Естественное происхождение так называемых озоновых «дыр»
Хотелось бы отметить близкую по ситуации к парниковому эффекту проблему происхождения озоновых «дыр» в полярных и умеренных широтах. Известно, что в стратосфере под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца кислород частично преобразуется в трёхатомный газ — озон, задерживающий и поглощающий жёсткое солнечное излучение. Поэтому возникающий в стратосфере озоновый слой фактически является защитным щитом от губительного для всего живого солнечного ультрафиолета. Разрушение этого слоя, естественно, представляет собой большую опасность для жизни на Земле. Отсюда понятно большое внимание, уделяемое учёными изучению озонового слоя Земли и проблеме озоновых «дыр» в стратосфере.
Под озоновыми «дырами» обычно понимаются участки стратосферы в полярных и умеренных широтах с пониженной приблизительно на 20-30%, концентрацией озона. Обычно они возникают в зимне-весенние периоды над местами стояния устойчивых антициклонов, например в Антарктиде или над Якутией. Связано это с тем, что зимой резко уменьшается солнечная инсоляция, а в полярных широтах она и вовсе пропадает, а над антициклоническими областями происходит подъем воздушных масс и их перетекание в стратосферу, в результате озоновый слой над ними как бы развеивается. Летом, как правило, озоновые «дыры» резко сокращаются по площади или пропадают полностью.
Паника с озоновыми «дырами» возникла только после того, как в конце 50-х годов научились и стали количественно измерять содержание озона в атмосфере, а до того жили спокойно и ни о чем не беспокоились. Впервые озоновую «дыру» обнаружили в Антарктиде, как раз в то время, когда там проводили исследования и авторы данной книги. Вскоре вокруг проблемы «дыр» появилось масса предположений об антропогенном влиянии на их появление. Так, наиболее модным стало обвинять в этом промышленность, выпускающую бытовые аэрозольные баллончики, и холодильную промышленность, использующие легкосжижаемый газ фреон. При этом, правда, оставалось непонятным, почему наиболее глубокие и обширные озоновые «дыры» наблюдаются в Антарктиде, т.е. в Южном полушарии, тогда как максимум антропогенных выбросов фреонов происходит в Северном полушарии. Непонятно также, чем хуже промышленные фреоны, когда в несоизмеримо больших количествах аналогичные, но природные фреоны поступают в атмосферу при вулканических извержениях.
Однако главными «разрушителями» озонового слоя являются не фреоны, а метан и водород. Вопреки существующим взглядам об основной роли техногенных фреонов в разрушающем действии озона земной атмосферы, их влияние и в энергетическом и в количественном отношениях совершенно ничтожно по сравнению с ролью природных эманаций метана, водорода и природных фреонов вулканического происхождения. Так, только по реакциям типа (40) и (41) при гидратации пород океанической коры сейчас освобождается, по нашим оценкам (Сорохтин и др., 2001), около 10 млн т/год и CH4 и H2, тогда как техногенный выброс фреонов не превышает 100 тыс. т/год. По некоторым оценкам, выделение из океанов CH4 достигает даже 16 млн т/год. К этому следовало бы добавить многие миллионы тонн метана и водорода, поступающих из почв тектонически активных регионов (Войтов, 2000) и тропических лесов, а также «болотного» газа (метана), выделяемого болотами северных регионов Канады и Евразии. Всего же масса ежегодно поступающих в атмосферу природных газов достигает многих десятков миллионов тонн. Соединения этих газов с озоном протекают по многоступенчатым реакциям, конечные формы которых можно записать в виде
При этом по реакции (57) на каждый грамм метана выделяется 20,5 ккал тепла, а по реакции (58) — 46,2 ккал на 1 г водорода. При взаимодействии фреонов с озоном выделяется заметно меньше тепла.
Таким образом, природных метана и водорода, не считая вулканогенных фреонов, в атмосферу поступает почти на три порядка больше, чем техногенных выбросов фреонов, и к тому же их тепловой эффект значительно выше, чем у фреонов. Отсюда можно заключить, что роль антропогенного воздействия на озоновый слой в стратосфере Земли, в котором и возникают озоновые «дыры », пренебрежимо мала — приблизительно на три порядка ниже влияния природных факторов. Поэтому все колебания концентрации озона в земной атмосфере носят исключительно природный характер и никак не связаны с деятельностью человека. Как показал А. П. Капица (1996), концентрация озона в стратосфере меняется с сезонной периодичностью и ничего страшного в этом нет. Более того, в процессе исследований выяснилось, что на экваторе и в тропических широтах концентрация озона оказалась более низкой, чем в наиболее глубоких озоновых «дырах» в приполярных областях. И никакой опасности для жизни на этих широтах не происходит. Отсюда видно, что нет проблемы озоновых «дыр», на борьбу с которыми, однако, тратятся колоссальные средства.
Так, по некоторым оценкам (Карнаухов, Карнаухов, 1999), только на выполнение обязательств по Монреальскому протоколу к Венской конвенции 1985 г. о сохранении озонового слоя Россия должна тратить около 5 млрд долларов в год, а разовый убыток от уничтожения и замены оборудования, использующего фреоны, составляет около 10-15 млрд долларов! Этим деньгам можно найти и лучшее применение.
Под озоновыми «дырами» обычно понимаются участки стратосферы в полярных и умеренных широтах с пониженной приблизительно на 20-30%, концентрацией озона. Обычно они возникают в зимне-весенние периоды над местами стояния устойчивых антициклонов, например в Антарктиде или над Якутией. Связано это с тем, что зимой резко уменьшается солнечная инсоляция, а в полярных широтах она и вовсе пропадает, а над антициклоническими областями происходит подъем воздушных масс и их перетекание в стратосферу, в результате озоновый слой над ними как бы развеивается. Летом, как правило, озоновые «дыры» резко сокращаются по площади или пропадают полностью.
Паника с озоновыми «дырами» возникла только после того, как в конце 50-х годов научились и стали количественно измерять содержание озона в атмосфере, а до того жили спокойно и ни о чем не беспокоились. Впервые озоновую «дыру» обнаружили в Антарктиде, как раз в то время, когда там проводили исследования и авторы данной книги. Вскоре вокруг проблемы «дыр» появилось масса предположений об антропогенном влиянии на их появление. Так, наиболее модным стало обвинять в этом промышленность, выпускающую бытовые аэрозольные баллончики, и холодильную промышленность, использующие легкосжижаемый газ фреон. При этом, правда, оставалось непонятным, почему наиболее глубокие и обширные озоновые «дыры» наблюдаются в Антарктиде, т.е. в Южном полушарии, тогда как максимум антропогенных выбросов фреонов происходит в Северном полушарии. Непонятно также, чем хуже промышленные фреоны, когда в несоизмеримо больших количествах аналогичные, но природные фреоны поступают в атмосферу при вулканических извержениях.
Однако главными «разрушителями» озонового слоя являются не фреоны, а метан и водород. Вопреки существующим взглядам об основной роли техногенных фреонов в разрушающем действии озона земной атмосферы, их влияние и в энергетическом и в количественном отношениях совершенно ничтожно по сравнению с ролью природных эманаций метана, водорода и природных фреонов вулканического происхождения. Так, только по реакциям типа (40) и (41) при гидратации пород океанической коры сейчас освобождается, по нашим оценкам (Сорохтин и др., 2001), около 10 млн т/год и CH4 и H2, тогда как техногенный выброс фреонов не превышает 100 тыс. т/год. По некоторым оценкам, выделение из океанов CH4 достигает даже 16 млн т/год. К этому следовало бы добавить многие миллионы тонн метана и водорода, поступающих из почв тектонически активных регионов (Войтов, 2000) и тропических лесов, а также «болотного» газа (метана), выделяемого болотами северных регионов Канады и Евразии. Всего же масса ежегодно поступающих в атмосферу природных газов достигает многих десятков миллионов тонн. Соединения этих газов с озоном протекают по многоступенчатым реакциям, конечные формы которых можно записать в виде
Формула 57. Соединения газов с озоном
Формула 58. Соединения газов с озоном
При этом по реакции (57) на каждый грамм метана выделяется 20,5 ккал тепла, а по реакции (58) — 46,2 ккал на 1 г водорода. При взаимодействии фреонов с озоном выделяется заметно меньше тепла.
Таким образом, природных метана и водорода, не считая вулканогенных фреонов, в атмосферу поступает почти на три порядка больше, чем техногенных выбросов фреонов, и к тому же их тепловой эффект значительно выше, чем у фреонов. Отсюда можно заключить, что роль антропогенного воздействия на озоновый слой в стратосфере Земли, в котором и возникают озоновые «дыры », пренебрежимо мала — приблизительно на три порядка ниже влияния природных факторов. Поэтому все колебания концентрации озона в земной атмосфере носят исключительно природный характер и никак не связаны с деятельностью человека. Как показал А. П. Капица (1996), концентрация озона в стратосфере меняется с сезонной периодичностью и ничего страшного в этом нет. Более того, в процессе исследований выяснилось, что на экваторе и в тропических широтах концентрация озона оказалась более низкой, чем в наиболее глубоких озоновых «дырах» в приполярных областях. И никакой опасности для жизни на этих широтах не происходит. Отсюда видно, что нет проблемы озоновых «дыр», на борьбу с которыми, однако, тратятся колоссальные средства.
Так, по некоторым оценкам (Карнаухов, Карнаухов, 1999), только на выполнение обязательств по Монреальскому протоколу к Венской конвенции 1985 г. о сохранении озонового слоя Россия должна тратить около 5 млрд долларов в год, а разовый убыток от уничтожения и замены оборудования, использующего фреоны, составляет около 10-15 млрд долларов! Этим деньгам можно найти и лучшее применение.