Как сохранить озоновый пояс земли. Можно ли спасти озоновый слой от разрушения? Природные факторы истощения озонового слоя
6. Способы восстановления озонового слоя
Нельзя сказать, что человечество не озабочено озоновой проблемой. Ряд мероприятий, связанных с прекращением загрязнения атмосферы уничтожающими озон веществами, проводится на международном уровне. Сюда следует отнести Венскую конвенцию 1985 года, Монреальский протокол 1987 года с уточнениями и дополнениями к нему, сделанные в Лондоне в 1990 году и в Копенгагене в 1992 году, предусматривающими прекращения производства галонов, фреонов, четыреххлористого углерода и метилхлороформа к 1996 году и сокращение в перспективе производства бромистого метила и хлорфторуглеродов.
Но упомянутые меры абсолютно недостаточны. Это связано с тем, что по подсчетам ученых, в атмосфере Земли уже находится столько вредных веществ, что даже при полном прекращении их производства они будут уничтожать озон еще в течение 50-70 лет. Так что же делать? Ответ очевиден - необходимо срочно разрабатывать эффективные меры защиты и восстановления озонового слоя.
Нельзя сказать, что в этом направлении ничего не делается. Наоборот, все время появляются предложения, как предотвратить нависшую над биосферой Земли опасность. Эти предложения можно разделить условно на две группы. В первую входят предложения, которые направлены на очищение атмосферы Земли от тех вредных веществ, которые в нее уже выброшены. Во вторую группу те из них, которые направлены на выработку дополнительного количества озона, компенсирующего его убыль.
Процесс очищения предлагается осуществлять несколькими способами. Например, выбрасывая с самолетов и ракет на высотах примерно в 15 км этан (С 2 Н 6) или пропан (С 3 Н 8). В реакции с этими веществами свободный хлор связывается в пассивный к озону хлористый водород. Как показало численное моделирование, положительный эффект может быть достигнут только при определенных сценариях воздействия. Связано это с возможностью появления вторичных реакций, в результате которых снова образуется хлор или содержащие хлор вещества, выделяющие под действием солнечного излучения свободный хлор. Исследования показали также, что рассматриваемый метод может привести к усилению парникового эффекта. В результате его осуществления образуются вещества, попадание которых в тропосферу и на поверхность Земли нежелательно, а влияние на всю совокупность химических процессов в атмосфере экологически небезопасно. Согласно расчетам авторов химического метода защиты озонового слоя, необходимо привнести в стратосферу около 50 000 тонн этана или пропана. Оценки показывают, что стоимость этого процесса составляет около 500 миллиардов долларов, что абсолютно нереально в настоящее время и в обозримом будущем.
Наряду с химическим воздействием на атмосферу предложены также физико-химические методы, основанные на использовании электромагнитного излучения. Облучая атмосферу на высоте 10 км излучением СО 2 -лазера, можно возбуждать молекулярные колебания фреонов. При достаточной интенсивности лазерного облучения молекулы фреонов расщепляются, выделяя атом хлора, который, соединяясь с водородосодержащими молекулами, превращается в хлористый водород, а соединяясь с кислородосодержащими молекулами, образует окись или двуокись хлора. Продукты этих реакций в конечном итоге выпадают на поверхность Земли в виде кислотных дождей. Поэтому для практического использования физико-химических методов и обеспечения их достаточной эффективности необходима строгая оптимизация режимов воздействия, которая авторами метода не проводилась. О том, что данный метод экологически небезопасен, было упомянуто.
В основе следующего метода очистки атмосферы от фреонов лежит микроволновое излучение, возбуждающее в определенной пространственной области разряд (СВЧ-разряд) с большой концентрацией в нем электронов. При соединении электронов с молекулами фреонов в зоне разряда образуется отрицательно заряженный атом хлора и свободные радикалы. Атом хлора, соединяясь с водородсодержащими молекулами, конвертируется в хлористый водород, который вымывается из тропосферы дождями. Свободные радикалы доокисляются до устойчивых соединений и также выводятся с дождями. Следует отметить, что наличие большого количества быстрых электронов в зоне СВЧ-разряда может привести к инициированию целого комплекса плазмохимических реакций, в результате которых образуются, например, оксиды азота, участвующие в уничтожении озона, и другие экологически вредные вещества, которые до этого в тропосфере отсутствовали.
Проведенные расчеты показали, что для получения разряда на высоте примерно в 10 км с последующей очисткой облученного объема воздуха средняя мощность излучения должна достигать 2*10 10 Вт. Производительность метода, выраженная в массе разлагаемого в единицу времени фреона, составляет примерно 30 кт/год. Эта величина равна примерно 0,3% от общего количества фреонов, выбрасываемых в атмосферу Земли. Известно, что различные типы веществ, уничтожающие озон, могут вступать в реакции между собой, образуя пассивные по отношению к озону соединения. Поэтому существенное нарушение их баланса в атмосфере может вызвать резкое увеличение темпа убыли озона. Подтверждением этого факта могут служить озоновые дыры в Антарктике, образование которых обусловлено вымораживанием в полярных облаках окислов азота.
Следовательно, очищение атмосферы Земли должно быть организованно таким образом, чтобы между озоноразрушающими веществами сохранялся баланс, обеспечивающий наименьшую скорость убывания озона. Возможность создания такой системы в настоящее время даже не рассматривается.
Теперь рассмотрим вторую группу предложений, которые направлены на выработку дополнительного озона, компенсирующего его убыль. Давно известно, что одним из источников озона является электрический заряд, широко используемый для этой цели в технологических процессах и в быту. Производительность этого способа может достигать 200 г озона на кВт час затраченной энергии, то есть примерно 5,5 г/МДж. Для его практического осуществления, устройство, инициирующее электрический разряд, размещается на борту летательного аппарата, курсирующего на высотах от 17 км до 25 км в течение длительного времени. Несмотря на внешнюю простоту и привлекательность рассматриваемого способа, он обладает недостатками, присущими всем электрическим разрядам и связанными с протекающими в них плазмохимическими реакциями, результатом которых может быть образование веществ, способствующих уничтожению озона. К тому же, для компенсации этим способом годовой убыли озона в размере 1% от его полного количества в атмосфере необходима энергия, равная примерно 1,6*10 11 кВт ч (6*10 17 Дж). Вряд ли в обозримом будущем удастся доставить такое количество энергии в атмосферу.
Есть предложение вырабатывать озон за счет облучения воздуха лазером с длиной волны около 200 нм. Это излучение хорошо поглощается атмосферным кислородом, а продуктами реакции фотодиссоциации являются атомы кислорода, которые, вступая в реакцию с атомарным кислородом, образуют озон. Основным недостатком этого способа является его низкая эффективность (примерно 30 г/кВт ч). Для компенсации годовой убыли озона таким способом необходимо количество энергии, равное 10 12 кВт ч (3,6*10 18 Дж). Такие затраты непосильны для современной цивилизации.
Предлагаются и другие способы, являющиеся разновидностями перечисленных выше. Например, вместо электрического разряда использовать высокоэнергетические электроны, выбрасываемые в стратосферу ускорителями, расположенные на борту летательного аппарата. Рассматривается возможность газоразрядной и оптической генерации озона, в частности, при помощи СВЧ-разряда.
Из приведенного краткого перечисления и анализа способов спасения озонового слоя Земли можно сделать вывод, что они либо экологически небезопасны, либо энергетически нереализуемые.
Глобальные проблемы экологии
Озоновый слой - слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона (О3), расположенный на высоте 20-45 км. Содержание озона в нем примерно в 10 раз выше, чем в атмосфере у поверхности Земли. Если весь этот озон собрать и сжать до давления...
Озоновая защита живого: проблема сохранения и возможность восстановления
Озоновый слой - проблема XXI века
В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации...
Озоновый слой Земли
Поскольку наиболее активный разрушитель озонового слоя Земли - хлор, основные меры, разрабатываемые для сдерживания истощения озона, сводятся к снижению выбросов в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, прежде всего фреонов...
Охрана атмосферного воздуха
Особые меры предусмотрены законодательством для охраны озонового слоя Земли от экологически опасных изменений. В соответствии со ст...
Охрана озонового слоя и климата
Предлагаемые в современном мире пути решения глобальных и региональных экологических проблем
Озомновый слой -- часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25--30 км, в умеренных 20--25, в полярных 15--20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы...
Разрушение озонового слоя. Методы борьбы
По материалам сайта www.natura.ru, по расчётам физиков, очистить атмосферу от фреонов можно всего за год, имея в качестве источника энергии один энергоблок атомной электростанции мощностью в 10 гВт. Известно, что солнце производит в секунду 5-6 т озона...
Современные хладагенты и проблемы экологии
Уже 100 лет как люди научились создавать искусственный холод, используя его в самых различных областях своей деятельности. Но по-настоящему массово холодильные и климатические установки начали применяться с 30-х годов прошлого века...
Состояние воздушной среды и ее основные естественные и искусственные загрязнители
По данным наблюдений за общим содержанием озона (ОСО) сетью наземных озонометрических станций Росгидромета и станций других стран СНГ и Латвии, а также измерений прибором Томс со спутника Метеор - 3 практически весь период с марта 1995г...
Экологическая безопасность
Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается на высотах 10-50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты...
3) выпадение кислотных дождей. Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности. 3.1 Парниковый эффект В настоящее время, наблюдаемое изменение климата...
Экологические последствия загрязнения атмосферы
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...
Экологические последствия ядерной войны
Оседание сажи и пыли и восстановление освещенности, которое рано или поздно все же произойдет, скорее всего, не будет являться таким уж благом. В настоящее время нашу планету окружает озоновый слой - часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км...
Экологические проблемы атмосферы. Кислые осадки. Проблема озонового слоя в атмосфере. Понятие о парниковом эффекте
Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды главным образом благодаря тому огромному влиянию...
Проблема сохранения озонового слоя Земли(13). 3
1. Введение 3
2.Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли 5
3. Источники разрушения озонового слоя 10
4. Озоновая дыра над Антарктикой 12
5. Чем грозит озоновая дыра 13
6. Проблемы и пути их решения. 16
7. Основные мероприятия по защите озонового слоя 18
Заключение. 19
Возможное потепление климата. Парниковый эффект 20
1.Введение 20
2. Парниковый эффект 21
3.Недавние изменения 27
4.Критика глобального потепления 28
Список использованной литературы 31
Проблема сохранения озонового слоя Земли(13).
Введение
Современная кислородная атмосфера Земли – уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта её особенность связана с наличием на нашей планете жизни.
Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды главным образом благодаря тому огромному влиянию, которое она по всей вероятности будет оказывать на мировое сообщество.
Этот интерес понятен – речь идёт о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. В настоящее время назрела необходимость принять определённые обязательные для всех решения, которые позволили бы сохранить озонный слой. Но чтобы эти решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые изменяют количество озона в атмосфере Земли, а также о свойствах озона, о том, как именно он реагирует на эти факторы.
Озоновому слою Земли посвящено довольно много публикаций: в одних утверждается, что озоновый слой исчезает быстро и необратимо и жить человечеству осталось недолго, а в других, что озоновые дыры существовали всегда, и это нормальный естественный процесс, на который человечество повлиять никак не может. Так что же происходит с атмосферным азоном?
Озон – одна из наиболее важных составляющих атмосферы Земли. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство – это способность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца. С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный отравлять ту самую флору и фауну, которую защищает, находясь в стратосфере. Отравляющее действие озона приносит пользу при очистке воды от болезнетворных организмов: озонирование воды - один из лучших способов ее очистки. Кроме того, озон обладает свойством парникового газа, влияющего на изменение климата.
С точки зрения различных функций и свойств озон можно условно разделить на «плохой» и «хороший». «Плохой» озон входящий в состав фотохимического смога, поразившего многие крупные города, находится в приземном слое тропосферы и, достигнув определенных концентраций, представляет опасность для всего живого. Однако основная часть озона сосредоточена в стратосфере, расположенной над тропосферой на высоте 8 км над полюсами, 17 км над экватором и простирающегося вверх на высоту примерно 50 км. Это – «хороший» озон: он защищает все живое от опасного ультрафиолетового излучения.
Наиболее яркое проявление антропогенного воздействия на озоновый слой Земли – это антарктическая озоновая дыра, в которой истощение озона составляет более 50%.После осознания последствий разрушения озонового слоя антропогенными источниками были сделаны важные шаги – приняты Венская конвенция (1985) и Монреальский протокол (1987), запрещающие производство озоноразрушающих веществ. По мере сокращения их производства в последнее время отмечается некоторая стабилизация в содержании озона в стратосфере и даже тенденция к его восстановлению.
Расчеты показывают, что процесс восстановления озона будет происходить в течение всего текущего столетия. Ускорение этого процесса – еще один важный шаг в решении сложной проблемы сохранения озонового слоя.
Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли
Озон содержится в атмосфере до высот 100 км, но в ничтожно малом количестве (до 0,001 %), однако без него жизнь на земле была бы совсем не такой, какой мы наблюдаем её сейчас. Молекула озона О3 образуется соединением молекулы О2 и атома О, когда они вместе встречаются еще с одной молекулой М, которой может быть любая частица, в том числе и молекула азота N2. Она необходима, чтобы поглотить энергию, которая выделяется при образовании О3. Нижняя граница слоя атмосферы, где образуется большое количество озона, находится на высоте 10–15 км, а верхняя – на высоте около 50 км. Этот слой называется озоносферой.
Максимум концентрации молекул озона соответствует высоте около 25 км, однако, даже здесь имеется не более 5–10 молекул озона на миллион молекул воздуха. Озон, образующийся выше 8–12 км, часто называют стратосферным озоном, чтобы отличить его от тропосферного озона, который образуется в результате других процессов в приземном слое атмосферы. О тропосферном озоне будет рассказано позднее в теме "Загрязняющие вещества и смоги". Количество тропосферного озона не превышает 10% от общего содержания озона в атмосфере. Общее содержание озона в вертикальном столбе атмосферы, если его привести к нормальному давлению (760 мм. рт. ст.) и температуре (0°С), и собрать в слой, то высота этого слоя составит около 3 мм.
Однако озоносфера почти полностью поглощает губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи Солнца. Под ультрафиолетовой радиацией УФ Солнца понимается радиация в диапазоне длин волн от 0,4 до 0,01 мкм (см. рис. 1). По воздействию на живые клетки её делят на три части: УФ-А (0,4–0,315 мкм), УФ-В (0,315–0,380 мкм) и УФ-С (корче 0,28 мкм). УФ-С губителен для живого организма даже в небольших дозах, вследствие разрушения молекул белка, к счастью, УФ-С полностью поглощается озоносферой и не доходит до земной поверхности. УФ-В доходит до земли лишь в небольших дозах, более всего у земли наименее опасного УФ-А. В целом воздействие УФ на человека можно свести к следующему: 1) распаду белка; 2) канцерогенное действие; 3) ослабление иммунной системы; 4) ожог или даже рак кожи; 5) глазные (катаракта) и инфекционные заболевания 6) аллергические заболевания; 7) мутагенное действие.
Рис. 1. Спектральные диапазоны полного или частичного поглощения солнечного излучения атмосферой.
Озоновый слой охватывает всю Землю, но его толщина сильно меняется, возрастая от экватора к полюсу. Озон образуется в течение всего года в стратосфере над экваториальным поясом. Благодаря переносу его воздушными течениями он перемещается в направлении полярных широт. На планете четко выделяется тропическая область недостаточно малого содержания озона в зоне от 35° с. ш. до 35° ю. ш., где средняя приведенная толщина слоя О3 около 2,6 мм. К северу и югу от нее толщина слоя больше – 3,5 мм. Кыргызстан находится на границе комфортной и недостаточной зон содержания озона. Озон испытывает значительные вариации в течение года, причем они минимальны над тропиками и максимальны в высоких широтах.
Максимальные значения содержания озона на всех широтах наблюдается в конце зимы и весной, минимальные - осенью и начале зимы. С увеличение широты происходит сдвиг времени наступления максимума на более поздние месяцы. Так, в Алма-Ате максимум толщины слоя озона наблюдается в феврале, в Санкт-Петербурге – в марте, на о. Диксон – в мае.
3. Озоновые дыры и причины их возникновения
Озон представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода. Химически озон - это молекула, состоящая из трех атомов кислорода (молекула кислорода содержит два атома). Концентрация озона в атмосфере очень мала, и небольшие изменения количества озона приводят к серьезным изменениям интенсивности ультрафиолета, достигающего земной поверхности. В отличии 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 его низкой в обычных условиях концентрации в приземных слоях воздуха эти его особенности практически не влияют на состояние живых систем.
Гораздо важнее его другое свойство, делающее этот газ совершенно необходимым для всей жизни на суше. Это свойство – способность озона поглощать жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца. Кванты жесткого УФ обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей, поэтому его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого рода, рентгеновское и гамма-излучение, оно вызывает многочисленные нарушения в клетках живых организмов. Озон образуется под воздействием высокоэнергетичной солнечной радиации, стимулирующей реакцию между О 2 и свободными атомами кислорода. Под воздействием умеренной радиации он распадается, абсорбируя энергию этой радиации. Таким образом, этот цикличный процесс "съедает" опасный ультрафиолет.
Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральные, т.е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхний слой атмосферы – ионосфера, практически совпадает с озоновым слоем.
В полярных зонах, где силовые линии магнитного поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина малого содержания озона в области полюсов – малая интенсивность солнечного облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к горизонту, а во время полярной ночи отсутствуют вовсе. Площадь полярных «дыр» в озоновом слое – надежный показатель изменений общего содержания озона в атмосфере.
Содержание озона в атмосфере колеблется вследствие многих естественных причин. Периодические колебания связаны с циклами солнечной активности; многие компоненты вулканических газов способны разрушать озон, поэтому повышение вулканической активности ведет к снижению его концентрации. Благодаря высоким, сверураганным скоростям воздушных потоков в стратосфере разрушающие озон вещества разносятся на большие площади. Переносятся не только разрушители озона, но и он сам, поэтому нарушения концентрации озона быстро разносятся на большие площади, а локальные небольшие «дыры» в озоновом щите, вызванные, например, запуском ракеты, сравнительно быстро затягиваются. Только в полярных областях воздух малоподвижен, вследствие чего исчезновение там озона не компенсируется его заносом из других широт, и полярные «озонные дыры», особенно на Южном полюсе, весьма устойчивы.
Согласно одному из них уменьшение озона связано с увеличением оксидов азота, вызванных в свою очередь солнечной активностью. Как известно, максимум солнечной активности в последнем 11-летнем цикле наблюдается в 1979 – 1983 гг. В это же время наблюдалось увеличение (на 30 – 60%) концентрации оксидов азота в мезосфере Южного полушария. В последующем отмечался перенос оксидов на более низкие уровни в стратосферу в период полярной ночи. Фотохимические реакции “азотного” цикла с участием оксидов азота, как мы знаем, приводят к разрушению озона, что обуславливает снижение его концентрации в стратосфере и образовании озоновой дыры. Наблюдавшиеся отставания по времени между максимумом солнечной активности и ореолом развития озоновой дыры в 1985-м и последующих годах объясняются следующим образом. К моменту максимума и начала спада солнечной активности происходит резкое увеличение нисходящего потока оксидов азота в стратосферу и последующее формирование озоновой дыры. В период спада солнечной активности на границе мезосферы поток оксидов азота уменьшается, но в стратосфере их концентрация максимальна, а, следовательно, содержание озона минимально. Наконец, на последней стадии, которая началась в 1986г. и к90-м годам еще не закончилась, в минимуме солнечной активности содержание оксидов азота в стратосфере уменьшается, а количество озона должно увеличиваться и состояние озонового слоя должно возвратиться к первоначальному.
Такой механизм мог реально объяснить процесс формирования озоновой дыры. В его пользу до последнего времени говорил тот факт, что в 198г. наблюдалось значительное увеличение концентрации озона по сравнению с предыдущим годом, осенью которого отмечалось максимальное разрушение озонового слоя над Антарктидой. Однако измерения 1989г. показали, что дыра вновь появилась, т.е. вместо ее исчезновения, при спаде солнечной активности, начинают отмечаться колебания величены от года к году. Помимо этого, в рамках данного механизма остаются без ответа по крайней мере, два вопроса. Первый: почему в процессе предшествующих 11-летних циклов солнечной активности не формировалась озоновая дыра? В частности, один из предыдущих циклов, максимум которого приходится на 1958 – 1960гг., обладал активностью большей, чем текущий. Однако в те годы отмечено лишь небольшое снижение концентрации озона, которое возможно связанно с последствиями ядерных испытаний. Второй вопрос: почему озоновая дыра формировалась только в Южном полушарии?
Другой предполагаемый механизм связывает образование озоновой дыры с “хлорным” циклом антропогенного происхождения. Одну из фотохимических реакций с участием хлора, я рассматривала в одном из предыдущих разделов. Механизм, связанный с реакциями хлорного цикла, предполагает поступление хлорных соединений в полярную стратосферу благодаря циркуляции атмосферы. А в атмосферу разрушающие озон соединения поступают с поверхности Земли непрерывно из миллионов аэрозольных упаковок, бытовых холодильников, рефрижераторов, в результате выбросов химических заводов и т.д. И не смотря на то. Что хозяйственная деятельность человека пока еще не привела к заметному снижению суммарного содержания озона в атмосфере, фреоны могут быть причастны к разрушению озонового слоя над Антарктидой – таково мнение большой группы ученых. Но и в этом механизме есть безответный вопрос: почему антропогенно обусловленный механизм не проявил себя в Северном полушарии, где поступление хлорных, бромистых и других соединений, разрушающих озон, идет более интенсивно?
Третий возможный механизм – так называемый динамический – пытается объяснить формирование озоновой дыры чисто циркуляционными процессами в стратосфере и мезосфере и горизонтальным перераспределением озона при общем его постоянстве. Опуская аргументацию сторонников такого механизма, отмечу лишь, что при указанной циркуляции должен происходить отток озона из полярной озоносферы и его накапливание в полосе 60 – 70 градусов южной широты. Хотя такое накапливание и наблюдалось, но ожидаемый по этой теории баланс озона в Южном полушарии отсутствовал,– суммарное содержание озона там в этот период снижалось. Так, в основании результатов измерений, проведенных в ходе полетов исследовательского самолета НАСА между Калифорнией и Чили, в сентябре – октябре 1989г. произошло значительное обеднение (до 15-30%) слоя озона за пределами озоновой дыры в южных широтах до 50 градусов.
(13) озонового слоя , загрязнение атмосферы и гидросферы и др. Безусловно...
Каждый школьник знает, что солнечный ультрафиолетовый луч является источником жизни на Земле. Однако избыток УФ-излучения может стать губительным для всех обитателей планеты.
Баланс между пользой и вредом ультрафиолета возможен исключительно за счёт озонового слоя Земли, который находится в её стратосфере на высоте 12-50 км. Наиболее плотный его пласт расположен на высоте 25 км. Благодаря сложному устройству пятого океана, на землю проникает дозированное количество УФ-излучения. Толщина озонового слоя в общем объёме атмосферы ничтожно мала, но его биолого-экологическая роль бесценна.
Как образуется озон?
Озон – производная кислорода. Находясь в стратосфере, молекула последнего попадает под химическое воздействие УФ-лучей и распадается на свободные атомы. Они, в свою очередь, имеют способность вступать в соединение с его другими молекулами. Такое взаимодействие атомов и молекул кислорода при наличии третьего тела приводит к возникновению нового вещества – озона.
Находясь в стратосфере, он стоит на страже теплового режима Земли и здоровья её обитателей, поглощая излишний ультрафиолет. Попадая в атмосферу нижних слоёв в большом количестве, он является вредоносным для тканей и дыхательных путей человека. Однако образоваться в тропосфере этот газ может в основном при помощи грозовых разрядов, что бывает не так часто.
Неприятное открытие
Разрушение озонового слоя стало предметом для обсуждения учёных всего мира ещё в конце 60-х годов. Тогда экологами начала подниматься проблема извержения в атмосферу реактивными двигателями ракет и самолётов продуктов сгорания в виде водяного пара и оксидов азота.
Тревогу вызвала способность оксида азота, который выбрасывается воздушным транспортом на высоте 25 км, как раз в области распространения щита Земли, уничтожать озон. В 1985-м Британская служба в Антарктике зафиксировала факт уменьшения содержания этого газа в атмосферных слоях на 40 % над станцией под названием «Халли Бей». Эти показатели были опубликованы экологами на основании многолетних исследований, проведённых с 1977 по 1984 гг.
Вслед за британскими учёными эта проблема была освещена группой исследователей из других стран. Они очертили зону пониженного содержания озона уже в более значительной части стратосферы, за границами Антарктиды. В связи с этими событиями стала подниматься проблема озоновых «дыр». Почему «дыр»? Потому что вскоре ещё одна была выявлена спутником Земли уже в зоне Арктики. Правда, она была меньше по размеру, а утечка озона составляла только около 9%.
Позднее выяснилось, что брешь может менять своё место расположения. Так, изучая атмосферу над Австралией, исследователи заметили перманентное возникновение озоновой дыры, вызывающее во время своего появления вспышку такого онкологического заболевания, как рак кожи. В целом принято считать, что с 1979 по 1990 гг. содержание этого газа в атмосфере Земли снизилось приблизительно на 5%.
Чтобы лучше представить себе озоновый щит, его обычно мысленно сжимают до плотности воды и накрывают им землю. Толщина покрова составляет 3-4мм, его максимум ложится на полюса, а минимум на область экватора. Самая большая концентрация газа приходится на 25-й километр стратосферы. Эта область находится над Арктикой. Плотный слой встречается также иногда на высоте 70 км, как правило в зоне тропиков. Тропосфера не имеет большого количества озона, так как она сильнее подвержена сезонным изменениям и загрязнениям различного характера. Стоит концентрации уменьшиться на один процент, как ровно на два процента увеличивается интенсивность агрессивного ультрафиолета возле земной поверхности. Действие жёсткого ультрафиолета на органику планеты можно сравнить с ионизирующими излучениями. Воздействие УФ отличается лишь большей длиной волны, а значит, меньшей глубиной проникновения и повреждения живых тканей.
Разрушение озонового слоя может создать причины для ЧС, связанных с избыточным нагревом, увеличением скорости ветра и циркуляцией воздушных масс, что обычно приводит к образованию новых пустынных областей и снижению урожайности сельского хозяйства.
Недруги озона
Газ, который закрывает в виде щита нашу планету, разрушается, потому что его повреждают вещества, такие как хлорфторуглероды – фреоны, окислы азота, окислы алюминия.
Всё это, как ни грустно, результат технического прогресса. Становится очевидным, что виновником повреждения озонового слоя является человек и его деятельность на земле . Существует, как минимум, три причины возникновения озоновых дыр антропогенного характера:
- Выброс в воздух хлорфторуглеродов в процессе производства и использования бытовой техники, химических продуктов и косметической продукции.
- Выброс в стратосфере отработанных газов суперлайнерами и ракетоносителями.
- Полёты на высоте вредоносны для озона.
Трудно себе представить современную жизнь без холодильников, кондиционеров, огнетушителей, растворителей и очистителей, без косметических средств в виде ароматных дезодорантов в аэрозольных баллончиках. Однако все эти блага цивилизации содержат вещества под названием «фреоны», которые являются причиной истончения и разрыва озонового слоя Земли.
Учёные Калифорнийского университета в 1974 году высказали гипотезу, которая вскоре стала научным фактом. По их мнению, основным разрушителем озонового слоя является хлорфторуглерод. В 1996 году теория подтвердилась. Этот исследовательский труд был отмечен Нобелевской премией. Проблема разрушения озона опасна ещё и тем, что фреоны, попадая в атмосферу, очень долго, в течение десятилетий, взаимодействуют с ультрафиолетом, выделяя при распаде свободный хлор, который и губит молекулы озона. В докладе Гринпис 1995 года внимание общественности было обращено на тот факт, что разрушение озонового слоя есть следствие функционирования 3 развитых экономик мира. Озоновые дыры на 31% создаются промышленностью США, на 12% – Японии и на 9% – Великобритании.
Покорение и изучение космического пространства стало вызовом для человечества и двигателем к прогрессу. Сегодняшний день ставит на одну чашу весов пользу и вред, которые может получить цивилизация, продолжая исследовать неизведанное и, одновременно, создавая проблему для существования жизни на своей родной планете в виде выбросов вредных газов, разрушающих защиту в атмосфере. В течение одного полёта «СпейсШатл», выделяя больше сотни тонн хлора и его соединений, способен уничтожить 10 млн тонн озона. Триста запусков могут совершенно уничтожить весь озоновый слой. Однако следует отметить, что не все ракетные системы одинаково опасны для целостности атмосферы Земли.
Меры для защиты и восстановления озонового слоя
Преобразование климата планеты, потери урожайности в сельском хозяйстве и продуктивности в области животноводства, необратимые изменения на поверхности и уменьшение видового разнообразия Мирового океана, снижение иммунитета людей и распространение онкологических заболеваний – таковыми могут быть последствия разрушения озонового слоя т.е. избыточного жёсткого ультрафиолета,
В результате подтверждения факта, что каждый атом хлора является убивающим для 100 тыс. молекул озона, начались выступления и протесты активных защитников окружающей среды против применения аэрозольных баллончиков, которые выделяют хлофторуглероды.
Это привело к тому, что в 1978 году их производство окончательно запретили. Поисками замены ХФУ учёные занялись, как только была экспериментально доказана их способность распадаться в стратосфере на атомы хлора и разрушительно действовать на озон. Для наполнения аэрозолей уже найдена альтернатива фреону в виде пропан-бутановой смеси. Она не уступает по своим качествам ХФУ, поэтому используется в химической и косметической промышленности многих стран.
Сложнее оказалось выявить вещества для замены фреона в хладоустановках, хотя и эта проблема постепенно находит своё решение. Одним из них является аммиак, несмотря на то, что он уступает ХФУ по физическим показателям.
После официального заявления о нежелательных последствиях для жизнедеятельности планеты по причине разрушения озонового слоя стало понятным, что этой проблемой следует заниматься серьёзно и без международного сотрудничества здесь не обойтись. 1977 год запомнился программой Организации Объединённых Наций относительно защиты окружающей среды. Появился план действий по восстановлению озонового слоя. Составлен список, в котором перечислены вещества агрессивного характера, которых следует избегать в производстве и принимать меры по сокращению их применения.
В 1987 году был подписан протокол в Монреале, согласно которому установили контроль за использованием и производством фреонов, которое к 2010 году предполагалось завершить. И хотя выпуск такого ХФУ, как фреон R12, всё-таки прекратился к 2010 году, это вещество всё ещё способно попадать и сохранять свою вредоносную активность в стратосфере на протяжении ста лет. Максимальная концентрация хлора в атмосфере отмечалась в 1993 году. На протяжении всех последующих лет его содержание снизилось до 15 %. К 1997 году содержание озона в стратосфере постепенно стало увеличиваться.
Мировое сообщество ведёт последовательную борьбу за озоновый слой. Так в 2007 году все подписанты Монреальского протокола проголосовали за ускорение исключения из обращения ХФУ, сокращение производства и применения хлорфторуглеродов до 2015 года на 90%.
Говорить о полном восстановлении озонового слоя ещё преждевременно. Однако при условии участия в устранении этой проблемы стран всего мира перспективы её решения становятся обозримыми в ближайшем будущем.
Озоновый слой – тончайшая оболочка планеты, которая находится в стратосфере на высоте 20-40 км. Здесь сосредоточено 90% всего озона атмосферы. Образуется озон (О 3) при воздействии ультрафиолетового излучения (hv ) на кислород (О 2).
Значение озонового слоя
Учёные считают, что благодаря озоновому слою, стало возможным распространение жизни из воды на сушу. Это неудивительно, поскольку он поглощает опасный для живых организмов ультрафиолет. А именно, ультрафиолетовое излучение в том диапазоне, в котором оно вызывает загар и рак кожи, почти полностью поглощается озоном. До поверхности Земли доходит лишь небольшое количество такого ультрафиолета.
Образование и разрушение
Озоновый слой настолько тонок, что если его сжать под нормальным давлением при температуре 0°, высота слоя составит всего 3 мм против 8 км сжатой при тех же условиях атмосферы. Его так мало потому, что в процессе поглощения ультрафиолетовых лучей, О 3 обратно разлагается до О 2 и атомарного кислорода (О). Образование и разрушение озона в атмосфере объясняет механизм Чепмена.
Образование озона:
О 2 +hv =2О
О 2 +О=О 3
Разрушение озона:
О 3 + hv =О 2 +О
О 3 +О=2О 2
Из схемы уравнения видно, что озон также израсходуется при взаимодействии с атомарным кислородом.
Что такое озоновые дыры
Озоновые дыры — это снижение концентрации О 3 в озоновом слое. Возникают они под воздействием ряда антропогенных и природных факторов.
Аэрозоли содержат в себе фреоны, которые разрушают озоновый слой.
Основными простыми веществами, которые разрушают озоновый слой, являются водород, хлор и бром. Пагубное воздействие оказывают хлороводород HCl, монооксид азота NO, метан CH 4 , а также те фреоны , которые содержат и выделяют хлор и бром. В то же время, сложно представить свою жизнь без использования фреонов. Они применяются в производстве и функционировании холодильных установок, газовых баллончиков, различных аэрозолей, в пожаротушении электростанций и многом другом. Поскольку, полностью отказаться от фреонов невозможно, международные протоколы ограничивают их использование. Также их заменяют фторсодержащими фреонами, которые не опасны для озонового слоя.
Полярная ночь может стать причиной образования озоновой дыры. Вы удивитесь, но есть места на планете, где озоновые дыры возникают посезонно, и это никак не зависит от деятельности человека. Как известно, для образования озона необходим кислород и ультрафиолетовое излучение, главным источником которого является солнечный свет. Так вот над Антарктикой (Южный полюс) и Арктикой (Северный полюс), где возможна полярная ночь, вследствие чего долгое время отсутствует солнечный свет, озоновые дыры естественно образовываются на некоторое время. Но по завершению полярной ночи, слой восстанавливается. Самая большая и опасная дыра по сведению учёных расположена над Антарктидой в Южном полушарии.
Сохранить озоновый слой
На сегодняшний день образовалось много озоновых дыр. Процесс восстановления слоя усложняется тем, что в атмосфере накопилось несчётное количество разрушающих его веществ. А это способствует проникновению солнечной радиации на поверхность Земли, повышает риск возникновения рака кожи у людей, а также приводит к гибели морских животных и растений. Чтобы приобщиться к защите озонового слоя, простой человек может сократить использование аэрозолей, найти им альтернативную замену, а также интересоваться у производителей, какие именно фреоны входят в состав покупаемых холодильников и кондиционеров. Международный день охраны озонового слоя был установлен Генеральной ассамблеей ООН в 1994 г. и отмечается ежегодно 16 сентября.
По материалам из Википедии
Классный час « Сохраним озоновый слой Земли!» Составители: Учащаяся 8 в класса Зайцева Виктория Пономарева Н.Д., учитель географии МБОУ «Чернянская средняя общеобразовательная школа 1 с углубленным изучением отдельных предметов» Чернянского района, Белгородской области
16 сентября Международный день охраны озонового слоя «Генеральная Ассамблея, учитывая настоятельную необходимость сохранения озонового слоя, который фильтрует солнечные лучи и предупреждает пагубное воздействие ультрафиолетового излучения на поверхность Земли, тем самым сохраняя жизнь на планете, подчеркивая важность осуществления Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, подписанного 16 сентября 1987 года в Монреале 1. провозглашает 16 сентября Международным днем охраны озонового слоя, который будет отмечаться, начиная с 1995 года в память о том дне в 1987 году, когда был подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой; ». Резолюция A/RES/49/114Резолюция A/RES/49/114
Характерные особенности Озон очень недолговечен он живет не более получаса. Летучесть этого вещества обусловлена самой его структурой: его молекула, образованная тремя атомами кислорода, имеет одну свободную химическую связь, которая и обеспечивает озону большую активность в присоединении к живым клеткам и высокую способность к окислению. Озон это поистине защитник жизни на земле. Озоновый слой стратосферы надежно защищает все живое от опасных ультрафиолетовых лучей. Также природа создала его, как мощный антисептик, по силе с которым не может сравниться ни один антибиотик.
Открытие озона Открытие озона принадлежит физику Мартину Ван-Маруму, который в 1785 году обнаружил, что кислород под действием электрических искр приобретает особый запах и новые химические свойства. Схема образования озона такова: под действием электрического разряда молекула кислорода распадается на атомы. Атомарный кислород соединяется с молекулярным кислородом и образует озон.
В природе озон интенсивно образуется во время грозы. И это действительно так. Но существует и еще один крайне важный источник образования этого удивительного газа. Его порождает солнечный свет, который в стратосфере превращает кислород в озон. Благодаря непрерывному образованию стратосферного озона все живое на земле находится под постоянной защитой от пагубного действия жесткого ультрафиолетового излучения.
Что происходит с озоновым слоем Земли? Озо́новая дыра́ локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бром содержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя, см. например доклад Всемирной метеорологической организацииозонаозоновом слоеЗемлиантропогенного факторафреонов
История Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году, на Южном полушарии, над Антарктидой, группой британских учёных: Дж. Шанклин (англ.), Дж. Фармен (англ.), Б. Гардинер (англ.). Каждый август она появлялась, а в декабре январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктикой.1985 годуЮжном полушарииАнтарктидойДж. Шанклинангл.Дж. Фарменангл.Б. Гардинерангл.Северным полушарием
Причины образования озоновых дыр К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики.полярный вихрь
Что разрушает озон? Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, моноксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фтор бром фреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидро фтор фреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводородпростые веществаводородкислородахлорабромахлороводородмоноксид азотаорганические соединенияметанбромафтораводойфтороводород
Последствия….. Кроме того, истощение озонового слоя может непредсказуемо изменить климат Земли. Ведь озоновый слой задерживает тепло, рассеивающееся с поверхности Земли. По мере уменьшения количества озона в атмосфере T° воздуха снижается, изменяется направление господствующих ветров и меняется погода.
Восстановление озонового слоя Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бром содержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны, процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года
Верно ли, что основными разрушителями озона являются фреоны? Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 1525 % потерь озона в стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80 % хлора имеет антропогенное происхождение.
Также….. Есть мнение, что природные источники галогенов, например вулканы или океаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю..галогеноввулканыокеаны
Меры по охране озона С 1985 года охрана озонового слоя стала одним из важных направлений деятельности для многих стран мира. Поиски консенсуса в ходе продолжительных и трудных переговоров и консультаций завершились 16 сентября 1987 года, когда тридцать шесть стран подписали документ, получивший название «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». В последующие годы были приняты четыре поправки к Монреальскому протоколу, скорректировавшие (в сторону ужесточения) обязательства, вытекающие из этого международного документа.«Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой»
Меры по защите Монреальский протокол учитывает технологический и экономический уровни различных стран. Поскольку принятие мер по защите озонового слоя (прежде всегоотказ от ОРВ), требовало много времени и средств, развивающимся странам была предоставлена отсрочка. Тем не менее, вещества с наибольшим озон разрушающим потенциалом (ОРП) – хлор фтор углероды (ХФУ) и галлоны (бром хладоны) – практически полностью выведены из обращения.
Меры по защите озона в России В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ – Минприроды России предполагается оказать содействие ряду промышленных предприятий по выводу ГХФУ из оборота и переходу на безопасные для озонового слоя и климата планеты природные вещества. Для этого потребуется реализация целого комплекса мер: конверсия предприятий, обучение и сертификация монтажников и специалистов, создание предприятий для сбора, регенерации и утилизации ГХФУ и других видов ОРВ.
