АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ОЗОН, ПОГОДА, ЗДОРОВЬЕ

Озон является малой составляющей в атмосфере. Малой — потому что его мало, очень мало по сравнению с другими атмосферными составляющими — азотом, кислородом, водоро­дом. Но в атмосфере, как и в обществе — важен не тот, кого много, а тот, кто активнее. Именно из-за своей активности озон несмотря на то, что его очень мало, является, пожалуй, самым главным газом в атмосфере. Судите сами. Озон задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца именно в той области спектра, где оно губительно для ДНК. Он защищает все живое от гибели. Далее. Озон служит пленкой на теплице, в которой все мы живем. Не будь этой пленки, не было бы приемлемой для нас погоды, климата. Несмотря на столь важную роль озонного слоя в жизни всей биосферы Земли, человек начал его разрушение. Вначале в озонном слое Земли появилась дыра в Антарктике, затем над Австралией, потом целое ожерелье озонных дыр в Арктике. Это сегодня. А что будет завтра? Не следует думать, что проблема озонных дыр это проблема наших детей и внуков. Последствия озонных дыр, как и СПИД, рядом с нами. Мы просто не хотим этого видеть, нам так проще. А на самом деле изменения в атмосфере, гидросфере, биосфере (а значит и в нашем здоровье), которые связаны с существованием озонных дыр, уже происходит. Кто думает о здоровье, своем и других, должен знать, откуда ждать беды.

Озон является разновидностью кислорода. У кислорода, которым мы дышим, молекула содержит два атома. У озона молекула содержит три атома. Озон содержится в атмосфере на всех высотах, от поверхности Земли до 60 км. На разных высотах роль озона и его время жизни зависит от тех газов, которые его окружают. Озон вступает с некоторыми из них в реакции и претерпевает превращения. Важную роль в судьбе озона играют и движения атмосферного воздуха. На поверхности Земли ветры в десятки метров в секунду мы считаем очень сильными. В атмосфере на высоте в десятки километров скорости ветров в десятки раз больше. Поэтому идет непрерыв­ный перенос воздушных масс из одних мест в другие. Воздух в атмосфере интенсивно перемешивается в результате вертикаль­ных движений (вверх-вниз). Большую роль играют вихревые движения воздуха (турбулентность). Благодаря таким движе­ниям, которыми охвачена вся атмосфера от поверхности Земли до высоты примерно 100 км, состав атмосферы на этих высотах сохраняется постоянным. Это очень важно, поскольку происхо­дит перенос образованных внизу веществ вверх, а образованных вверху — вниз. Всю эту область (сферу) поэтому называют турбосферой. Она заканчивается на высоте 100-110 км турбо-паузой. Выше этого уровня полного перемешивания воздуха нет. Здесь роль турбулентных движений значительно меньше.

Молекулы атмосферного озона «зажаты» другими частицами атмосферного газа. Поэтому они вынуждены двигаться вместе с ними. Наблюдая за движениями озона, можно судить о движении всей воздушной массы. Озон является своего рода трассером, который позволяет наблюдать за динамикой атмо­сферы и изучать ее. Почему именно озон? Ведь кроме озона в атмосфере имеются и другие частицы, так называемые малые составляющие. Потому что озон очень активен, за ним легко вести наблюдения, определять его количество и перемещения.

Поэтому нельзя понять образование озона, перемещения его за время жизни и, наконец, его смерть (исчезновение в реакциях с другими веществами или излучениями), не зная, в каких условиях озон находится, с каким газом ему приходится двигать­ся и взаимодействовать, действию какого излучения он подвер­жен. Необходимо рассмотреть, что собой представляет атмо­сферный газ.

Воздух у поверхности Земли состоит в основном из азота (78,084 процента по объему) и кислорода (20,94 процента). Углекислый газ составляет 0,033 процента, аргон — 0,934 процента. Неон, гелий, метан, криптон, водород, окислы азота и ксенон являются малыми составляющими. В количественном отношении ими можно пренебречь. Но только в количественном, когда говорят о плотности, массе, давлении. В качественном же отношении некоторые из них играют очень важную роль. Что касается озона, то он является очень малой составляющей. Если весь озон собрать у поверхности Земли при нормальном давлении (1013 мбар) и нормальной температуре (0°С), то получится пленка толщиной всего 3 мм.

Воздух содержит также целый ряд аэрозолей — примесей, которые находятся в твердом и жидком состоянии. Они могут быть как естественного, так и искусственного происхождения. Аэрозоли отличаются как по химическому составу, так и по размерам и физико-химическим свойствам. Аэрозолями, напри­мер, являются кристаллы льда, частицы пыли и т.д. В атмосфере содержится большое количество аэрозолей промышленного происхождения.

Крупные частицы играют важную роль в атмосферных процессах и в формировании погоды. Они служат ядрами, на которых начинается конденсация водяного пара. Аэрозольные частицы малых размеров сохраняются в атмосфере очень долго, переносясь воздушными течениями на очень большие расстоя­ния. В результате турбулентного перемешивания воздуха аэро­золи заносятся в верхние слои атмосферы вплоть до турбопаузы. Они вступают в реакции с другими составляющими атмосфер­ного газа. Значительная часть аэрозолей создается человеком. Поднимаясь на уровень озонного стратосферного слоя, они вступают в реакции с озоном и уничтожают его. Собственно, аэрозоли уничтожают озон не только в озонном слое, но и ниже, и даже у поверхности Земли. Эти аэрозоли мы рассмотрим особенно подробно, поскольку вопрос разрушения озонного слоя нашей планеты является вопросом номер один. Мы должны знать источники тех веществ, которые разрушают озон, с тем чтобы принять энергичные меры для предотвращения попадания их в атмосферу.

Наряду с озоном особую роль в формировании условий на Земле играет углекислый газ. Он, как и озон, является малой составляющей атмосферы. Особая роль углекислого газа состо­ит в том, что он поглощает и переизлучает часть инфракрасного излучения, испускаемого земной поверхностью. Стабильность земных условий поддерживается балансом поглощаемой и излу­чаемой Землей энергией. Поэтому увеличение содержания в атмосфере углекислого газа может этот баланс нарушить. Тогда Земля будет продолжать поглощать то же самое количество солнечного излучения, а излучать в окружающее пространство она станет меньше. Ее температура станет повышаться. Так, увеличение содержания углекислого газа в атмосфере от 0,020 процента в 1900 году до 0,0334 процента в 1979 году привело к заметному увеличению средней температуры приземного слоя воздуха.

Пыль и другие частицы, которые попадают в атмосферу при извержениях вулканов и от других источников, в частности от промышленных предприятий, также влияют на температуру земной поверхности и приземного слоя воздуха. Чем их больше, тем сильнее они задерживают солнечное излучение и тем самым приводят к уменьшению температуры планеты. Но роль озона в тепловом режиме Земли и ее атмосферы определяющая.

Распределение различных составляющих по высоте зависит не только от действия силы тяжести, но и от солнечного излучения. Солнечное излучение не только ионизирует атомы и молекулы атмосферного газа, но и расщепляет молекулы, диссоциирует их. Поэтому чем выше, тем больше молекул кислорода преобразуется в атомы кислорода. На высоте турбо­паузы концентрация атомов кислорода составляет 10-20 про­центов от концентрации молекул кислорода. Уже на высоте 120-130 км количество атомного и молекулярного кислорода Уравнивается.

Максимумы озона образуются при соединении молекулы кислорода и атома кислорода. Образуется молекула, состоящая из трех атомов кислорода. Основная масса озона сосредоточена на высотах примерно 25 км. В высоких широтах увеличение количества озона начинается на высоте 8-9 км, тогда как на низких широтах — на высоте 18 км. Плотность озона на определенной высоте достигает максимума, а выше этого уровня она уменьшается. Озонный слой с высотой меняет изменение температуры. По мере подъема над поверхностью Земли температура воздуха уменьшается. Но на высотах, где озона больше всего, температура увеличивается. Это и понятно, поскольку озонный слой является аккумулятором (накопителем) тепла.

Исчезает озон в следующих реакциях. Молекула озона соединяется с атомами кислорода, и образуются две молекулы кислорода. Кроме того, молекулы разрушаются (диссоцииру­ют) солнечным излучением. При этом образуется молекулярный и атомный кислород. Диссоциацию молекул озона способно производить солнечное излучение в ультрафиолетовой и ближ­ней инфракрасной областях.

Озон образуется эффективно из молекулярного и атомного кислорода на высотах 30-70 км. Реакции с разрушением озона протекают на всех высотах, вплоть до поверхности Земли. Рассмотрим более подробно разрушение озонного слоя. Оно связано в частности с метаном. От метана зависит климат на Земле. Содержание метана в земной атмосфере растет. Метан попадает в атмосферу разными путями. Прежде всего метан в атмосфере имеет биогенное происхождение. Кроме того, значи­тельное количество этого газа попадает в атмосферу в результате выбросов. Он поступает и при разработке газовых и нефтяных месторождений. Измерения показывают, что в районах эксплу­атации газовых и нефтяных месторождений концентрация мета­на повышена, и она сильно меняется как во времени, так и в пространстве. От земной поверхности метан поднимается вверх, в атмосферу. По некоторым оценкам, в течение года от поверхности Земли уходит примерно 10 миллиардов тонн метана. Метан образуется также в естественных микробиоло-мческих процессах в застойных и почвенных водах. Он обра-уется в техногенных процессах с участием природного газа, при горании биомассы и угля. Количество метана в атмосфере увеличивается примерно на 2 процента ежегодно. Вообще-то сличение количества метана началось примерно с 1700 года, 'ченые считают, что до этого на протяжении миллионов лет его количество оставалось неизменным.

Рост количества метана происходит не только потому, что его образуется с каждым годом все больше. Дело в том, что разрушение метана происходит из года в год все медленнее. Количество метана непосредственно связано с количеством озона. Посредниками тут являются окислы азота.

Источником окислов азота является закись азота. Она сама по себе малоактивна и не реагирует с какими-либо составляю­щими атмосферы. Она даже плохо растворяется в воде. Обра­зуется закись азота из связанного азота в процессе денитрифи-кации. Этот процесс обеспечивают микроорганизмы, которые находятся в почве и океане. В этих процессах кроме закиси азота образуется и молекулярный азот. Таким путем в атмосферу с поверхности суши поступает в год около 50 миллионов тонн закиси азота. Еще примерно 10 миллионов тонн закиси азота поставляет в атмосферу океан. Закись азота поднимается до самой стратосферы. На этом пути она мало разрушается солнечным излучением. Стратосферы достигает примерно поло­вина всей закиси азота, которая образуется на суше и в океанах. Глобальная эмиссия закиси азота за последнее столетие увели­чилась примерно на 50 процентов. Как это сказывается на озоне? Подсчитано, что если количество закиси азота удвоится, то из-за этого количество стратосферного азота уменьшится на 5 процентов. Очень важно, что закись азота в нижней атмосфере живет очень долго (примерно 150 лет).

В стратосфере из закиси азота образуется окись азота, которая является очень активной. В год в стратосфере ее 3»

образуется примерно 4 миллиона тонн. В стратосфере имеется большое количество двуокиси азота, основным поставщиком которой является промышленность. В тропосфере двуокись азота частично вымывается осадками. Поэтому чем выше в тропосфере, тем двуокиси азота меньше. Но все равно ее достаточно, чтобы проникать в стратосферу. В стратосфере ее количество с высотой меняется мало. Молекулы двуокиси азота вступают в реакции с атомным кислородом и образуют молекулы окиси азота и молекулярного кислорода. Далее молекулы окиси азота вступают в реакции с молекулами озона и уничтожают их. Так разрушается озон.

Молекулы азота, которых в стратосфере очень много, под действием ультрафиолетового излучения Солнца, а также вы­сокоэнергичных заряженных частиц, диссоциируют, разрыва­ются на атомы. Образованный атомный азот очень активен. Он тут же взаимодействует с молекулярным кислородом и образует окись азота и атомный кислород. Оба эти вещества очень опасны для озона.

Озон активно разрушают и окислы хлора. Реакций с участием хлора в стратосфере имеется несколько десятков. Очень быстро взаимодействует с озоном атомный хлор. При этом образуется моноокись хлора и молекулярный кислород. Атомный хлор образуется из соединений хлора, которые попадают в стратосфе­ру. Значительное количество хлористого водорода выбрасыва­ется в стратосферу после извержений вулканов. При этом продукты извержения достигают высоты 18-20 км.

Сера, выбрасываемая в атмосферу, также достигает страто­сферы. Ее ежегодный выброс составляет миллионы тонн. Из двуокиси серы образуется серная кислота.

Активными разрушителями озона являются фреоны. Это собирательное название целой группы химических веществ, которые используются в холодильных установках. Фреоны используются также в качестве распылителей в аэрозольных упаковках. Они также применяются для приготовления вспени­вающего средства для производства пенопластов.

Фреоны достаточно быстро поднимаются в стратосферу агодаря непрерывному турбулентному движению атмосфер-ого газа. Фреоны в стратосфере разлагаются ультрафиолето- 1М излучением Солнца. При этом выделяются активные атомы ора, которые и участвуют в разрушении озона. На количество озона оказывают влияние и процессы, вызван-е полетами сверхзвуковых самолетов. В камерах сгорания турбореактивных двигателей этих самолетов создается высокая температура. Это способствует образованию окислов азота из а и кислорода. Чем больше мощность двигателя, тем выше мпература, тем эффективнее идет образование окислов азота, стественно, что при этом важна и высота. Чем ближе к зонному слою летит самолет, тем он опаснее. Таким путем жегодно выбрасывается в атмосферу более 1 миллиарда тонн киси азота. И все это участвует в разрушении озонного слоя.

Ракетоносители, которые используются при запусках косми-еских кораблей многоразового использования (типа «Шат-лов»), также выбрасывают в атмосферу хлор и его соединения около 187 тонн). Надо иметь в виду, что одна молекула хлора пособна уничтожить до ста тысяч молекул озона. Часть вредных озонного слоя выбросов попадает в стратосферу сверху, кольку эти космические корабли поднимаются до высоты 52 м. На этих высотах «Шаттл» выбрасывает примерно 180 тонн:ислов алюминия и других аэрозолей, а также около 7 тонн ксидов азота. По оценкам специалистов, при одном только "пуске «Шаттл» способен уничтожить около 0,3 процента щего содержания озона во всей земной атмосфере. Если же аких запусков в течение года будет произведено 60, то будет чтожено 18 процентов всего стратосферного озона. В смысле охранения озона выгоднее использовать для вывода на орбиту осмических кораблей мощные ракеты. На вооружении большинства стран мира имеются боевые рдотопливные ракеты. В состав их топлива входит окисли-— перхлорат аммония. Когда он сгорает, выделяются щества, содержащие хлор. Рассчитано, что каждая тонна груза на этих ракетах сопровождается потерями озона, которые составляют 8 миллионов тонн. Естественно, что запуск таких ракет надо запретить. Запуски мелких и средних ракет также нежелательны, поскольку они более вредны (в расчете на единицу массы выводимого груза), чем мощные ракеты. Необ­ходимо ограничивать число пусков ракет безопасным пределом.

Мы уже говорили, что закись азота очень опасна для озона. Она, в частности, образуется при денитрификации связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхнем слое океанов и морей. За последние десятилетия очень резко возросло количество минеральных удобрений, вносимых в почву. К 2000 году это количество составит 200 миллионов тонн. Процесс денитрификации самым прямым образом связан с количеством связанного азота в почве. С увеличением количества вносимых в почву минеральных удобрений в такой же мере возрастает и количество образующейся при этом закиси азота. Затем из закиси азота образуются окислы азота, которые очень активно разрушают озон в стратосфере.

Разрушение озонного слоя производят и продукты, образую­щиеся в результате ядерных взрывов. При таких взрывах температура повышается настолько (как и в двигателях высо­тных самолетов), что весь молекулярный кислород превраща­ется в атомный. По весу его становится примерно 20 процентов. Далее все происходит так, как уже было описано выше.

Как уже говорилось, опасная для озона закись озона образу­ется и при сжигании топлива. Она обнаруживается в дымовых газах электростанций.

В тропосфере и стратосфере проходят сотни химических реакций, которые прямо или косвенно оказывают влияние на количество озона. Человечество выбрасывает в тропосферу и стратосферу миллионы тонн новых веществ, которых раньше там не было. Следовательно, мы меняем всю систему протекающих там химических реакций. Это касается и тех реакций между химическими соединениями, которые приводят к уничтожению озона. Значит, в любой день количество может перейти в качество. Могут создаться такие условия, при которых каждый из механизмов разрушения озона может стать определяющим, роковым. Поэтому ни одно вещество, которое мы забрасываем в атмосферу, нельзя сбрасывать со счетов.

То, что сейчас озонный слой все еще существует несмотря на то, что мы не прекращаем засорять стратосферу, не должно успокаивать. Есть одна очень коварная вещь, о которой мало кто догадывается (кроме специалистов). Дело в том, что заброшен­ные нами в больших количествах в стратосферу и тропосферу вещества, которые разрушают озон, могут (и будут) находиться там очень долго — от 150 до 200 лет. На этих высотах очень глубокий вакуум и, кроме того, атмосфера там не очищается осадками (дождем, снегом, градом). Это выше погодного слоя атмосферы. Значит, мы создали своего рода подушку (резе­рвуар), из которой разрушители озона будут поступать еще 150-200 лет. Ими мы обеспечили не только своих детей и внуков, но и правнуков и их детей. Специалисты рассчитали, что если с данного дня мы вообще перестали бы выбрасывать что-либо в атмосферу, разрушение озонного слоя будет продолжать­ся весьма интенсивно, и примерно к 2030 году (плюс-минус) его изменения будут таковыми, что жить на Земле станет невозможно. Что произойдет? Изменится тепловой баланс в атмосфере, изменится ее циркуляция. Торнадо будут проносить­ся ежедневно. Уровень Мирового океана повысится настолько, что будут затоплены порты, низменности, плодородные земли. И так далее.

При этом на человека, как и на все живое, будет действовать ультрафиолетовое излучение, которое сейчас задерживает озон­ный слой в стратосфере. Ультрафиолетовое излучение в диапа­зоне 280-320 километров влияет на здоровье человека. Если их не будет задерживать озонный слой, то оно будет разрушать Молекулы ДНК живых организмов. Под действием этого излучения развивается кожная эритема и рак кожи. Это излучение при облучении глаз может вызвать повреждение

роговицы (фотокератит), катаракту и фотоконъюнктивит. И это еще не все. Излучение может вызывать также изменения в иммунной системе организма, подавляя его защитные функции. В результате усилится фотоканцерогенезис. При этом будет подавляться развитие контактной сверхчувствительности (ги­перчувствительности). Защита организма при этом ослабляется, поэтому уменьшается его сопротивляемость к развитию заболе­ваний (различные инфекционные лишаи и др.). Степень риска при этом увеличивается.

Воздействие излучения на живой организм осуществляется через химические реакции в клетках, которые вызываются воздействующим светом (фотохимические реакции). Чтобы такие реакции происходили, надо, чтобы свет поглотился молекулой. Тогда поглощенная клеткой электромагнитная энер­гия преобразуется в химическую энергию. Получив избыток энергии, клетка приходит в возбужденное состояние. В таком состоянии молекула может находиться достаточно долго. В результате внутри самой возбужденной молекулы происходят определенные фотохимические изменения. Избыточная энергия возбужденной молекулы передается окружающим ее молекулам и вызывает в них реакции фотосинтеза. При этом в них образуются определенные продукты. Это происходит в таких биологических структурах, как нуклеиновые кислоты, протеи­ны, липиды, стероиды, меланин и др. Наибольшую опасность излучение представляет для нуклеиновых клеток, цитоплазмы, мембран.

После того как под действием излучения произошли биоло­гические изменения, биосистема сразу же начинает производить определенные химические вещества, которые предназначены для того, чтобы восстановить нормальное состояние системы. В результате биологическая система формирует свой отклик на воздействующее излучение. Конечным результатом всего этого процесса может быть выход системы из нормального состоя­ния — болезнь или даже смерть. Это зависит от дозы облучения.

Ультрафиолетовое излучение действует на живые организмы прежде всего путем повреждения хранилища клеточной генети­ческой информации, то есть на ДНК. Если же ДНК нарушены, то это препятствует восстановлению и копированию данных биосистем. ДНК играет главную роль в мутагенезисе и в канцерогенезисе. Поэтому роль повреждения ДНК ультрафи­олетовым излучением является наиболее важной. При повреж­дении ДНК происходит блокирование процессов копирования и перевода, которые существенны для функционирования клеток и их деления. Если будет достигнут определенный порог повреждения ДНК, то произойдет гибель клеток.

Случаи заболевания меланомой и смертности от нее сопостав­лялись с данными измерений ультрафиолетового излучения. Был сделан вывод, что если общее содержание озона уменьшит­ся на 1 процент, то число случаев заболеваний злокачественной меланомой увеличится примерно на 1-2 процента. Злокачест­венная меланома является самой опасной формой рака кожи. Примерно одна треть больных ею живут не более 5 лет. За последние 10 лет заболеваемость злокачественной меланомой удвоилась.

Большие дозы облучения ультрафиолетом приводят к форми­рованию опухолей, меньшие дозы часто вызывают возникнове­ние немеланомного рака кожи.

Специалисты подсчитали, что при уменьшении количества озона на 1 процент количество случаев катаракты увеличится примерно на 0,26 процента. Для такой страны как США это дополнительно 24 тысячи больных катарактой. Глаз не способен адаптироваться к ультрафиолетовому облучению в указанном диапазоне. Поэтому любое уменьшение количества озона в стратосфере будет сопровождаться заболеваниями рака. Надо иметь в виду, что к 2000 году количество озона уменьшится на 5 процентов. При этом ультрафиолетовое излучение в опасном Диапазоне увеличится на 10 процентов. Заболеваемость базаль-но-клеточным раком кожи увеличится на 20 процентов. Число заболеваний чешуйчато-клеточным раком кожи увеличится на 30 процентов.

Таким образом, уже сегодня необходимо учитывать те изме­нения в состоянии здоровья, которые происходят из-за разру­шения озонного слоя. Это «снежный ком», и он уже покатился.

Дата добавления: 2016-06-05 | Просмотры: 466 | Нарушение авторских прав