Озоновый слой – как щит Земли

Введение

Непрерывный технический прогресс, продолжающееся порабощение природы человеком, индустриализация, до неузнаваемости изменившая поверхность Земли, стали причинами глобального экологического кризиса. В настоящее время перед населением неты особенно остро стоят такие проблемы окружающей среды как загрязнение атмосферы, разрушение озонового слоя, парниковый эффект, загрязнение почвы, загрязнение вод мирового океана, перенаселение и т.д.

В этом реферате я рассмотрела такую глобальную проблему как Разрушение озонового слоя. Сейчас это остро актуальная проблема современности, имеющая экологический и экономический аспекты. Мировое сообщество проявляет к ней беспрецедентное внимание, что выразилось в заключении ряда международных соглашений об охране озонового слоя, вплоть до того, что день 16-го сентября объявлен Международным днём охраны озонового слоя.

Цель реферата: обобщение данных о причинах и последствиях разрушения озонового слоя, являющегося «щитом» Земли, а также способах решения проблемы образования «озоновых дыр».

Задачи реферата следующие:

1. Узнать что такое озоновый слой, его компоненты
2. Рассмотреть главные функции озонового слоя в атмосфере
3. Рассмотреть влияние антропогенного фактора на озоновый слой
4. Узнать что такое озоновые дыры и чем они опасны для биосферы
5. Рассмотреть методы защиты озонового слоя

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Озоновый слой – как щит Земли

1. Озон в атмосфере.

 

Озон – это бесцветный (при высокой концентрации – сизоватый), растворимый в воде газ с острым, специфическим запахом. Слово «озон» возникло из слова греческого происхождения «ozein», что в переводе означает «почувствовать запах, унюхать».

Каждая молекула озона состоит из трех атомов кислорода, и ее химическое обозначение – O3. Молекулы озона химически очень активны, и время их жизни не превышает 20 минут. Озон замерзает при температуре – 112˚C, а начинает кипеть при температуре +93˚C

В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6 %.

Озон, образуемый близко от поверхности Земли, называют вредным. Он возникает во время грозы, при ударе молнии, работе рентгеновского оборудования, его запах можно ощутить возле работающей копировальной техники. В загрязнённом оксидами озона воздухе под действием солнечных лучей образуется озон, способствующий образованию опасного явления, называемого фотохимическим смогом. Дыхание озоном очень опасно, так как он разрушает лёгкие. Пешеходы, вдыхающие большое количество озона, задыхаются и ощущают боль в груди. Деревья и кусты, растущие у загазованных магистралей, при высоких концентрациях озона перестают нормально расти.

 

2. Озоновый слой

Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей распад молекул кислорода и образует слой называемый  Озоновый.

Озоновый «экран», или озоновый слой, расположен в стратосфере, на высотах: 7-8 километров на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 – 24 километров над Землей.

Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку, лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Благодаря чему стало возможно возникновение на Земле жизни и её последующая эволюция. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация.

Озоновый слой - это настоящий щит, оберегающий Землю уже многие тысячи лет. Точно неизвестно когда этот слой сформировался, однако по результатам научных исследований можно с уверенностью сказать, что за последние годы концентрация озона в атмосфере очень сильно снизилась и происходит это в основном  под влиянием антропогенного фактора.

 

Глава 2. Озоновые дыры как последствия влияния антропогенного фактора.

2.1. Техногенное влияние на озоновый слой.

Впервые мысль об опасности разрушения озонового слоя была высказана еще в конце 1960-х годов, тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NOx) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет. Однако сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось и такая нагрузка вряд ли представляет серьезную угрозу для озонного слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности земли в результате сжигания ископаемого топлива и массового производства и применения азотных удобрений также представляют определенную опасность для озонного слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы.

В 1971 г. профессор Г. Джонстон (США) прогнозировал существенное поступление оксидов азота в озоновый слой от двигателей сверхзвуковых самолетов. С целью изучения влияния выбросов оксидов азота на озоновый слой в США в 1972 г. были начаты исследования по программе СИАП («Программа оценок воздействия на климат»). К исследованиям привлекли специалистов Европы, где в это время в Англии и Франции создавался сверхзвуковой пассажирский самолет «Конкорд». 

Однако еще до завершения программы СИАП, в 1974 г., М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета указали на иной путь разрушительного воздействия на озоновый слой – поступление в него хлорфторуглеродов (ХФУ), или фреонов, которые могут вызывать разрушение озона.

Начиная с этого времени так называемая хлорфторуглеродная проблема стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.  Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере как это происходит, например, с большей частью окисдов азота, и в конце концов проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор.

Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона, прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ составляет 75 и 100 лет соответственно. 

В результате разрушения хлором молекул озона, образуется  участок значительного снижения уровня озона в стратосфере, так называемый озоновой дырой

2.2. Озоновая дыра

Содержание озона в атмосфере измеряется в Единице Добсона. Одна единица Добсона равна слою озона 10 мкм при стандартных давлении и температуре. Это соответствует 2,69×1016 молекул озона на квадратный сантиметр поверхности Земли, или 0,447 милимоля на квадратный метр. Нормальным содержанием озона считается 300 Дн.

Для определения наличия озоновой дыры выбрана граница содержания озона в атмосфере в 220 единиц Добсона.

Озоновой дырой считается локальное падение в озоновом слое Земли концентрации озона.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской антарктической службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось с 1977 по 1984 годы на 40 %. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, то есть значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имелась «озоновая дыра». В начале 80-х годов по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем на Земле с 1979 по 1999 год содержание озона упало на 5%.

После открытия этого явления был выдвинут ряд гипотез, его объясняющих. К наиболее достоверной относят гипотезу о взаимном влиянии переохлаждения облаков в нижней части стратосфере до температур, близких к -70-50С, и зон, расположенных в околополюсной области, с резко выраженной концентрацией озоно-разрушающих примесей, которые переносятся туда воздушными потоками. В этой области концентрации хлора в августе и сентябре почти в 100 раз выше, чем вне этой области. С появлением над Антарктидой солнца в августе оксиды хлора начинают интенсивно разрушать озон, что приводит к образованию «дыры». После прогрева солнцем зоны над Антарктидой воздушные массы приносят озон в полюсную зону извне, и «озоновая дыра» исчезает.

По словам учёных, подобные реакции не происходят в крупных масштабах в Арктике, потому что там температуры не опускаются настолько низко и на такие продолжительные периоды времени, как в Антарктике. За последние годы ситуация несколько изменилась и над Арктикой тоже стало наблюдаться уменьшение озонового слоя.

Таким образом, явление антарктической «озоновой дыры» - результат сложных физических, фотохимических и динамических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идёт. Зимой над Антарктидой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широт. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьёзный ущерб озоновому слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше. Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктидой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80С. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Всё это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах концентрация активного хлора должна быть намного выше.

Так как озоновый слой призван защищать поверхность нашей планеты от переизбытка ультрафиолетового солнечного излучения, то озоновые дыры можно считать реально опасным для живых организмов явлением. Снижение озонового слоя значительно увеличивает поток солнечной радиации, что может влиять на резкий рост числа раковых кожных заболеваний, это можно проиллюстрировать примером: так, 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи. Вызывая рак кожи и её старение, ультрафиолетовые лучи одновременно подавляют иммунную систему, что приводит к возникновению инфекционных, вирусных, паразитарных и других заболеваний, к которым относятся корь, ветряная оспа, малярия, лишай, туберкулез, проказа и др. Десятки миллионов жителей планеты полностью или частично потеряли зрение из-за катаракты - болезни, которая возникает в результате повышенной солнечной радиации. Не менее губительно влияние озоновых дыр для растений и животных на Земле.

Рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана.

 

 

 

Глава 3. Защита озонового слоя.

3.1. Мероприятия  по защите озонового слоя 

Во второй половине 70-х годов сформировалось устойчивое мнение о приоритетном негативном воздействии фреонов на озоновый слой, поэтому в 1978 г. США и Скандинавские страны под давлением общественности запретили использование фреонов в аэрозольных баллонах.  Весной 1985 г. была принята Венская конвенция об охране озонового слоя. В конвенции провозглашалась общая цель: сохранение озонового слоя и консультации по предотвращению действий, наносящих ему ущерб. Конкретные действия в защиту озонового слоя были предприняты позже в Протоколе к Конвенции, принятом в 16 сентября 1987 года в Монреале, впоследствии этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя, ратифицированном 70 странами и вступившем в действие с 1 января 1989 года. В числе стран, подписавших Протокол, был и Советский Союз. А в 1991 году Российская Федерация подтвердила свою правопреемственность этому решению. Страны, подписавшие Протокол, обязались не превышать уровень производства фреонов, достигнутый в 1986 году, и начиная с 1989 года, сократить этот уровень до 80% к середине 1993 года и до 50% к 1998 году.  Позже в Лондоне были сформулированы поправки к протоколу, существенно усилившие ранее принятые ограничения. Так, производство и использование фреонов в 1995 году должно было составить 50% от уровня 1986 года, а в 2000 году – полностью прекращено.

 Поскольку эти вещества имели широкое применение и подыскать им недорогую замену было затруднительно, то было принято компромиссное решение, которое и зафиксировали в протоколе, о временном замещении этих веществ близкими по свойствам химическими соединениями – гидрохлорфторуглеродами (ГХФУ) и гидрофторуглеродами (ГФУ).