Биология. В 3-х томах. Т. 3

Загрязнение может привести к значительному снижению естественной концентрации газов, входящих в состав атмосферы, например озона (О₃) в стратосфере. Но поразительно другое: концентрация озона выше в тех районах, где среднемесячное содержание загрязнителей в нижних слоях атмосферы составляет 200 млн.^-1, чем там, где максимальная величина загрязнения не превышает 0,04 млн.^-1. Подобные аномалии высоких концентраций озона наносят ущерб многим сельскохозяйственным культурам, например томатам: суммарные потери урожая за счет избытка О

₃ составляют в Калифорнии около 1 млрд. долларов в год. В сочетании с углеводородами и соединениями группы NO_x озон может представлять собой прямую опасность для здоровья людей, и кроме того, является одной из важных составных частей фотохимического смога. Пыль, шум, чрезмерное количество тепла, радиация и электромагнитные поля, все это — загрязнение атмосферы. Детальное обсуждение полного перечня загрязняющих веществ, эффектов их воздействия и методов контроля за ними выходит за рамки настоящего изложения (см. D. Elson, 1987. Atmospheric pollution, Blackwell). Все возрастающая концентрация диоксида углерода, вклад этого и других газов в создание планетарного парникового эффекта обсуждались в разд. 12.4.1. Ниже речь пойдет о двух других актуальных глобальных проблемах; одна из них — обеднение озонового слоя (образование озоновых дыр), другая — "кислотные дожди".

Обеднение озонового слоя. Атмосфера — это термостатический и радиационный щит Земли. В верхних слоях атмосферы на высоте 15-50 км от земной поверхности кислород и озон поглощают большую часть поступающей извне коротковолновой радиации. Это ультрафиолетовое излучение (УФ), рентгеновские и гамма-лучи, которые по своей физической природе пагубны для живых существ, так как разрушают их генетический аппарат. По оценкам, полученным в США, при уменьшении концентрации озона стратосферы на 5% интенсивность УФ-излучения у поверхности Земли возрастет на 7,5-15%, что может повлечь за собой увеличение заболеваемости раком кожи на десятки, а то и сотни тысяч случаев в год.[26]

При поглощении излучения озоном происходит прогрев стратосферы, возникает хорошо выраженный слой температурной инверсии (в отличие от температуры стратосферы, температура тропосферы, т. е. нижнего слоя атмосферы, по мере возрастания высоты падает). Существование этого слоя заметно ограничивает интенсивность и масштабы конвективного перемешивания атмосферы, поэтому любые нарушения слоя инверсии приведут к резкой глобальной смене погодных условий, а значит и к изменению климата на Земле.

В верхних слоях атмосферы молекулы кислорода (О₂) диссоциируют под действием излучения на атомы (О), которые соединяются с молекулами, образуя озон (О₃). Под действием солнечного света эта реакция обратима (О₃ + О↔2О

₂). В "озоновом слое" концентрация озона поддерживается на некотором равновесном уровне в 1 млн.^-1.

Хлорфторуглероды представляют собой группу химических соединений, куда входят, в частности, четыреххлористый углерод и хлороформ. Обычно хлорфторуглероды используют в качестве растворителей, распылителей аэрозолей и фреонов в холодильниках. Эти вещества сравнительно устойчивы в нижних слоях атмосферы, где часто способствуют возникновению парникового эффекта (см. разд. 12.4.1). Они очень летучи и поэтому в конечном счете оказываются в стратосфере. На высоте более 25 км хлор- и фторсодержащие соединения распадаются под влиянием солнечного света, высвобождая атомы хлора или фтора, которые реагируют с озоном, причем каждый такой атом разрушает 10⁵ молекул озона, т.е. диссоциация озона на молекулярный и атомарный кислород происходит с большей скоростью, чем обратная реакция.

Таким образом, примесь хлорфторуглеродов нарушает равновесие между кислородом и озоном. При современном уровне загрязнения этими соединениями через 20 лет количество озона уменьшится на 10%, а за полвека может разрушиться около двух его третей. В 1987 г. впервые наблюдалось полное, хотя и носившее сезонный характер, разрушение озонового слоя над Антарктидой.

Кислотные дожди. Кислотные дожди — не простое и не единичное явление. При сжигании ископаемых горючих материалов образуется диоксид серы (SО₂) и оксиды азота (NO_x), а при неполном сгорании образуются еще и углеводороды. Все эти вещества поступают в атмосферу в газообразном состоянии, но иногда "вымываются" оттуда, выпадая на землю с осадками. Во всех промышленных районах, таких, как восточная часть США, Западная Европа и северовосточные районы Китая и Японии, иногда выпадают дожди, рН которых значительно ниже 4,0 (в норме нижний предел кислотности дождевой воды равен 5).[27]