Проблема разрушения озонового слоя затрагивает. Проблема разрушения озонового слоя. Варианты с производством озона

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Озон - это модификация кислорода, которая весьма токсична и обладает большой химической реактивностью. Озон образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере. Озоновый слой располагается в атмосфере на высоте 10-15км, а максимальная концентрация озона находится на высоте 20-25км. Озоновый экран остерегает земную поверхность от большого уровня УФ-излучения, губительного для всего живого. Однако, в результате антропогенных воздействий озоновый "зонтик" истощился и в нем стали появляться озоновые дыры с чрезвычайно пониженным содержанием озона.

Целью нашей работы явилось изучение компетентности учащихся 9-11 классов в теме «Озоновый слой».

Для достижения поставленной цели нами предполагалось решить следующие задачи:

Подобрать литературу по теме исследования

Изучить экологические проблемы, связанные с разрушением озонового слоя

Выявить способы сохранения озонового слоя

Провести опрос кадет (9-11 класс) по теме исследования

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Роль озонового слоя для жизни нашей планеты

Озоновый экран. - Слой атмосферы, близко совпадающий со стратосферой, лежащий между 7-8 км (на полюсах) и 17-18км (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией озона, отражающий жёсткое коротковолновое./Ультрафиолетовое/ космическое излучение, опасное для живых организмов. Основная масса озона находится в стратосфере. Толщина стратосферного озонового слоя, приведенная к нормальным условиям давления атмосферы (101.3 МПа) и температуры (0 о С) на поверхности Земли, составляет около 3 мм. Но реальное количество озона зависит от времени года, от широты, долготы и многого другого. Этот слой защищает людей и живую природу так же и от мягкого рентгеновского излучения. Как считают ученые, благодаря озону стало возможно возникновение на Земле жизни и её последующая эволюция. Озон сильно поглощает солнечную радиацию в различных участках спектра, но особенно интенсивно - в ультрафиолетовой части (с длиной волн менее 400 нм), а с большей длиной волн (более 1140 нм) - значительно меньше.

Озон, образуемый близко от поверхности Земли, называют вредным. В приземных слоях озон образуется под действием случайных факторов. Он возникает во время грозы, при ударе молнии, работе рентгеновского оборудования, его запах можно ощутить возле работающей копировальной техники. В загрязнённом воздухе под действием солнечных лучей образуется озон, способствующий образованию опасного явления, называемого фотохимическим смогом. Когда лучи света реагируют с веществами, содержащимися в выхлопных газах и промышленных дымах, тоже образуется озон. Жарким туманным днём в загазованной местности уровень озона может достигнуть угрожающих величин. 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.

К счастью, природа наградила человека обонянием. Концентрация 0.05 мг/л, которая намного меньше предельно допустимой концентрации, прекрасно ощущается человеком, и он может почувствовать опасность. Запах озона - это запах кварцевой лампы.

Но если озон находится на большой высоте, то он очень даже полезен для здоровья. Озон поглощает ультрафиолетовые лучи. До поверхности земли доходит всего 47% солнечной радиации, около 13% солнечной энергии поглощает озоновый слой в стратосфере, остальное поглощают облака (по материалам справочной и учебной литературы).

1.2 Озоноразрушающие вещества и механизм их действия

Озоноразрушающие вещества (ОРВ) это химические вещества, которые способны вступать в реакцию с молекулами озона в стратосфере. В своей основе ОРВ - это хлорсодержащие, фторсодержащие или бромсодержащие углеводороды. К ним относятся:

· хлорфторуглероды (ХФУ),

· гидрохлорфторуглероды (ГХФУ),

· галоны,

· гидробромфторуглероды (ГБФУ),

· бромхлорметан,

· метил хлороформ,

· четыреххлористый углерод

· и метил бромид.

Способность химических веществ разрушать озоновый слой называют озоноразрушающей способностью (ОРС). Для каждого вещества принимается ОРС исходя из ОРС для ХФУ-11, равного 1. ОРС для различных ОРВ приведены в Приложении B.

Таблица 1. ОРС для некоторых ОРВ

Вещества



четыреххлористый углерод
метил хлороформ


бромхлорметан
бромистый метил

В большинстве стран основные объемы потребления ОРВ приходятся на сектор сервисного обслуживания холодильного оборудования и кондиционеров, где ХФУ и ГХФУ используются в качестве хладагентов.

ОРВ также применяются в качестве вспенивающих веществ при производстве пеноматериалов, как чистящие вещества в электронной промышленности, в качестве пропеллентов в аэрозолях, стерилизаторов, средств пожаротушения, фумигаторов для борьбы с вредителями и болезнями, и как сырье для промышленности.

ОРВ используются как хладагенты в холодильных и отопительных системах, системах кондиционирования. ХФУ хладагенты постепенно заменяются менее озоноразрушающими хладагентами ГХФУ (ОРС и ПГП>0), ГФУ (ОРС=0, а ПГП>0) и гидроуглеродами (ОРС и ПГП =0).

Во многих бытовых холодильниках используется ХФУ-12. В коммерческих холодильных установках для демонстрации и хранения свежих и замороженных продуктов в качестве хладагента можно использовать ХФУ-12, R-502 (смесь ХФУ-115 и ГХФУ-22) или ГХФУ -22.

Холодильное оборудование и кондиционеры для автомобильного и железнодорожного транспорта содержат ХФУ-11, ХФУ-12, ХФУ-114, ГХФУ-22 или смеси с ХФУ: R-500 (смесь ХФУ-12 и ГФУ-152а) и R-502 (смесь ХФУ-115 и ГХФУ-22).

Системы кондиционирования и отопления зданий могут содержать большое количество ГХФУ-22, ХФУ-11, ХФУ-12 или ХФУ-114. В кондиционерах большинства старых автомобилей в качестве хладагента применяются ХФУ. Многие заменители ХФУ-12, не требующие замены оборудования, основаны на смесях, содержащих ГХФУ.

В аэрозолях распыляют лаки, дезодоранты, пену для бритья, духи, инсектициды, стеклоочистители, чистящие вещества для печей и духовок, фармацевтическую продукцию, ветеринарную продукцию, краски, клеи, смазки и масла.

В качестве стерилизаторов в медицине используют смеси ХФУ-12 и этилен оксида. Составляющая ХФУ снижает риск возгорания и взрывоопасности этилен оксида. Эта смесь содержит около 88 % ХФУ-12 и носит название 12/88. Этилен оксид полезен при стерилизации инструментов, которые особенно чувствительны к теплу и влажности, таких как катетеры, а также медицинского оборудования с волоконной оптикой.

В целях пожаротушения применяются галлоны и ГБФУ. Сейчас они часто заменяются пенами или углекислым газом.

Бромистый метил использовался и используется как пестицид при фумигации почв для защиты растений и уничтожения вредителей. Он также применяется для карантинной обработки и обработки грузов перед транспортировкой.

ГХФУ и четыреххлористый углерод повсеместно употребляются как сырье для химического синтеза. Четыреххлористый углерод также применяется как катализатор процессов. ОРВ, используемые как сырье, обычно не выбрасываются в атмосферу, и, тем самым, не способствуют разрушению озонового слоя.

1.3 «Озоновые дыры»

В «озоновой дыре» содержание озона меньше, чем в самом экране. Здесь содержание этого газа ниже нормы на 30 - 50 %. Защитные свойства этого озонового слоя уменьшаются. Более 2000 лет общее количество озона менялось незначительно. Об этом свидетельствует реконструкция газового состава атмосферы, сделанная по результатам анализа пузырьков воздуха из Антарктических ледовых кернов.

В 1974 г американские учёные Ш. Роуланд, М. Молина обнаружили, что озоновый слой Земли разрушается под воздействием хлора, который содержится во фреонах. С этих пор научный мир раскололся на две части. Одни полагают, что колебания в толщине озонового слоя вполне закономерны и регулируются вполне закономерными, естественными природными процессами; другие считают, что в озоновых страданиях виноваты люди с их техническим воздействием на окружающую среду.

В 1995 году ученые Роуланд, Молина и немецкий ученый П. Крутцен были удостоены Нобелевской премии за исследования в области образования и распада озона в земной атмосфере. Концентрация озона обычно повышена в полярных и приполярных областях. Исследуя концентрацию озона в атмосфере с помощью спутниковых наблюдений, ученые обратили внимание, что общее содержание стратосферного озона каждой весной уменьшается: в 1986 - 1991г.г. его количество над Антарктидой было на 30 - 40% ниже, чем в 19967 -1971 г.г., а в1993 году общее содержание стратосферного озона уменьшилось на 60%, и 1987 - 1994 г.г. его малое количество оказалось рекордным: почти в четыре раза меньше нормы. В 1994г в течение шести весенних недель над Антарктидой озон полностью исчез в нижних слоях стратосферы.

Так значительное истощение озона каждой весной было установлено сначала над Антарктидой, а затем над Арктикой. Площадь каждой дыры составляет около 10 млн. км 2 . В настоящее время выяснено, как образуется антарктическая озоновая дыра: это происходит в результате сочетания многих процессов в атмосфере Антарктики. Решающую роль здесь играют фреоны, доставляющие хлор и его окислы, и так называемые полярные стратосферные облака, образующиеся в период полярной ночи в очень холодной стратосфере. Таким образом, если выбросы фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения «дыр» над полюсами.

Размеры озоновой дыры, также как и содержание озона в ней, может меняться в значительных пределах. Когда меняется направление господствующих ветров, озоновая дыра заполняется молекулами озона из рядом расположенных участков атмосферы, при этом количества озона в соседних участках снижается. Дыры могут даже перемещаться. Например, зимой 1992 г слой озона над Европой и Канадой стал на 20% тоньше.

Сейчас в мире работает более 120 озонометрических станций, 40 из них - на территории России. Измерение общего содержания озона с Земли обычно производятся с помощью спектрофотометра Добсона. Точность таких измерений составляет +1-3%. В России для измерения общего содержания озона чаще используют фильтровые озонометры, точность их измерений несколько ниже. Распределение озона в атмосфере изучают и с помощью приборов, установленных на спутниках (в России -спутник « Метеор», в США - спутник « Нимбус»).

Озоновая дыра образуется над теми территориями, где сосредоточены предприятия, производящие озоноразрушающие вещества. В 70-80-х гг снижение концентрации озона над территорией России было эпизодическим. Но со 2-ой половины 90-х гг в зимнее время это явление стало наблюдаться над обширными районами России уже регулярно. Озоновые дыры в последние годы образуются над Сибирью и Европой, что ведёт к увеличению заболеваемости раком кожи у людей и другими заболеваниями. Это непременно отразится также и на других обитателях планеты.

1.4 Меры принимаемые по защите озонового слоя

Для сохранения озонового слоя необходимо сократить выбросы промышленных веществ в атмосферу. Так же, важным фактором является сокращение применения фреонов как хладагентов и в производстве аэрозолей; ограничить количество выхлопных газов автомобилей и уменьшать в них количество веществ, способных разрушать озоновый слой.

Весьма разумно будет увеличивать площади зеленых насаждений, а при строительстве новых и реконструкции старых промышленных предприятий продумывать весь комплекс экологических мер, призванных минимизировать пагубное воздействие промышленности и сельского хозяйства на состояние природной среды

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Объект и методы исследования

2.1.1 Объект исследования

В качeствe объекта исследования нами были выбраны учащиеся кадетского корпуса.

2.1.2 Мeтоды исслeдования

Основу исслeдования компетентности учащихся ГККК (9-11 классы) в причинах разрушения озонового слоя составил опрос кадет по составленной анкете.

2.2 Результаты эксперимента и их обсуждение

Нами были определены причины разрушения озонового слоя, которые, по мнению учащихся 9-11 классов, являются наиболее актуальными в настоящее время (рис.1).

Рис.1. Актуальность причин разрушения озонового слоя

Наибольший вред озоновому слою, по мнению кадет, приносит использование фреона в больших масштабах (34 %) и запуск космических кораблей (27 %). Полёты сверхзвуковых самолётов и выброс в атмосферу хлора выбрали 18 и 21 % кадет соответственно.

Также мы вывили, какие способы защиты озонового слоя, по мнению кадет, наиболее эффективно используются в настоящее время (рис. 2).

Рис. 2. Эффективность способов защиты озонового слоя

По результатам тестирования было определено, что большинство участников опроса считают, что в настоящее время в большей степени используются такие способы защиты озонового слоя, как сокращение применения фреонов и использование экологически чистого топлива (31 и 32 % соответственно). Сокращение выброса промышленных веществ в атмосферу и переход на другие источники энергии, по мнению кадет, в настоящее время реализуются не так активно.

Проблему разрушения озонового слоя считают глобальной, несущей опасность планете 72% опрошенных. 17% кадет считают, что толщина озонового слоя достаточно велика для того, чтобы переживать о его разрушении и 11 % опрошенных затруднились ответить.

Рис. 3. Значение проблемы разрушения озонового слоя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема озонового слоя - это одна из глобальных проблем современности. Необходимо регулярно уделять должное внимание изучению данной тематики. Именно поэтому, в целях защиты озонового слоя, созывалось множество различных конференций и симпозиумов, в результате которых были достигнуты определённые соглашения в области сокращения вредных производств. В школах регулярно проходит изучение данной проблемы. Нами было выявлено, что большинство учащихся 9-11 классов Горожанского казачьего кадетского корпуса считают данную проблему актуальной в настоящее время и являются компетентными в вопросах охраны и защиты озонового слоя.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

Биоиндикация стратосферного озона / Коллектив авторов. - Москва: СИНТЕГ, 2006. - 194 с.

Бондаренко С. Л. Оценка состояния озонового слоя земли: моногр. / С. Л. Бондаренко. - М.: LАР Lаmbert Асаdemiс Рublishing, 2012. - 132 с.

Кароль. И.И., Киселёв А.А. Кто или что разрушает озоновый слой Земли?// Экология и жизнь.- 1998.- № 3 - с.30-33

Киселёв В.Н. Основы экологии - Минск: Унiверсiтэцкае, 1998. - 143-146.

Рассел, Джесси Озоновый слой / Джесси Рассел. - М.: VSD, 2012. - 501 с.

Россия в окружающем мире. Аналитический ежегодник. Руководитель проекта: Марфенин Н.Н. Под общ. ред.: Моисеева Н.Н., Степанова С.А. - М.: МНЭПУ, 1998.- 67-81

Сакаш И. Моделирование и прогнозирование параметров озонового слоя / И. Сакаш. - М.: LАР Lаmbert Асаdemiс Рublishing, 2012. - 116 с.

Сверлова Л. Озоновый слой атмосферы и его роль в биосфере Земли: моногр. / Л. Сверлова. - М.: Раlmаrium Асаdemiс Рublishing, 2012. - 324 с.

Снакин В. Экология и охрана природы. Словарь - справочник. - Под ред. академика Яншина А.Л.- М.: Аkаdemiа. 2000.- 362-363.

Справочник по охране геологической среды. Т.1./ Г.В. Войткевич, И.В. Голиков и др./ Под ред. Войткевича Г.В. - Ростов-на -Дону: Феникс,1996. -

Холопцев А. Изменчивость озоновой дыры: факторы и прогнозы / А. Холопцев, М. Никифорова. - М.: LАР Lаmbert Асаdemiс Рublishing, 2012. - 196 с.2.

Яншин А.Д. Научные проблемы охраны природы и экологии // Экология и жизнь.-1999.-№ 3 -с.8-9.

наступившая эра активного исследования космоса, а именно запуски космических ракет . Вещества, из которых состоит истекающая реактивная струя (за счет которой движется ракета), интенсивно разрушают озон. Таким образом, в месте запуска ракеты-носителя в озоновом слое появляется большая «дыра», которая, как выяснилось, затягивается очень долго. И с каждым годом таких «просверленных в атмосфере дырочек» становится все больше и больше. Что неизбежно ведет к истощению озонового слоя Земли.

Вторая причина разрушения озонового слоя Земли -

интенсивное развитие высотной авиации (самолеты, летающие на высоте свыше 12 км). Продукты сгорания топлива этих машин также разрушают молекулы озона, приводя к истощению озонового слоя Земли. Озоноактивными компонентами выхлопных газов являются оксиды азота и в меньшей степени оксид углерода. Учеными проанализированы пути снижения оксида азота в продуктах сгорания реактивного топлива. Однако, на сегодняшний день результаты исследований неутешительны. Снижение оксида азота, разрушающего стратосферный озон, невозможно ни путем модернизации существующих двигателей, ни переходом на «экологически чистые» виды топлива (сжиженный природный газ и сжиженный или сжатый водород). Снижение эмиссии веществ, разрушающих озоновый слой Земли, будет возможно только с созданием принципиально новых двигателей. Но до этого еще далеко…

Третья причина разрушения озонового слоя Земли -

применение в сельском хозяйстве азотных удобрений. Разлагаясь, они выделяют окислы азота, которые поднимаются в стратосферу и… разрушают молекулы озона, вызывая истощение озонового слоя Земли, конечно же.

Четвертая причина разрушения озонового слоя Земли -

широкое применение в хозяйственной деятельности человека фреонов (в качестве распылителей, в холодильной промышленности). У поверхности земли эти газы практически безвредны, так как не вступают ни в какие химические реакции. Но, оказавшись в стратосфере, фреоны под воздействием солнечного излучения вступают в фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. А один атом хлора, как уже было сказано выше, за время своей долгой жизни способен уничтожить до ста тысяч молекул озона. Вот такой вот один воин в поле. А количество фреонов в атмосфере растет год от года, увеличиваясь примерно на 8-9% ежегодно.

Мы рассмотрели причины разрушения озонового слоя Земли. Грустно подытожим: деятельность человека губит планету. Как раз пора перейти к следующему пункту этой статьи. Чем же нам грозит истощение озонового слоя Земли?

Последствия разрушения и истощения озонового слоя Земли.

Разрушение озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю.

По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает:

до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты,

на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи,

значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека.

Но страдают не только люди. Ультрафиолетовое излучение также крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана, и других организмов биосферы.

Проблема разрушения озонового слоя была обнаружена давно, но к 1980-м годам ученые забили тревогу. Если озон значительно сократится в атмосфере, земля утратит нормальный температурный режим и перестанет охлаждаться. В результате было подписано огромное количество документов и соглашений в различных странах, чтобы сократить изготовление фреонов. Кроме того, была изобретена замена фреонам – пропан-бутан. По своим техническим параметрам это вещество имеет высокие показатели, может использоваться там, где и применяются фреоны.

Сегодня проблема разрушения озонового слоя является весьма актуальной. Несмотря на это, продолжается использование технологий с применением фреонов. В данный момент люди думают, как сократить количество выбросов фреонов, ведут поиски заменителей, чтобы сохранить и восстановить озоновый слой.

20. Кислотные дожди: причины, механизмы возникновения, влияние на растительный и животный мир, строения.

Кислотными дождями принято называть любые атмосферные осадки (дождь, снег, град), содержащие какое-либо количество кислот. Наличие кислот приводит к снижению уровня рН. Водородный показатель (рН) – величина, отображающая концентрацию ионов водорода в растворах. Чем ниже уровень рН, тем больше ионов водорода в растворе, тем более кислой является среда.

Для дождевой воды среднее значение рН равно 5,6. В случае, когда рН осадков меньше 5,6 – говорят о кислотных дождях. Соединениями, приводящими к снижению уровня рН осадков, являются оксиды серы, азота, хлористый водород и летучие органические соединения (ЛОС).

Причины кислотных дождей

Кислотные дожди по природе своего происхождения бывают двух типов: естественные (возникают в результате деятельности самой природы) и антропогенные (вызываются деятельностью человека).

Естественные кислотные дожди

Причин возникновения кислотных дождей естественным путем немного:

деятельность микроорганизмов, вулканическая деятельность, грозовые разряды, горение древесины и другой биомассы.

Антропогенные кислотные дожди

Основной причиной кислотных дождей является загрязнение атмосферы. Если лет тридцать назад в качестве глобальных причин, вызывающих появление в атмосфере соединений, «окисляющих» дождь, назывались промышленные предприятия и тепловые электростанции, то сегодня этот список дополнился автомобильным транспортом.

Теплоэлектростанции и металлургические предприятия «дарят» природе около 255 млн. тонн оксидов серы и азота.

Твердотопливные ракеты также внесли и вносят немалый вклад: запуск одного комплекса «Шаттл» приводит к выбросу в атмосферу более 200 тонн хлористого водорода, около 90 тонн оксидов азота.

Антропогенными источниками оксидов серы являются предприятия, производящие серную кислоту и перерабатывающие нефть.

Выхлопные газы автомобильного транспорта – 40% оксидов азота, попадающего в атмосферу.

Основным источником ЛОС в атмосфере, конечно, являются химические производства, нефтехранилища, бензозаправки и бензоколонки, а также различные растворители, применяемые как в промышленности, так и в быту.

Итоговый результат следующий: человеческая деятельность поставляет в атмосферу более 60% соединений серы, около 40-50% соединений азота и 100% летучих органических соединений.

Оксиды, попадая в атмосферу, реагируют с молекулами воды, образуя кислоты. Оксиды серы, попадая в воздух, образуют серную кислоту, оксиды азота – азотную. Следует учитывать и такой факт, что в атмосфере над крупными городами всегда содержатся частицы железа и марганца, выступающие катализаторами реакций. Поскольку в природе существует круговорот воды, то вода в виде осадков рано или поздно попадает на землю. Вместе с водой попадает и кислота.

Последствия кислотных дождей

Окисление водных ресурсов. Наиболее чувствительными оказываются реки и озера. Происходит гибель рыб. Несмотря на то, что некоторые виды рыб могут выдерживать незначительное подкисление воды, они тоже погибают из-за утраты кормовых ресурсов. В тех озерах, где уровень рН менее 5,1, не было поймано ни одной рыбы. Объясняется это не только тем, что погибают взрослые экземпляры рыб – при рН равном 5,0, большинство не может вывести мальков из икринок, в результате происходит сокращение числового и видового состава популяций рыб.

Вредное воздействие на растительность. Кислотные дожди действуют на растительный покров прямо и косвенно. Прямое воздействие происходит в высокогорных районах, где кроны деревьев оказываются в прямом смысле погруженными в кислотные облака. Излишне кислая вода разрушает листья и ослабляет растения. Косвенное воздействие происходит за счет снижения уровня питательных веществ в почве и, как следствие, увеличение доли токсичных веществ.

Разрушение творений рук человека. Фасады зданий, памятники культуры и архитектуры, трубопроводы, машины – все подвергается воздействию кислотных дождей. Было проведено много исследований, и все они говорят об одном: за последние три десятилетия процесс воздействия кислотных дождей значительно вырос. В результате под угрозой оказываются не только мраморные скульптуры, витражные стекла старинных зданий, но и изделия из кожи и бумаги, имеющие историческую ценность.

Здоровье человека. Сами по себе кислотные дожди не оказывают непосредственного воздействия на здоровье человека – попав под такой дождь или поплавав в водоеме с подкисленной водой, человек ничем не рискует. Угрозу для здоровья представляют соединения, которые образуются в атмосфере из-за попадания в нее оксидов серы и азота. Образующиеся сульфаты переносятся воздушными потоками на значительные расстояния, вдыхаются многими людьми, и, как показывают исследования, провоцируют развитие бронхитов и астмы. Другим моментом является то, что человек питается дарами природы, гарантировать нормальный состав продуктов питания могут не все поставщики.

21. Смоги: виды, механизм образования

Смог – это смесь дыма, тумана и некоторых загрязняющих веществ.

Озон – это разновидность кислорода, которая находится в стратосфере, примерно на уровне 12-50 километров от земли. Наибольшая концентрация этого вещества есть на расстоянии приблизительно 23 километров от поверхности. Озон был обнаружен в 1873 году немецким ученым Шенбейном. В последующем данную модификацию кислорода находили в приземных и в верхних слоях атмосферы. В целом озон состоит из трехатомных молекул оксигена. В нормальных условиях это газ голубого цвета, имеющий характерный аромат. При разных факторах озон превращается в жидкость цвета индиго. Когда он становится твердым, приобретает темно-синий оттенок.

Ценность озонового слоя заключается в том, что он выступает своеобразным фильтром, поглощает некоторое количество ультрафиолетовых лучей. Он защищает биосферу и людей от прямого солнечного излучения.

Причины истощения озонового слоя

Много веков люди не подозревали о существовании озона, но их деятельность пагубно повлияла на состояние атмосферы. В данный момент ученые говорят о такой проблеме, как озоновые дыры. Истощение модификации кислорода происходит по множеству причин:

запуск ракет и спутников в космос;
функционирование авиатранспорта на высоте 12-16 километров;
выбросы фреонов в воздух.

Основные разрушители озонового слоя

Самыми большими врагами слоя модификации кислорода являются соединения водорода и хлор. Это происходит из-за разложения фреонов, которые используются в качестве распылителей. При определенной температуре они способны закипать и увеличиваться в объеме, что актуально для изготовления различных аэрозолей. Весьма часто фреоны применяются для морозильного оборудования, холодильников и охладительных агрегатов. Когда фреоны поднимаются в воздух, в атмосферных условиях происходит отщепление хлора, который в свою очередь превращают озон в кислород.

Методы борьбы

Начиная с 1985 года, принимались меры по защите озонового слоя. Первым шагом стало введение ограничений на выброс фреонов. Далее правительство утвердило Венскую конвенцию, положения которой были направлены на охрану озонового слоя и состояли из следующих пунктов:

представители разных стран приняли соглашение о сотрудничестве касательно исследования процессов и веществ, влияющих на озоновый слой и провоцирующих его изменения;
систематические наблюдения за состоянием озонового слоя;
создание технологий и уникальных веществ, помогающих минимизировать наносимый ущерб;
сотрудничество в разных областях разработки мер и их применения, а также контроль деятельности, провоцирующей появление озоновых дыр;
передача технологий и полученных знаний.

На протяжении последних десятилетий были подписаны протокола, согласно которым производство фторхлоруглеродов должно быть уменьшено, а в некоторых случаях и вовсе прекращено.

Наиболее проблематично было применять озонобезопасные средства в производстве холодильной техники. В этот период наступил настоящий «фреоновый кризис». Кроме того, разработки требовали значительных денежных вложений, что не могло не огорчать предпринимателей. К счастью, решение было найдено и производители вместо фреонов стали использовать другие вещества в аэрозолях (углеводородный пропелеллент типа бутана или пропана). Сегодня же распространено применение установок, способных использовать эндотермические химические реакции, поглощающие тепло.

Также очистить атмосферу от содержания фреонов (как утверждают физики) можно с помощью энергоблока АЭС, мощность которого должна быть не меньше 10 гВт. Данная конструкция послужит отличным источником энергии. Ведь известно, что Солнце способно произвести около 5-6 т озона всего за одну секунду. Увеличивая данный показатель с помощью энергоблоков, можно достичь баланса между разрушением и производством озона.

Многие ученые считают целесообразным создание «озоновой фабрики», которая позволит улучшить состояние озонового слоя.

Помимо этого проекта, существует множество других, среди которых получение озона искусственно стратосфере или производство озона в атмосфере. Главным недостатком всех идей и предложений является их высокая стоимость. Большие финансовые потери отодвигают проекты на дальний план и некоторые из них так и остаются не реализованными.

Пятиминутное видео о защите озонового слоя

Важнейшей составной частью атмосферы, влияющей на климат и защищает все живое на Земле от излучения Солнца, является озоносфера. Основная масса озона находится на высотах от 10 до50 км, А его максимум - на 18 -26 км. Всего в стратосфере содержится 3,3 триллиона тон озона. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.

Роль озона в сохранении биологической жизни на Земле исключительно велика. Молекулы озона поглощают жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца именно в той спектральной области, является наиболее разрушительной для биологических систем. Органические молекулы разрушаются ультрафиолетовым (УФ) излучением. Это касается также и молекул ДНК, отвечающие, как известно, за передачу наследственных признаков. Озоновый слой, как щит, не только предохраняет живом веществе от прямого разрушения, но и обеспечивает ход эволюции.

Рис. 1 Озон в атмосфере Земли

Если толщина озона уменьшилось, это нанесло бы непоправимый вред всем живым организмам. Твердый ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепей практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически всю жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Полное исчезновение озонового слоя, несомненно, означало бы и исчезновение высших форм жизни. Что касается людей, то сейчас подсчитано, что даже незначительное снижение толщины слоя озона может увеличить заболеваемость раком кожи. Однако человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ-излучения но при этом рискует умереть от голода. Другое распределение озона по высоте существенно повлияет и на климат, так как изменится характер поглощения УФ-излучения озоном, а следовательно, и температура стратосферы.

Проблема озона, как одного из малых газовых компонентов атмосферы, ранее представляла интерес только для небольшого круга ученых, в настоящее время приобрела глобальное значение. Такая резкая перемена объясняется открытием того факта, что нормальный содержимое озона в атмосфере находится под угрозой в результате хозяйственной деятельности человека.

Если бы все количество озона собрать при нормальном давлении 760 ммрт. ст. и температуры 273,15 К, то толщина этого слоя составила бы всего 2,5 -3 мм. Озон представляет собой едкий, немного голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода (O 3), так что озон является «химическим родственником» более стабильной и богатой в атмосфере вещества,необходимого для дыхания человека, что составляет ться из двух атомов кислорода (О 2).

Свойства озона:

Способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца.

Озон - сильнейший окислитель (попросту говоря - яд), поэтому приземный озон опасен.

Поглощение инфракрасное излучение земной поверхности.

Способность прямым и косвенным образом влиять на химический состав атмосферы.

Поскольку механизм создания молекул озона находится в балансе с механизмом их разрушения, то средняя количество озона в стратосфере ученые считают величиной сравнительно постоянной с момента образования современной атмосферы Земли.

В отличие от других атмосферных составляющих озон появился в атмосфере исключительно химическим путем и является самым молодым атмосферным компонентом. С экологической точки зрения, ценной свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца; в то время как химическая соединение озон является сильнейшим окислителем (попросту ядом), способным при непосредственном контакте отравить ту же флору и фауну, что он защищает в качестве стратосферного озонового слоя. Кроме этого, озон является эффективным парниковым газом. И, наконец, озон влияет на малые активные составляющие атмосферы, а через них - и на стабильные компоненты, которые, как и сам озон поглощают и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Тем самым озон делает не только прямой, но и косвенное влияние на парниковый эффект и уровень ультрафиолетового излучения на поверхности Земли.

Практически единственным источником озона в атмосфере является фотодиссоциация молекулярного кислорода на атомы с последующим быстрым усыпления атома к молекуле O 2 с образованием молекулы озона:

O 2 + H N = O + O (1)

O + O 2 + M = O 3 + M (2)

(Здесь М - любая молекула воздуха).

Этот процесс на высотах более 30 км, Поскольку ниже этой высоты коротковолновое солнечное излучение не проникает. В результате довольно высоко в атмосфере появляются молекулы озона и атомы кислорода.

Гибель атмосферного озона происходит в результате следующих процессов:

O 3 + H N = O + O 2 (3)

O + O 3 = O 2 + O 2 (4)

Таким образом, атомы, образовавшиеся когда-то с молекул кислорода, вновь соединяются в молекулу. Отметим только, что, для того чтобы «развалить» молекулу озона, коротковолновое излучение не требуется. Связь атома О с молекулой О 2 в озоне очень слабый, поэтому даже при облучении видимым светом молекула озона будет фотодисоциюваты на исходные составляющие.

Отмечу также, что реакция (3) является основным поставщиком атомов кислорода; ее скорость на всех высотах тропосферы и стратосферы на три и более порядка выше скорости реакции (1).

Приведенный выше механизм был предложен в начале 1930-х годов английским геофизиком Чепменом и явился первой попыткой объяснить образование озонового слоя в атмосфере.

Озон в стратосфере постоянно рождается и погибает, следовательно, его слой состоит из равновесного количества. А поскольку это равновесие подвижная, то толщина озонового слоя может меняться. Наблюдаются суточные, сезонные колебания содержания озона, а также циклы, связанные с многолетними изменениями солнечной активности. Наибольшее количество озона (46%) образуется в стратосфере тропического пояса, там максимум его плотности находится примерно на высоте26 кмот поверхности. В средних широтах он располагается ниже: зимой - на высоте22 км, А летом - 24 км. В полярных районах высота максимума составляет всего 13 -18 км, И здесь озон наиболее интенсивно переносится в нижние слои атмосферы.

Существует большое количество причин ослабления озонового щита, вызванного антропогенной деятельностью. В целом их можно объединить в две группы.

1. Выбросы высотных самолетов и ракет

Во-первых, - это запуски космических ракет. Топливо сгорает, «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.

Во-вторых, - самолеты. Особенно те, что летят на высотах в 12 -15 км. Пара, выбрасываемой ими и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже12 км, Дают увеличение озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога.

В-третьих, - окиси азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

Поскольку на сегодня полеты на сверхзвуковых самолетах осуществляются не очень часто, они не наносят существенного вреда озоновому слою. Запуски ракет происходят также не слишком часто, но они могут наносить очень серьезный ущерб озоновому слою. Так, при общей массе орбитального корабля «Спейс Шаттл» сто сорок три с половиной тонны в процессе подъема до высоты50 кмтвердотопливная ракетная система выбрасывает 187 тонн Cl 2 и его соединений, 7 тонн оксидов азота и уничтожает за полет 10 миллионов тонн озона. Это очень много, потому что в земной атмосфере содержится всего 3000 000 000 тонн озона.

Оксиды азота играют важную роль в формировании и разрушении озона, причем в стратосфере происходит каталитическое разрушение озона в тропосфере - каталитическое формирования.

2. Хлорофторовуглеци (ХФУ), или фреоны

Когда-то фреоны 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 (нижнем слое атмосферы, простирающийся от поверхности земли до высоты10 км), 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 примерно25 км, Где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения (рис. 2), не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы фреонов, распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способности, 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 фреонов 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 фреонов, которые уже попали в атмосферу, будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ: фреон-11 (CFCl 3) и фреон-12 (CF 2 Cl 2) составляет 75 и 100 лет соответственно.

Рис. 2 Разрушение озонового слоя Земли фреонами Один из самых впечатляющих доказательств того, что хлор действительно является агентом, ответственным за появление озоновой дыры, появился в сентябре 1987 г., когда ученые пролетели на самолете из Южной Америки прямо к Южному полюсу, в зону озоновой дыры. Увеличение и уменьшение концентрации озона почти точным зеркальным отражением уменьшения и увеличения концентрации ClО. Более того, концентрация Cl в самой озоновой дыре в сотни раз превышает любой уровень, который можно было бы объяснить с точки зрения атмосферной химии. Это явление часто называют «дымовой ружьем». Даже производители ХФУ убедились в том, что озоновая дыра нельзя считать нормальным явлением. Это свидетельство глубоких изменений в атмосфере, вызванных искусственными хлорсодержащими загрязнителями.

Ученым потребовалось несколько лет, чтобы найти объяснение появлению озоновой дыры. Вкратце это такое.

Поскольку Антарктида окружена океаном, ветры могут непрерывно циркулировать вокруг континента, на котором нет горных цепей. При южной зимы они образуют вокруг полюсный вихрь, воронку из ветров, что собирает воздух над Антарктидой и удерживает его, не позволяя смешиваться с другой атмосферой. Этот вихрь служит изолированным «реакционным котлом» для полярных атмосферных химических соединений (он значительно сильнее того, что образуется над Северным полюсом, поэтому северная озоновая дыра проявляется значительно слабее).

Рис. 3 Озоновая дыра над Антарктидой Под давлением аргументов, приведенных выше, многие страны начали принимать меры, направленные на сокращение производства и использования фреонов. С 1978 г. в США было запрещено использование фреонов в аэрозолях. К сожалению, использование фреонов в других отраслях ограничено не было. В сентябре 1987 23 ведущие страны мира подписали в Монреале протокол, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Сегодня под ним подписались около 150 стран.

К тому, в 1985 г. было подписано Венскую конвенцию об охране озонового слоя, в которой развитые страны признавали факт проблемы разрушения озонового слоя.

Согласно достигнутой договоренности в Монреале развитые страны должны были до 1999 г. снизить потребление хлорофторовуглецив до половины уровня 1986 Для использования в качестве пропеллента (т.е. инертной химического вещества, с помощью которой создается избыточное давление) в аэрозолях уже найден неплохой заменитель фреонов - пропан -бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Однако, такие аэрозоли уже производятся во многих странах. Сложнее дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает фреонам по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Хочется надеяться, что проблема озонового слоя научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в атмосферу в результате антропогенной деятельности.

Земля – это единственная планета в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Существование живых организмов возможно потому, что планету защищает от смертоносного солнечного излучения озоновый слой, расположенный в стратосфере (10 – 50 км от планетарной поверхности). Озон – газ голубоватого цвета, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Его название в переводе с греческого языка означает «пахнущий». Действительно, после , глубоко вдохнув воздух, можно почувствовать, как пахнет газ.

Без озонового слоя планета буквально сгорит под ультрафиолетовым воздействием Солнца. Однако человечество так и не научилось быть благодарным за возможность жить на Земле. Озоновые дыры существовали на планете всегда. Они то появляются, то исчезают по естественным причинам. Однако в результате антропогенной деятельности отмечается опасное расширение незащищенных озоном участков атмосферы, из-за чего Земля становится все более подверженной воздействию ультрафиолета.

Что такое озоновые дыры?

Не стоит думать, что озоновая дыра – пространство в атмосфере, полностью лишенное защитного газа. В действительности озон на этом участке присутствует, но в меньшей концентрации. Сквозь такой участок атмосферы ультрафиолетовому излучению легче пробиться к земной поверхности. В пределах озоновой дыры концентрация голубого газа может составлять всего 30% от нормы.

Озоновая дыра над Антарктидой

Первую и самую большую озоновую дыру, в диаметре достигающую 1000 км, выявили в 1985 году над Антарктидой. Концентрация газа в этом пространстве была ниже нормы на 50%, причем наибольшее истощение озонового слоя отмечалось на расстоянии 15 – 20 км от планетарной поверхности.

Для дыры над южной приполярной областью характерна сезонность появления и исчезновения. Существенное снижение концентрации газа отмечается в конце зимы и ранней весной (в южном полушарии это август и сентябрь). Обусловлено такое явление особенностями приполярного климата.

В период антарктической зимы вследствие понижения температуры воздуха формируется вихрь. Воздушная масса в составе вихря циркулирует вокруг южного полюса. Смешивание с воздушными массами других широт слабое, либо вообще отсутствует. В период полярной зимы планетарная поверхность лишена солнечного света, формирование озона остановлено. А накопившийся летом газ постепенно разрушается, так как молекулы вещества не отличаются стабильностью. Когда заканчивается полярная ночь, возвращается антарктическое лето, концентрация озона начинает медленно расти и к концу лета достигает максимального значения.

Вид из космоса

Аналогичная сезонная дыра, но не такая крупная, находится над Северным Ледовитым океаном. Образования меньшего размера выявляются исследователями по всему земному шару.

Причины разрушения озонового слоя

Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов:

естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха);
антропогенные (обусловленные влиянием человека).

Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.

Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.

Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет . При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.

Однако в последние десятилетия нарушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.

Основные источники загрязнения атмосферного пространства:

заводы и фабрики, не снабженные или недостаточно снабженные очистными установками;
вносимые в обрабатываемые земли минеральные удобрения;
реактивные самолеты;
ядерные взрывы.

При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.

Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.

Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.

Последствия озоновых дыр

Уменьшение озонового слоя приводит к усилению воздействия солнечного излучения на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана несет смертельную опасность для живых организмов.

Главным последствием разрушения озонового слоя Земли станет вымирание всех представителей животного и растительного мира. Уже сегодня ученые отмечают массовую гибель морских планктонных видов и глубоководных обитателей вследствие усилившегося негативного воздействия ультрафиолета.

Что касается влияния на человека, то повышение солнечной радиации отрицательно сказывается на состоянии кожного покрова, становится причиной возрастания случаев меланомы – рака кожи. Если количество поступающего на Землю ультрафиолета будет расти, то возрастет заболеваемость и другими онкологическими патологиями. Так, если уровень голубого газа в стратосфере понизится еще на 1%, то количество раковых больных будет повышаться на 7 тысяч в год.

Способы решения проблемы

Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.

Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:

усовершенствование очистительных конструкций на заводских трубах;
сокращение применения минеральных удобрений;
создание транспортных средств, работающих не на горючем топливе, а на электричестве и иных источниках энергии.

Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.

В 1985 году принята Венская конвекция о защите озонового слоя. В 1987 году создан Монреальский протокол, в котором перечислены самые вредные летучие вещества, появляющиеся в воздушном пространстве в результате человеческой деятельности. Страны-участницы обязались сократить выбросы этих веществ, а к началу 21 века исключить.

Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.