Защита озонового экрана от химического загрязнения


Министерство образования и науки РК

Реферат на тему:

«Защитим озоновый слой».

Выполнил:

ученик 8 класса МКОУ

«Эвдыковская ООШ»


Есенов Ариш.

Руководитель:

Урубжурова К.И. –

учитель биологии.

п.Эвдик,2014г.

Содержание:

Введение.

1.Как устроена атмосфера?

2.Газовый состав атмосферы.

3. Нарушение озонового слоя.

4. Истощение озонового слоя.

5. Роль озонового экрана в развитии и сохранении жизни на Земле.

6. « Озоновые дыры» и динамика содержания озона в атмосфере.

Заключение.

Список использованной литературы.


Введение

В болезненном тщеславии своём,

С улыбкой доброй иль с усмешкой злою,

На этом малом шарике живём,

Который называется Землёю.

В лучах проспекта, иль пустыря,

Или у океанской зыби серой –

Равно внутри того же пузыря,

Который именуем атмосферой.

Но в чём же наше счастье будет впредь?

Чтобы с негромкой грустью оглянуться

И навсегда отсюда улететь?

Иль всё же в том, чтобы сюда вернуться?

Константин Ваншенкин.

Хозяйственная деятельность человека, приобретая всё более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в биосфере. К счастью, до определённого уровня биосфера способна к саморегуляции, что позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддерживать равновесие. Начинаются необратимые процессы, приводящие к экологическим катастрофам. С ними человечество уже столкнулось в ряде регионов планеты.


Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и количественная перестройка всей биосферы планеты. Уже возник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо решить в ближайшее время.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1) возможное потепление климата («парниковый эффект»);

2) нарушение озонового слоя;

3) выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.

1 . Как устроена атмосфера?

Атмосфера ( от греч. athmos – пар, sphaira – шар) – газовая оболочка планеты. На Земле сформировалась в результате эволюции и непрерывной деятельности организмов. Состав современной атмосферы – результат динамического равновесия, поддерживаемого процессами жизнедеятельности организмов и различными геохимическими явлениями глобального масштаба.


Общая масса атмосферы Земли равна 5,3 · 10¹ т, причём 90% сосредоточено в околоземном слое толщиной около 16 км. Поскольку атмосфера является наружной оболочкой Земли, она « разграничивает планету и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая резкие колебания температуры в биосфере. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а также местообитанием многих насекомых, птиц и млекопитающих.

Атмосфера разделяется на слои по характеру изменения температуры воздуха с высотой. По газовому составу, по особенностям движения воздушных масс и взаимодействию с земной поверхностью. Самый нижний её слой называется тропосферой, выше располагается стратосфера, ещё выше — мезосфера, термосфера и экзосфера. В верхних слоях атмосферы под действием излучения Солнца атомы газов превращаются в заряженные частицы ( ионы), поэтому три самых верхних слоя атмосферы объединяют под общим названием – ионосфера. Общая толщина атмосферы составляет около 2000 км, хотя верхнюю её границу определить невозможно – на такой высоте сила притяжения Земли, удерживающая атмосферу, ослабевает, и молекулы сильно разреженных лёгких газов ( водорода и гелия, преобладающих с высоты 800 км) рассеиваются в космическом пространстве, и атмосфера превращается практически в вакуум ( от лат. vacuum – « пустота»).


Тропосфера – нижний слой атмосферы. Над полюсами тропосферы простирается до высоты 8 – 9 км, в умеренных широтах – до 10 – 11 км, на экваторе – до 18 км. Характерная особенность тропосферы – это понижение температуры воздуха с высотой ( в среднем на 6 °C на 1 км поднятия).

В тропосфере сосредоточен почти весь водяной пар, из которого образуются облака, а затем осадки, именно здесь формируется погода Земли, существуют живые организмы.

Над тропосферой находится стратосфера. Верхняя граница этого слоя расположена на высоте 40 – 50 км. В нижней части стратосферы температура от -45°C до -75°C. С высотой температура возрастает. На высоте от 20 до 30 км в стратосфере концентрируется озон. Тонкая плёнка озона поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, что вызывает нагревание воздуха. Появление « озоновых дыр» происходит в результате загрязнения атмосферы химическими веществами, которые разрушают тонкую озоновую плёнку. Это очень опасное явление для живого на Земле.

Мезосфера и термосфера образуют высокие слои атмосферы. Здесь воздух сильно разрежен и под действием космических излучений имеет высокую электропроводность. Именно здесь возникает полярное, или, как его называют, северное, сияние.


Масса атмосферы нашей планеты ничтожна – всего лишь одна миллионная масса Земли. Однако её роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает её от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них — на режим рек, почвенно – растительный покров и на процессы рельефообразования.

2. Газовый состав атмосферы.

Современный газовый состав атмосферы – результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов – азота ( 78,09 %) и кислорода ( 20.95 %). В норме в нём присутствуют также аргон ( 0,93 %), углекислый газ ( 0,03 %) и незначительные количества инертных газов


( неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твёрдые частицы, поступающие с поверхности Земли ( например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса ( космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биохимических циклах.

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надёжно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете.


авные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство учёных связывают это с деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду.

Углекислый газ ( диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Учёные связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.


Азот – незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера – неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде азота, образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине – зелёных водорослей, которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения – автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит быстрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах, но наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к серьёзным нарушениям этих циклов.


По данным учёных ( 1990 г.), ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т оксидов серы, 65 млн. т оксидов азота, 1,4 млн. т хлорфторуглеродов ( фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные ( вызывающие заболевания раком).


3. Нарушение озонового слоя.

В стратосфере воздух очень разрежен, но состав его почти такой же, как в тропосфере, за исключением того, что в её нижних слоях на высоте 20 – 30 км повышается содержание озона, образующегося из кислорода в результате фотохимических реакций. Озоновый слой поглощает ультрафиолетовую часть солнечного спектра, губительную для живых организмов.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 году, когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным ( до 50%) содержанием озона, название « озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на вей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4 – 6 % в зимнее время и на 3% — в летнее.

Озоновый слой ( озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20 -25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьёзная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать всё живое на Земле от жёсткого ультрафиолетового излучения ( УФ – радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается рост заболеваемости раком кожи и другие. Так, например, по мнению ряда учёных – экологов, к 2030 году в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболевают раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней ( катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т.д.

Наука ещё до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение « озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства учёных, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов ( фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту 9 хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.

По данным международной экологической организации « Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов ( фреонов) являются США – 30,85%, Япония – 12,42%, Великобритания – 8,62% и Россия – 8,0%. США пробили в озоновом слое « дыру» площадью 7 млн. км², Япония – 3 млн.км², что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов ( гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.

Согласно протоколу Монреальской конференции ( 1987 г.), пересмотренному затем в Лондоне ( 1991 г.) и Копенгагене ( 1992 г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуглеродов к 1998 г. на 50%. В соответствии с Законом РФ « Об охране окружающей среды» ( 2002) охрана озонового слоя атмосферы от экологически опасных изменений обеспечивается посредством регулирования производства и использования веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных договоров российской Федерации и её законодательства. В будущем необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ – радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов

могут сохраняться в атмосфере сотни лет.

Ряд учёных продолжают настаивать на естественном происхождении « озоновой дыры». Причины её возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.

4. Истощение озонового слоя.

В последние годы учёные всё с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов.

Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглевлодородов ( фреонов), широко используемых в производстве и в быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50 – 200 лет. В 1990 году в мире производилось более 1300 тысяч т озоноразрушающих веществ.

Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода ( О ) распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие.

Однако загрязнители типа фреонов катализируют ( ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.

Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 году должно сократиться примерно на 50%.

5. Роль озонового экрана в развитии и сохранении жизни на Земле.

Современная кислородная атмосфера Земли – уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта её особенность связана с наличием на нашей планете жизни.

С тех пор как атмосфера Земли перестала быть восстановительной и в ней появился свободный кислород, в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения Солнца стал синтезироваться озон – трёхатомный кислород.

Озон ( O от гр. пахнущий) – синий газ с резким запахом, аллотропическая модификация кислорода. Образуется в атмосфере из кислорода при электрическом разряде ( во время грозы) и под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере. Основная масса O в атмосфере находится в озоновом слое, предохраняющим живые организмы от действия УФ радиации Солнца. В крупных городах и промышленных центрах озон с другими загрязнителями ( оксиды азота, углеводороды) участвует в формировании фотохимического смога. Озон используют для обеззараживания питьевой воды и воздуха, отбеливания тканей и т.п.; сильно раздражает глаза и дыхательные пути. В отличие от обычного кислорода озон неустойчив, он легко переходит в двухатомную, устойчивую форму кислорода. Озон – гораздо более сильный окислитель, чем кислород, и это делает его способным убивать бактерии, подавлять рост и развитие растений. Впрочем, из – за низкой в обычных условиях концентрации в приземных слоях воздуха эти его особенности практически не влияют на состояние живых систем. Гораздо важнее другое его свойство, делающее этот газ совершенно необходимым для всей жизни на суше. Это свойство – способность озона поглощать жёсткое ( коротковолновое) ультрафиолетовое излучение ( УФ). Кванты жёсткого УФ обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей, почему его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого рода, рентгеновское и гамма – излучение, оно вызывает многочисленные нарушения в клетках живых организмов.

В составе излучений Солнца жёсткие УФ – лучи составляют значительную по мощности часть. До появления в атмосфере озона поверхность Земли находилась под постоянным воздействием жёсткого УФ – излучения. Оно не проникает в толщу воды, но на сушу жизнь могла выйти только тогда, когда озоновый экран планеты стал достаточно мощным. Это произошло в силурийском периоде палеозойской эры, более 400 миллионов лет назад. С тех пор как содержание кислорода в атмосфере, так, и мощность озонового экрана не были постоянными. Эволюция земной коры шла неравномерно, в периоды повышенной вулканической активности массы выбрасываемых с магмой восстановленных пород, окисляясь на воздухе, частично связывали кислород. Даже незначительное количество хлора, содержащегося в вулканических газах, активно разрушая озон, способствовало снижению его содержания в атмосфере. В этих условиях Земля подвергалась, по – видимому, усиленному УФ – облучению, что, с одной стороны, способствовало гибели части видов наземных растений и животных, с другой – повышало частоту мутаций, способствуя интенсификации процессов эволюции.

Можно предполагать, что неравномерность хода эволюционных процессов наземных форм жизни связана с неравномерностью геологической эволюции земной коры многими факторами, в числе которых изменения мощности озонового слоя играли не последнюю роль.

6. « Озоновые дыры» и динамика содержания озона в атмосфере.

Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральны, т.е не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхние слои атмосферы, где под воздействием космических и солнечных лучей образуются ионы различных газов ( аэроионы), называют ионосферой. Она практически совпадает с озоновым слоем.

Озоновые « дыры» — значительные пространства в озоновом слое атмосферы

(озоносфере) с заметно пониженным ( до 53%) содержанием озона. Это явление служит лишь частью сложной экологической проблемы истощения озонового слоя Земли. В начале 1980 – х гг. над некоторыми научными станциями в Антарктиде было отмечено снижение в атмосфере общего содержания озона. Это фиксировалось, как правило весной и в последующие годы ( 1992, 1997, 2000), в частности в сентябре 2000г. был побит абсолютный рекорд величины озоновой дыры за весь период наблюдений, её площадь достигла 28 млн.км. Аналогичные явления отмечались и в Арктике, но здесь размеры озоновых дыр были почти в 2 раза меньше, чем в Антарктиде. После многочисленных международных экспедиций в Антарктиду было установлено, что помимо различных физико – географических факторов всё же основным является наличие в атмосфере значительного количества хлорфторуглеводородов (фреонов). В настоящее время в мире их производится более 1,4 млн. т (холодильники, пенопласты, растворители, аэрозоли и пр.).Разрушению озона в стратосфере и галонов ( средства пожаротушения) способствуют и другие химические соединения ( метилбромид, тетрахлорметан, метилхлороформ). Значительное снижение уровня стратосферного озона приводит к возрастанию ультрафиолетового излучения, что негативно воздействует на биосферу и особенно на живые организмы, включая человека.

Заключение.

Озон, трехатомная форма кислорода, образуется в верхних слоях атмосферы под действием жесткого( коротковолнового) ультрафиолетового излучения Солнца. Благодаря способности задерживать это излучение озон создает экран, защищающий все формы жизни на суше, включая человека, от канцерогенного и мутагенного действия УФ-излучения. Загрязнение воздуха хдором и его соединениями, резко усилившееся с развитием холодильной техники на фреонах, а также выбросами двигателей высотной авиации и ракет с твердотопливными двигателями, ведет к прогрессирующему ослаблению озонового слоя. Для преодоления этой опасности необходимы согласованные действия всех развитых стран по разработке новых, безопасных для озонового слоя технологий в промышленности и транспорте, включая ракетную технику.

Список использованной литературы:

  1. Отчизны звездные мгновенья. Поэзия и космос. — М., «Дружба народов», 2001г.,с.11.

  2. Экология .В.И.Коробкин, Л.В.Передальский, — Ростов-на-Дону:Феникс, 2005г., с.300-302.

  3. Экология 9кл. Е.А. Криксунов, В.В.Пасечник, А.Р.Сидорин. — М., Дрофа, 1995г., с. 163-169, с.186-189.

  4. География в вопросах и ответах (энциклопедия) Травина И.В. – М., «Росмэн», 2007г., с.75.

  5. Экология. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. – М., Дрофа, 2004г., с.213-216.

  6. Общая экология. Розанов С.И. — СПб, 2001г., с.93-106.

  7. Словарь эколога. О.П.Негробов — Учебное пособие.Воронеж., 1999г., с.97.

  8. География 6 класс . Петрова Н.Н. – М.,Дрофа, 2002г., с.117-118.

Источник: infourok.ru

1. Атмосфера

Атмосфера – внешняя оболочка биосферы, масса ее ничтожна – всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Современный газовый состав атмосферы – результат длительного исторического развития земного шара: смесь компонентов: азот – 78,09%, кислород – 20,95%. Газы: аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%, инертные газы (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиак, метан, озон, диоксиды серы и др. Твердые частицы – продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы, космическая пыль. Водяной пар, продукты растительного, животного и микробного происхождения. Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа: кислород, углекислый газ и азот.

2. Атмосферные слои

Атмосферные слои – результат воздействия излучения Солнца на атмосферу.

а) Ионосфера –это верхний слой атмосферы, от 50–809 км до 1000 км, характеризующийся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Причина существования ионосферы – разложение на ионы и электроны (ионизация) молекул атмосферных газов под действием РГ и УФ.

б) Стратосферный озоновый слой –слой на высоте 10–15 км, отличающийся повышенной концентрацией озона. Озон образуется при поглощении кислородом УФ излучения.

Часть двухатомных молекул кислорода разлагается на атомы:

О2 + h g ð О +О, которые присоединяются к сохранившимся молекулам:

О + О2 ðО3 и образуется трехатомная молекула озона.

Одновременно происходит обратный процесс превращения озона в кислород:

О + О3 ð 2О2 ; О3 + h g ð О2 + О. Поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного времени остается постоянной.

в) Тропосфера – слой вблизи поверхности Земли отличается повышенной концентрацией озона. Основной причиной образования озона является распад на атомы молекул газов, образующихся при сгорании топлива с последующим образованием озона под воздействием видимого излучения, при разряде молнии. Тропосферный озон характеризуется термином «плохой» озон, так как озон в больших количествах вреден для дыхания. В образовании озона в тропосфере участвуют оксиды озона:

NО2 + h g ð NО + О (400 км)

О + О2 ð О3

Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителей атмосферы является СН4. Окисление СН4 под действием ОН протекает сопряжено с окислением NО. В результате реакция окисления СН4 в присутствии NО как катализатора и при воздействии солнечного света с длиной волны 300-400 нм запишется в виде

СН4 +4О2 ðСН2О+Н2О+2О3

То есть окисление метана и других органических веществ приводит к образованию тропосферного озона. Скорость этого процесса зависит от концентрации NО, антропогенный выброс которого удваивает приземную концентрацию О3, а рост утечки СН4 еще больше увеличивает О3.

Защита озонового экрана от химического загрязненияЗащита озонового экрана от химического загрязнения

Озон открыт сравнительно недавно, 150 лет назад. И с самого начала удивил ученых своими свойствами. С одной стороны, высокая окислительная способность, с другой – избыток внутренней энергии. Озон входит в шестерку самых опасных для биологических видов веществ; в то же время существует озонотерапия для лечения некоторых заболеваний.

1. Химические и биологические особенности озона

Озон является аллотропной модификацией кислорода. Его молекула диамагнитна ( в отличии от парамагнитной О2), имеет угловую форму; химические связи предполагают донорно-акцепторный механизм.

Характер химических связей в озоне обуславливает его неустойчивость: через определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород: 2О3 ð 3О2 и высокую окислительную способность (озон способен на ряд реакций, в которые молекулярный кислород не вступает). Окислительное действие озона на органические вещества связано с образованием радикалов: RH + О3 ð RО2 + ОH. Эти радикалы вызывают цепные реакции с органическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой РІРѕРґС‹ основано на его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших организмов.

Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (кабинет физиотерапии, кварцевании) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным газом (допустимая доза в рабочем помещении – 0,0001 мг/литр).

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли.

Процесс образования и разложения озона называют циклом Чемпена. Результатом процессов в цикле является переход солнечной энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение температуры на высоте 15 км.

В слое ниже 15 км озон заносится из вышележащих слоев при перемешивании воздуха. Возрастание содержания озона с высотой практически не сказывается на доле азота и кислорода, так как в сравнении с ними озона в верхних слоях очень мало. Если бы можно было сосредоточить весь атмосферный озон под нормальным давлением, он образовал бы слой только толщиной 3 мм, хотя общее его количество составляет 3 млрд. тонн.

Озон поглощает часть УФ излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200 – 300 нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение. Это защитное свойство озона было изучено уже в начале XX века, в 50-е годы, когда ученые активно изучали атмосферу.

Было выяснено, озон сам является климатообразующим фактором. Поскольку прогревает стратосферу, являющуюся «крышкой котла», в котором «варится» погода. Если озона мало, «крышка поднимается», и меняется климат. Есть еще одна функция озонового слоя: передавать слабые космические воздействия – солнечный «ветер», изменения магнитного поля и т. д. – через озон на Землю. Все это влияет на климат.

Ученые выяснили, что защитная система планеты очень «нежна и хрупка». Причем реставрация озонового слоя происходит крайне медленно. Он уязвим перед природными воздействиями и антропогенными факторами.

1.  Если озон исчезнет

Излучение, которое задерживается озоном, достигнет Земли. И человечество получило бы большую дозу облучения. Невосполнимый ущерб наносился бы и окружающей среде. УФ излучение вредно для планктона, мальков, креветок, обитающих на поверхности океана. Даже пластмасса портится от УФ излучения. По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи (меланома).

Значительно возрастает количество болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека.

Так как озон, поглощая солнечную радиацию, повышает температуру тех слоев атмосферы, в которых он находится, то его исчезновение приведет к понижению температуры атмосферы. Исчезновение озона обострит проблему «загрязнения» солнечного спектра жесткими, вредными для всего живого УФ лучами.

2. Истощение озонового слоя

В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение «озонового щита».

Защита озонового экрана от химического загрязнения Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты. В 1985 году было обнаружено, что содержание озона в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 г. по 1985 г. на 40%.

Защита озонового экрана от химического загрязненияЭта область простирается за пределы Антарктиды и на высоте охватывает слой от 12 до 24 км, то есть значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется «озоновая дыра».

В начале 80-х аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда, она охватывала меньшую площадь, и падение уровня озона невелико – 9%.

Это открытие обеспокоило ученых, поскольку из него следовало, что защитный озон Земли находится в большой опасности.

Феномен Антарктической «озоновой дыры» пока не понятен: то ли «дыра» возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.

3.  Защита озонового экрана от химического загрязненияПонятие озоновой дыры

Прежде всего следует уяснить, что озоновая дыра – это не брешь в атмосфере.

В 1985 году британские ученые на Южном полюсе обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшается в разной степени.

Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры, появлялись также над Северным полюсом во время арктической весны.

Защита озонового экрана от химического загрязнения Ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. В долгую полярную ночь происходит резкое падение температуры и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда.

Их появление вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора.

Весной под действием УФ Солнца происходит разрыв внутримолекулярных связей и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород:

Cl + O3 ðClO + O2 и ClO + O ðCl + O2

Причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе: одна молекула хлора разрушает миллион молекул озона. Поэтому озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру.

Различные точки зрения на происхождение «озоновых дыр» говорят о том, что причины их возникновения до конца не выяснены.

Есть множество причин ослабления озонового щита.

1.  Это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Предполагалось, что они затягиваются, но оказалось нет.

2.  Самолеты, летающие на высоте 12–15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона.

3.  Оксиды азота. Их выбрасывают самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

4.  Хлор и его соединения. До 700 тысяч тонн этого газа поступает в атмосферу прежде всего от разложения фреонов (хлорфторуглероды или углеводороды, в которых атомы РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° заменены фтором и хлором).

Фреоны – это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а поэтому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями.

При расширении снижается температура фреонов, поэтому их широко используют в холодильниках и кондиционерах. Аэрозольные баллончики, как средства химической чистки, тушение пожаров, на транспорте, как пенообразователи – мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн. т.

Будучи легколетучими и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, фреоны после использования попадают в атмосферу и могут там находиться до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя атомарный хлор, который и служит «разрушителем» озона. Один атом хлора способен превратить в кислород 100000 молекул озона, причем сам хлор не уничтожается.

Предполагается, что из-за разрушительного действия хлора и аналогичного действия брома к концу 1990-х годов концентрация озона в стратосфере снизилась на 10%.

Разрушающий потенциал

Продолжительность жизни

CFCl1

1

75

CFCl2

1

111

CFCl3

0,8

90

CCl4

1

185

C2FCl5

0,6

380

HCFCl2

0,05

20

метилхлороформ

0,1

6,5

четыреххлористый углерод

1,06

50

Если кондиционер работает, он не разрушает озон. Но когда при ремонте загрязненный фреон выпускают, он попадет в атмосферу – это называется вторичным загрязнением. 85% всего фреона приходится на аэрозольные упаковки, 15% в холодильниках и кондиционерах. Использование фреонов таково, что 95% их попадает а атмосферу через 1–2 года после производства. Это 5,27 млн. т. + 7,75 млн. т. в 1981 г. рано или поздно должно поступить в стратосферу и включиться в цикл разрушения озона.

Ученые считают, что сильное извержение вулканов влияет на уменьшение содержания озона. В 1982 г. в Мексике сильное извержение вулкана Эль-Чичон вызвало в Северном полушарии падение содержания озона на 10%.

В 1992 г. на Филиппинах произошло одно из мощных в XX веке извержение вулкана Пинатубо. Выброшенный пепел выпал на большой площади, а мельчайшие его частицы образовали огромное облако, опоясавшее весь земной шар по экватору. В его центральной части содержалось мало озона, а по краям – много диоксида серы, которого при извержении было выброшено более 20 млн. тонн.

Пепловое облако вулкана Пинатубо, как и вулкана Кракатау в 1883 году привело к некоторому понижению температуры, так как пепловые частицы образуют экран, задерживающий солнечный свет.

С комических спутников было зарегистрировано присутствие в атмосфере соединений хлора в больших концентрациях и других «неполезных» газов.

Проведенные исследования показали наличие фреонов в пробах воздуха над вулканом Масайя, в пузырьках воздуха антаркитческого льда возрастом 2000 лет, в воде, извлеченной в 1982 г. с глубины 4000 метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине 4500 м у берегов Антарктиды. Эти факты свидетельствуют о геологическом источнике разрушения озонового слоя.

Было установлено, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых других частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору большую эффективность в процессе разрушения ими озона.

16 сентября – День защиты озонового слоя. В этот день в 1985 году передовые страны, обеспокоенные истощением озонового слоя, приняли Венскую конвенцию о его защите.

По данным исследователей, без принятия мер по Венской конвенции об охране окружающей среды и Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, к 2050 году истощение озонового слоя достигло бы 50% в средних широтах и 70% в северных. Это примерно в десять раз хуже текущего состояния.

Редкий случай! Это единственные экологические соглашения, где все страны были едины, несмотря на то, что проблема не так уж очевидна для неспециалистов. Тем не менее, совсем недавно в Монреале 200 стран, почти все члены ООН, что невиданно, подписали поправку к Монреальскому протоколу о том, что надо ускорить процесс вывода из обращения озоноопасных веществ. Кстати, в этом вопросе США, где производилось 25% всех фреонов в мире, оказались в «одной упряжке» вместе со всеми.

§  Чтобы начать глобальное восстановление нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся.

§  Все люди должны понимать и помочь природе включить процесс восстановления озонового слоя. Нужны новые посадки лесов, хватит вырубать лес для других стран, которые почему-то не хотят вырубать свой, а делают на нашем лесе деньги.

§  Для восстановления озонового слоя нужно его подпитывать. Российский консорциум «Интерозон» предлагает производить озон непосредственно в атмосфере. Планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами для получения озона из двухатомного кислорода. В дальнейшем предполагается на высоте 400 км использовать космические платформы с источниками энергии и лазерами, лучи которых будут направлены в центр озонового слоя и станут постоянно его подпитывать. Осуществится ли грандиозный проект – покажет время.

§  Принимая во внимание чрезвычайность ситуации необходимо расширить экспериментальные исследования по проблеме сохранения озонового слоя.

1.  , , «Экология».

– «Дрофа», 1995 год.

2.  «Органические вещества атмосферы». Саровский образовательный журнал, 1998 г. №4.

3.  Страны и народы: Земля и человечество. Глобальные проблемы.

М.: Мысль, 1982 г.

4.  «Окружающая среда и человек».

5.  Популярный научный сайт http:/ www. .

6.  Интернет-журнал www. .

7. Информационный бюллетень Нижегородского регионального отделения

Ядерного общества. Выпуски с №29 1991г. по №г.

Данная проектная работа посвящена актуальной теме сохранения озонового слоя. Так как озон в атмосфере находится в неустойчивом состоянии и концентрация его подвержена значительным колебаниям (в большей мере уменьшению), то исследования в этой области очень актуальны и своевременны.

Авторы работы ставят перед собой задачу соотнести их знания из химии, физики, биологии, географии с современными научными данными.

Проанализировав обширный материал по состоянию озона в атмосфере, юные исследователи пришли к неожиданному выводу: жизнь любого человека, даже ребенка, влияет на состояние озона и каждый человек должен знать это и не пытаться навредить себе. Так как уничтожив свой «озоновый щит», человек уничтожит себя.

Работа интересна не только актуальностью проблемы сохранения озонового слоя, но интегративный характер изысканий позволяет исследовать поставленные вопросы максимально объемно. В рамках одного исследования объединены учебные предметы как естественно-научной направленности так и этической.

Работа может быть рекомендована в качестве учебного материала для элективного курса «Естествознание и окружающая среда».

§  С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Пять млрд. наших современников оказывают на природу такое же воздействие какое могли оказать люди каменного века численностью 50 млрд. человек.

§  В ряде регионов России предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии до 40%, генетический фактор до 30%, уменьшается возможность поддержать здоровье за счет образа жизни до 25%, снижается роль медицины до 5%.

§  Целью настоящей работы является обобщение литературных данных о причинах и последствиях разрушения озонового слоя, а также способах решения проблемы образования «озоновых дыр».

§  Озон является аллотропной модификацией кислорода. Характер химических связей в озоне обуславливает его неустойчивость, через определенное время озон переходит в кислород 2О3 ð3О2.

§  Озон образуется в атмосфере под действием УФ Солнца из молекулы кислорода. Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами и простирается вверх до 50 км. Больше всего озона в 5-ти км слое на высоте от 20 до 25 км.

§  Летом и весной концентрация озона повышается. Над полярными областями она всегда выше, чем над экваториальными. Она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности. Существует устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило название «озоновое дыра».

§  Окислительное действие озона на органические вещества связано с образование радикалов RH + O3 ðRO2 + OH, которые инициируют цепные реакции с биоорганическими молекулами, что приводит к гибели клеток.

§  Озон не безразличен для высших организмов. Длительное пребывание в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения вызывает тяжелое нарушение нервной системы. Поэтому допустимая концентрация его в воздухе – 0,0001 мг/литр.

§  Озон поглощает часть УФ Солнца (длина волны 200-300 нм), причем включает и губительное для всего живого на Земле излучение.

§  Антропогенные источники, влияющие на истощение озонового слоя, сконцентрированы в городах: промышленность, автомобильный транспорт. В результате в стратосферу выбрасываются 95% использованных фреонов в течение 1-2 лет, которые включаются в каталитический цикл разрушения озона.

§  Для преодоления опасности истощения озонового слоя необходимы согласованные действия всех развитых стран по разработке новых, безопасных для озонового слоя технологий промышленности, транспорта.

Источник: pandia.ru

Загрязнение атмосферы и его влияние на озоновый слой Земли

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЁВА" (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет экономики и управления

Реферат

по экологии на тему:

"Загрязнение атмосферы и его влияние на озоновый слой Земли"

Выполнил: студент гр.713, Тычкин М.А.

Проверил: Несоленов Г.Ф.

Самара, 2012

Содержание

Введение

Появление понятия "озоновая дыра"

Химические источники загрязнения

Геологические источники загрязнения

Методы борьбы с появлением озоновых дыр

Заключение

Список использованной литературы

Введение

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последнее время. Пять миллиардов наших современников оказывают на природу такое же по масштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила пятьдесят миллиардов человек, а количество высвобождаемой энергии, получаемой землёй от солнца.

С тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширялся объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.

Расход невозобновимого сырья повышается, всё больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает состояние воздушного пространства нашей планеты.

Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

В результате перед обществом возникла дилемма: либо бездумно катиться к своей неизбежной гибели в надвигающейся экологической катастрофе, либо сознательно превратить созданные гением человека могучие силы науки и техники из орудия, ранее обращенного против природы и самого человека, в орудие их защиты и процветания, в орудие рационального природопользования.

Над миром нависла реальная угроза глобального экологического кризиса, понимаемая всем населением планеты, а реальная надежда на его предотвращение состоит в непрерывном экологическом образовании и просвещении людей.

Всемирная организация здравоохранения определила, что здоровье человека на 20 % зависит от его наследственности, на 20 % от состояния окружающей среды, на 50 % от образа жизни и на 10 % от медицины. В ряде регионов России к 2014 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии возрастет до 40 %, действие генетического фактора увеличится до 30 %, до 25 % уменьшится возможность поддержания здоровья за счёт образа жизни и до 5 % снизится роль медицины.

Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе: загрязнение, отравление среды обитания, обеднение атмосферы кислородом, озоновые дыры.

Актуальность данной темы состоит в том, что с каждым годом человек делает все больше и больше открытий в области химии. Он начинает применять эти открытия, и все выхлопы и выбросы, которые происходят в связи с применением различных химикатов, по законам физики поднимаются в верхние слои атмосферы, где содержится озоновый слой — основной защитник человечества от пагубных влияний ультрафиолетовых лучей Солнца. В результате разрушения этого слоя, мы наносим непоправимый вред не только природе, но и самим себе, лишая себя защиты.

Целью работы является описание озоносферы — важнейшей составной части атмосферы, влияющей на климат и защищающей все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и неблагоприятных воздействий на нее.

Задачи:

1. Выяснить к чему приводит образование озоновых дыр в озоновом слое Земли.

. Сделать выводы о том, что может сделать человечество для устранения или приостановки развития данной проблемы.

. Понять какие конкретно человеческие воздействия приводят к губительному разрушению слоя.

Сокращение озона связано с чрезмерным поступлением в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, в частности фреонов, которые широко используются в холодильных установках; сокращение количества озона связано и с использованием азота.

Первая проблема — потепление климата, изменение атмосферной циркуляции.

Вторая — загрязнение атмосферы в результате человеческой деятельности. Вся проблема заключается в том, какое соотношение между этими двумя факторами, которые определяют влияние на озоновый слой.

Появление понятия "озоновая дыра"

В начале 80-х гг. прошлого века впервые появилось сообщение об уменьшении озона в атмосфере. Это явление получило название "озоновой дыры".

В природе озон образуется в стратосферном слое атмосферы на высоте 10-50 км. в результате сложных фотохимических реакций под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте находится так называемый озоновый слой земли.

Жизнь на Земле стала возможной лишь после того, как появился озоновый экран, который предохраняет все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям — вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира.

С прорывом через "озоновые дыры" солнечных лучей связывают увеличение числа лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело два миллиона гектаров леса, индонезийский лесной пожар в 1997 г., бушевавший почти пять месяцев, покрыл дымом всю Юго-Восточную Азию, а в 2001 г. горели леса Австралии, угрожая жизни многих тысяч людей.

Уменьшение содержания в атмосфере озона на 1 % приводит к увеличению заболеваний у человека раком кожи на 6 %, а также значительно ослабляет иммунную систему человека. Кроме того, рост интенсивности ультрафиолетового излучения может привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур (вследствие нарушения обмена веществ в них и воздействия микроорганизмов-мутантов), гибели фитопланктона в океане, нарушению глобального баланса диоксида углерода, кислорода в биосфере и т.д.

Первое сообщение о возникновении озоновых дыр над Антарктидой появилось в 1985 г. Озоновая дыра — это разрыв озонового слоя атмосферы. В октябре 1985 г. содержание озона в атмосфере над английской станцией Халли-Бей уменьшилось на 40% от его минимального содержания в околополюсной зоне, а над японской станцией почти в 2 раза.

Научный департамент атмосферы и океана факультета естественных наук города Буэнос-Айреса обнародовал исследование "О поведении озоновой дыры в 2000 г". Документ свидетельствует, что в последний календарный год прошлого века это атмосферное явление вело себя очень необычно и вызвало некоторый переполох. С одной стороны, оно показало быстрое и неудержимое расширение, быстро охватывая пространство над Южной Америкой. С другой — произошло это в последний месяц местной зимы, в августе, тогда как за прошлое десятилетие озоновые дыры были зафиксированы преимущественно в начале лета, в декабре.

Позднее выяснилось, что озона в атмосфере становится все меньше и меньше в средних и высоких широтах северного полушария зимой-весной (январь-март), особенно над Европой (40 %), США (35 %), Тихим океаном, Европейской частью России (10 %), Восточной Сибирью и Японией (10 %).

Химические источники загрязнения

Чем же вызвано столь серьезные изменения? Появились различные гипотезы происхождения этого уникального природного явления. Некоторые ученые считают, что причину надо искать в системе "Океан — Атмосфера". Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимний-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн — разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменение температуры океанской поверхности сказывается на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируя полярные стратосферные облака и тем самым условия для разрушения озона.

Циркуляция в стратосфере за последние двадцать лет могла сильно изменится. Так что основной причиной появления озоновой дыры в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.

Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержание озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена.

По мнению многих исследователей, образование озоновых дыр вызвано влиянием попадающих на эти высоты антропогенных загрязнений.

После многочисленных международных экспедиций в Антарктиде было установлено, что помимо различных физико-географических факторов (циркуляция атмосферы, распределение давления и др.) все же главным является наличие в атмосфере значительного количества синтезированных человеком химических веществ — хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образование окиси хлора, интенсивно разрушающий озон. Продолжительность пребывания хлорфторуглеродов в атмосфере в среднем составляет пятьдесят-двести лет. Они получили широкое распространение в баллончиках с аэрозолями различного назначения, охлаждающей жидкости в холодильниках и кондиционерах, в растворителях (бромистый метил). Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров, применяется в качестве добавки к автомобильному топливу. Следует заметить, что из бромистого метила высвобождается бром, который в тридцать-шестьдесят раз разрушительнее для озона, чем хлор.

К разрушению озонового слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей самолетов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, то есть чем больше мощность двигателя. Важна не только мощность двигателя самолета, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающий озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.

Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в один миллиард тонн. Примерно треть этого количества выбрасывается самолетами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолетов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолетов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонового слоя. Особенно разрушителен для молекул озона свободный хлор. Каждый его атом способен уничтожить 100 тыс. молекул озона. А ведь фреоны, которые широко используются в качестве растворителей для красок и лаков и различного рода аэрозолях, попав в атмосферу, могут существовать там сто лет.

Итак, активную роль в процессах образования и разрушения озона играют фтор, хлор, бром, а также окислы азота, тяжелых металлов. Максимальное производство озоноразрушающих веществ отмечено в 1988 г. Основными производителями явились США — 35 % производимого объема, 40 % — страны ЕЭС, 12 % — Япония, 10 % — Россия. В 1995 г.13,7 мировых озоновых повреждений принадлежало американской компании "Дюпон".

Геологические источники загрязнения

При составлении глобального баланса органической составляющей атмосферы вклад геологических источников обычно не учитывался. Между тем процессы дегазации мантии Земли сопровождаются выделением широкого спектра органических соединений. Так, в пробах газов вулканов о-ва Кунашир и Камчатки идентифицировано около ста органических соединений с длиной цепи до двенадцати углеродных атомов. Источников богатых углеводородами газов являются грязевые вулканы, чаще всего встречающиеся в нефтеносных областях.

Земная кора содержит различные газы в свободном состоянии, сорбированные разными породами и растворённые в воде. Часть этих газов по глубинным разломам и трещинам достигают поверхности Земли и диффундирует в атмосферу. О существовании углеводородного дыхания земной коры говорит повышенное по сравнению с глобальным фоновым содержанием метана в приземном слое воздуха над нефтегазоносными бассейнами.

Можно предположить, что дегазация недр планеты происходит по всей ее поверхности, но наиболее интенсивно по бесчисленным разломам коры. В связи с этим большой интерес представляет изучение спонтанных газов гидротермальных источников в районах сейсмической активности. В результате таких исследований в пробах газов было идентифицировано более шестидесяти неорганических и органических соединений. Последние представлены углеводородами, легколетучими карбонильными соединениями и спиртами, галогенуглеводородами.

Впервые получены данные о присутствии в геологических выделениях летучих галогенуглеводородов представляют наибольший интерес. Они показывают, что концентрации CFCL3 в вулканических газах в 2,5-15 раз больше их содержания в морском воздухе. Для хлороформа и CCl4 эта разница достигла 1,5-2 порядка величины. К сожалению, пока ещё отсутствует надежные данные об этих масштабах геологической эмиссии галогеноуглеводородов, равно как и других ЛОС, включая метан.

Проведенные исследования показали, что в газах вулканов Никарагуа содержится заметные количества HF. Анализ проб воздуха, отобранных из кратера вулкана Масайя, также показали наличие в них фреонов наряду с другими органическими соединениями. Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Эти данные потребовали доказательств того, что обнаруженные фторуглеводороды не имеют антропогенного происхождения. И такие доказательства были получены. Фреоны были обнаружены в пузырьках воздуха антарктического льда возрастом две тысячи лет. Специалистами НАСА было предпринято уникальное исследование воздуха из герметично запаянного свинцового гроба, обнаруженного в штате Мериленд и достоверно датированного семнадцатым веком. В нем также были обнаружены фреоны. Ещё одно подтверждение существования природного источника фреонов было поднято c морского дна. CFCL3 обнаружен в воде, извлеченной в 1982 году с глубины более четырех тысяч метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине четыре тысячи пятьсот метров у берегов Антарктиды.

Южнополярный район, весной 1998 г. озонная дыра достигла рекордной площади — примерно двадцать шесть миллионов квадратных километров, что приблизительно втрое превышает территорию Австралии. В середине августа началось резкое истощение озоносферы, максимум которого наступил 21 сентября. По данным, полученным с зондов, почти полное разрушение озона отмечалось на высотах 14-22 км.

Исследуя это явление совместно с австралийскими коллегами, одна из его первооткрывателей С. Соломон установила, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых иных частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами.

Так, до сих пор способствуют образованию озонных дыр твердые частицы, попавшие в стратосферу еще в 1991 г. при извержении вулкана Пинатубо на Филиппинских о-вах. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору, поступающему в атмосферу с аэрозолями хлорфторуглеводородов, большую эффективность в процессах разрушения ими озоносферы. Химические реакции с участием сульфатных частиц, извергнутых вулканом, значительно ускоряют истощение озона над Южным полушарием Земли: согласно наблюдениям, реакции ускорялись почти на 3 %, и только теперь данный эффект начал исчезать.

загрязнение атмосфера озоновый слой

По мнению исследовательницы, антарктическая озонная дыра и круглогодичное общее истощение земной озоносферы будут продолжаться, пока концентрация хлорфторуглеводородов и галогенов в атмосфере не снизится до уровня 70-х годов. И это может случиться лишь в середине следующего столетия.

Методы борьбы с появлением озоновых дыр

Проблема угрозы озоновому слою привела к заключению одного из первых, жестко обязательных для его участников международных соглашений в сфере охраны окружающей среды, — Венской конвенции по охране озонового слоя, подписанной в 1985 г.

В 1987 г. правительства пятидесяти шести стран подписали Монреальское соглашение о сокращении вдвое производства веществ, разрушающих озоновый слой. Китай и Индия не подписали, а ведь они в настоящее время являются крупными загрязнителями. Соглашения в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене содержат призыв прекратить производство таких веществ. К 1996 г. развитые страны мира прекратили производство фреонов. Развивающиеся страны сделали это к 2010 г. Россия из-за тяжелого экономического положения попросила отсрочку на 3-4 года. Всемирный банк реконструкции и развития финансирует свертывание производства фреона в России. В результате меняется технология многих производств (Невинномысск, Смоленск, и др.).

В США и России начаты работы по активным методам сохранения озонового слоя земли. Эти методы основаны на сложных физико-химических процессах, способствующих либо уменьшению скорости разрушения озона в стратосфере, либо его образованию.

С 1994 г. самолет М-55 "Геофизика" стали использовать при изучении состояния озонового слоя над регионом Москвы. В отличие от спутниковой аппаратуры на М-55 позволяет с большой точностью определять малые химические составляющие и аэрозольные частицы в атмосфере на высоте 22-7 км. Кроме того, "Геофизика" способна совершать так называемый нырок, то есть быстро снижается с максимальных высот до 9-10 км., проводя анализ вертикального среза атмосферы. "Геофизика" может выполнять взлет и посадку не только в тихую погоду, но и при сильном ветре. Воздушное судно способно поднимать в воздух до полутора тонн научной аппаратуры (модернизированный для научных исследований американский U-2 только 640 кг.).

Вторая экспедиция (февраль-март 1999г.) работала уже экваториальной зоне и базировалась на Сейшельских островах. В ней использовался также второй самолет "Фалькон", который летал на высотах 8-12 км., что позволило регистрировать параметры атмосферы на различных высотах ("Геофизика" работала на высотах 14-21 км).

Последняя экспедиция работала с середины сентября до середины октября 1999 г. на Огненной Земле. Работа ее была связана с изучением озоновых дыр Антарктиды. Именно над Антарктидой каждую весну появляется самая большая дыра планеты.

Для изучения и составления карт распределения озона над планетой с помощью космодрома Плесецк выведен на орбиту метеорологический спутник "Метеор-4" на котором установлен американский спектрометр. В 1996 г. центральная аэрологическая обсерватория в г. Долгопрудном под Москвой приступила к созданию карт концентрации озона над Россией и некоторыми странами СНГ.

В последние годы ученые многих стран работают над этой проблемой.

Российские физики предложили уничтожить сам источник разрушения озона, организовать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Для этого можно использовать микроволновые пушки, выпускаемые оборонной промышленностью. Предлагается и такой вариант — получить озон искусственно. Для этого уже разработаны методы, которые с помощью электромагнитного излучения, электрических разрядов, лазерного излучения, в результате фотодиссоциации кислорода будут способствовать образованию озона.

Разработано воздействие на стратосферу в районе озоновой дыры в Антарктиде с применение этана и пропана, которые будут связывать атомарный хлор, разрушающий озон, в пассивный хлористый водород. Все это, в конечном счете, даст возможность уничтожить озоновые дыры в околополярных областях и сохранить озоновый экран, а значит, и земную цивилизацию.

Заключение

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последнее время. 5 млрд. наших современников оказывают на природу такое же по масштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила 50 млрд. человек.

Над миром нависла реальная угроза глобального экологического кризиса.

В ряде регионов России к 2013 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии возрастет до 40 %, действие генетического фактора увеличится до 30 %, до 25 % уменьшится возможность поддержания здоровья за счёт образа жизни и до 5 % снизится роль медицины.

Целью настоящей работы явилось обобщение литературных данных о причинах и последствиях разрушения озонового слоя, а также способах решения проблемы образования озоновых дыр.

Озон является аллотропной модификацией кислорода. Его молекула диамогнитна (в отличие от парамагнитной О2), имеет угловую форму.

Характер химических связей в озоне обусловливает его неустойчивость (через определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород)

Окислительное действие озона на органические вещества связанно с образованием радикалов.

Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток.

Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны — 0,0001 мг/литр.

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти км.

Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода.

Больше всего озона в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км, который называют озоновым.

Озон поглощает часть ультрафиолетового излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200-300 нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение.

Летом и весной концентрация озона повышается; над полярными областями она всегда выше, чем над экваториальными. Кроме того, она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности.

Хлор "съедает" и озон, и атомарный кислород за счет протекания довольно быстрых реакций.

Большинство антропогенных источников сконцентрировано в городах.

Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей служит промышленное производство и автомобильный транспорт.

В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности присутствует широкий ассортимент загрязнителей.

Специфика использования фреонов такова, что 95% их количества попадает в атмосферу через 1-2 года после производства. Считают, что почти всё произведённое количество фтортрихлор — и дифтордихлорметана рано или поздно должно поступить в стратосферу и включиться в каталитический цикл разрушения озона.

В выбросах вентиляционных систем жилых домов идентифицировано более сорока токсичных и дурнопахнущих веществ.

Список использованной литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия [Текст] /Н.Л. Глинка — СПб.: Химия, 2004. — 152 с.

. Григорьев А.А. Города и окружающая среда. Космические исследования [Текст] /А.А. Григорьев — М.: Дрофа, 2008. — 678 с.

. Зеленин К.Н. Органические вещества атмосферы [Текст] /К.Н. Зеленин — М.: Дрофа, 2007. — 300 с.

. Лавров С.Б. Глобальная проблема современности [Текст] /С.Б. Лавров — СПб.: Снег, 2000. — 450 с.

. Лиходед В.М. Экология [Текст] /В.М. Лиходед — Ростов н/Д.: Феникс, 2006. — 360 с.

. Никитин Д.П. Окружающая среда и человек [Текст] /Д.П. Никитин — М.: Дрофа. — 150 с.

. Фролов И.Т. Страны и народы: Земля и человечество. Глобальные проблемы [Текст] /И.Т. Фролов — М.: Мысль, 2010. — 236 с.

Источник: www.BiblioFond.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.