Озонът (О₃) е газ, който се среща в цялата атмосфера. Син е на цвят и има силна специфична миризма. Неговото относително съдържание обаче е много ниско. В 10 милиона молекули въздух около 2 милиона са кислородни и само 3 молекули са озон. Основната негова концентрация е в стратосферата на височина от 15 до 30 км над земната повърхност. Там се намират около 90 % от планетарния озон и затова може да се говори за определен слой, наричан озоносфера.

Стратосферният озон има естествен произход. Под въздействието на слънчевата ултравиолетова радиация кислородните молекули се разцепват на два отделни кислородни атома. При сблъсъка на тези атоми с други кислородни молекули се образува озонът. Съществува динамично равновесие между образуването и разрушаването както на кислородните, така и на озоновите молекули, което зависи от химичния състав на атмосферата, количеството ултравиолетова радиация и някои физически характеристики на въздуха, най-вече неговата температура.

Озонът има огромно значение за живота на Земята, тъй като той поглъща вредната за живите организми ултравиолетова радиация с дължина на вълната от 290 до 320 nm (обозначавана с UVB). Близката до видимия спектър ултравиолетова радиация с дължина на вълната от 320 до 400 nm, която не се поглъща от озона, но е и сравнително безопасна, се обозначава с UVA. Ултравиолетовата радиация с дължина на вълната под 280 nm (UVC) е изключително опасна, но тя се поглъща почти изцяло както от озона, така и от кислорода. Изчезването на озона от атмосферата би довело до увеличаване на този вид радиация при земната повърхност само с 1 %.

Озонът обаче има двуяко въздействие. Освен описаният по-горе „добър“ озон, който ни предпазва от действието на вредните слънчеви лъчи, съществува и т.нар. „лош“ озон. Той и земния слой въздух и най-често е свързан със смога. Резултат е от реакцията под въздействието на слънчевата светлина между азотните окиси и т.нар. лесноподвижни органични съединения. Те се образуват в резултат на различни дейности – електропроизводтсво, бензинови изпарения, химически разтворители, обработени газове от моторните превозни средства и т.н. Метеорологичната обстановка, която благоприятства образуването на приземен озон, е свързана с горещите слънчеви и безветрени летни дни. Рисковете за здравето на човека са свързани най-вече с дишането – затруднения и усилване на симптомите при астматици, при болни от бронхит и други заболявания на белия дроб. „Лошият“ озон оказва негативно влияние и на растителността и екосистемите. Той води до намаляване на добивите в растениевъдството, до намален растеж на дървесните видове, до по-голяма поддатливост на различни болести и вредители и до лошо време. Изчислено е, че само в САЩ този вид озон води до годишно намаление на приходите от растениевъдство с около 500 милиона долара.

Изтъняването на озоновия слой е един от най-сериозните проблеми на човечеството в днешно време. Повече от 50 години хлорфлуоркарбоните (CFC според международната номенклатура) са считани за газове-чудо. Те са стабилни, незапалими, нетоксични и най-вече – евтини. Използват се за различни цели – охладители, разтворители, пенливи вещества и др. Други широко произвеждани хлор-съдържащи вещества са метил-хлороформ (разтворител) и карбон-тетрахлорид (химикал, използван в индустрията). Халоните (намаляващи риска от възпламеняване) и метил-бромидът (почистващ химикал) съдържат бром. Поради голямата стабилност на тези вещества те имат достатъчно дълъг живот, за да бъдат транспортирани до стратосферата и по-конкретно – до озоносферата. Там под въздействието на ултравиолетовата радиация хлорът и бромът се отделят и действат като катализатор за разрушаването на озона.

В началото на 70-те години на миналия век учените започват да изследват въздействието на различните химикали върху озона, и по специално на тези, които съдържат хлор. Изследват се както хлорфлуоркарбоните, така и естествените източници на хлор, каквито са плувните басейни, някои производства, морската сол, вулканските изригвания. Оказва се, че хлорът от втората група източници бързо се свързва с водата в атмосферата и се измива от нея още преди да достигне значими височини. За разлика от този процес CFC-газовете са много стабилни. Макар и по-тежки от въздуха, поради турбулентното размесване и дългият им живот те достигат стратосферата на нивото на озоновия слой. За това са нужни около 5 години. Там тези газове под въздействието на същата ултравиолетова радиация се разцепват, отделяйки свободен хлорен атом. Един такъв атом се оказва, че може да разруши до 100 000 молекули озон. Общият резултат е сериозно занижено колечество озон.


Бромните атоми, които са резултат от разцепването на споменатите по-горе химикали, имат 40 пъти по-силно катализиращо действие върху разрушаването на озона в сравнение с хлора. Големите пожари, както и някои морски обитатели, произвеждат също стабилни форми на хлора, които са в състояние да достигнат озоносферата. С помощта на различни експерименти е установено, че техният дял е едва 16 % от свободния хлор в стратосферата. Останалите 84 % се дължат на CFC- газовете.

Големите вулкански изригвания имат също така индиректен ефект върху озоновия слой. Те изхвърлят във високата атмосфера големи количества аерозоли (малки твърди частици), които засилват допълнително разрушителната сила на свободните хлорни атоми. Този ефект е сравнително краткотраен – до няколко години след изригването. Твърдите частици постепенно падат на земята. Типичен пример за такова документирано въздействие е изригването на вулкана Пинатубу във Филипините през 1991 г. През следващите две години се наблюдават изключително ниски стойности на озон в целия свят.

Типичен пример за изтъняването на озоновия слой е образуващата се ежегодно над Антарктида т. нар. „дупка“. За първи път нейното съществуване е установено и докладвано през 1985 г. от Британската антарктическа служба. Тя се образува през пролетта и се отличава с изключително ниски стойности на общото съдържание на озон – понякога нивата са с 66 % по-ниски от обичайните. Последните данни от 2005 г. показват максимален обхват на „дупката“ на 11 септември – 27 милиона км2. Най-нис – 102 DU (единицата в която се измерва озонът).


Причината за образуването на озоновата „дупка“ над Антарктида са специфичните метеорологични условия през зимните и пролетните месеци. През зимата над този континент се образува мощен и стабилен антициклон, който пречи на обмяната на въздух с другите географски ширини - както в тропосферата, така и в стратосферата. Притокът на озон спира, температурите падат до под -78°С. Формират се специфични облаци от ледени кристали на азотната киселина с примеси на сярна киселина. Химическите реакции по повърхността на кристалите освобождават активен хлор, който намалява количеството озон в стратосферата. През пролетта температурите се повишават, антициклонът не е така силен, облаците от ледени кристали изчезват и озонът се възстановява до нормалните си стойности.


Изтъняването на озоновия слой не е проблем само на полярните ширини. В последните десетилетия се наблюдава спад почти в целия свят с изключение на приекваториалните райони. Този спад е средно 3 % на десетилетие, като е по-голям в Южното полукълбо. Погледнато по сезони, по-голямо е намаляването през зимата и пролетта. Типичен пример в това отношение е станцията Ароза в Швейцария, където наземните измервания на общото съдържание на озон са започнали още през 1926 г.


От показаната графика се вижда, че до началото на 70-те години общото съдържание на озон е сравнително стабилно в многогодишен план. След това обаче започва един спад с устойчиви темпове от 2,3 % на десетилетие. Той не може да се обясни със случайни или епизодични събития (каквито са вулканските изригвания например). Причината е в увеличеното съдържание на CFC-газовете в атмосферата.


Подобно е и положението над България. Сателитните данни показват, че за периода 1978-2004 г. намаляването в средногодишните стойности на озона е от 2,74 % на десетилетие (в северозападната част на страната) до 2,53 % на десетилетие (в югоизточната). Този тренд е показан на фиг. 2.


Разгледани по месеци, най-сериозни са негативните трендове през първата половина на годината и по-специално – през февруари (-4,43 % на десетилетие) и януари (-4,11 % на десетилетие). Тези месеци се отличават с максимални стойности на озона през годината, затова този спад буди сериозна тревога. Най-малко е намаляването през септември (-0,42 % на десетилетие). Вижда се, че обстановката над България не се отличава от състоянието в средните географски ширини по целия свят.

Основните негативни последствия от изтъняването на стратосферния озон са свързани с увеличеното количество UVB-радиация, която достига земната повърхност. Различни изследвания показват, че в Антарктида през пролетта количеството UVB-радиация е два пъти по-голямо от нормалното. Потвърдени са подобни зависимости и за територията на Канада, Германия, Исландия, Гърция. Лабораторните и епидемиологични изследвания показват, че този вид радиация причинява рак на кожата, увреждания на очите (най-вече катаракти), подтискане на имунната система при човека. Последното води до по-голяма податливост на различни вируси и съответно на болести – херпес, СПИН, малария, някои форми на туберкулозата, дерматити и други. Ракът на кожата също е много опасен, въпреки че е лесно установим. От тази болест в Австралия годишно умират 1200 души. Това се дължи на неприспособеността на австралийците, които са с европейски произход, към увеличените количества ултравиолетова радиация.

Изчислено е, че тя е с 15 % повече отколкото в Европа, което се дължи на естествени (астрономически и географски) причини. Изследванията в САЩ показват, че половината от новопоявилите се случаи на рак, са рак на кожата. Годишно той засяга 1 милион души. Само през 2004 г. от тази болест са умрели около 10 250 души. Меланомата е най-опасният вид рак на кожата, въпреки че се среща най-рядко. От него през същата година са умрели 7910 души. Заболеваемостта сред белите американци се е утроила за периода 1980-2003 г. Както се вижда, разкритите тенденции водят до сериозна загриженост. Изследванията, направени в Пунта Аренас, Чили (най-южният град в света) в периода 1987-2000 г. показват 56 % увеличение на случаите на меланома и 46 % увеличение на случаите с други видове рак на кожата. Този град се намира на 53° южна ширина и е засегнат най-сериозно от антарктическата озонова „дупка“ и съответно – от повишените количества на UVB-радиацията.

Физиологичните процеси, както и тези, свързани с растежа при растенията, също са засегнати от увеличеното количество ултравиолетова радиация, въпреки наличието на някои компенсаторни механизми. От важно значение са също така и някои вторични ефекти като изменения във формата на растението, различно разпределение на хранителните вещества, промени във фазите на развитие и вторичния метаболизъм. Това може да доведе до по-голяма поддатливост на болести, по-ниска конкурентноспособност, нарушение на биогеохимичния цикъл.

Увеличеното количество ултравиолетова радиация оказва влияние и върху морските екосистеми. Изследванията показват, че по-големите дози UVB – радиация влияят негативно върху ориентационните и двигателни механизми на фитопланктона, което води до по-ниска способност за оцеляване. А фитопланктонът е в основата на цялата хранителна верига в океана. UVB-радиацията също така уврежда рибите, скаридите, раците, амфибиите и други морски животни в ранния стадий от тяхното развитие. Тя намалява техните репродуктивни способности.

Синтетичните полимери, естествените биополимери както и някои други материали, са засегнати от ултравиолетовата радиация, която намалява техния живот и съответно - времето за използване. Чрез специални добавки в днешно време този проблем е донякъде решен.

Както се вижда, изтъняването на озоновия слой се дължи и на сериозната човешка намеса. Във връзка с това се предприемат мерки на държавно и световно ниво. Още през 1978 г. в САЩ е забранено използването на CFC-газовете в кутиите за спрей. През 80-те години усилията са вече на световно равнище. През 1985 г. Виенската конвенция урежда международното сътрудничество по този въпрос. През 1987 г. е подписан Монреалския протокол, в който е заложено 50 % намаление на използването на CFC-газове до 1998 г.

В следващите години обаче измерванията доказват, че положението е още по-сериозно. В резултат на това през 1992 г. подписалите страни решават напълно да прекратят производството на халони до началото на 1994 г. и хлорфлуоркарбони до началото на 1996 г. (в развитите страни). След предприетите мерки още през 1997 и 1998 г. нивото на антропогенния хлор в стратосферата достига най-високото си равнище и спира да се увеличава. Прогнозите са, че за около 50 години атмосферата би трябвало да се самоочисти от озонразрушаващите примеси. Засега обаче такава тенденция все още не се наблюдава. По-скоро положението се влошава. Взаимовръзките в системата „атмосфера“ са сложни и многопосочни и не е възможно да бъдат отчетени всички фактори. Явно нещо е пропуснато.

Литература

1. Abarca, J. F., C. C. Casiccia. 2002. Skin cancer and ultraviolet-B radiation under the Antarctic ozone hole: southern Chile, 1987-2000. Photodermatology, Photoimmunology & Photomedicine 18 (6), 294-302.
2. Climate Change and Stratospheric Ozone Depletion: Early effects on our health in Europe/ Ed. S. Kovats et al., Copenhagen, 2000.
3. Cracknell, A. P., C. P. D. McArthur, C. Varostos. 1997. The spatial variation of ozone depletion in Europe. In: Atmospheric ozone dynamics: Observations in the Mediterranean region, Berlin etc., Springer-Verl., 9-22.
4. Kerr, J. B., C. T. McElroy. 1993. Evidence for Large Upward Trends of Ultraviolet-B Radiation Linked to Ozone Depletion. Science, 262, 1032.
5. Nojarov, P. 2004. Total ozone over Bulgaria according to satellite data. Problems of Geography, 3-4, 83-93.
6. Seckmeyer, G., B. Mayer, R. Erb, G. Bernhard. 1994. UV-B in Germany higher in 1993 than in 1992. Geophys. Res. Lett., 21, 577-580.
7. Stolarski, R. S., R. D. McPeters, J. F. Gleason. 1995. Ozone Trends from Satellite Data. In: Atmospheric Ozone as a Climate Gas: General Circulation Model Simulations, Berlin etc., Springer-Verl., 397-410.
8. Vogel, G., U. Schubert, D. Spдnkuch. 1997. Regional Distribution of Total Column Ozone Changes in Central Europe. In: Atmospheric ozone dynamics: Observations in the Mediterranean region, Berlin etc., Springer-Verl., 311-325.
9. Zerefos, C. S., A. F. Bais, C. Meleti, I. C. Ziomas. 1995. A note on the recent increase of solar UV-B radiation over northern middle latitudes. Geophys. Res. Lett., 22, 1245-1247.
10. http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/
11. http://www.theozonehole.com/
12. http://www.epa.gov/ozone/science/index.html

---

The ozone protects all earth’s living forms from the dangerous ultraviolet sun radiation. Its quantity began to decrease with serious pace during the last decades as a result of increased production of chlorine and bromine containing gases. These gases are extremely stable. They reach the ozonosphere, where under the impact of UV radiation free chlorine and bromine atoms are released, which speed up the ozone destruction. This process is most visible over the Antarctic because of the specific meteorological conditions. The values of total atmosphere ozone there in early spring are extremely low, which brings to life the commonly used term „ozone hole”. Ozone depletion affects almost the whole earth’s atmosphere including its part over the territory of Bulgaria. It leads to an increased quantity of UVB radiation, which is the reason for human skin cancer, different eye illnesses, suppression of the immune system. It also has negative effect on plants, phytoplankton, some animals and plastics. A lot of measures at global level have been taken during the last years in order to restrict and cease the production of ozone depleting gases.