В РОССИИ ХОЛОД ЗА НАС!
 

Главная
Новости
Журнал
Публикации
П.О.
Подписка
Реклама
Контакты

Copyright © 2001-2017,
ИД «Холодильное дело»

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru

"Озон и фреоны: развод по-монреальски"

Статья из журнала "ХБ" № 6/2001 г.

 

(В порядке обсуждения публикаций в №№ 2-4 за 2001 г.)

Вокруг Монреальского протокола в нашей стране в последние несколько лет сломано немало копий. И хотя, как известно, истина рождается в споре, у сторонников и противников Протокола шансов договориться практически нет, т.к. полемика ведется на разных языках. Сторонники Протокола ссылаются на теорию, согласно которой фреоны и галоны (хлор - и бромсодержащие соединения) попадают в результате хозяйственной деятельности человека в атмосферу и разрушаются там под действием солнечного света и в результате взаимодействия с активными атмосферными радикалами (гидроксилом, атомарным кислородом и др.). Распад молекул фреонов и галонов влечет за собой выделение из них свободных атомов хлора и брома, которые непосредственно участвуют в разрушении молекул озона в атмосфере. При этом вследствие цикличности этих химических процессов на каждый атом хлора и брома может приходиться до нескольких сотен тысяч разрушенных молекул озона. Расчеты показывают, что пик разрушительной силы атомов хлора приходится на высоты 35-40 км, а атомов брома - на 18-25 км. Наиболее интенсивны эти процессы в полярных областях, особенно в Антарктиде, в силу наличия там достаточно длительных периодов с очень низкой температурой воздуха (-70оС и ниже) и из-за особенностей атмосферной циркуляции в этих областях. Необходимо также напомнить, что с момента попадания в атмосферу молекул фреонов и галонов до момента их гибели может пройти много времени - от нескольких десятков лет (для R-11 и R-12) до нескольких лет (для R-22), таким образом, выброс фреонов в атмосферу сродни бомбе замедленного (на многие годы!) действия.

Доводы противников Монреальского протокола, помимо экономического аспекта, носят еще и эмоциональный характер: неудобства, вызванные введением в действие Протокола, мы имеем здесь и сейчас, в то время как неблагоприятные последствия ничем не ограниченного выброса фреонов в атмосферу скажутся (и скажутся ли?) лишь через многие годы. В большинстве своем в эту группу противников Протокола входят люди, далекие от исследований физико-химических проблем в атмосфере - инженеры, технологи, журналисты и т.д. Но их единомышленниками являются и некоторые специалисты в области атмосферных наук. Как правило, это люди, работающие с оперативной информацией (измеряющие содержание озона в атмосфере, анализирующие статистику его изменений над отдельными регионами и т.п.). Отрицая значимость гибели молекул озона, обусловленной выбросами фреонов в атмосферу, они апеллируют к сильной естественной изменчивости озона от сезона к сезону (до 30-40%), к высокой корреляции между содержанием озона и синоптической ситуацией (скоростью ветра, давлением) в данной местности. В этих условиях, говорят они, поведение озона в атмосфере определяется естественными природными факторами, а “фреонный след” либо отсутствует вовсе, либо пренебрежимо мал.

Как нетрудно видеть, аргументы противников Монреальского протокола никак не затрагивают сути химических атмосферных процессов, последних как бы и не существует. В реальной же атмосфере сосуществуют имеющие различные масштабы в пространстве и времени динамические, радиационные, оптические, химические и пр. процессы, и изменения содержания озона есть результат их комплексного воздействия. Поэтому если ограничиваться изучением поведения озона, скажем, над Западной Сибирью в течение ближайшей недели, то оно действительно зависит, главным образом, от погодных условий над указанным регионом в данное время. Однако если сопоставить среднее за 1980 год суммарное содержание озона в столбе атмосферы с его значением, например, в 1995 году, то выяснится, что среднее суммарное содержание озона весной над умеренными северными широтами сократилось на 10% (заметим в скобках: вследствие этого опасное ультрафиолетовое излучение усилилось примерно на 20%). И этот факт хорошо согласуется с выводами, сделанными с помощью “фреонной теории”, учитывающей влияние на атмосферный озон выбросов фреонов. Разумеется, сей факт не дает основания утверждать, будто “фреонная теория” лишена каких бы то ни было недостатков, но, тем не менее, она позволяет качественно истолковывать как современные, так и будущие изменения озонного слоя атмосферы.

Специалисты знают, что Монреальский протокол опирается на две численные характеристики каждого из фреонов или галонов - озоноразрушающий потенциал (ОРП) вещества и его потенциал глобального потепления (ПГП). ОРП химиката показывает, насколько сильнее (или слабее) это соединение разрушает озон по сравнению с таким же количеством фреона-11. Появление второй характеристики - ПГП - связано с наблюдаемым в последнее десятилетие усилением парникового эффекта. Поскольку большинство фреонов являются парниковыми газами, то для каждого из них вычисляется ПГП, соизмеряющий вклад данного фреона в парниковый эффект с вкладом основного парникового газа - двуокиси углерода. Добавим также, что, способствуя разогреву нижней и охлаждению верхней атмосферы, фреоны тем самым изменяют также интенсивность химических реакций, а с ней и скорость образования и гибели молекул озона. Понятно, чем больше величины ОРП и ПГП какого-либо фреона, тем менее он пригоден как потенциальный заменитель действующих фреонов. ОРП современных заменителей фреонов составляют сотые доли от ОРП фреонов, запрещенных Монреальским протоколом. Есть все основания утверждать, что указанные потенциалы в целом успешно справляются с возложенной на них миссией: они дают количественно верную оценку роли тестируемых газов в формировании озоносферы и климата Земли. Поэтому ныне перед введением новых химикатов в хозяйственное использование необходимо определять их ОРП и ПГП.

И последнее. Сегодня в прессе часто можно слышать призывы к одностороннему неисполнению Россией своих обязательств в рамках Монреальского протокола. Такой подход представляется совершенно неоправданным как морально-этически (негоже цивилизованной стране вести себя подобно герою известного анекдота, который был хозяином своего слова: хотел - давал, хотел - брал обратно), так и сугубо практически (использование запрещенных химикатов наверняка станет непреодолимым препятствием на пути экспорта тех же холодильных установок, а российские авторефрижераторы и суда могут лишиться права на международные перевозки и даже доступа за рубеж).

На этом фоне попытка журнала “Холодильный бизнес” организовать среди специалистов аргументированное обсуждение последствий загрязнения атмосферы фреонами заслуживает высокой оценки. Как нетрудно понять, мы в целом солидарны с резкими, но верными оценками, данными В.У. Хаттатовым, ситуации в стране с озоноопасными веществами. По существу же сформулированных в № 2, 2001 г. вопросов хотелось бы сказать следующее.

1. После обнаружения антарктической “озоновой дыры” усилия мирового научного сообщества были направлены на объяснение этого природного феномена, в результате чего были проведены теоретические (главным образом, модельные) исследования, а также ряд специализированных экспериментов по мониторингу антарктической атмосферы. Наблюдения показали, что в весенний период а) озон практически полностью исчезает на высотах 15-20 км, где обычно его концентрация максимальна, вследствие чего резко снижается и общее (суммарное) содержание озона в столбе атмосферы; б) площадь, захватываемая “озоновой дырой”, увеличивалась год от года; в) в области “озоновой дыры” зафиксированы повышенные концентрации окиси хлора ClO и брома BrO - соединений, активно разрушающих атмосферный озон. Хорошо известно, что образование атмосферного озона происходит исключительно в светлое время суток, причем, чем интенсивнее ультрафиолетовое (солнечное) излучение, тем больше озона образуется. Очевидно, в течение полярной ночи и сразу после ее окончания источник озона в Антарктиде либо отсутствует, либо очень мал. Не пополняются его запасы и за счет воздухообмена с внеполярными воздушными массами (такова специфика весенней циркуляции в этом регионе). Зато полным ходом идет разрушение озона вышеупомянутыми соединениями хлора и брома, многократно усиливающееся в присутствии переохлажденных капель растворов, ледяных частиц и фоновых аэрозолей. Изложенный здесь схематически механизм образования “озоновой дыры” был воссоздан с помощью сложных математических моделей, и результаты расчетов достаточно успешно согласуются с данными наблюдений. Таким образом, есть веские основания полагать, что в целом теория верно отражает происходящие в антарктической атмосфере процессы. Исходя из этого, можно утверждать, что дальнейшее увеличение объема выбросов фреонов в атмосферу могло бы привести к увеличению площади “озоновой дыры”, но вряд ли к еще большему сокращению общего содержания озона (т.к. невозможно уничтожить больше того, что имеется). В то же время преждевременны, по нашему мнению, и громкие дифирамбы Монреальскому протоколу, растиражированные в последних публикациях и связанные с некоторым улучшением ситуации во второй половине 1990-х г.г., когда общее содержание озона стабилизировалось, а в отдельные годы даже возрастало. Положительные тенденции слабы и пока наблюдаются в течение слишком короткого периода, чтобы на их основании делать далеко идущие выводы.

К сожалению, столь яркое проявление “«озонового” катаклизма у южного полюса снизило в какой-то степени интерес к аналогичным, пусть и менее драматичным процессам у другого полюса - в Арктике, а ведь это область, непосредственно граничащая с самым густонаселенным поясом Земли. “Озоновые дыры” наблюдаются зимой и весной в ограниченных областях Евразийского сектора Арктики, чаще смещающихся от Скандинавии в январе к Таймыру в марте-апреле. Интенсивность их меняется от года к году, но в целом они меньше, чем в Антарктике, поскольку арктическая атмосфера теплее антарктической и зимой более активно обменивается воздушными массами с другими широтами.

2. Действительно, общее содержание озона в столбе над экваториальной зоной, согласно измерениям, примерно в полтора раза меньше, чем в приполярных районах. И это притом, что интенсивность образования озона в тропиках максимальна. Пониженное содержание озона в экваториальной зоне обусловлено постоянным переносом воздушных масс в стратосфере от экватора к полюсам. Поэтому богатый озоном воздух перемещается в более высокие широты, а на смену ему из тропосферы умеренных широт приходят воздушные массы с меньшим содержанием озона. Минимальное содержание озона над экваториальной зоной - следствие того, что воздухообмен там эффективнее процесса фотохимического образования озона.

Медицинские исследования свидетельствуют о различной степени риска заболевания, вызванного повышением дозы ультрафиолетовой радиации, у людей с разным цветом кожи, наибольшая подверженность таким заболеваниям - у представителей белой расы. По всей видимости, меньшая восприимчивость у людей других рас (в первую очередь, черной) - результат многовековой адаптации к регулярным повышенным дозам ультрафиолетового излучения.

3. Поскольку фреоны имеют антропогенное происхождение, то их концентрация максимальна у поверхности Земли и уменьшается с высотой. Долгоживущие фреоны (такие, как R-11 и R-12) достаточно хорошо перемешаны в атмосфере, поэтому их концентрация, скажем, над Австралией лишь чуть меньше, чем над Европой или Северной Америкой, где сосредоточены их основные источники. Заменители фреонов, время пребывания которых в атмосфере не превышает нескольких месяцев, распределены в атмосфере менее равномерно, и их концентрация в местах, удаленных от источников загрязнения, существенно ниже концентрации вблизи источников. В последние годы отмечается снижение концентраций фреонов, попавших под запрет согласно Монреальскому протоколу. Так, измерения концентрации R-11 и R-12 в приземном воздухе показали прекращение их роста и начало снижения в последние годы.

Мы полностью согласны с В.У. Хаттатовым в оценке значимости обнаружения “доисторического” фреона в ледовых кернах украинскими учеными. Для того, чтобы это открытие стало общепризнанным, необходимо его опубликование в престижных рецензируемых изданиях, чего до сих пор сделано не было.

4. Существующие математические модели позволяют оценить, как изменялось ультрафиолетовое излучение в прошлом. Опубликовано немало работ (в том числе и авторов этой реплики), посвященных реконструкции газового состава атмосферы в различные периоды истории Земли на основе проб воздуха, извлеченных из антарктических и гренландских ледовых кернов. С помощью таких реконструкций получены вертикальные распределения концентрации озона в разные палеоэпохи. А так как ультрафиолетовые потоки практически полностью определяются уровнем содержания озона в атмосфере, то их величина в те же периоды была вычислена и проанализирована. Этот анализ показал примерное сохранение суммарного содержания озона и ультрафиолетовых потоков в прошлые эпохи, в том числе и в ледниковые периоды.

5. Существуют методики, позволяющие оценить степень опасности и максимально допустимое время пребывания человека на открытом воздухе в дни, когда содержание озона в регионе понижено. На основе использования этих методик в ряде стран (Великобритания, Канада, Австралия) созданы и успешно действуют службы, ответственные за повседневное прогнозирование и последующее оповещение населения через СМИ о таких неблагоприятных ситуациях. Аналогичная работа производится в обсерватории г. Градец Кралове (Чехия) для стран Центральной Европы. Некоторое время назад на Ленинградском областном телевидении мы также давали подобный прогноз. Однако в дальнейшем заказчики не проявили должного интереса к продолжению сотрудничества. К тому же подобные расчеты должна производить специально созданная группа специалистов, работающих с оперативной информацией, а не научное подразделение, как это было в нашем случае. Появление соответствующей российской службы было бы весьма полезно.

###

 

И.Л. Кароль, зав. лаб., проф., А.А.Киселев, ст. н. сотр., Главная геофизическая обсерватория (Санкт – Петербург) .

 

«МИР КЛИМАТА 2018»

«КлиматАкваТэкс 2018»

REFRIGERATION PORTAL