Подпишитесь на нашу ежедневную рассылку с новыми материалами

Офтоп


Международный день охраны озонового слоя, тонкого "щита", защищающего все живое на Земле от губительного ультрафиолетового излучения Солнца, отмечается в понедельник, 16 сентября - в этот день в 1987 году был подписан знаменитый Монреальский протокол.

Фото AFP 2013/ NASA
 
В нормальных условиях озон, или O3, - бледно-голубой газ, который по мере охлаждения превращается в темно-синюю жидкость, а затем и в иссиня-черные кристаллы. Всего на озон в атмосфере планеты приходится около 0,6 части на миллион по объему: это значит, например, что в каждом кубометре атмосферы всего 0,6 кубического сантиметра озона.

Для сравнения, углекислого газа в атмосфере уже около 400 частей на миллион - то есть больше двух стаканов на тот же кубометр воздуха.
 
На самом деле такую небольшую концентрацию озона можно назвать благом для Земли: этот газ, который на высоте 15-30 километров образует спасительный озоновый слой, в непосредственной близости от человека куда менее "благороден". Озон относится к веществам наивысшего, первого класса опасности - это очень сильный окислитель, который крайне токсичен для человека.
 
Разобраться в разных свойствах непростого озона РИА "Новости" помогал старший научный сотрудник лаборатории катализа и газовой электрохимии химического факультета МГУ имени Ломоносова Вадим Самойлович.

Озоновый щит

Изображение антарктической озоновой дыры, сентябрь 2000. Иллюстрация NASA

"Это достаточно хорошо изученный газ, практически все изучено - всего никогда не бывает, но основное все (известно)… У озона много всяких применений. Но и не забывайте, что, вообще говоря, жизнь возникла благодаря озоновому слою - это, наверное, главный момент", - говорит Самойлович.
 
В стратосфере озон образуется из кислорода в результате фотохимических реакций - такие реакции начинаются под воздействием солнечного излучения. Там концентрация озона уже выше - около 8 миллилитров на кубический метр. Разрушается газ при "встрече" с некоторыми соединениями, например, атомарным хлором и бромом - именно эти вещества входят в состав опасных хлорфторуглеродов, более известных как фреоны. До появления Монреальского протокола они использовались, в частности, в холодильной промышленности и как пропелленты в газовых баллончиках.
 
В 2012 году, когда Монреальский протокол отмечал 25-летие, эксперты Программы ООН по окружающей среде (UNEP) назвали защиту озонового слоя одной из всего четырех ключевых экологических проблем, в решении которой человечеству удалось добиться значительных успехов. Тогда же в UNEP отмечали, что содержание озона в стратосфере перестало снижаться с 1998 года, и, по прогнозам ученых, к 2050-2075 годам может вернуться к уровням, фиксировавшимся до 1980 года.

Озоновый смог

В 30 километрах от поверхности Земли озон "ведет себя" хорошо, но в тропосфере, приземном слое, он оказывается опасным загрязнителем. По данным UNEP, концентрация тропосферного озона в Северном полушарии за последние 100 лет выросла почти втрое, что к тому же делает его третьим по значимости "антропогенным" парниковым газом.
 
Здесь озон тоже не выбрасывается в атмосферу, а образуется под действием солнечного излучения в воздухе, который уже загрязнен "предшественниками" озона — оксидами азота, летучими углеводородами и некоторыми другими соединениями. В городах, где озон является одним из основных компонентов смога, в его появлении косвенно "виноваты" главным образом выбросы автотранспорта.
 
Страдают от приземного озона не только люди и климат. По оценкам специалистов UNEP, снижение концентрации тропосферного озона может помочь сохранить около 25 миллионов тонн риса, пшеницы, сои и кукурузы, которые ежегодно теряются из-за этого токсичного для растений газа.
 
Именно из-за того, что приземный озон уже совсем не так полезен, специалисты метеослужб и экологического мониторинга постоянно ведут наблюдение за его концентрациями в воздухе крупных городов.

Озон полезный

"Одно из очень интересных свойств озона - бактерицидное. Он по бактерицидности практически первый среди всех таких веществ, хлора, перекиси марганца, окиси хлора", - отмечает Вадим Самойлович.
 
Та же экстремальная природа озона, делающая его очень сильным окислителем, объясняет сферы применения этого газа. Озон используется для стерилизации и дезинфекции помещений, одежды, инструментов и, конечно, очистки воды - как питьевой, так и промышленной и даже сточной.
 
Кроме того, подчеркивает эксперт, озон во многих странах используется как заменитель хлора в установках для отбеливания целлюлозы.
 
"Хлор (при реакции) с органикой дает соответственно хлорорганику, которая гораздо более ядовитая, чем просто хлор. По большому счету, избежать этого (появления ядовитых отходов. - Прим. ред.) можно либо резко уменьшив концентрацию хлора, либо просто устранив его. Один из вариантов - замена хлора на озон", - объяснил Самойлович.
 
Озонировать можно и воздух, и это тоже дает интересные результаты - так, по словам Самойловича, в Иванове специалисты ВНИИ охраны труда и их коллеги провели целую серию исследований, в ходе которых "в прядильных цехах в обычные воздуховоды вентиляции добавляли некоторое количество озона".

В результате распространенность респираторных заболеваний уменьшалась, а производительность труда, напротив, росла. Озонирование воздуха на складах пищевой продукции может повышать ее сохранность, и такие опыты в других странах тоже есть.
 
Озон токсичный

Спектрометр Ozone Monitoring Instrument расположен на борту спутника Aura. Изображение NASA
Спектрометр Ozone Monitoring Instrument расположен на борту спутника Aura. Изображение NASA
 
Подвох с использованием озона все тот же - его токсичность. В России предельно допустимая концентрация (ПДК) по озону в атмосферном воздухе составляет 0,16 миллиграмма на кубический метр, а в воздухе рабочей зоны - 0,1 миллиграмма. Поэтому, отмечает Самойлович, то же озонирование требует постоянного мониторинга, что сильно усложняет дело.

"Это все-таки техника достаточно сложная. Вылить ведро какого-нибудь там бактерицида - это проще гораздо, вылил и все, а тут следить надо, какая-то подготовка должна быть", - говорит ученый.
 
Озон вредит организму человека медленно, но серьезно - при длительном нахождении в загрязненном озоном воздухе возрастает риск сердечно-сосудистых заболеваний и болезней дыхательных путей. Вступая в реакцию с холестерином, он образует нерастворимые соединения, что приводит к развитию атеросклероза.
 
"При концентрациях выше предельно допустимых могут возникать головная боль, раздражение слизистых, кашель, головокружение, общая усталость, упадок сердечной деятельности. Токсичный приземной озон приводит к появлению или обострению болезней органов дыхания, в группе риска находятся дети, пожилые люди, астматики", - отмечается на сайте Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Росгидромета.
 
Озон взрывоопасный

Озон вредно не только вдыхать - спички тоже стоит спрятать подальше, потому что этот газ весьма взрывоопасен. Традиционно "порогом" опасной концентрации газообразного озона считается 300-350 миллилитров на литр воздуха, хотя некоторые ученые работают и с более высокими уровнями, говорит Самойлович. А вот жидкий озон - та самая синяя жидкость, темнеющая по мере охлаждения, - взрывается самопроизвольно.
 
Именно это мешает использовать жидкий озон как окислитель в ракетном топливе - такие идеи появились вскоре после начала космической эры.
 
"Наша лаборатория в университете возникла как раз на такой идее. У каждого топлива ракетного есть своя теплотворная способность в реакции, то есть сколько тепла выделяется, когда оно сгорает, и отсюда насколько мощной будет ракета. Так вот, известно, что самый мощный вариант - жидкий водород смешивать с жидким озоном… Но есть один минус. Жидкий озон взрывается, причем взрывается спонтанно, то есть без каких-либо видимых причин", - говорит представитель МГУ.
 
По его словам, и советские, и американские лаборатории потратили "огромное количество сил и времени на то, чтобы сделать это каким-то безопасным (делом) - выяснилось, что сделать это невозможно". Самойлович вспоминает, что однажды коллегам из США удалось получить особо чистый озон, который "вроде бы" не взрывался, "уже все били в литавры", но затем взорвался весь завод, и работы были прекращены.
 
"У нас были случаи, когда, скажем, колба с жидким озоном стоит, стоит, жидкий азот подливают туда, а потом - то ли азот там выкипел, то ли что - приходишь, а там половины установки нет, все разнесло в пыль. Отчего он взорвался - кто его знает", - отмечает ученый.