Озон

У 1985 р. фахівці з дослідження атмосфери з Британської Антарктичної Служби повідомили про зовсім несподіваний факт: вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок інші дослідники, які показали також, що область зниженого вмісту озону простирається  за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Найбільш докладним дослідженням озонного шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн кілька разів піднімалися в область зниженого вмісту озону і зібрали детальні зведення про її розміри і хімічні процеси. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонна «діра». На початку 80-х по вимірах із супутника «Німбус-7» аналогічна діра була виявлена й в Арктиці, правда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не так велике - близько 9%. У середньому по Землі з 1979 по 1990 р. вміст озону упав на 5%.

Це відкриття стурбувало як учених, так і широку громадськість, оскільки з нього випливало, що шар озону знаходиться в більшій небезпеці, ніж вважалося раніше. Потоншення цього шару може привести до серйозних наслідків для людства. Вміст озону в атмосфері менш 0,0001%, однак саме озон цілком поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця з довжиною хвилі <280 нм. Падіння концентрації озону на 1% приводить у середньому до збільшення інтенсивності ультрафіолету на поверхні землі на 2%. Ця оцінка підтверджується вимірами, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді усе ще нижче, ніж у середніх широтах. По своєму впливі на живі організми ультрафіолет близький до іонізуючого випромінювання, однак, через більшу, ніж у -випромінювання довжину хвилі він не здатний проникати глибоко в тканини, і тому уражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет має достатню енергію для руйнування ДНК і інших органічних молекул, що може викликати рак шкіри, скороминучу злоякісну меланому, катаракту й імунну недостатність. Природно, ультрафіолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри і роговиці. Уже зараз в усьому світі помітне збільшення числа захворювання раком шкіри, однак значна кількість інших факторів (наприклад, зросла популярність засмаги, що приводить до того, що люди більше часу проводять на сонці, у такий спосіб одержуючи велику дозу УФ опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати, що в цьому винне зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому становить велику небезпеку для морських экосистем. Експерименти показали, що планктон приповерхневого шару при збільшенні інтенсивності УФ може серйозно постраждати і навіть загинути цілком. Планктон знаходиться у харчових ланцюжках практично всіх морських екосистем, тому можна сказати, що практично все життя в шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УФ випромінювання але при цьому ризикує умерти від голоду.

Утворення озону описується рівнянням реакції

O2+OO3

Необхідний для цієї реакції атомарний кисень вище рівня 20 км утворюється при розщепленні кисню  під дією ультрафілетового випромінювання з l<240 нм

O2+h02O 

Нижче цього рівня такі фотони майже не проникають, і атоми кисню утворюються, в основному, при фотодисоціації двоокису азоту

NO2+h0NO+O 

Руйнування молекул озону проходить при їхньому влученні у частки аерозолів чи в поверхню землі, але основне руйнування озону визначають цикли каталітичних реакцій у газовій фазі:

O3+YYO+O2

YO+OY+O2

де Y=NO, OH, Cl, Br

Уперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще наприкінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону представляють викиди водяної пари й оксидів азоту  (NOx) із двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. В даний час у комерційних цілях використовується тільки «Конкорд», що робить кілька рейсів у тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків у стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як B1-B чи Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71. Таке навантаження навряд чи  являє серйозну загрозу для озонного шару. Викиди оксидів азоту з поверхні землі в результаті спалювання викопного палива і масового виробництва і застосування азотних добрив також становить значну небезпеку для озонного шару, але оксиди азоту нестійкі і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, утім, хлоратні жорсткі палива, використовувані в сучасних космічних системах, наприклад у жорсткотопливних прискорювачах «Спейс-Шаттл» чи «Аріан», можуть наносити серйозний локальний збиток озонному шару в районі запуску.

У 1974 р. М. Моліна і Ф. Роуленд із Каліфорнійського університету в Ірвіні показали, що хлорфторвуглеці (ХФВ) можуть викликати руйнування озону. Починаючи з цього часу так називана хлорфторвуглецева проблема стала однієї з основних у дослідженнях із забруднення атмосфери. Хлорфторуглероды   вже більш 60 років використовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, пропеленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очисники для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластів. 

Колись вони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні