Проблема стратосферного озону. Хлорфторвуглеці(ХФВ), Детальна інформація

O2+hО0\x21922O

Нижче за цей рівень такі фотони майже не проникають, і атоми кисня утворяться, в основному, при фотодиссоціації двоокисі азотуфотонами м'якого ультрафіолета з l<400 нм:

NO2+hО0\x2192NO+2О

Руйнування молекул озону проходить при їх попаданні на частки аерозолів або на поверхню землі, але основний стік озону визначають цикли каталітичних реакцій в газовій фазі:

O3+Y0\x2192YO+O2 YO+O0\x2192Y+O2

де Y=NO, OH, Cl, Br

Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону являють викиди водяної пари і окисів азоту (NOХ) з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. Зараз у комерційних цілях використовується тільки "Конкорд", що здійснює декілька рейсів в тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків в стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як B1-B або Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71. Таке навантаження навряд чи представляє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди окисів азоту з поверхні землі внаслідок спалення викопного палива, масового виробництва і застосування азотних добрив також представляє певну небезпеку для озонового шару, але окиси азоту нестійкі і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте, хлоратні тверді палива що використовуються в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", можуть наносити серйозної локальної шкоди озоновому шару в районі запуску.

Хлорфторвуглеці(-водні) (ХФВ)



`

b

 

c

TH

a

\x4B00иво, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: в ході хімічного процесу його кількість не зменшується.

Внаслідок цього один атом хлора може зруйнувати до 100 000 молекул озону перш ніж буде дезактивован або повернеться в тропосферу. Зараз викид ХФВ в атмосферу оцінюється мільйонами тонн, але потрібно зазначити, що навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва і використання ХФВ негайного результату досягнути не вдасться: дія ХФВ, що вже попали в атосферу буде продовжуватися декілька десятиріч. Вважається, що час життя в атмосфері для двох ХФВ фреон-11 (CFCl3), що найбільш широко використовуються і фреон-12 (CF2Cl2) становить 75 і 100 років відповідно.

Окиси азоту здатні руйнувати озон, однак, вони можуть реагувати і з хлором.

Наприклад:

O3+Cl0\x2192ClO+O2

ClO+NО0\x2192NO2+Cl

NO2\x2192NO+О0

O2+O0\x2192O3

В ході цієї реакції вміст озону не міняється. Більш важливою є інша реакція:

ClO+NO2\x2192ClONO2

Сполука, що утворюється в ході реакції хлористий нітрозил є так званим “резервуаром” хлора. Хлор, який міститься в йому неактивний і не може вступити в реакцію з озоном. Зрештою така молекула-резервуар може поглинути фотон або вступити в реакцію з будь-якою іншою молекулою і вивільнити хлор, але вона також може покинути стратосферу. Розрахунки показують, що якби в стратосфері були відсутні окиси азоту, то руйнування озону йшло б набагато швидше. Іншим важливим резервуаром хлора є хлористий водень HCl, що утворюється при реакції атомарного хлора і метану СH4.

ХФВ в промисловості.

Приймаючи до уваги ці аргументи багато країн почали вживати заходів направлених на скорочення виробництва і використання ХФВ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФВ в аерозолях. На жаль, використання ХФВ в інших галузях обмежене не було. У вересні 1987 р. 23 найрозвинутіші країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов'язує їх знизити споживання ХФВ. Згідно з досягнутою домовленістю розвинені країни повинні до 1999 р. знизити споживання ХФВ до половини рівня 1986 р. Для використання в якості пропеллента в аерозолях вже знайдений непоганий замінник ХФВ - пропан-бутанова суміш. По фізичних параметрах вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Проте такі аерозолі вже використовують в багатьох країнах світу. Складніше з холодильними установками - другим по величині споживачем фреонов. Справа в тому, що через полярність молекули ХФВ мають високу теплоту випаровування, що дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах. Кращим відомим на сьогодні замінником фреонов є аміак, але він токсичний і все ж поступається ХФВ за фізичними параметрами. Непогані результати отримані для повністю фторованих вуглеводнів. У багатьох країнах ведуться розробки нових замінників і вже досягнуті непогані практичні результати, але повністю ця проблема ще не вирішена.

Використання фреонів продовжується і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФВ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторинга змін клімату, в фонових умовах - на берегах Тихого і Атлантичного океанів і на островах, далеких від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонів -11 та -12 в цей час росте з швидкістю 5-9% на рік. Вміст в стратосфері фотохімічно активних з'єднань хлора в цей час в 2-3 рази вище в порівнянні з рівнем 50-х років, до початку швидкого виробництва фреонів.

Інший погляд на проблему