Живые организмы на Земле защищены от коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, которое губительно для всего живого, озоновым экраном (озоновым слоем).

Озоновый экран — это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере), состоящий из особой формы кислорода — озона (рис. 1).

Толщина озонового слоя в масштабе атмосферы — не больше листа бумаги в объеме домашней библиотеки.

Озон имеет существенное эколого-биологическое значение и является важнейшим компонентом атмосферы, несмотря на то что процентное содержание его невелико — менее 0,0001 %. Связано это с тем, что именно озон активно поглощает УФ-излучение.

Озон — форма молекулярного кислорода (0 3). Основное его количество сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница — 45-50 км). Парадокс, но те же самые молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы) представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека. Однако здесь озона весьма мало, и образуется он лишь во время грозовых разрядов.

Начало образования озона в стратосфере связано с реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (X < 242 нм) УФ-излучением Солнца:

0 2 + hv -> О + О

Рис. 1. Озоновый экран: а — озон (0 3) в стратосфере поглощает УФ-лучи Солнца; б — озон формируется в стратосфере, когда под действием УФ-лучей молекулы 0 2 распадаются на свободные атомы, способные присоединяться к другим его молекулам

О + О 2 + м -> О 3 + М

Специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической службы в 1985 г. сообщили о неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось с 1977 по 1984 г. на 40 %! Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, также показавшие, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означает, что в полярной атмосфере имеется озоновая «дыра». В начале 80-х гг. XX в. спутник «Нимбус-7» обнаружил аналогичную дыру в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико — около 9 %. В среднем с 1979 по 1990 г. содержание озона снизилось на 5 %.

Так что же представляет собой слой озона в атмосфере? Теоретически, если весь озон «сжать» до плотности воды и разместить на поверхности Земли, то он образовал бы пленку всего 2-4 мм толщиной, причем минимум пришелся бы на экватор, а максимум оказался бы у полюсов. Высотное же распределение озона таково, что максимум концентрации отмечается на высоте 25 км. Но она повышается также и на высоте 70 км. Большая часть озона находится в стратосфере, и этот слой в Арктике обычно расположен низко, тогда как в тропической зоне — высоко. Что касается тропосферы, то здесь озона меньше, к тому же он в большей мере подвержен как сезонным, так и другим изменениям, в частности вызванным загрязнениями.

Утончение слоя озона может привести к серьезным последствиям для человечества. Уменьшение концентрации озона на 1 % вызывает увеличение интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности Земли в среднем на 2 %. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако из-за большей, чем у у-излучения, длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул.

Жесткие ультрафиолетовые лучи способны вызвать у человека рак кожи, в частности быстротекущую злокачественную мела- ному, а также катаракту и иммунную недостаточность, не говоря уже об обычных ожогах кожи и роговицы. Они наносят вред животным и растениям, в частности морским экосистемам, поскольку плохо поглощаются водой.

Впервые мысль об опасности разрушения озонового слоя была высказана в конце 1960-х гг. Большую тревогу со стороны экологов вызвало негативное влияние водяного пара и оксидов азота (NO x), которые выбрасываются реактивными двигателями сверхзвуковых самолетов и ракет на высоте 20-25 км. Именно на этой высоте находится защитный слой озона, задерживающий жесткое ультрафиолетовое излучение космоса. Такие опасения основаны на свойстве оксида азота разрушать озон:

2NO + 0 3 = N 2 0 +20 2

В 1974 г. ученые установили, что вызывать разрушение озонового экрана могут хлорфторуглероды (ХФУ) (рис. 2). Начиная с этого времени так называемая «хлорфторуглеродная проблема» стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. К хлорфторуглеродам относятся, в частности, фреоны — химически инертные на поверхности Земли вещества. Они уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), иенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.

Почти весь производимый в мире фреон (или фторорганические соединения) в конечном счете поднимается в верхние слои атмосферы и разлагается там под влиянием ультрафиолетовых лучей, которые разрушают устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ. Последние распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. В ходе фотохимического разложения фреона в стратосфере ион хлора выступает как агент разрушения озона. Таким образом, ХФУ переносят хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Осколки фреоновых молекул разрушительно действуют на слой атмосферного озона. ХФУ уже разрушили от 3 до 5 % озонового слоя атмосферы.

Рис. 2. Схема разрушения озонового экрана

Очень важно, что при разрушении озона хлор 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 он будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выбросы ХФУ в атмосферу исчисляются миллионами тонн, но следует заметить, что даже в случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться еше несколько десятилетий.

Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ — пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками — вторыми по величине потребителями 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 ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей, но полностью эта проблема еще не решена.

Уменьшение плотности озонового щита планеты влечет за собой снижение урожаев сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, резкое уменьшение биологической продуктивности приповерхностного слоя Мирового океана, а следовательно, уловов рыбы, существенный рост заболеваемости людей раком кожи. Ясно, что без знания общих экологических законов дальнейший прогресс человечества и поступательное развитие экономики невозможны.

Разрушение озонового слоя

Находится в атмосфере между 15 и 40 км над поверхностью Земли. Этот слой выполняет роль экрана смертоносной ультрафиолетовой радиации, ослабляя ее примерно в 6500 раз. В атмосфере озон образуется из кислорода под действием электрических разрядов и космической радиации (рис. 3).

Разрушение озонового слоя на 50% увеличило бы УФ-радиацию в 10 раз, что повлияло бы на зрение человека и животных и могло бы оказать другие губительные воздействия на живые организмы.

Исчезновение же озонового слоя привело бы к непредсказуемым последствиям — вспышкам рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира.

Впервые появление озоновой «дыры» над Антарктидой было зафиксировано еще в 1970-е годы. Как показали измерения со спутников, озона в этой «дыре» было на 30-50% меньше нормы. Подобное явление в Антарктиде наблюдается осенью, тогда как в другие времена года содержание озона колеблется около нормы. Позднее выяснилось, что толщина озонового слоя изменяется также в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Японией и Восточной Сибирью. Причинами разрушения озонового слоя могли быть: сверхзвуковые самолеты, запуск космических кораблей, большие масштабы производства фреонов.

Рис. 3. Механизмы образования озонового слоя (внизу) и его роль в атмосфере (вверху)

На основании научных исследований было выяснено, что основной причиной являются фреоны, широко используемые в холодильной технике и в аэрозольных баллончиках.

Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на предотвращение разрушения озонового слоя. В 1977 г. в Программе ООН по окружающей среде был принят план действий по озоновому слою, а в 1985 г. в Вене состоялась конференция, принявшая Конвекцию по охране озонового слоя. Был установлен список веществ, отрицательно влияющих на озоновый слой, и принято решение о взаимном информировании государств о производстве и использованию этих веществ и о принимаемых мерах.

Таким образом, было официально заявлено о пагубном воздействии изменений озонового слоя на здоровье людей и окружающую среду, и что меры по охране озонового слоя требуют международного сотрудничества.

Решающим стало подписание Монреальского протокола в 1987 г., в соответствии с которым устанавливался контроль за производством и использованием фреонов. Протокол подписало большинство стран мира, в том числе и Россия. По этим соглашениям производство фреонов должно было быть прекращено к 2010 г. Однако соглашение и к 2011 г. полностью не выполнено. Озоновая же дыра над Арктикой в 2011 г., по последним данным, составляет 2 млн км 2 . Но до конца не ясно; только ли за счет антропогенных факторов она появляется!

Если бы не озоновый слой, то существование человека и других млекопитающих было бы невозможно, именно он защищает нас от ультрафиолетового солнечного излучения. Для того чтобы возникли все необходимые условия образования озонового слоя, чтобы он окончательно сформировался, понадобились миллиарды лет, человечество же каким-то образом сумело нанести ему урон за последнее столетие. Такое происходит, когда научно-технический прогресс и промышленность опережают развитие «экологического» сознания.

К веществам, которые разрушают озоновый слой, ученые причисляют органические химические соединения , в которых содержится бром, хлор . Чтобы оценивать их опасность количественно, была введена величина – озоноразрушающий потенциал или сокращенно ОРП . Итак, чем выше ОРП определенного вещества, тем опаснее оно для озонового слоя.

Наиболее высокий ОРП, достигающий 12, у галлонов (органические газы, которые используют, например, для тушения пожаров), низкий – у хлорфторуглеродов.

Вещества, разрушающие озоновый слой, с точки зрения обывателей

Где же эти сложные химические соединения с устрашающими названиями используются?

Химическая промышленность по всему миру очень долго, не задумываясь о последствиях, выпускала их для охладительных установок, противопожарных систем, приспособлений для подачи теплого воздуха. Проще говоря, используя старые холодильники, огнетушители, аэрозоли, растворител и и т.п., мы вредили тому, что защищает нас от губительного излучения.

Пожиная последствия

Об озоновой дыре слышали многие, еще бы – ее обнаружили над Антарктидой в уже далеком 1985 году. Некоторые возлагают ответственность за ее появление всецело на химическую промышленность. Однако это неправильно. Да, антропогенные факторы (названные ранее вещества) способствуют гибели молекул озона, однако отрицательно влияют на озоновый слой и некоторые природные факторы: полярный вихрь, полярные зимы.

Но в утончении озонового слоя над городами повинно человечество. Как результат – ухудшение сопротивляемости организма людей болезням, уменьшение урожаев сельхоз культур, это даже влияет на срок службы материалов, уменьшая его, например резины.

Ученые подсчитали, что при уменьшении толщины слоя всего лишь на 1%, в тысячи раз увеличится число случаев заболеваний рака кожи. И это только один пример, поэтому давайте попытаемся остановить разрушение, тем более что альтернативы существуют. Вместо разрушающих озон веществ можно использовать: нетоксичные пропан и углекислый газ, аммиак (один из лучших хладагентов), природный газ изобутан (как хладагент, вспенивающий агент), циклопентан .

Антропогенное загрязнение атмосферы приводит, с одной стороны, к разрушению озона в верхних слоях (озоновые дыры), с другой стороны – к увеличению его концентрации в нижних слоях атмосферы. Важнейшей составной частью атмосферы, влияющей на климат и защищающей живые организмы на Земле от коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца, является озоновый слой. Озон располагается в атмосфере повсеместно, но основная его масса сосредоточена на высоте 20–25 км . Если бы его можно было выделить в чистом виде, то толщина слоя составила 3–5 мм.

Механизм образования и разрушения озона в верхних слоях атмосферы : В результате реакции диссоциации молекула кислорода под действием УФ-излучения Солнца распадается на 2 атома кислорода. Образовавшиеся радикалы либо соединяются между собой снова в молекулярный кислород, либо взаимодействуют с молекулой кислорода, образуя молекулу озона.

Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования О 2 .

Важной особенностью озона является его способность поглощать жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца в интервале длин волн 200–320 нм. До поверхности Земли доходит солнечное излучение с длиной волны более 320 нм, а область спектра с длиной волны 200–400 нм называется биологически активным ультрафиолетом (БАУ).

В последние годы наблюдается тенденция снижения количества озона в верхних слоях атмосферы. Ученые медики установили, что уменьшение концентрации озона на 1 % приводит к увеличению заболеваемости раком кожи (меланома) на 5–7 % – для европейской части это 6–6,5 тыс. человек в год. Кроме этого, уменьшение содержания озона вызывает заболевания глаз (катаракту), что приводит к слепоте . На молекулярном уровне УФ-лучи способны разрушать нуклеиновые кислоты, т. е. повреждать генетическую информацию организма. Общебиологическое действие ультрафиолетовой радиации выражается в гибели клеток, мутациях, и, в конечном счете, – стерилизации планеты.

Существенное влияние на состояние озона оказывает наличие в атмосфере таких загрязнителей, как оксиды азота , двуокисиуглерода , метана , соединенийхлора . Источниками веществ разрушителей озонового слоя являются химическое производство, авиация, применение азотных удобрений в сельском хозяйстве, широкое использование фреонов в холодильных установках, для тушения пожаров, в качестве растворителей и гель-носителей в аэрозолях, выхлопные газы автотранспорта.

Главный виновник хлорфторуглероды (фреоны или хладоны) . Молекулы этого газа называют «убийцами» озона. По данным американских ученых фреоны в 20 000 раз превосходят углекислый га в создании парникового эффекта. Каждый атом хлора, высвобождающийся из фреонов в агрессивной среде озонового слоя, способен разрушить до 100 тыс. молекул озона. Осложняющим моментом является высокая устойчивость фреонов – попадая в атмосферу, они могут существовать в ней от 70 до 100 лет.

Из других причин разрушения озонового экрана планеты называют интенсивное уничтожение лесов , которые являются основным источником молекулярного кислорода в атмосфере.

Второй аспект проблемы озона , которая относится к локальным проблемам, – увеличение его количества в нижних слоях атмосферы. Здесь его повышенная концентрация проявляет себя как сильный яд (класс опасности – II). У людей отмечается затрудненное дыхание, раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. У растений озон вызывает разрушение хлорофилла, что влечет за собой нарушение процесса фотосинтеза и синтеза биомассы.

Основной причиной этого является фотохимические реакции продуктов сгорания ископаемого топлива в нижних слоях атмосферы под воздействием яркого солнца, в результате которых образуется озон (процесс образования фотохимического смога). Озон является тяжелым газом, поэтому он скапливается в приземных слоях. В связи с этим наиболее опасными районами концентрации озона, являются придорожные полосы дорог с интенсивным автомобильным движением.

И, несмотря на то, что концентрация озона в атмосфере меньше 0.0001%, озоновый слой полностью поглощает губительное для всего живого коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Долгое время озоновый слой стремительно истощался из-за деятельности человека. Вот основные причины его истончения:
1) Во время запуска космических ракет в озоновом слое буквально «выжигаются» дыры. И вопреки старому мнению о том, что они сразу же затягиваются, эти дыры существуют довольно долгое время.
2)Самолеты летающие на высотах в 12-16 км. также приносят вред озоновому слою, тогда как летающие ниже 12 км. напротив способствуют образованию озона.
3) Выброс в атмосферу фреонов.

Разрушение озонового слоя фреонами

Самой главной причиной разрушения озонового слоя является хлор и его водородные соединения. Огромное количество хлора попадает в атмосферу, в первую очередь от разложения фреонов. Фреоны – это газы, не вступающие у поверхности планеты ни в какие хим. реакции. Фреоны закипают и быстро увеличивают свой объем при комнатной температуре, и потому являются хорошими распылителями. Из-за этой особенности фреоны долгое время использовались в изготовлении аэрозолей. И так-как, расширяясь, фреоны охлаждаются, они и сейчас очень широко используются в холодильной промышленности. Когда фреоны поднимаются в верхние слои атмосферы, от них под действием ультрафиолетового излучения отщепляется атом хлора, который начинает одну за другой превращать молекулы озона в кислород. Хлор может находиться в атмосфере до 120 лет, и за это время способен разрушить до 100 тысяч молекул озона. В 80-ых годах мировое сообщество начало принимать меры по сокращению производства фреонов. В сентябре 1987 года 23 ведущими странами мира была подписана конвенция, согласно которой, страны к 1999 году должны были снизить потребление фреонов в два раза. Уже найден практически не уступающий заменитель фреонов в аэрозолях – пропан-бутановая смесь. Она почти не уступает фреонам по параметрам, единственным ее минусом является то, что она огнеопасна. Такие аэрозоли уже достаточно широко используются. Для холодильных установок дела обстоят несколько хуже. Лучшим заменителем фреонов сейчас является аммиак, однако он очень токсичен и все же значительно хуже их по физ. параметрам. Сейчас достигнуты неплохие результаты по поиску новых заменителей, но пока проблема окончательно не решена.

Меры предотвращения : В 1977 г. Программой ООН по окружающей среде был принят план действий по озоновому слою, в 1985 г. в Вене состоялась конференция, принявшая Конвенцию по охране озонового слоя, был установлен список веществ, отрицательно влияющих на озоновый слой, и принято решение о взаимном информировании государств о производстве и использовании этих веществ, о принимаемых мерах.Таким образом, было официально заявлено о пагубном воздействии изменений озонового слоя на здоровье людей и окружающую среду и о том, что меры по охране озонового слоя требуют международного сотрудничества. Решающим стало подписание Монреальского протокола в 1987 г., согласно которому устанавливается контроль за производством и использованием фреонов.

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.

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.

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

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/

Введение

Основная часть

1. Понятие «Озоновый слой»

4. Охрана озонового слоя

Заключение

Литература

Введение

XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно- технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы.

Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.

Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию (ее определяют через техногенную нагрузку и плотность населения) превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.

Основная часть

1. Понятие «Озоновый слой»

Озоновый слой -- часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25--30 км, в умеренных 20--25, в полярных 15--20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О 2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О 2 , образуя озон (О 3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/мі) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения.

Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20--25 км, наибольшая часть в общем объёме -- на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

Если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.

2. Причины разрушения озонового слоя

2.1 Природные причины разрушения озонового слоя

Природные источники включают: крупные пожары и определенные морские биотопы (поставляющие определенные хлорсодержащие соединения, устойчиво переносящие "путешествие" к стратосфере); крупные извержения вулканов, косвенно влияющие на истощение озона (в процессе извержения выбрасывается большое количество мелких твердых частиц и аэрозолей, которые повышают эффективность разрушительного воздействия хлора на озон). Однако аэрозоли способствуют разрушению озонового слоя только тогда, когда в нем присутствуют хлорфторуглероды. Разрушение озонового слоя связывают с глобальным изменением климата на нашей планете. Последствия этого явления, названного «парниковым эффектом», крайне сложно прогнозировать. Согласно пессимистическим прогнозам ученых ожидаются изменения количества осадков, перераспределение их между зимой и летом; говорят о перспективе превращения плодородных регионов в засушливые пустыни, повышении уровня Мирового океана в результате таяния полярных льдов.

2.2 Антропогенные причины разрушения озонового слоя

Нарастание концентрации хлорфторуглеродов (фреонов), диоксидов азота, метана и других углеводородов, поступающих в дополнение к естественным составляющим атмосферы из техногенных источников, при сжигании углеводородного сырья на транспорте способно уменьшить концентрацию озона.

Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических веществ, объединенных термином «хлорфторуглероды» (ХФУ), называемых также фреонами, которые впервые были получены в 1928 г. В течение полувека эти вещества считались чудо - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. В массовых масштабах их начали использовать в качестве хладагентов при изготовлении холодильников. Затем они стали применяться в системах кондиционирования воздуха, а с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое распространение. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве пенополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на конец 80-х гг. и составил около 1,2-1,4 млн. т в год, из которых на долю США приходилось около 35 %.

Предполагают, что попадая в верхние слои атмосферы, эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными. Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона превращает его в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и способным к новым химическим реакциям. Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

Суммарное производство фреонов, используемых при производстве пенопластов, в холодильной, парфюмерной промышленности, бытовых устройствах (аэрозольные баллончики) в 1988 г. достигло 1 млн. т.

Эти высокоинертные вещества абсолютно безвредны в приземных слоях атмосферы. При медленной диффузии в стратосферу они достигают области распространения фотонов высоких энергий и при фотохимических превращениях способны разлагаться с выделением атомарного хлора. Один атом Сl способен разрушить десятки и сотни молекул O3. Хлор интенсивно реагирует с озоном, действуя как катализатор.

Аналогично действует и оксид азота NО, техногенное поступление которого в атмосферу связано с реакциями горения углеводородного топлива. Главными поставщиками NО в атмосферу являются двигатели ракет, самолетов и автомобилей. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70 % озона разрушается по азотному циклу, 17 - по кислородному, 10 - по водородному, около 2 % по хлорному и около 1-2 % поступает в тропосферу. Вклад транспорта в разрушение озоносферы чрезвычайно велик в связи с выбросом в атмосферу оксидов азота.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют тяжелые металлы (медь, железо, марганец). Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций.

В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего «содержания», поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из нее, существенно сказываются на содержании озона.

В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс, связанный с образованием и разрушением озона.

Метан CH 4 , как и оксид азота, относится к естественным компонентам атмосферы, также способен реагировать с озоном. Его техногенное поступление в результате принудительной вентиляции шахт, потерь при добыче нефти и газа, заболачивании низменных ландшафтов принимает все большие масштабы. Поэтому зафиксированное уменьшение концентрации озона не без оснований связывают с антропогенной деятельностью - техногенезом.

Основные запасы планетарного метана сосредоточены в форме твердых газогидратов, локализованных в прибрежных зонах полярных акваторий. Переход твердых гидратов в газ минует жидкую фазу. Характерно, что с 1972 до 1985 г. с помощью спутникового слежения (Nimbus-7) выявлено более 200 высоконапорных метановых струй на высотах до 22 км, т. е. в озоноэффективных областях атмосферы. Метан способствует не только разрушению озона, но и повышению температуры приземного воздуха («парниковый эффект»). В свою очередь, такое потепление может вызвать «взрыв» газогидратных панцирей и рост концентрации метана в атмосфере.

Огромное влияние на снижение содержания озона оказывают запуски ракет и кораблей многоразового использования типа «Шаттл» и «Энергия». Один старт «Шаттла» - это потеря 10 млн. т озона. Метеорологи и геофизики давно обращают внимание космических корпораций на этот факт. Но слишком заманчиво освоение космоса с его невиданными типами энергии, а причины снижения концентрации озона в озоносфере до сих пор до конца не обоснованы.

Кроме того, предполагается, что первый массивный удар по озоновому слою был нанесен высотными ядерными взрывами 1958-1962 гг. Хотя и по другим политическим причинам, но в настоящее время от продолжения таких ядерных взрывов благоразумно воздержались. По оценкам специалистов, после «залечивания» озоновой дыры в результате гелиогенерации озона в течение 22-летнего солнечного цикла, в период спокойного Солнца все равно будет наблюдаться снижение концентрации озона. Более 60 % техногенного вклада в это снижение дают запуски ракет, и это может привести к расширению озонной дыры до средних широт.

3. Последствия разрушения озонового слоя

Разрушение озонового слоя приводит к проникновению чрезмерного количества ультрафиолета-В к поверхности земли, что может иметь следующие последствия:

* в водных экосистемах ультрафиолет-В тормозит развитие фитопланктона (являющегося основой пищевых цепей в океане) и вызывает нарушения на ранних стадиях развития у рыб, креветок, крабов, земноводных и других морских животных;

* ультрафиолет-В способен негативно влиять на рост наземных растений, хотя некоторые из них способны адаптироваться к повышенному уровню радиации. К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи, бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые. Данные экспериментов свидетельствуют о том, что рост некоторых растений сдерживается существующим уровнем радиации.

* ультрафиолет-В влияет на химические процессы в нижних слоях атмосферы и на концентрацию тропосферного озона в загрязненных регионах (вероятность фотохимического смога увеличивается при повышенных уровнях ультрафиолета-В), а также на время жизни и концентрацию определенных соединений, включая некоторые парниковые газы. Более того, ХФУ и потенциальные вещества-заменители способны поглощать коротковолновую инфракрасную радиацию с поверхности Земли, что усугубляет парниковый эффект.

4. Охрана озонового слоя

озоновый слой загрязнение разрушение

Венская конвенция об охране озонового слоя -- многостороннее экологическое соглашение. Оно было согласовано на Венской Конференции 1985 года и вступило в силу с 1988 года. Ратифицировано 197 государствами (все члены ООН и Европейский союз).

Действует как основа для международных усилий по защите озонового слоя. Однако, конвенция не включает юридически обязательные цели сокращения использования хлорфторуглеродов, главных химических веществ, вызывающих истощение озонового слоя. Они изложены в сопровождающем Монреальском Протоколе.

Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой -- международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года, разработанный с целью защиты озонового слоя с помощью снятия с производства некоторых химических веществ, которые разрушают озоновый слой. Протокол был подготовлен к подписанию 16 сентября 1987 года и вступил в силу 1 января 1989 года. После этого последовала первая встреча в Хельсинки в мае 1989 года. С тех пор протокол подвергался пересмотру семь раз: в 1990 (Лондон), 1991 (Найроби), 1992 (Копенгаген), 1993 (Бангкок), 1995 (Вена), 1997 (Монреаль) и 1999 (Пекин). Если страны, подписавшие протокол, будут его придерживаться и в будущем, то можно надеяться, что озоновый слой восстановится к 2050 году. Генеральный секретарь ООН (1997--2006) Кофи Аннан сказал, что «возможно, единственным очень успешным международным соглашением можно считать Монреальский протокол».

СССР подписал Монреальский протокол в 1987 году. В 1991 году Россия, Украина и Белоруссия подтвердили свою правопреемственность этому решению.

Международный день охраны озонового слоя -- 16 сентября. Ежегодный Международный день охраны озонового слоя провозглашён Генеральной ассамблеей ООН в 1994 году в специальной резолюции.

Дата Международного дня выбрана в память о дне подписания Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

Государствам, членам ООН, было предложено посвятить этот Международный день пропаганде конкретной деятельности в соответствии с задачами и целями Монреальского протокола.

Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан в своём послании в 2006 году отметил огромный прогресс в усилиях по сохранению озонового слоя, сказал об оптимистических прогнозах, предсказывающих восстановление озонового слоя.

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по выполнению Венских конвенций об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над Землей?

Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью должны прекратить производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые также разрушают озон.

Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г. Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими веществами.

В последнее время появилось несколько проектов по восстановлению озонового слоя. Так, восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска специальных воздушных шаров с установками для производства озона надеется английская группа защитников окружающей среды, которая называется «Помогите озону». Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом или гелием.

Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально подготовленным пропаном. Ныне промышленность уже на треть сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов. В странах ЕЭС намечено полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т. д.

Заключение

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ были США и меры эти были совершенно недостаточны.

Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.

Литература

1. И.К. Ларин Химия озонового слоя и жизнь на Земле // Химия и жизнь. XXI век. 2000. № 7. С. 10-15.

2. Озоновый слой. https://ru.wikipedia.org/wiki/Озоновый_слой.

3. Международный день охраны озонового слоя. https://ru.wikipedia.org/wiki/Международный_день_охраны_озонового_слоя.

4. Монреальский протокол. https://ru.wikipedia.org/wiki/Монреальский_протокол.

5. Венская конвенция об охране озонового слоя. https://ru.wikipedia.org/wiki/Венская_конвенция_об_охране_озонового_слоя.

6. Разрушение озонового слоя. http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/MONIT_SR_OBIT/METOD/USH_POSOB/frame/1_4.htm#1.4.1._Факторы_разрушения_озона.

7. Охрана окружающей среды. http://www.ecologyman.ru/95/28.htm.

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 , добавлен 14.03.2007


Защита климата и озонового слоя атмосферы как одна из наиболее острых глобальных экологических проблем современности. Суть и причины возникновения парникового эффекта. Состояние озонового слоя над Россией, уменьшение содержания озона ("озоновая дыра").

реферат , добавлен 31.10.2013


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 , добавлен 14.03.2011


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 , добавлен 04.02.2014


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 , добавлен 19.07.2010


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 , добавлен 14.05.2014


Влияние теплового режима поверхности Земли на состояние атмосферы. Защита планеты от ультрафиолетовой радиации озоновым экраном. Загрязнение атмосферы и разрушение озонового слоя как глобальные проблемы. Парниковый эффект, угроза глобального потепления.

реферат , добавлен 13.05.2013


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 , добавлен 24.01.2013


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 , добавлен 24.02.2013


Экологический аспект появления и развития человечества. Глобальные проблемы современности. Виды антропогенных изменений в биосфере. Факторы разрушения озонового слоя. Радиоактивное заражение почвы. Сущность и принципы охраны окружающей природной среды.