пыль), Омске (угарный газ). Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами находится в прямой зависимости от промышленного развития города. Наибольшие максимальные концентрации характерны для городов с численностью населения 1 более 500 тыс. жителей. 0Загрязнение воздуха специфическими веществами зависит от вида промышленности, развитой в городе. Если в крупном городе размещены предприятия нескольких отраслей промышленности, то создается очень высокий уровень загрязнения воздуха, однако проблема снижения выбросов многих специфических веществ до сих пор остается нерешенной.

3.1 Автотранспорт

Основной вклад в  загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине (в США на их долю приходится около 75 %), затем самолеты (примерно 5 % ), автомобили с дизельными двигателями (около 4 %), тракторы и другие сельскохозяйственные машины (около 4 % ), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2 %). К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники (общее число таких веществ превышает 40), относятся оксид углерода (в США его доля в общей массе составляет около 70 %), углеводороды (примерно 19 % ) и оксиды азота (около 9 % ). Оксид углерода (CO) и оксиды азота (N0x) поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды (HnСm ) поступают как вместе с выхлопными газами (что составляет примерно 60 % от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20 %), топливного бака (около 10 %) и карбюратора (примерно 10 %); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90 %) и из картера (10 %).

3.2 Самолеты

 
Хотя суммарный выброс загрязняющих веществ двигателями самолетов  сравнительно невелик (для города, страны), в районе аэропорта эти выбросы вносят определяющий вклад в загрязнение среды. К тому же турбореактивные двигатели (так же как дизельные) при посадке и взлете выбрасывают хорошо заметный на глаз шлейф дыма. Значительное количество примесей в аэропорту выбрасывают и наземные передвижные средства, подъезжающие и отъезжающие автомобили.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ

По данным Всемирной  Организации Здравоохранения вода содержит 13 тысяч потенциально токсичных  элементов, 80% заболеваний передаётся водой. От них на планете ежегодно умирают 25 млн. человек.

Основные источники загрязнения  водных ресурсов принесла цивилизация. Поверхностные воды России в наибольшей степени загрязнены нефтепродуктами, фенолами, легко окисляемыми органическими веществами, соединениями металлов, аммонийным и нитритным азотом, а также специфическими загрязняющими веществами, к которым относятся лигнин, ксантогенаты, формальдегид и другие, приносимые в водоемы сточными водами предприятий сельского и коммунального хозяйства.

В зависимости от размеров, примеси  в воде можно разделить на три  вида:

Первая группа – это полностью растворимые вещества, которые находятся в воде в виде отдельных молекул или ионов, чьи размеры меньше размера атома. По внешнему виду эту воду обычно нельзя отличить от чистой, лишённой примесей. Присутствие таких веществ можно установить только с помощью химического анализа. В растворенном виде в воде присутствуют многие газы, соли натрия, калия, кальция, железа, марганца и т.д. С производственными выбросами в воду попадают соли тяжелых металлов (свинца, ртути, хрома и др.) и различные органические вещества. Талые и дождевые воды приносят с полей различные гербициды, пестициды, остатки минеральных удобрений. Удалить эти вещества при существующей схеме очистки на водопроводных станциях не удаётся.

Вторая группа – это примеси, образующие с водой так называемые коллоидные системы. Частички этих примесей состоят из конгломератов молекул. Например, мыло в воде дает частицу, состоящую примерно из 50 молекул. Эти конгломераты настолько малы, что их можно увидеть только под электронным микроскопом. В таком состоянии в воде могут находиться вещества органического или минерального происхождения, а также вирусы.

Третья группа примесей образует с водой взвеси. Это частички песка, глины, продукты жизнедеятельности живых организмов, бактерии. При отстаивании они оседают на дно сосуда. Примеси второй и третьей группы в основном удается удалить при очистке воды на водопроводных станциях.

А вот что касается тяжёлых металлов, химических соединений, фенолов, нефтепродуктов, кишечных и других распространенных загрязнений, то здесь очистительные системы чрезвычайно слабы. Уже несколько десятилетий в результате промышленных и коммунальных сбросов нельзя пить воду из Средней и Нижней Волги. Во многих районах Подмосковного угольного бассейна все воды загрязнены до такой степени, что питьевую воду в большинство населённых пунктов возят далеко со стороны.

В среднем по стране удельный вес  загрязнённых вод в общем объёме сброшенных сточных вод составляет 80 и более процентов. В большинстве промышленно развитых районов страны сброс сточных вод составил более 100 куб.м. на душу населения. В Иркутской области и Краснодарском крае он превышал 500 куб.м. на человека. В основных промышленных центрах – Москве, Нижегородской области и т.п. – этот показатель превысил 200, в Санкт-Петербурге – 300 куб. м. на человека.

Даже не будучи знакомым с этими  и другими статистическими данными, каждый из нас может воочию увидеть  качество воды из–под крана. Для этого достаточно налить воды в белоснежную ванну и увидеть, как слегка изменился её цвет – в большой массе вода приобретает слегка желтоватый оттенок.

Как влияет загрязнение  питьевой воды на здоровье

Эксперты Всемирной организации  здравоохранения установили, что очень многих болезней и смертей можно было бы избежать благодаря единственному недорогому средству – обеспечению населения чистой питьевой водой.

Какую же питьевую воду можно назвать  биологически (физиологически) полноценной? Очевидно, что, с одной стороны, концентрация химических компонентов такой воды не должна превышать предельно-допустимых норм. С другой стороны, для ряда химических соединений есть и нижний порог безопасности. Постоянное употребление воды с дефицитом кальция, магния, углекислоты, йода, фтора также неблагоприятно влияет на организм и влечёт развитие различных болезней. Например, дефицит фтора ведёт к развитию кариеса, а недостаток йода способствует возникновению заболеваний щитовидной железы.

За последние несколько десятилетий проблема загрязнения водных источников (озер, рек, грунтовых вод) стала очень острой. Загрязнение воды ядохимикатами с трудом выявляется из-за низкой концентрации. Вредные вещества способны накапливаться в организме, вызывая самые разные заболевания вплоть до рака. К ядохимикатам, в первую очередь, относятся тяжелые металлы – свинец, олово, мышьяк, кадмий, ртуть, хром, медь, цинк. Ионы металлов растворяются в воде и, таким образом, попадают в организм и действуют на ферменты, подавляя их активность, вызывая тяжелые неврологические последствия. Умеренная отсталость развивается под влиянием отравления свинцом, а психические аномалии и врожденные уродства возникают при ртутных отравлениях.

Тяжёлые металлы опасны тем, что способны к биоаккумуляции. Поступая вместе с пищей и жидкостями, металлы удерживаются и накапливаются  в теле, как в фильтре. Организм не может освободиться от тяжёлых  металлов, так как они прочно связываются  с белками. Биоаккумуляция усугубляется в пищевой цепи, и организмы, находящиеся на вершине пищевой пирамиды, имеют самые высокие дозы ядохимикатов. Эта доза может стать в сто тысяч раз выше, чем во внешней среде. Такое накопление вещества при прохождении через пищевую цепь называют биоконцентрированием. Эти процессы трудно заметить на ранних стадиях до достижения опасного уровня. При достижении опасного уровня практически невозможно исправить ситуацию.

Одними из важнейших  загрязнителей среды являются соединения азота, поступающие в воздух, воду, почву. Медико–экологическую проблему составляют нитраты, нитриты, которые способствуют развитию многочисленных заболеваний.

Ситуацию осложняют  синергические эффекты. Ядохимикаты  редко встречаются отдельно друг от друга, а два или более ядов вместе дают эффект во много раз превосходящий сумму действий каждого из них. Сочетаясь вместе, яды, поступая в организм человека, ослабляют иммунную систему, и человек становится более подверженным воздействию инфекций и паразитов.

Способы очистки питьевой воды

Самый распространённый способ дезинфекции воды – кипячение. Как показывают данные последних  исследований, этот старинный метод, действительно, убивает бактерии, но одновременно при кипячении увеличивается  концентрация нитратов, соли, тяжёлых металлов. Кроме того, некоторые неорганические загрязнения, содержащиеся в водопроводной воде, при кипячении не разлагаются.

Важно и то, что при  кипячении в осадок выпадают кальций, натрий, магний, фтор и другие необходимые  организму биогенные химические элементы, которые содержатся в воде в растворённом виде. Таким образом, вода становится мёртвой, отчасти бесполезной для организма, который лишается жизненно необходимых химических элементов. Особенно опасно это для детей – ведь от этого зависит их рост, правильное развитие, костеобразование. Болезни костеобразования, кариес, остеохондроз, болезни пищеварения, крови, смещение кислотно–щелочного баланса, зоб и т.д. – всех этих проблем можно было бы избежать употреблением «правильной», живой воды.

Ещё один распространённый способ дезинфекции, который подразумевает использование хлора, также не лишён подводных камней. Как доказано современной наукой, хлор является опасным для здоровья человека, он образует в воде так называемые хлорорганические соединения, которые являются канцерогенами.

Использование домашних фильтров – один из надёжных способов очистки воды, но и в этом случае не мешает осторожность. Если фильтр низкого  качества, то, проходя через него, вода может вместе с загрязнениями  оставить в очистителе и полезные компоненты, а затем «попытается» снова забрать их из вашего организма.

ПАРНИКОВЫЙ  ЭФФЕКТ

Еще в 1827 году французский  физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет  функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. И он был прав. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водяные испарения и углекислый газ. Они пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней практически замерла.

Исходя из того, что  «естественный» парниковый эффект –  это устоявшийся, сбалансированный процесс, вполне логично предположить, что увеличение концентрации «парниковых» газов в атмосфере должно привести к усилению парникового эффекта, который в свою очередь приведет к глобальному потеплению климата. Количество СО₂ в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из–за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемого топлива (уголь и нефть). Кроме того, как результат человеческой деятельности в атмосферу попадают и другие парниковые газы, например метан, закись азота и целый ряд хлоросодержащих веществ. Несмотря на то, что они производятся в меньших объемах, некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

Сегодня уже мало кто  из ученых, занимающихся этой проблемой, оспаривает тот факт, что деятельность человека приводит к повышению концентрации парниковых газов в атмофере. По мнению Межправительственной комиссии по изменению климата, «увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли... Любое изменение в способности Земли отражать и поглощать тепло, в том числе вызванное увеличением содержания в атмосфере тепличных газов и аэрозолей, приведет к изменению температуры атмосферы и мировых океанов и нарушит устойчивые типы циркуляции и погоды».

Тем не менее, ведутся  ожесточенные споры вокруг того, какое  конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. Дело в том, что даже когда изменение климата действительно происходит, в этом трудно быть стопроцентно уверенным. Мировые средние температуры могут сильно колебаться в пределах нескольких лет и десятилетий – причем по естественным причинам. Проблема в том, что считать средней температурой, и на основании каких критериев судить, действительно ли она изменилась в ту или другую сторону.

В конце восьмидесятых – начале девяностых годов несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения в том, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 – 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласия в том, что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний.

Неопределенность в  вопросе глобального потепления порождает скепсис по поводу грозящей опасности. Проблема заключается в  том, что когда гипотеза об антропогенных  факторах глобального потепления подтвердится, уже поздно будет что–либо предпринимать.

 
Возможные последствия глобального  потепления климата

По мнению многих ученых, если сохранится тенденция глобального  потепления, это приведет к изменению  погоды и увеличению количества осадков, что, в свою очередь, приведет к подъему уровня мирового океана. Ученые уже отметили изменения в картине выпадения осадков. Они подсчитали, что в США и бывшем СССР последние 30–40 лет выпадает осадков на 10 процентов больше, чем в прошлом. В то же время, количество осадков над экватором сократилась на те же десять процентов. Дальнейшее изменение в системе выпадения осадков окажет огромное воздействие на сельское хозяйство, смещая зоны возделывания культур в северные районы Северной Америки и Евразии. Наиболее благоприятные условия для выращивания культур сложатся в сельскохозяйственных регионах России и обильные осадки будут выпадать в Северной Африке, где засуха продолжается с 1970–го года. Кроме того, повышение температуры увеличит испарение влаги с поверхности океана. Это приведет к увеличению выпадения осадков на 11 процентов.

Последствия потепления климата будут ощущаться на Северном и Южном полюсах, где увеличившаяся  температура приведет к подтаиванию  ледников. По расчетам ученых увеличение температуры на 10 градусов по Цельсию, вызовет повышение уровня мирового океана на 5–6 метров, что приведет к затоплению многих прибрежных территорий во всем мире.

ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ

В начале 80-х годов  английские и японские ученые выяснили, что с конца 70-х годов над Антарктикой непрерывно истощается озоносфера - слой атмосферного озона. Наземные и спутниковые измерения обнаружили своего рода озоновую "дыру", в которой озона в столбе воздуха было на 30-50% меньше нормы. Эта "дыра" в Антарктике наблюдается весной (сентябрь-ноябрь), в другие сезоны содержание озона ближе к норме. Заметнее всего это уменьшение на высотах 15-25 км, в слое с максимальным содержанием озона. Позднее выяснилось, что озона в атмосфере становится все меньше и меньше также в средних и высоких широтах Северного полушария зимой - весной (январь - март), особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Восточной Сибирью и Японией.

Детальные измерения  показали, что при общем истощении  озоносферы содержание озона возрастало, в частности, над Лабрадором (северо-восток Канады) в январе. Временами (например, в 1988 г.) оно увеличивалось и над Антарктикой. Однако в целом содержание озона в атмосфере за последние два десятилетия значительно уменьшилось.

Жизнь на Земле немыслима  без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям - вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой "дыры" над Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.

Озон образуется в  верхней стратосфере (40-50 км) при  фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10-25 км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический состав атмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов переноса.

Разрушается же он, взаимодействуя с выбрасываемыми в атмосферу  веществами, содержащими хлор (фреонами и галонами), которые используют в различных отраслях промышленности. Многочисленные измерения и расчеты  свидетельствуют о том, что эти реакции протекают, в основном, на поверхности полярных стратосферных облаков, которые образуются здесь при очень низких (менее -80°С) температурах. После окончания полярной ночи, в сентябре, с восходом солнца образуются атомы хлора, разрушающие молекулы озона. Наблюдения показали, что подобный химический механизм действует и в Арктике (в январе - марте). Температура нижней стратосферы в Арктике выше, чем в

Антарктике, поэтому полярные стратосферные облака здесь образуются реже, так что озоновая "дыра" регистрируется главным образом над Антарктикой. Ключевой элемент этого механизма разрушения озона - именно полярные стратосферные облака, образующиеся только при очень низких температурах. Такие температуры над Антарктикой обусловлены сильными западными ветрами, которые формируют своеобразный полярный "барьер" (его называют также полярным вихрем), препятствуя межширотному обмену теплом и озоном.

При любом обсуждении проблемы озоновой "дыры" возникают  следующие вопросы:

• почему она проявилась только в конце 80-х годов;
• существуют ли долговременные процессы в стратосфере, способствующие образованию температурного "барьера", и как они связаны с наблюдаемыми аномалиями?

Ответы на них надо искать в системе "океан - атмосфера". Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой "дыры" в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.

Сопоставив изменения  волновой активности стратосферы и  содержания озона в 1979-1992 гг., специалисты  заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона  в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой "дыры".

Чем же вызваны столь  серьезные изменения? Видимо, это  результат сразу нескольких крупномасштабных процессов в Мировом океане: "капризов" Эль-Ниньо в Тихом океане (теплое сезонное поверхностное течение у берегов Эквадора и Перу, параметры которого меняются год от года), аномалий температур значительных участков поверхности в Атлантическом и Индийском океанах. Из общих физических соображений ясно, что как ежегодные, так и более длительные изменения в стратосфере связаны прежде всего с аномалиями температуры океанов. Современные математические методы позволяют выявить наиболее характерные черты этих связей и проследить их эволюцию. Результаты соответствующих расчетов свидетельствуют о том, что изменения концентрации озона в атмосфере, циркуляции в стратосфере, температуры поверхности Атлантического океана хорошо согласуются между собой. Так что, в частности, изменения концентрации озона в атмосфере Северного полушария в зимнее время могут быть результатом температурных аномалий в Атлантике.

Подобный подход позволяет  не только установить подлинные причины  наблюдаемых изменений в озоносфере, но и оценить влияние на нее антропогенных факторов, о котором столько говорилось в последние годы. Это влияние оказывается наибольшим над Западной Европой (более 70%), восточным побережьем США (60-70%), Московским регионом и Токио (60%). Снижение же содержания озона над средними широтами Тихого океана и северной Европой вызвано, главным образом, естественными долговременными процессами. Естественные причины привели и к росту концентрации озона над Лабрадором - антропогенные факторы могут способствовать лишь его разрушению.