Проблема уменьшения концентрации озона в атмосфере

В атмосфере Земли слой озона, называемый озоносферой, расположен в стратосфере на высоте 21-26 км. Озоносфера – защитная оболочка, предохраняющая биосферу от биологически активной ультрафиолетовой радиации Солнца с длиной волны менее 310 нм. Полагают, что озоносфера возникла около полмиллиарда лет назад, когда в атмосферу начал поступать биогенный (фотохимического происхождения) кислород. С возникновением озоносферы появилась возможность развития сложных форм жизни на суше. В нынешней атмосфере концентрация озона в данной точке в данный момент времени определяется балансом большого числа противоборствующих процессов. В тропической зоне (+ 30^о относительно экватора) озоносфера относительно тонкая (приведенная к нормальным условиям толщина 0,26 см) и весьма устойчивая – мало меняется с сезоном и ото дня ко дню. На более широких высотах она становится в 1,5 – 2,0 раза мощнее, сильно варьирует с сезоном (максимум толщи для северного полушария — весна) и может измениться в течение нескольких суток на 20-30%.

Распределение озона также влияет на термический режим атмосферы. Динамика озоносферы в данном случае интересна сама по себе из-за ее непосредственных гелиобиологических последствий. В центре основной полосы  ультрафиолетового поглощения озона близ 260 нм ослабление настолько велико, что изменение толщины озоносферы в ее пределах никак не сказывается на интенсивности приземного излучения. Однако на краю полосы, как раз близ максимума эффективности канцерогенного действия на кожу человека (290-300 нм),  сравнительно небольшие изменения толщины озоносферы приводят к заметным изменениям потока излучения близ земной поверхности. В специальной литературе можно часто встретить такую оценку (весьма приближенную): уменьшение толщины озоносферы на 1% приводит на средних широтах к увеличению интенсивности радиации в полосе В (т.е. в диапазоне длин волн 290-320нм) на 2%. Современные измерения показывают, что эта оценка несколько завышена. Более точная величина составляет 1,2⁺0,1% на 1% уменьшения толщины озона. В среднем в атмосфере Земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 тонн озона.

Концентрация озона в слое по широтам и сезонам года изменяется. Наиболее устойчив озоновый слой в зоне тропиков, где Солнце обеспечивает постоянное и интенсивное ультрафиолетовое  (УФ) излучение, а наименее устойчив – у полюсов. Молекулы озона интенсивно поглощают УФ-излучение Солнца в диапазоне длин волн около 0,25 мкм, слабо при длинах волн 0,4 мкм и вновь интенсивно при длинах волн 0,6 мкм. Поэтому озоновый слой можно рассматривать как защитный экран для живых организмов на Земле от потоков УФ-излучения Солнца. Наибольший защитный эффект достигается в диапазоне длин волн менее 0,32 мкм.

Уф-излучение по-разному влияет на живые организмы. В диапазоне длин волн от 0,4 до 0,321 мкм негативное влияние на живые организмы незначительно. УФ-излучение с длиной волны в диапазоне 0,32-0,28 мкм вызывает загар и оказывает тонизирующее действие на организм человека при малых дозах облучения; ожоги и разрушение нуклеиновых кислот – при больших дозах. По своему воздействию на живые организмы  жесткий ультрафиолет  близок к ионизирующим излучениям, однак5о из-за большей, чем у    — излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, поэтому поражает только поверхностные органы. УФ-излучения с длиной волны меньше 0,28 мкм   обладают сильным бактерицидным воздействием и могут привести к злокачественным новообразованиям не открытых участках кожи человека, заболеваниям глаз, ослаблению иммунной системы.

Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызватьрак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение заболевания раком кожи, однако значительное количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ-облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Также такое УФ-излучение нарушает фотосинтез растений, поражает планктон, губительно влияет на животных. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность.

Уже сейчас во всем мире заметно увеличение заболевания раком кожи, однако значительное количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ-облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Также такое УФ-излучение нарушает фотосинтез растений, поражает планктон, губительно влияет на животных

Существуют также и другие последствия изменения интенсивности ультрафиолетового излучения:

• Показатели экосистем, включающие в себя открытые водные бассейны тех или иных масштабов, могут быть модулированы ритмикой солнечной активности, ибо, как выяснялось, для бактерий, простейших и водорослей – обитателей поверхностных слоев воды толерантность к УФ-излучению довольно точно равна как раз получаемой дозе.

• Известно, что ультрафиолетовое излучение в полосе В влияет на интенсивность фотосинтеза. Поэтому не исключено, что колебания радиации вносит какой-то вклад в изменение урожайности, прирост деревьев и т.п.

• Облучение растительных объектов дополнительным потоком УФ-радиации приводит – среди прочих последствий — к возрастанию активных биологических веществ, таких, как витамины. Переданный через тропические связи, этот эффект может иметь далеко идущие последствия. Например, высказывалось мнение, что повышение содержания 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.

• Ультрафиолетовая радиация в полосе длин волн 290-320нм является мутагенным факторам. Модуляция темпа возникновения мутаций может быть процессом 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.

• УФ-излучение в определенных условиях способно восстанавливать активность инактивированных вирусов внутри клетки. Не исключено, что некоторые из вспышек инфекционных заболеваний, индуцированы 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).

                                                                                   г.  Душанбе 2003                                                                                                            

Подготовил: Х. Хусайнов