Озоновый слой Земли

Озон - атмосферный газ, разновидность кислорода: свойства, защитные функции. Промышленные и бытовые атмосферные загрязнители как причина образования озоновых дыр над Антарктикой. Механизм разрушения озонового слоя; меры по защите, способы восстановления.

Рубрика Экология и охрана природы
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 21.12.2011
Размер файла 31,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление:

Введение

1. Озон - атмосферный газ
2. Влияние различных загрязнителей на озон
3. Озоновые дыры над Антарктикой
4. Разрушение озона хлорфторуглеродами
5. Источники возникновения и разрушения озона
6. Способы восстановления озонового слоя
7. Меры по защите озонового слоя
Заключение
Список литературы

Введение

Атмосфера Земли содержит одно- и двухатомные молекулы кислорода О и О2 и еще один аллотроп - озон О3. Озон - светло-синий газ с характерным запахом, образуется в атмосфере при ультрафиолетовом облучении и грозовых разрядах. Он сконцентрирован в основном над тропосферой в атмосфере и наблюдается от поверхности Земли до высот 80 - 90 км. Воздух в стратосфере - безоблачный, сухой, холодной области - перемешивается очень медленно по вертикали и относительно быстро по горизонтали. Поэтому опасные вещества, однажды попавшие в стратосферу, остаются в ней на долгие годы и легко распространяются вокруг Земли, и тем самым загрязнение стратосферы приобретает глобальные масштабы.

Озон выполняет весьма важную роль естественного фильтра, поглощающего губительное для всего живого коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца. Концентрация озона сравнительно небольшая. Если собрать озоновый слой в окружающую земной шар тонкую оболочку при нормальном атмосферном давлении, то толщина ее составит всего около 3 мм. Распределение озона в атмосфере зависит от сезона, активности Солнца, широты места, техногенного воздействия и т.п., локальные распределения озона могут отличаться на порядок.

Разрушение озона осуществляется в результате цепной реакции, в которой одна примесная молекула может разрушить много тысяч молекул озона прежде, чем попадет в более плотные слои атмосферы и достигнет поверхности Земли вместе с осадками.

Сегодня озон беспокоит всех, даже тех, кто раньше не подозревал о существовании озонового слоя в атмосфере, а считал только, что запах озона является признаком свежего воздуха. (Недаром озон в переводе с греческого означает «запах».) Этот интерес понятен - речь идет о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. Теперешняя тревога людей об изменении озонового слоя, к сожалению, небеспочвенна.

Ученые начали бить тревогу об опасности, нависшей над озоновым слоем Земли, еще в 70-е годы. За пошедшие с тех пор 20 лет уже можно было принять такие эффективные меры, что сегодня тревога людей была бы значительно менее обоснованной. К сожалению, ныне жители Земли оказались в положении человека, поджигающего свой дом для того, чтобы согреться, не особенно задумываясь о том, что этот дом сгорит и другого не будет. Конечно, обществу трудно поступиться интересами многих производств. Ведь разрушению озонового слоя способствуют различные вещества, выделяющиеся в атмосферу. Это не только фреоны, о которых сегодня говорят больше всего политики и промышленники, но и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания турбореактивных двигателей. Важно не только количество образованных при этом окислов азота, но и то, что это происходит высоко в атмосфере, поскольку эти двигатели установлены на сверхзвуковые высотные самолеты. Применение большого количества минеральных удобрений также угрожает озоновому слою. Ведь при денитрификации связанного азота бактериями почвы и микроорганизмами образуется закись азота, которая попадает в стратосферу. Закись азота была обнаружена и в дымовых газах электростанций. Количество образованной при этом в течение года закиси азота исчисляется миллионами тонн.

Таким образом, мы воздействуем на озоновый слой различными способами, и каждый связан с важной стороной нашей хозяйственной деятельности. Поэтому изменить ситуацию за один день невозможно. Многие высказывают сомнения в том, сумеет ли человечество вообще ее изменить.

Иногда довольно трудно представить себе, что даже очень малые количества определенного вещества в атмосфере могут играть исключительно важную роль. Собственно, очень наглядным примером того является сам озон, абсолютное количество которого в атмосфере пренебрежимо мало, а роль в атмосферных процессах огромна.

В настоящее время назрела необходимость принять определенные обязательные для всех решения, которые позволили бы сохранить озоновый 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.

1. Озон - атмосферный газ

Озон по существу является разновидностью кислорода. Имеется атомный кислород - О, молекулярный кислород, каждая молекула которого О2 состоит из двух атомов. Молекула озона О3 состоит из трех атомов кислорода. Но здесь количество переходит в качество - свойства трехатомной молекулы озона принципиально отличаются от свойств двухатомной молекулы.

Озон как таковой был открыт в 1839 году немецким химиком Шейнбейном. В приземной атмосфере он был обнаружен в 1873 году, и с тех пор проводится регулярно его измерения. Наличие озона в верхней атмосфере было установлено восемь лет спустя английским химиком Гартли. Ясно, что в то время прямые измерения в верхней атмосфере были еще недоступны. Наличие там озона было установлено путем анализа характеристик ультрафиолетового излучения Солнца, приходящего к земной поверхности.

Озон, озоновый слой в стратосфере Земли, затрагивает нас потому, что его полосы поглощения приходится на очень важный диапазон волн солнечного изучения. Известно, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца с длинами волн, которые меньше 300 нм (нанометр равен одной миллиардной доле метра). Наиболее сильно озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение с длиной 253,65 нм. Это значит, что слой озона толщиной 3 мм, способен уменьшить интенсивность излучения на этой длине волны в число раз, равное единице с 40 нулями! Это как раз то излучение (ниже 280 нм), которое способно поглощаться нуклеиновыми кислотами. Если бы это излучение не задерживалось озоновым слоем и доходило до Земли, то основа жизни - нуклеиновые кислоты - под действием этого излучения разрушались бы. Это и есть главная функция озона в предохранении человека да и всей биосферы Земли от жесткого ультрафиолетового излучения.

Для человека жесткое ультрафиолетовое излучение повышает вероятность заболевания, прежде всего раком кожи. В частности, специалистами рассчитано, что снижение содержания озона на 1% ведет к такому повышению интенсивности ультрафиолетового облучения поверхности, в результате которого количество смертей от рака кожи возрастает на 6-7 тысяч.

Как известно, Земля испускает инфракрасное излучение. Озон же поглощает не только часть солнечного ультрафиолетового излучения, но и часть инфракрасного излучения Земли. Тем самым энергия, излучаемая Землей в инфракрасном диапазоне, задерживается озоном и остается в пределах земной атмосферы. В противном случае Земля охлаждалась бы. Когда говорят об озоновом слое, то об этой функции часто умалчивают.

Здесь приведены основные свойства озона, которые для нас важнее всего. Следует указать и на еще одно, для многих может быть, неожиданное свойства озона: он является сильнодействующем ядом. Токсичность его больше чем синильной кислоты. Особенно опасным для здоровья в больших городах являются озоновые смоги, которые жителям могут стоить жизни.

Когда озон разлагается, образуются атомы кислорода, которые обладают высокой активностью. Поэтому озон обладает сильными окислительными свойствами. Озон окисляет любые металлы, за исключением металлов платиновой группы.

Озон остается газом до температуры -111,90С. Если температура понижается еще больше, то озон превращается в жидкость темно-синего цвета. Если температура опуститься ниже -192,70С, жидкость превратиться в темно-фиолетовые кристаллы.

2. Влияние различных загрязнителей на озон

Хлор - наиболее опасный катализатор распада озона. Он активно соединяется с озоном, давая монооксид хлора и кислород. В свою очередь монооксид хлора легко присоединяет второй атом кислорода, при этом хлор освобождается и может вступить в реакцию со следующей молекулой озона. Одна молекула хлора за среднее время своего существования в верхних слоях атмосферы способна разложить 100 тысяч молекул озона. По сравнению с хлором следующий по активности разрушитель озона - окислы азота - почти безопасен: одна молекула оксида азота разлагает в среднем всего 10 молекул озона. Опасность оксидов азота в том, что их содержание в воздухе много выше, чем хлора. Озон могут разрушать и другие вещества: окись углерода, водород, окись серы, - но они связывают озон в отношении 1:1 и, по сравнению с хлором и оксидами азота, могут считаться безвредными.

Хлор попадает в атмосферу различными путями. Некоторое его количество теряется при утечках и авариях в химической промышленности, где это вещество широко используется, в частности в органическом синтезе. Но наиболее значительный «поставщик» хлора в атмосферу - фреоны, соединение фтора и хлора с углеродом. Фреоны широко используются в миллионах бытовых и промышленных холодильников как хладагент, и при самых разных их поломках большое количество фреонов регулярно попадает в воздух. Оказываясь в озоновом слое, фреоны под действием того же УФ-излучения легко отщепляют хлор, который катализирует распад озона. Дополнительный источник попадания фреонов в воздух создают широко используемые в быту баллончики с дезодорантами, красками, инсектицидами, распыляющим носителем которых является фреон. Разбрызгиваемое из баллончиков вещество при использовании попадает в нужное место, например на окрашиваемую поверхность, а фреон испаряется и остается в воздухе.

Еще один источник попадания хлора и окислов азота в атмосферу - реактивная авиация, особенно при полетах на высотах более 20 км, когда выхлоп двигателей производится в самом озоновом слое. Заметный вклад в разрушение озона вносят и ракеты самого разного назначения - метеорологические, исследовательские, выводящие на околоземные орбиты спутники связи, разведывательные спутники, космические корабли.

Особенно много хлора и окислов азота выделяют твердотопливные ракетные двигатели. Например, при каждом запуске космического челнока системы «Шаттл» его твердотопливные ускорители на высотах до 50 км, то есть в самом озоновом слое, выбрасывают 187 тонн хлора и хлористого водорода и 7 тонн окислов азота. Этого количества хватает на то, чтобы уничтожить 10 миллионов тонн озона, или 0,3% его общего содержания в атмосфере.

Естественные колебания содержания озона вызваны циклическими изменениями активности Солнца и выбросами вулканических газов при извержениях. Произошедшее за последнее десятилетие снижение содержания озона на 5% связано почти целиком с загрязнением атмосферного воздуха выбросами промышленности и транспорта. Небольшой вклад в это внесло извержение вулкана Эль-Чичон в 1981 году, но снижение содержания озона с тех пор продолжается. За это время содержание хлора в атмосфере увеличилось в 6 раз, достигнув к 1985 году 6 тысяч тонн, причем почти весь этот хлор имеет антропогенное происхождение. Дополнительный вклад в разрушение озона вносят и окислы азота, количество которых в атмосфере, также за счет преимущественно антропогенных выбросов, все еще возрастает.

озоновый слой загрязнители защита

3. Озоновые дыры над Антарктикой

О том, что с озоном происходит неладное, говорят озоновые дыры, появляющиеся каждую весну над Антарктикой. Там происходит особая циркуляция воздуха в зимние и весенние месяцы - он оказывается изолированным от воздушных масс средних широт. С другой стороны, здесь зимой очень низкие температуры в стратосфере (ниже, чем в Арктике), что способствует образованию полярных стратосферных облаков.

Присутствие в стратосфере химических веществ в виде твердых частиц (льда в облаках) способствует разрушению озона. Выбрасываемые в атмосферу вещества, содержащие хлор, фтор, азот, метан и др., могут длительное время находиться там в пассивных формах и не разрушать озон. В особых условиях зимой и весной над Антарктикой происходит эффективное преобразование пассивных хлорных соединений в активные, которые интенсивно разрушают озон. Измерения с помощью спутников, ракет, шаров-зондов и самолетных лабораторий показали, что в этот сезон опасность для озона, окиси хлора ClO в 100 - 500 раз больше, чем в средних широтах на этих же высотах. Прежде всего, ClO и «поедает» озон в стратосфере Антарктики. На некоторых высотах его остается только 5% прежнего количества! Если брать озон на всех высотах, то его количество в месте озоновой дыры весной в Антарктике уменьшается наполовину. Таким образом, выбрасываемые людьми в атмосферу вещества переносятся движением воздуха на все широты и долготы. В Антарктике в конце зимы и весной они оказываются в особых природных условиях, которые позволяют им активизироваться и эффективно разрушать стратосферный озон.

Из этого можно сделать вывод, что поскольку такие особые условия в стратосфере имеются только в Антарктике (да и то не круглый год), то проблема озоновой антарктической дыры является местной, региональной, а не глобальной. Но, к сожалению, это не так. Дело в том, что весь озон в атмосфере Земли, включая приземный слой воздуха, тропосферу, стратосферу и выше (мезосферу и термосферу), на всех долготах и широтах един. В одних местах он образуется эффективно и регулярно, в других - неэффективно и только от случая к случаю, в одних местах образованный озон живет годы, а в других - только секунды, но, тем не менее, весь озон вокруг Земли находится как бы в сообщающихся сосудах. Поэтому, если он исчезает без компенсации в одном месте (в данном случае в Антарктике), то это изменит баланс озона в глобальном масштабе. Другое дело если имеется компенсация. Так, если бы весеннее разрушение озона в Антарктике компенсировалось его увеличением в последующие сезоны, то годовой баланс был бы сохранен. Дыра была бы не опасна в смысле поглощения глобального озона. Полной компенсации разрушенного весной в Антарктике озона не происходит, и в общем балансе всего земного озона каждый год имеется нехватка, которая растет от году к году. Вот этим-то и опасна для всей Земли озоновая дыра над Антарктикой.

4. Разрушение озона хлорфторуглеродами

В 1974 г. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета показали, что хлорфторуглероды (ХФУ) 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, в качестве распылителя (пропеллента) в аэрозольных упаковках, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов и т.д.

Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку они очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. Как это ни парадоксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере, как это происходит, например, с большей частью окислов 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.

Сейчас выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ фреон-11 и фреон-12 составляет 75 и 100 лет соответственно.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях, на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов, концентрация фреонов-11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

5. Источники возникновения и разрушения озона

Кислород способен превращаться в озон под действием источников энергии, величина кванта которой достаточна для разрыва связи в его двухатомной молекуле. Большая часть таких оторванных друг от друга атомов, очень активных, рекомбинирует снова в двухатомные молекулы, но некоторая часть - в трехатомные молекулы озона. Наиболее эффективно этот процесс проходит в верхних слоях атмосферы, на высоте 20-50 км, где под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца возникает практически весь озон. Сравнительно с этим то количество озона, которое образуется при грозовых разрядах и других электрических явлениях на поверхности Земли, ничтожно мало. Таким образом, синтез озона идет на дневной стороне планеты, причем в тропиках интенсивнее, чем в средних и высоких широтах. Самопроизвольный распад озона и его разрушение во взаимодействии с различными атмосферными примесями идут постоянно. В результате возникает динамическое равновесие между синтезом и распадом озона, и его концентрация периодически меняется на 0,5-1% от среднего уровня.

Для того, чтобы узнать, где и сколько имеется озона, надо проанализировать источники его поступления и места исчезновения. Озон образуется разными путями. Это и химические процессы (объединение молекулярного и атомного кислорода), и физико-химические процессы (образование озона у земной поверхности во время гроз и в результате действия тлеющих электрических разрядов). Исчезает озон на разных высотах также по разным причинам. На одних высотах его разрушают одни химические соединения, на других - другие. Кроме того, озон перемещается в атмосфере. Поэтому для того, чтобы понять, как распределен озон вокруг Земли и как меняется во времени это распределение, надо проанализировать все процессы, от которых зависит количество озона.

Общая схема выглядит так. В стратосфере озон образуется из кислорода под действием солнечных лучей. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими соединениями. Поскольку в атмосфере от 100 км и до поверхности Земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на Земле, в ее приземном слое, и затем из-за перемешивания были подняты в стратосферу. Для того, чтобы слой оставался неизменным (конечно, он должен меняться в зависимости от времени суток, сезона, солнечной активности и т.д., но эти изменения происходят с определенными периодами, и из-за них слой озона исчезнуть не может), должен существовать баланс между количеством озона, который образуется, и количеством озона, который исчезает, разрушается.

Поскольку происходят не только горизонтальные движения атмосферного газа (а вместе с ним и озона), то часть того озона, который образовался в стратосфере, переносится вниз, в тропосферу, а также достигает земной поверхности. Но озон, который находится в тропосфере, менее уязвим, чем стратосферный озон. Почему? Прежде всего, потому, что в тропосфере значительно ниже температура, нежели в стратосфере. А чем выше температура озона, тем быстрее он разрушается. Если температуру озона повысить до 2000С, то он весь разрушается. Так освобождаются от озона в лабораторных условиях и в различных приборах, которые предназначены для измерения озона.

Таким образом, тот озон, который образовался в стратосфере и не успел опуститься вниз, в тропосферу, может там прожить значительно дольше, чем он прожил бы в стратосфере. В тропосфере озон также разлагается значительно медленнее, чем в стратосфере. Это происходит под действием видимого солнечного излучения. Поэтому специалисты говорят, что в тропосфере озон более консервативен, чем в стратосфере.

Образованный в стратосфере озон проникает вниз до поверхности Земли. Он здесь смешивается с тем озоном, который образовался в приземном слое воздуха. Во время гроз озон образуется в результате тлеющих электрических разрядов (еще до молниевых разрядов). Кроме того, в больших городах активно проходят реакции фотохимического окисления ненасыщенных углеводородов и спиртов перекисью азота. Перекись азота поступает в приземный воздух больших городов в составе автомобильных выхлопных газов. Чем больше образуется перекиси азота в воздухе, тем эффективнее она при ультрафиолетовом облучении реагирует с ненасыщенным углеродом, тем больше образуется озона. Образующийся таким путем озон в больших городах формирует озоновый смог. Он ядовит, действует раздражающе на глаза и повреждает такие сельскохозяйственные культуры, как табак, виноград и др. В качестве печального примера чаще всего приводят озоновый смог в Лос-Анджелесе. Но за последние годы ситуация изменилась не в лучшую сторону, и Лос-Анджелес в этом плане далеко не одинок. В этом плане различные регионы земного шара не равноправны. Так, где нет соответствующих источников разложения озона (например, в Сахаре, в Антарктике, на Кергеленских островах), озон в приземном слое разрушается мало.

Таким образом, проблему стратосферного озона, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца, нельзя рассматривать саму по себе, отдельно от всей атмосферы, ее динамики. Благодаря этой динамике многие промышленные выбросы в атмосферу достигают стратосферы и вызывают там разрушение озонового слоя.

Из вышесказанного следует, что для того, чтобы понять, что и в какой мере угрожает слою озона в стратосфере, надо рассмотреть достаточно подробно все указанные вопросы. Только выяснив, за счет чего образуется озон и за счет чего он разрушается (и с какой скоростью), можно понять причины изменения озонового слоя и пути его стабилизации. Особенно тщательно надо остановиться на реакциях, в которых стратосферный озон разрушается, поскольку сейчас уже не вызывает сомнения, что они и угрожают слою полным исчезновением. Имеется очень существенное различие в условиях жизни озона (эффективности его образования и продолжительности жизни и т.д.) не только на разных высотах в атмосфере, но и на разных широтах. Собственно, это неудивительно, поскольку вся околоземная оболочка по своим свойствам различается на разных широтах. Это отличие вызвано не только разной освещенностью атмосферы солнечным излучением. Оно обусловлено также конфигурацией магнитной оболочки Земли - магнитосферы. Магнитное поле Земли не влияет на проникновение к Земле и ее атмосфере солнечного волнового излучения (видимого света, рентгеновского, ультрафиолетового и инфракрасного излучения). Но оно принципиально влияет на движение к Земле солнечных заряженных частиц. Наиболее доступными для этого излучения оказываются те области на Земле, где магнитное поле направлено вертикально или почти вертикально. Известно, что это реализуется в высоких широтах северного и южного полушарий. Именно поэтому в этих областях наблюдаются полярные (северные и южные) сияния. Корпускулярная радиация Солнца зависит от солнечной активности, которая непрерывно меняется. Поэтому условия в атмосфере меняются с изменением солнечной активности. Ясно, меняется и количество озона.

Таким образом, озон (его концентрация, движение, распределение по высоте и т.д.) зависит не только от земных факторов (естественных и связанных с деятельностью человека - антропогенных), но и от космических. Например, при вторжении в атмосферу высоких широт (в зоне полярных сияний) солнечных заряженных частиц концентрация озона может меняться на десятки процентов. В дальнейшем в результате динамики атмосферы это изменение распространится и на средние и на низкие широты.

Из сказанного выше ясно, что слой озона вокруг Земли не является чем-то постоянным, неизменным, одинаковым. Его характеристики очень сильно меняются в зависимости от большого числа факторов. Это и солнечная активность, которая определяет интенсивность потоков солнечных заряженных частиц, и региональные особенности, и свойства подстилающей поверхности и т.д.

За время измерений озона наблюдались весьма значительные его изменения. Всегда наибольшие изменения общего содержания озона наблюдались в высоких широтах. Так, среднесуточные значения общего содержания в высоких широтах северного полушария (а точнее, в зоне полярных сияний) в весеннее равноденствие могут меняться на 150%! В низкоширотной зоне (от экватора до 300 северной широты) эти изменения не существенны.

Здесь приведены только некоторые свойства атмосферного озона, но и из сказанного ясно, насколько важно понять изменения в озоновом слое, вызванные антропогенным влиянием, и изменения, являющиеся последствиями воздействия естественных факторов.

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 (С2Н6) или пропан (С3Н8). 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 СО2-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*1010Вт. 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*1011 кВт ч (6*1017 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 1012 кВт ч (3,6*1018 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.

7. Меры по защите озонового слоя

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. Одна из главных технологических задач, решения которой ищут во всех промышленно развитых странах, - замена фреонов на другие хладагенты, не содержащие хлор и вместе с тем не уступающие фреонам по основным физическим свойствам и химической инертности.

Другая задача, практически уже решенная в ракетоносителе «Энергия», заключается в переводе ракетной техники и высотной реактивной авиации на экологически безопасные виды топлива и двигатели.

Выброс оксидов азота наземными промышленными, энергетическими и транспортными системами, имеет значение не только для озонового слоя, но и для решения проблемы «кислых дождей». Хотя окислы азота, по сравнению с хлором, в 10 тысяч раз менее активны как разрушители озона, их выброс в атмосферу многократно превышает выброс хлора. Это повышает важность разработки двигателей, энергетических установок, котлов, новых видов топлива и способов его сжигания, которые сводили бы к минимуму образование и выброс в атмосферу окислов азота.

Из приведенных способов восстановления озонового слоя, сделали вывод, что они либо экологически небезопасны, либо энергетически нереализуемые. Этих недостатков лишен способ, запатентованный в 1992 году группой российских ученых. Суть его состоит в том, что для образования озона используется солнечная энергия. Общие затраты на создание этой системы, находятся в пределах от 50 до 200 миллиардов долларов. Такие затраты можно считать реальными, при участии в реализации способа всех стран мира, одинаково заинтересованных в предотвращении гибели озонового слоя.

Последовательное рациональное решение проблемы сохранения озонового слоя - один из характерных примеров научного подхода в анализе реального состояния атмосферы и поиске путей предотвращения потенциальной угрозы окружающей среде без введения необдуманных запретительных мер.

Заключение

Одна из особенностей человеческого сознания состоит в том, что нам свойственно придавать приоритетное значение той информации, которая касается нас самих или наших близких. В то же время информация о событиях, несущих угрозу жизни, если эта угроза как-то отдалена во времени в будущее или носит вероятностный характер, в индивидуальном восприятии кажется менее достойной внимания.

Такая информация ведет к тому, что у общества большой отклик вызывает, например, проблема содержания нитратов в овощах, с которыми мы встречаемся практически ежедневно. Мы легко понимаем, что избыток нитратов угрожает нашему личному здоровью. В тоже время совершенно реальная опасность разрушения озонового слоя атмосферы, угрожающая небывалым увеличением частоты генетических и раковых заболеваний, активацией опасных инфекционных болезней, настолько мало трогает большинство людей, что мало кто склонен отказаться, например, от употребления в быту аэрозольных баллончиков. А ведь фреон, основной «истребитель» озона.

Если все люди (от рядовых граждан до руководителей государств), будут располагать знаниями, в области изменения озонового слоя, то всем нам легче будет осознать истинное положение дел и принять своевременные меры для того, чтобы выжить самим и оставить нашим потомкам земной дом пригодным для проживания.

Список литературы:

1. Карпенков С.Х. «Концепции современного естествознания». М.: Академический проект, 2000.

2. Розанов С.И. «Общая экология». СПб.: Издательство «Лань», 2001.

3. Мизун Ю.В., Мизун Ю.Г. «Озоновые дыры и гибель человечества?» М.: Вече, 1998.

4. «Способы восстановления озонового слоя». Журнал «Экология и жизнь» №4 - №1, 1997 - 1998.

5. «Озоновые дыры: новый взгляд». Журнал «Экология и жизнь» №4 (12) 1999.

6. «Кто или что разрушает озоновый слой Земли?» Журнал «Экология и жизнь» №3 (7) 1998.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Из истории. Местоположение и функции озонового слоя. Причины ослабления озонового щита. Озон и климат в стратосфере. Разрушение озонового слоя земли хлорфторуглеводородами. Что было сделано в области защиты озонового слоя. Факты говорят сами за себя.

    реферат [67,2 K], добавлен 14.03.2007

  • Химическая формула и свойства озона. Роль атмосферного и тропосферного озона в защите живых организмов от действия ультрафиолетового излучения. Дыры в озоновом слое Земли, гипотезы об их происхождении. Международные конвенции по охране озонового слоя.

    реферат [23,8 K], добавлен 20.01.2015

  • Озон и его роль в атмосфере. Озоновый экран: понятие, природа, механизм образования. Озоновый слой и биосфера. Последствия и главные источники разрушения слоя. Причины возникновения дефицита витамина Д. Сжигание промышленного топлива и атмосфера.

    контрольная работа [18,0 K], добавлен 16.01.2013

  • Понятие и местоположение озонового слоя, его функциональные особенности и оценка значения для биосферы Земли. Структура и элементы озонового слоя, причины его ослабления в последние десятилетия, негативные последствия данного процесса и его замедление.

    презентация [339,3 K], добавлен 24.02.2013

  • Озоновая дыра как локальное падение озонового слоя. Роль озонового слоя в атмосфере Земли. Фреоны - основные разрушители озона. Методы восстановления озонового слоя. Кислотные дожди: сущность, причины появления и негативное воздействие на природу.

    презентация [354,1 K], добавлен 14.03.2011

  • Теории образования озоновых дыр. Спектр озонового слоя над Антарктидой. Схема реакции галогенов в стратосфере, включающая их реакции с озоном. Принятие мер по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов. Последствия разрушения озонового слоя.

    презентация [418,6 K], добавлен 14.05.2014

  • Изучение химических особенностей, реакций синтеза и распада озона. Характеристика основных соединений, приводящих к изменению текущего состояния озонового слоя. Влияние ультрафиолета на человека. Международные соглашения в области охраны озонового слоя.

    реферат [16,8 K], добавлен 24.01.2013

  • Роль озона и озонового экрана для жизни планеты. Экологические проблемы атмосферы. Озоноразрушающие вещества и механизм их действия. Влияние уменьшения озонового слоя на жизнь на Земле. Меры, принимаемые по его защите. Роль ионизаторов в жизни человека.

    реферат [31,1 K], добавлен 04.02.2014

  • Понятие и функции выполняемые озоновым слоем. Состав атмосферы, ее слои, функции важные для человечества. Общее состояние озонового экрана, озоновых дыр и фреонах. Последствия чрезмерного применения фреонов. Возникновение и первые обнаружения озоновых дыр

    доклад [6,6 K], добавлен 15.09.2010

  • Озоновые дыры и причины их возникновения. Источники разрушения озонового слоя. Озоновая дыра над Антарктикой. Мероприятия по защите озонового слоя. Правило оптимальной компонентной дополнительности. Закон Н.Ф. Реймерса о разрушении иерархии экосистем.

    контрольная работа [24,7 K], добавлен 19.07.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.