Озоновая дыра затягивается? Что на самом деле происходит с защитным слоем планеты

В 1980-х годах учёные выяснили, что озоновый слой Земли истончается с катастрофической скоростью. Тогда исследователям удалось привлечь внимание к этой проблеме и правительства большинства стран приняли меры, которые позволили предотвратить катастрофу. Но удалось ли избежать её окончательно, что будет, если озоновый слой исчезнет, как он формируется и почему истончается? Рассказываем, что происходит с главной защитой планеты.

Что такое озоновый слой и зачем он нужен

Озоновый слой, который ещё называют «озоновым щитом», — это область в стратосфере Земли с высокой концентрацией молекул озона (O₃). Он находится на высоте примерно от 15 до 30 километров над поверхностью планеты.

Главная функция этого слоя — защита поверхности Земли от ультрафиолетового излучения Солнца. Озон поглощает большую часть лучей этого спектра, защищая тем самым всё живое на планете.

УФ-излучение делится на три типа:

УФ-C. Самый опасный и энергетически мощный тип излучения. К счастью, озон и кислород в атмосфере полностью его блокируют.
УФ-B. Именно этот тип излучения вызывает солнечные ожоги. Озоновый слой отфильтровывает его большую часть, но не всё. Даже небольшое истощение озонового слоя приводит к увеличению УФ-B на поверхности, что грозит ростом числа случаев рака кожи, генетическими повреждениями, подавлением иммунитета у людей и животных, а также снижением урожайности.
УФ-A. Озоновый слой почти не задерживает этот тип излучения. Считается, что УФ-А способствует долгосрочному повреждению кожи и её преждевременному старению.

Озон в стратосфере жизненно важен, однако у поверхности Земли он превращается во вредный загрязнитель, который может повреждать лёгкие человека и вредить растительности.

Что будет, если озоновый слой исчезнет

Если озоновый слой полностью исчезнет, ультрафиолетовое излучение УФ-B и УФ-C начнёт доходить до поверхности Земли. Это приведёт к массовому росту случаев рака кожи и катаракты у людей, а также к ослаблению иммунной системы, что повысит восприимчивость к инфекциям.

Растения и фитопланктон, составляющие основу большинства экосистем и пищевых цепочек, также к нему восприимчивы: снизится фотосинтез, уменьшится продуктивность сельскохозяйственных культур и морских экосистем, что спровоцирует продовольственный кризис и нарушение баланса экосистем.

Изображение антарктической озоновой дыры, сентябрь-2000

Кроме прямого биологического ущерба исчезновение озонового слоя изменит химический состав атмосферы и повлияет на климат. Мощное УФ-излучение способно разрушать важные атмосферные газы, что усилит парниковый эффект и приведёт к ускорению глобального потепления. Нарушатся процессы круговорота воды: возможны более частые и интенсивные засухи и одновременно экстремальные ливни. В итоге отсутствие озонового экрана сделает многие регионы Земли непригодными для жизни, вызвав массовую миграцию людей и социально-экономические кризисы.

Дыра в небе

Главными виновниками разрушения озонового слоя стали так называемые озоноразрушающие вещества (ОРВ). В первую очередь это хлорфторуглероды (ХФУ), или фреоны. Начиная с 1930-х годов их массово использовали в холодильниках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках и растворителях благодаря их стабильности и нетоксичности.

Именно эта стабильность и стала проблемой. Фреоны не разрушаются в нижних слоях атмосферы и со временем достигают стратосферы, где могут оставаться около ста лет.

В стратосфере интенсивный ультрафиолет разрушает молекулы ХФУ, высвобождая из них атомы хлора.
Эти атомы хлора действуют как катализаторы. Один атом хлора (Cl) вступает в реакцию с молекулой озона (O₃), отрывая у неё один атом кислорода. В результате образуются молекула обычного кислорода (O₂) и монооксид хлора (ClO).
Затем монооксид хлора реагирует с одним атомом кислорода — получается ещё одна молекула кислорода, а атом хлора высвобождается и вступает в реакцию со следующей молекулой озона.

Схема химических реакций галогенов в атмосфере

Этот цикл повторяется многократно. Всего один атом хлора способен разрушить около 100 тысяч молекул озона, прежде чем будет окончательно выведен из стратосферы. Именно этот «химический рычаг», помноженный на долговечность фреонов, и привёл к глобальному истощению озонового слоя. Впервые озоновую дыру заметили британские исследователи в 1985 году — тогда они обнаружили в воздухе над Антарктидой значительное и стабильное снижение уровня озона. Эти изменения проявлялись с конца 1970-х и усиливались с каждым годом.

Почему дыра появилась именно над Антарктидой

Истощение озона над Антарктидой — результат сочетания химии и уникальных погодных условий.

Полярный вихрь. Зимой вокруг Южного полюса образуется мощный стратосферный ветер, который изолирует холодный воздух, не давая ему смешиваться с более тёплым воздухом из средних широт.
Полярные стратосферные облака (ПСО). Из-за отсутствия солнца воздух внутри вихря остывает до экстремальных температур (ниже –78°C), что приводит к образованию ледяных облаков.
Химические реакции. Поверхность кристаллов льда в этих облаках служит идеальной площадкой для химических реакций, которые превращают неактивные соединения хлора в его крайне реактивные формы.

Когда весной над Антарктидой снова появляется солнце, его свет запускает массовое и стремительное разрушение озона, что и привело к образованию озоновой дыры.

Монреальский протокол

Хотя учёные высказывали опасения по поводу влияния ХФУ на озон ещё с 1970-х годов, настоящая тревога прозвучала в 1985 году после открытия озоновой дыры. Научные доказательства были настолько убедительными, что мир отреагировал с беспрецедентной скоростью. Всего через два года, в 1987 году, был подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, — международное соглашение, обязывающее страны поэтапно прекратить производство и потребление ОРВ.

Источники хлора в стратосфере

Результат превзошёл все ожидания. Монреальский протокол стал первым договором в истории ООН, который ратифицировали все 197 стран — членов организации. Производство фреонов было практически свёрнуто по всему миру, их заменили на более безопасные для озона соединения. Глобальное потребление озоноразрушающих веществ сократилось примерно на 98%.

Озоновый слой сегодня

Хорошие новости: благодаря глобальным усилиям озоновый слой медленно, но восстанавливается. Это подтверждают спутниковые данные и научные исследования. Учёные смогли доказать, что улучшение напрямую связано именно с сокращением выбросов ОРВ, а не с естественными колебаниями климата.

Согласно прогнозам, полное восстановление озонового слоя до уровня 1980 года ожидается в ближайшие десятилетия:

В средних широтах — примерно к 2040 году.
Над Арктикой — к 2045 году.
Антарктическая озоновая дыра полностью затянется примерно к 2066 году.

Почему так медленно

Восстановление — это долгий процесс, в первую очередь из-за длительного срока жизни фреонов, которые уже были выброшены в атмосферу. Некоторые из этих веществ могут циркулировать в стратосфере более 50 лет, продолжая разрушать озон. Поэтому эффект от своевременных мер по отказу от фреонов по-настоящему проявляется лишь спустя десятилетия.

Новые угрозы

Несмотря на общий успех, появились новые угрозы со стороны веществ, которые не регулируются Монреальским протоколом:

Очень короткоживущие вещества. Особую озабоченность вызывает дихлорметан (ДХМ) — вещество, которое используется в средствах для снятия краски, а по иронии судьбы — и при производстве некоторых «озонобезопасных» альтернатив фреонам. Его концентрация в атмосфере с 2004 года выросла более чем вдвое. Раньше считалось, что из-за короткого срока жизни ДХМ не опасен, но теперь известно, что мощные восходящие потоки воздуха, например во время азиатского муссона, могут доставить его в стратосферу всего за десять дней. По оценкам, если выбросы ДХМ продолжат расти, это может задержать восстановление озоновой дыры на 30 лет.
Связь с изменением климата. Многие ОРВ также являются мощными парниковыми газами. Их поэтапный вывод из употребления принёс пользу и в борьбе с глобальным потеплением. Однако альтернативы, пришедшие им на смену, — гидрофторуглероды (ГФУ) — хоть и безопасны для озона, оказались сильными парниковыми газами. Чтобы решить эту проблему, в 2016 году была принята Кигалийская поправка к Монреальскому протоколу, направленная на сокращение использования ГФУ.

В итоге

Открытие озоновой дыры и подписание Монреальского протокола доказывают, что человечество способно решать глобальные экологические проблемы, если действия основаны на надёжных научных данных и общей политической воле. Катастрофическое разрушение защитного щита Земли было остановлено, и теперь он медленно, но верно восстанавливается.

Тем не менее работа ещё не закончена. Старые запасы ОРВ в оборудовании, нелегальная торговля и новые озоноразрушающие вещества требуют постоянного научного контроля и адаптации политики.

Научпоп