Реакции, способствующие разрушению озона в атмосфере Земли

Азотный цикл (NO_x):

N₂O + O(1D) → NO + NO

О₃ + NO → NO₂ + О₂

NO₂ + О → NO + О₂

NO является катализатором процесса. Когда в этот цикл вторгаются дополнительные порции оксида азота, значительно уменьшается концентрация озона. Так, при полете сверхзвуковых самолетов в двигателях достигается такая высокая температура, что становится возможной реакция: N₂ (г) +O₂ (г) ® 2 NО (г), в результате которой оксид азота выбрасывается в стратосферу, существенно снижая концентрацию озона. Разрушение озона в основном обусловливает азотный цикл, антропогенное загрязнение атмосферы:

• Ядерные взрывы. Разогрев до 6000 К и быстрое охлаждение (замора­живание NO). 1 Мт при взрыве дает от 1000 до 12000 тонн оксидов азота (2,5·10³² молекул).

• Сверхзвуковые самолеты (18 г NO на 1 кг топлива). 1 млн тонн оксидов азота в год выбрасывают двигатели сверхзвуковых самолетов.

• Использование минеральных азотных удобрений.

• Сжигание топлива дает до 3 млн. тонн оксидов азота в год.

Водородный цикл (HO_x):

Н₂O + O → OH + OH

ОН + О₃ → НО₂ + О₂

НО₂ + О₃ → ОН + 2О₂

Хлорный цикл (ClO_x):

CFCl₃ + hν → CFCl₂ + Cl

Cl + O₃ → ClO + O₂

ClO + O → Cl + O₂

Фреоны очень хорошо сохраняются в атмосфере, плохо растворимы в воде, не горят, имеют низкие температуры кипения, поэтому хорошо испаряются на воздухе. Из тропосферы часть фреонов может уходить с водой и, не гидролизуясь, скапливаться в океане, который становится своеобразным резервуаром фреонов.

Действие озона на живые организмы и материалы

Действие озона на человека. Вдыхание озона — компонента фотохимического смога — вызывает кашель, одышку, раздражение носоглотки и осложняет хронические болезни, такие, как астма, бронхиты, сердечная недостаточность. Кроме того, озон нарушает нормальное движение мерцательных волосков в бронхах, которые должны выводить чужеродные вещества вместе с мокротой: систематическое вдыхание озона приводит к накоплению в легких чужеродных веществ, что может привести к увеличению опасности заболевания раком, так как канцерогенные вещества задерживаются в легких дольше обычного. В тканях образуются свободные радикалы, легко вступающие в реакции с элементами биомолекул. Отмечено также, что длительное воздействие озона при концентрациях, типичных для воздуха многих городов мира, вызывает быстрое старение клеток животных.

Действие озона на растения. Чувствительные виды растений уже после часовой обработки озоном при концентрации 0,05—0,1 мг/м³ проявляют признаки угнетения. Озон также изменяет структуру клеточных мембран. При этом сначала повышается проницаемость по отношению к воде, а затем к глюкозе. В результате этих процессов отмирают клетки листьев, на поверхности образуются полости, в которых происходит полное отражение света. В этом случае говорят о появлении серебристой пятнистости листьев. Благодаря физиологическим условиям в клетке, озон образует радикалы ОН•, которые реагируют с глянцевым слоем кожицы листьев и игл, в результате чего на этом слое появляются трещины и он становится хрупким. В трещинах могут прорастать грибные споры, проникающие затем в глубь листа и разрушающие его. Этот инфекционный процесс является одной из причин гибели лесов.

Действие озона на материалы. Наиболее заметное воздействие озон оказывает на резину и многие другие полимерные материалы, в том числе используемые для производства текстильных изделий. Даже наиболее устойчивые к действию полютантов хлопчатобумажные ткани значительно теряют прочность при посто­янном контакте с воздухом, содержащим относительно небольшие (по современным меркам) количества озона. В еще большей степени этот эффект проявляется на тканях из синтетических материалов. Озон незаметно взаимодействует также со многими используемыми в текстильной промышленности красителями на основе синтетических органических соединений. При этом ткани теряют или постепенно изменяют свой цвет. Аналогичное действие озон оказывает на масляные и другие краски, что приводит к опасности утраты многих ценнейших произведений искусства, таких, как картины, фрески. Для увеличения сопротивляемости тканей и красителей действию фотооксидантов в их состав вводят в качестве добавок специальные вещества — антиоксиданты. К таким же мерам прибегают для увеличения срока службы изделий из резины, значительно разрушающейся от постоянного контакта с загрязненным озоном воздухом