Озонова діра - локальне падіння концентрацііозонаозоновом слоеЗемлі. За загальноприйнятою в науковому середовищі теорії, у другій половині XX століття все зростаючий вплив антропогенного чинника у вигляді виділення хлор і бромсодержащіхфреонов призвело до значного стоншення озонового шару, см. Наприклад доповідь Всесвітньої метеорологічної організації: [1]
Ці та інші недавно отримані наукові дані зміцнили висновок попередніх оцінок в тому, що перевага на користь наукових доказів свідчить про те, що спостережувана втрата озону в середніх і високих широтах в основному обумовлена антропогенними хлор і бромсодержащих сполуками
Згідно з іншою гіпотезою, процес утворення «озонових дір» може бути в значній мірі природним і не пов'язаний виключно з шкідливим впливом людської цивілізації.
До зменшення концентрації озону в атмосфері веде сукупність факторів, головними з яких є загибель молекул озону в реакціях з різними речовинами антропогенного і природного походження, відсутність сонячного випромінювання протягом полярної зими, особливо стійкий полярний вихор, який перешкоджає проникненню озону з приполярних широт, і освіту полярних стратосферних хмар (ПСО), поверхня частинок якого каталізують реакції розпаду озону. Ці фактори особливо характерні для Антарктики, в Арктиці полярний вихор набагато слабкіше з причини відсутності континентальної поверхні, температура вище на кілька градусів, ніж в Антарктиці, а ПСО менш поширені, до того ж мають тенденцію до розпаду на початку осені. Будучи хімічно активними, молекули озону можуть реагувати з багатьма неорганічними і органічними сполуками. Основними елементами, що вносять вклад в руйнування молекул озону, являютсяпростие веществаводород, атомикіслородахлораброма), неорганічні (хлороводородмоноксід азоту) іорганіческіе соедіненіяметан, фторхлор- і фторбромфреони, які виділяють атоми хлору іброма). На відміну, наприклад від гідрофторфреонов, які розпадаються до атомовфтора, які, в свою чергу, швидко реагують зводиться утворюючи стабільнийфтороводород. Таким чином, фтор не бере участі в реакціях розпаду озона.Йод також не руйнує стратосфернийозон, так як іодсодержащіе органічні речовини майже повністю витрачаються ще в тропосфері. Основні реакції, що вносять внесок у руйнування озону наведені в статті проозоновий шар.
Ослаблення озонового шару підсилює потік сонячної радіації на землю і викликає у людей зростання числа ракових утворень шкіри. Також від підвищеного рівня випромінювання страждають рослини і тварини.
Відновлення озонового шару
Хоча людством було вжито заходів щодо обмеження викидів хлор і бромсодержащих фреонів шляхом переходу на інші речовини, наприклад фторвмісні фреони [4]. процес відновлення озонового шару займе кілька десятиліть. Перш за все, це обумовлено величезним обсягом вже накопичених в атмосфері фреонів, які мають час життя десятки і навіть сотні років. Тому затягування озонової діри не варто очікувати раніше 2048 року
Хибні уявлення заважають про озонової діри
Існує кілька широко поширених міфів щодо освіти озонових дір. Незважаючи на свою ненауковість, вони часто з'являються в ЗМІ - іноді по необізнаності, іноді підтримувані прихильниками теорій змов. Нижче перераховані деякі з них.
Основними руйнівниками озону є фреони
Це твердження справедливе для середніх і високих широт. В інших хлорний цикл відповідальний тільки за 15-25% втрат озону в стратосфері. При цьому необхідно відзначити, що 80% хлору має антропогенне походження [7] (докладніше про внесок різних циклів см. Ст. Озоновий шар). Тобто втручання людини сильно збільшує внесок хлорного циклу. І при наявної тенденції до збільшення виробництва фреонів до вступу в дію Монреальського протоколу (10% в рік) від 30 до 50% загальних втрат озону в 2050 році обумовлювалося б впливом фреонів. До втручання людини процеси утворення озону і його руйнування перебували в рівновазі. Але фреони, що викидаються при людської діяльності, змістили цю рівновагу в бік зменшення концентрації озону. Що ж стосується полярних озонових дір, то тут ситуація зовсім інша. Механізм руйнування озону в принципі відрізняється від більш високих широт, ключовий стадією є перетворення неактивних форм галогенсодержащих речовин в оксиди, яка протікає на поверхні частинок полярних стратосферних хмар. І в результаті практично весь озон руйнується в реакціях з галогенами, за 40-50% відповідальний хлор і близько 20-40% - бром.
DuPont ініціював заборону старих і перехід на нові типи фреонів бо у них закінчувався термін дії патенту
Фреони дуже важкі, щоб досягати стратосфери
Іноді стверджується, що так як молекули фреонів набагато важче азоту і кисню, то вони не можуть досягти стратосфери в значних кількостях. Однак атмосферні гази перемішуються повністю, а не розшаровуються або упорядковано відповідно до вазі. Оцінки необхідного часу для дифузійного розшарування газів в атмосфері вимагають часів порядку тисяч років. Звичайно в динамічної атмосфері це неможливо. Процеси вертікальногомассопереносаконвекціітурбулентності повністю перемішують атмосферу ніжетурбопаузи набагато швидше. Тому навіть такі важкі гази, какінертниефреони, рівномірно розподіляються в атмосфері, досягаючи в тому числі істратосфери. Експериментальні вимірювання їх концентрацій в атмосфері підтверджують це, див. Наприклад справа графік розподілу фреонаCFC-11 по висоті. Також вимірювання показують, що потрібно близько п'яти років для того щоб гази виділилися на поверхні Землі досягли стратосфери, див. Другий графік праворуч. Якби гази в атмосфері перемішувалися, то такі важкі гази з її складу, какаргонуглекіслий газ, утворювали б на поверхні Землі шар в кілька десятків метрів завтовшки, що зробило б поверхню Землі безлюдній. На щастя, це не так. Ікріптон з атомарної масою 84, і гелій з атомарної масою 4, мають одну і ту ж відносну концентрацію, що біля поверхні, що до 100 км висоти. Звичайно, все вищесказане справедливо тільки для газів, які відносно стабільні, як фреони або інертні гази. Речовини, які вступають в реакції, а також піддаються різним фізичним впливам, скажімо, розчиняються у воді, мають залежність концентрації від висоти.
Основними джерелами галогенів є природні, а не антропогенні
Озонова діра повинна перебувати над джерелами фреонів
Багато хто не розуміє, чому озонова діра утворюється в Антарктиці, коли основні викиди фреонів відбуваються в Північній півкулі. Справа в тому, що фреони добре перемішані втропосферестратосфере. З причини малої реакційної здатності вони практично не витрачаються в нижніх шарах атмосфери і мають термін життя в кілька років або навіть десятиліть. Тому вони легко досягають верхніх шарів атмосфери. Антарктична «озонова діра» існує не постійно. Вона з'являється в кінці зими - початку весни. Причини, по якій озонова діра утворюються в Антарктиці, пов'язані з особливостями місцевого клімату. Низькі температури антарктичної зими призводять до утворення полярного вихору. Повітря всередині цього вихору рухається в основному по замкнутих траєкторіях навколо Південного полюса. В цей час полярна область не освітлюється Сонцем, і там озон не виникає. З приходом літа кількість озону збільшується і знову виходить на колишню норму. Тобто коливання концентрації озону над Антарктикою - сезонні. Однак, якщо простежити усереднену протягом року динаміку зміни концентрації озону і розміру озонової діри протягом останніх десятиліть, то є строго певна тенденція до падіння концентрації озону.
Озон руйнується тільки над Антарктикою
Динаміка зміни озонового шару над Арос, Швейцарія
Це невірно, рівень озону також падає у всій атмосфері. Це показують результати довготривалих вимірювань концентрації озону в різних точках планети. Ви можете подивитися на графік зміни концентрації озону над Арос в Швейцарії справа.