Существуют также и другие последствия изменения интенсивности ультрафиолетового излучения.
1. Показатели экосистем, включающие в себя открытые водные бассейны тех или иных масштабов, могут быть модулированы ритмикой солнечной активности, ибо, как выяснилось, для бактерий, простейших и водорослей – обитателей поверхностных слоёв воды толерантность к УФ-излучению довольно точно равна как раз получаемой доле.
2. Известно, что ультрафиолетовое излучение в полосе В влияет на интенсивность фотосинтеза. Поэтому не исключено, что колебания радиации вносят кокой-то вклад в изменения урожайности, прирост деревьев и т. п.
3. Облучение растительных объектов дополнительным потоком УФ-радиации приводит – среди прочих последствий – к возрастанию концентрации активных биологических веществ, таких, как витамины. Переданный через трофические связи, этот эффект может иметь далеко идущие последствия. Например, высказывалось мнение, что повышенное содержание витамина Е в растительности данного региона может быть фактором, регулирующим численность мелких грызунов. Таким образом, может оказаться, что связь ритмики изменения численности этих животных с солнечной активностью осуществляется через динамику озоносферы.
4. Ультрафиолетовая радиация в полосе (l=290-320 нм) является мутагенным фактором. Модуляция темпа возникновения мутаций может быть сложным и многоступенчатым: возрастание интенсивности радиации первоначально приводит к увеличению концентрации мутагенных веществ в среде обитания, далее – к возрастанию числа мутаций вирусов и бактерий, к увеличению частоты их следования у более высокоорганизованных организмов-хозяев и т. д.
5. УФ-излучение в определённых условиях способно восстанавливать активность инактивированных вирусов внутри клетки. Не исключено, что некоторые из вспышек инфекционных заболеваний нндуцированы явлениями, обусловленными, в конечном итоге, динамикой озоносферы(подобные эффекты должны быть приурочены территориально к областям преимущественного появления локальных озоновых дыр, а во времени располагаться близ сезонного минимума толщи озоносферы – конец лета – осень северного полушария).
Образование и разрушение озона в атмосфере. Разрушение молекул кислорода О2 фотонами УФ-излучения сопровождается образованием атомарного кислорода О, который, взаимодействуя с О2, образует О3 . Одновременно с образованием озона идёт его непрерывное разрушение под действием фотонов УФ и видимого излучения Солнца.
Образование озона описывается уравнением реакции
О2 + О ® О3.
Необходимый для этой реакции атомарный кислород выше уровня 20 км образуется при расщеплении кислорода под действием ультрафиолетового излучения с l< 240 нм:
О2 + hv ® 2О.
Ниже этого уровня такие фотоны почти не проникают, и атомы кислорода образуются в основном при фотодиссоциации двуокиси азота
NO2 + hv ® NO + O
фотонами мягкого ультрафиолета с l< 400 нм.
Разрушение молекул озона происходит при их попадании на частицы аэрозолей, но основной сток озона определяют циклы каталитических реакций в газовой фазе:
О3 + Y® YO + O2
YO+O ® Y+O2,
где Y=NO, OH, Cl, Br.
Эти реакции реализуются не только в озоновом слое, но и в тропосфере. Они носят цепной характер, приводя к разрушению 10 молекул озона одной молекулой NOC и к разрушению 105 молекул озона при взаимодействии хлора или его соединений.
Впервые мысль об опасности разрушения озонового слоя бала высказана ещё в конце 1960-х годов, тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NOC) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолётов и ракет. Однако сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось. В настоящее время в коммерческих целях используется только «Конкорд», совершающий несколько рейсов в неделю между Америкой и Европой, из военных самолётов в стратосфере летают практически только сверхзвуковые стратегические бомбардировщики. Такая нагрузка вряд ли представляет серьёзную опасность для озонового слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности земли в результате сжигания ископаемого топлива и массового производства и применения азотных удобрений также представляют определённую опасность для озонового слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы. Запуски ракет также происходят не очень часто, впрочем, хлоратные твёрдые топлива, используемые в современных космических системах, например в твёрдотопливных ускорителях «Спейс-Шаттл» или «Ариан», могут наносить серьёзный локальный ущерб озоновому слою в районе запуска.
Техногенное влияние на озоновый слой. Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы некоторыми веществами (фреонами, оксидами азота [NO и NO2] и др.) может нарушить функционирование озонового слоя Земли.
Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических веществ, объединенных термином «хлорфторуглероды» (ХФУ), называемых также фреонами. В течение полувека эти химикаты, впервые полученные в 1928г., считались чудо - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и системах кондиционирования воздуха, пенообразующие агенты в огнетушителях, а также при химической чистке одежды. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в электронной промышленности и нашли широкое применение в производстве пенопластиков. А с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое распространение (их использовали как пропеленты для аэрозольных смесей). Пик их мирового производства пришелся на 1987 – 1988 гг. и составил около 1, 2 – 1, 4 млн т в год, из которых на долю США приходилось около 35%.
Механизм действия фреонов следующий. Попадая в верхние слои атмосферы, эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными. Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона «вышибает» из неё один атом. Озон перестаёт быть озоном, превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за новой «жертвой». Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.
Активную роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, бром, фтор. Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70% озона разрушается по азотному циклу, 17% – по кислородному, 10% – по водородному, около 2%– по хлорному и другим и около 1, 2 % поступает в тропосферу.
В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего «содержания», поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из неё, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс, связанный с образованием и разрушением озона.
Нарушить экологический баланс, как показывает жизнь, совсем несложно. Неизмеримо сложнее восстановить его. Озоноразрушающие вещества на редкость стойки. Различные виды фреонов, попав в атмосферу, могут существовать в ней и творить своё разрушительное дело от 75 до 100 лет.
Современное состояние озонового слоя. В настоящее время ограничения Монреальского и Лондонского протоколов ещё не вступили в полную силу, поэтому воздействие фреонов на озоновый слой ещё сказывается. Общая оценка техногенного влияния на озоновый слой показывает, что в ближайшие годы будет продолжаться его непрерывное истощение (табл. 1)1:
Таблица 1
| Год | 2000 | 2050 |
| Потери концентрации озона в атмосфере, % | 3-4 | 10 |
Использование фреонов продолжается, и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях – на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселённых районов – концентрация фреонов - 11 и - 12 в настоящее время растёт со скоростью 5 - 9 % в год. Содержание в стратосфере активных фотохимических соединений хлора в настоящее время в 2 – 3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.
За последние 10 лет среднегодовая концентрация озона в средних и высоких широтах на высоте около 20 км уменьшилась примерно на 10%.
Кроме общих показателей снижения концентрации озона есть сообщения о локальных изменениях в концентрации О3 в атмосфере.
По данным Центральной аэрологической обсерватории Роскомгидромета, в середине апреля 1997 года 15 млн км российских земель вновь оказались «накрыты» атмосферой с самой низкой концентрацией озона за всю историю подобных наблюдений. В опасной зоне находится Западная и Восточная Сибирь, вплоть до Дальнего Востока. Ещё хуже в Якутии, особенно в районе Тикси, где недостаёт 35 – 37 % необходимого озона. Другая опасная зона наблюдалась в районе Мурманска и Архангельска, где не хватало 25% озона.