Снижение уровня разрушения озона и глобального потепления (Монреальский и Киотский протоколы — два протокола один мир)

Наука об атмосфере включает в себя изучение огромной сети взаимосвязанных природных процессов, имеющих сложную и многофункциональную структуру. Эта сложность возрастает в связи с вмешательством человека в природные процессы атмосферы. Изучая отрицательное влияние человеческой деятельности, мы пытаемся выявить взаимосвязь явлений и причин, чтобы понять текущие процессы. Однако, чем больше мы изучаем атмосферные процессы, тем лучше понимаем, что разрабатывать превентивные стратегии важнее, чем ликвидировать последствия негативного воздействия.

Поэтому изучение взаимосвязи между процессами, происходящими в окружающей среде, возможно, станет одной из сложнейших задач общества в новом тысячелетии.
По разным причинам два международных соглашения по ООС, занимающихся вопросами сохранения атмосферы, в настоящее время привлекают к себе особое внимание:

• Венская Конвенция об охране озонового слоя, которая отражается в решениях Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой;
• Конвенция ООН по изменению климата (UNFCCC) –принятая в 1992 году, главной задачей, которой является достижение стабильного содержания в атмосфере парниковых газов, вызывающих парниковый эффект, на том уровне, при котором исчезает опасность антропогенного вмешательства в баланс климатической системы Земли и Киотский Протокол UNFCCC, о необходимости которого впервые зашла речь в 1992 году на Саммите в Рио-де-Жанейро. С 1997 г. Киотский Протокол был предметом интенсивных политических дискуссий. После оценки всех «за и против», 178 стран пришли к соглашению по поводу принятия текста этого протокола с учетом определенных компромиссов. Согласно Киотскому Протоколу промышленно развитые страны взяли на себя четкие обязательства сократить эмиссии парниковых газов до определенного предела.

Климат на нашей планете меняется. За последние десять лет это утверждение из разряда безумных гипотез перешло в разряд несомненных истин. Сегодня мало кто сомневается, в том что происходящие климатические изменения вызваны промышленными выбросами парниковых газов. В наступившем столетии эти выбросы приведут к еще большим климатическим изменениям.

Парниковый эффект – проблема не новая. Уже в 1827 году французский ученый Фурье высказал предположение, что атмосфера Земли подогревает ее поверхность, пропуская к ней солнечное излучение с высокой энергией, но не дает выйти в космос части длинноволнового теплового излучения, отражающегося от земной поверхности. Этот эффект вызывается несколькими, так называемыми, парниковыми газами, к которым относятся: диоксид углерода, метан, закись азота, водяной пар, а также хлорфторуглероды (ХФУ) и перфторуглероды (ПФУ).

При поглощении озоновым слоем УФ-В излучения также выделяется тепловая энергия, которая играет ключевую роль в регулировании температурного баланса атмосферы. Озон является газом, вызывающим парниковый эффект. Почти также как и диоксид углерода, он перехватывает и обратно рассеивает идущее от Земли инфракрасное излучение, способтвуя тем самым нагреванию нижней части атмосферы. Однако ни озон, ни изменение его количества не распределяются в пространстве равномерно, и поэтому его радиационное воздействие является более сложным по характеру, чем у других основных газов, вызывающих парниковый эффект. В целом увеличение количества озона в тропосфере, особенно около тропопаузы (изотермальная область, отделяющая тропосферу от стратосферы, тропопауза находится на высоте 8-10 км над полярными широтами и на высоте примерно 18 км над экватором), ведет к нагреванию; уменьшение количества озона в стратосфере ведет к охлаждению. Предполагают, что некоторое небольшое снижение температуры (0,6о-0,8о) в слое на высоте 12-20 км в течение последних трех десятилетий соответствует предполагаемым радиационным последствиям уменьшения содержания озона в стратосфере. Т.е. уменьшение содержания озона в стратосфере оказало охлаждающее воздействие на климат и скомпенсировало примерно на 15-20% положительное «парниковое» воздействие, возникшее в результате увеличения количества других парниковых газов.

Хотя и в различной степени, руководящие органы Монреальского и Киотского протоколов, также как и их дополнительные структуры по оценке научных, технических вопросов и их выполнения, решают задачи, связанные с проблемой сохранения атмосферы.

Научный Оценочный Комитет Монреальского протокола принимает активное участие в процессе изучения взаимосвязи между изменением климата и разрушением озонового слоя. Первая оценка сделана в 1989 г., тогда же было указано на потенциал глобального потепления (ПГП) различных озоноразрушающих веществ (ОРВ). В отчетах 1991, 1994 и 1998 г. представлены данные, отражающие результаты проведенных исследований в следующих областях:

• влияние изменения температуры на стратосферу и тропосферу вследствие процесса глобального потепления;
• определение показателя и степени разрушения озонового слоя;
• влияние диоксида углерода, метана, оксидов азота и ряда других химических компонентов на разрушение озонового слоя;

В рамках выполнения Монреальского Протокола, Комитет по Технологической и Экономической Оценке и сопутствующие технические комитеты Монреальского протокола активно занимаются вопросами пропаганды использования озоносберегающих технологий с учетом проблемы изменения климата. Так, например, технический комитет по изучению технологий холодильного оборудования, систем воздушного кондиционирования и тепловых насосов предоставляет используемые хладагенты для изучения их потенциала глобального потепления (ПГП), а также разрабатывает детальную концепцию по созданию единого эквивалента влияния глобального потепления (TEWI).

Так как Монреальский Протокол находится на стадии выполнения, а значит, новые технологии внедряются в практику, необходимо изучить их влияние на процесс глобального потепления. Например, в данный момент уравнивается использование гидрофторуглеродов (ГФУ) и ПФУ в качестве альтернативных хладагентов. В связи с тем, что эти газы обладают нулевым озоноразрушающим потенциалом (ОРП), их использование можно рассматривать как решение одного их аспектов сохранения озонового слоя. Однако, эти соединения включены в список парниковых газов, эмиссия которых, согласно Киотскому Протоколу, должна быть сокращена.
В 1998 году Стороны Монреальского и Киотского Протоколов приняли ряд «зеркальных решений» по ГФУ и ПФУ. Диалог состоялся между техническими и политическими структурами обоих Протоколов. В результате, в мае 1999 г. на совместном совещании экспертов было принято решение о сокращении эмиссий ГФУ и ПФУ. Для проведения оценки выполнения требований Сторон была создана специальная Рабочая группа по контролю за ГФУ и ПФУ. Ею были разработаны рекомендации, которые, по праву, могут считаться историческими вехами в области изучения взаимосвязи между многосторонними соглашениями в области охраны окружающей среды.

Организации, несущие ответственность за выполнение протоколов, должны помнить о гармонизации подхода к их выполнению. На данный момент существует ограниченное количество видов деятельности, направленных на решение взаимосвязанных вопросов Монреальского и Киотского протоколов. Это отчасти объясняется тем, что Киотский Протокол вступил в силу гораздо позднее. Более того, территории стран подписавших многосторонние соглашения, порой, настолько удалены друг от друга, так что планирование гармоничной деятельности является далеко не легким. Таким образом, атмосфера и наша окружающая среда только страдают от несогласованности человеческой деятельности. Задержки в выполнении Киотского Протокола не должны отражаться на выполнении Монреальского Протокола и других международных соглашений.

UNEP/DTIE (Отдел Технологии, Индустрии и Экономики Программы ООН по Охране Окружающей Среды), а именно Отдел по Энергетике и Защите Озонового Слоя, является Исполнительным Агентством Многостороннего Фонда Монреальского Протокола и Глобального Экологического Фонда (ГЭФ), а также ответственным агентством, которое оказывает поддержку решениям по гармонической и устойчивой деятельности в области охраны окружающей среды. Отдел оказывает техническое и консультативное содействие правительствам и индустриальным предприятиям развивающихся стран в решении проблем, связанных с сохранением атмосферы
UNEP осуществляет такой вид деятельности, как распространение информации, обучение и просвещение общественности, через национальные озоновые центры (НОЦ). Обучение затрагивает вопросы необходимости выполнения соглашений по охране окружающей среды. Это помогает развивающимся странам и странам с переходной экономикой лучше понять значимость вышеизложенной проблемы.

Снижение содержания хлора и брома в стратосфере, которое возможно достичь благодаря строгому выполнению положений Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой и поправок к нему, должно привести к восстановлению озонового слоя к середине 21 века. Однако, на этот процесс могут повлиять другие факторы, например такие, как изменение климата. Процессы изменения климата и разрушения озонового слоя, в действительности, как уже подчеркивалось выше, очень связаны между собой.

Связь между концентрацией озона в стратосфере и изменением климата, в свою очередь, обусловливается динамикой таких процессов, как радиация, поглощение, эмиссия, движение воздушного транспорта и различные химические реакции. Эти процессы происходят в тропосфере и в стратосфере. Вопрос взаимосвязи физических и химических явлений, происходящих в природе, многие аспекты которых еще до конца не выявлены или не изучены, должны решаться комплексно Монреальским и Киотским протоколами.

Первичный эффект. В течение последнего десятилетия повышенное внимание уделяется вопросам изменения климата в зависимости от изменений состояния озонового слоя. Разрушение озона в нижних слоях стратосферы (где он находится в наибольшем количестве) приводит к увеличению ультрафиолетовой радиации, достигающей тропосферы, и как следствие к увеличению уровня глобального потепления. Однако, озон в нижних слоях стратосферы поглощает также и инфракрасное излучение, исходящее от поверхности земли, эффективно улавливая его и предотвращая проникновение во внешние слои атмосферы, тем самым усиливая эффект глобального потепления. Таким образом, разрушение озонового слоя в этих слоях снижает уровень глобального потепления.
Сокращение эмиссии инфракрасного излучения из стратосферы в тропосферу в результате разрушения озонового слоя является простейшей моделью, доминирующим фактором снижения уровня глобального потепления. Таким образом, за период с 1979 года разрушение стратосферного озона способствовало сокращению, приблизительно на 30% или более того, эффекта глобального потепления Вторичный эффект.

На глобальное изменение климата кроме изменения баланса радиации, поглощения, эмиссии и разрушения стратосферного озона, оказывают влияние другие элементы, присутствующие в тропосфере в большом количестве. Первичный эффект влияет только на концентрацию озона на высоте около 40 км, где объем озона уже значительно сократился, по сравнению с его максимальным объемом на высоте 20-25 км. В результате повышения объема диоксида углерода, сконцентрированного в стратосфере, происходит усиление разрушения озона. Таким образом, снижение концентрации диоксида углерода, как запланировано Киотским протоколом, окажет позитивное влияние на процесс сохранения озонового слоя.

Метан. Метан является одним из источников гидроксильных радикалов (ОНх) в стратосфере. Этот вид радикалов включает радикалы ОН, влияющие на разрушение озона в результате каталитических процессов, происходящих в верхних слоях стратосферы и в мезосфере (атмосферный слой за пределами стратосферы). Однако концентрация озона в этой области очень мала, а значит и эффект его действия, по сравнению со стратосферным слоем, незначителен.

На небольшой высоте повышение содержания метана обусловливает повышение образования НСI благодаря реакциям, протекающим с атомами хлора. Этот процесс эффективно секвестрирует активный хлор в неактивный (НСI), что приводит к сокращению каталитического разрушения озона.

Окисление метана в стратосфере приводит к образованию водяных паров. В связи с тем, что этот процесс происходит в нижних слоях атмосферы, повышенная концентрация метана может привести к повышению частоты образования полярных стратосферных облаков, а также к увеличению аэрозольного эффекта на средних высотах и к активизации элементов хлора и брома что, приводит соответственно к разрушению озона.

В настоящее время считается, что в результате этих двух процессов будет происходить снижение разрушения озонового слоя. Снижение эмиссии метана, как запланировано Киотским протоколом, может негативно повлиять на процесс разрушения озона, хотя значительность этого эффекта до конца не выяснена.

Осиды азота Процесс окисления азота является основным источником радикалов NОх в стратосфере. Влияние этих радикалов на стратосферный озон зависит во многом от высоты. На высоте свыше 30 км преобладают процессы разрушения газовых фаз озона, что приводит к его истощению, в результате повышения концентрации оксида азота. На относительно небольшой высоте химические реакции азот — галоген как в гомогенных, так и в гетерогенных процессах являются достаточно сложными. Одним из основных эффектов этого взаимодействия является образование скоплений элементов хлора, т.е. образуется нитрат хлора, при этом хлор сохраняет временную активность. Однако, влияние окружающей среды на процесс разрушения озона, является до сих пор предметом исследований.

ХФУ. ГХФУ. Галоны, ГФУ. Хлорфторуглероды (ХФУ), галоны являются одновременно ОРВ и ПГ. Что касается гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) их влияние на озон значительно ниже, т.к. их продолжительность жизни в атмосфере намного ниже, чем ХФУ. Запрет на использование ХФУ и галонов, а в будущем и ГХФУ, положительно скажется на процессах сохранения озонового слоя и изменение климата. Особую проблему представляет собой ГФУ. Их временное появление на рынке хладагентов поможет снизить процесс разрушения озонового слоя, т.к. они не содержат в своем составе ни хлора, ни брома. Однако ГФУ являются парниковыми газами с высоким ПГП. В связи с этим они включены в список веществ Киотского протокола.

Восстановление озонового слоя. Повсеместное выполнение МП и его поправок поможет ускорить процесс сокращения эмиссии ОРВ. По прекращению эмиссий ОРВ озоновый слой восстановится в течение нескольких последующих десятилетий. Восстановление будет происходить постепенно, т.к. требуется много времени для распада в атмосфере ХФУ и галонов. Восстановление озонового слоя окажет значительное влияние на выполнение Киотского протокола по изменению климата.

В настоящее время, основной проблемой в области восстановления озона и решения проблем Киотского протокола по изменению климата можно сформулировать следующим образом: при отсутствии других изменений стратосферный озон восстановится при снижении концентрации галогенов в соответствии с выполнением программ по сокращению потребления ОРВ (хладагентов, галонов, пропеллентов). Однако, в будущем состояние озонового слоя в значительной степени будет зависеть от изменения концентрации диоксида углерода, метана, оксидов азота и т.д., а также от изменения климата. Таким образом, в дальнейшем состояние озонового слоя может измениться даже при такой же концентрации галогенов, как и на данный момент.

Процесс восстановления озонового слоя, возможно, будет проходить с задержкой из-за отмечаемого сегодня охлаждения стратосферы, из-за повышения концентрации диоксида углерода. Это особенно сильно проявляется в арктических регионах, где зимняя температура в нижних слоях атмосферы близка к нижней отметке активности хлора. Это приводит к тому, что озон становится чувствительным к малейшим изменениям температуры, т.е. охлаждению нижних слоев стратосферы и сопутствующему повышению концентрации парниковых газов.
Возможно озоновый слой от разрушения, вызванного галогенами, в Антарктиде начнет восстанавливаться быстрее, чем в Арктике, т.к. в Антарктиде вариабельность озонового разрушения меньше.

Точно назвать время начала восстановления озонового слоя невозможно. Однако, совершенно ясно, что его восстановление начнется с момента снижения концентрации галогенов в стратосфере, которое скопилось там, на повороте столетия.

Вопросы разрушения озонового слоя и изменение климата, а значит, и выполнение Монреальского и Киотского протоколов, тесно связанны между собой. Изменения в состоянии озонового слоя влияют на климат Земли, климат и метеорологические условия, в свою очередь, влияют на озоновый слой. Разрушение озона и изменение климата также тесно связаны с происходящими химическими и физическими процессами в атмосфере.
Решения, принятые по Киотскому протоколу по сокращению эмиссии диоксида углерода, метана и закиси азота, скорее всего, окажут положительное влияние на показатели восстановления озонового слоя.
Решения по контролю эмиссий ГФУ, как указано в КП, окажут влияние на решения по сокращению использования ОРВ в должном порядке, как указано в МП.

Монреальский и Киотский Протоколы являются прекрасной иллюстрацией того, как тесно взаимосвязаны все виды деятельности в области охраны окружающей среды. И, выполнение только одного соглашения и игнорирование другого, может привести к негативным последствиям. Загрязнение атмосферы, вследствие человеческой деятельности, непосредственно влияет, как на сохранность озонового слоя, так и на изменение климата.
К сожалению, люди еще до конца не осознают хрупкости экосистемы и реальной угрозы ее разрушения. В связи с этим, одной из важнейших задач является изучение, гармонизация положений различных соглашений в области охраны окружающей среды и их выполнение. Для большей эффективности, необходимо использовать накопленные знания и опыт в данной области, компетентность и полномочия ответственных исполнителей. Все вышеперечисленное является жизненно важным, если мы действительно хотим, чтобы решения, принимаемые в области охраны окружающей среды, имели реальную силу и длительную перспективу.