Обнінський Державний Технічний Університет Атомної Енергетики
Кафедра екології
Реферат за курсом Епопею
на тему «Озоновий шар - проблема XXI століття »
Виконала:
Ст-ка групи ЕКЛ-01
Михайлова Н.В.
Перевірила:
Латинова Н.Є.
Обнінськ
Зміст
Введення
Кінець ХХ століття характеризується потужним ривком науково технічного прогресу, зростанням соціальних суперечностей, різким демографічним вибухом, погіршенням стану навколишнього природного середовища.
Воістину, наша планета ніколи раніше не піддавалася таким фізичним і політичним перевантажень, які вона відчуває на рубежі ХХ-ХХІ століть. Людина ніколи раніше не стягувала з природи стільки данини і не виявлявся настільки уразливим перед міццю, яку сам же і створив.
XX століття принесло людству чимало благ, пов'язаних з бурхливим розвитком науково-технічного прогресу, і в той же час поставив життя на Землі на грань екологічної катастрофи. Зростання населення, інтенсифікація видобутку і викидів, забруднюючих Землю, приводять до корінних змін у природі і відображаються на самому існуванні людини. Частина з таких змін надзвичайно сильна і настільки широко поширена, що виникають глобальні екологічні проблеми. Є серйозні проблеми забруднення (атмосфери, вод, грунтів), кислотних дощів, радіаційного ураження території, а також втрати окремих видів рослин і живих організмів, збідніння біоресурсів, збезлісення і опустелювання територій.
Проблеми виникають у результаті такої взаємодії природи і людини, при якому антропогенне навантаження на територію (її визначають через техногенне навантаження і щільність населення) перевищує екологічні можливості цієї території, обумовлені головним чином її природно-ресурсним потенціалом і загальною стійкістю природних ландшафтів (комплексів, геосистем) до антропогенних впливів.
З історії
З початку 20 століття вчені спостерігають за станом озонового шару атмосфери. Зараз вже всі розуміють, що стратосферний озон є свого роду природним фільтром, що перешкоджає проникненню в нижні шари атмосфери жорсткого космічного випромінювання - ультрафіолету-В.
16 вересня 1987 був прийнятий Монреальський протокол про речовини, що руйнують озоновий шар. Згодом з ініціативи ООН цей день став відзначатися як День захисту озонового шару.
З кінця 70-х років учені стали відзначати неухильне виснаження озонового шару. Причиною тому стало проникнення у верхні шари стратосфери озоноруйнуючих речовин (ОРВ), що використовуються в промисловості, молекули яких містять хлор або бром. Хлорфторвуглеці (ХФВ) або інші ОРВ, випущені людиною в атмосферу, досягають стратосфери, де під дією короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця їх молекули втрачають атом хлору. Агресивний хлор починає розбивати одну за одною молекули озону, сам при цьому не зазнаючи ніяких змін. Термін існування різних ХФУ в атмосфері від 74 до 111 років. Розрахунковим шляхом доведено, що за цей час один атом хлору здатен перетворити на кисень 100 000 молекул озону.
На думку лікарів, кожен втрачений відсоток озону в масштабах планети викликає до 150 тисяч додаткових випадків сліпоти через катаракти, на 2,6 відсотка збільшується кількість ракових захворювань шкіри, значно зростає кількість хвороб, викликаних послабленням імунної системи людини. Найбільшому ризику піддаються жителі північної півкулі зі світлою шкірою. Але страждають не лише люди. УФ-В випромінювання, наприклад, вкрай шкідливо для планктону, мальків, креветок, крабів, водоростей, що живуть на поверхні океану.
Озонова проблема, спочатку піднята вченими, незабаром стала предметом політики. Всі розвинені країни, за винятком Східної Європи і колишнього СРСР, до кінця 1995 р. в основному завершили поетапне скорочення виробництва і споживання озоноруйнуючих речовин. З метою надання допомоги іншим державам був створений Глобальний екологічний фонд (ГЕФ).
За даними ООН, завдяки злагодженим зусиллям світового співтовариства, вжитим в останнє десятиліття, виробництво п'яти основних видів ХФУ скоротилося більш ніж удвічі. Темпи приросту озоноруйнуючих речовин в атмосфері зменшилися.
Розташування та функції озонового шару
У повітрі завжди присутня озон, концентрація якого в земної поверхні складає в середньому 10 -6%. Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери з атомарного кисню в результаті хімічної реакції під впливом сонячної радіації, що викликає дисоціацію молекул кисню.
Озоновий «екран» розташований в стратосфері, на висотах от7-8 км на полюсах, 17-18 кілометрів на екваторі і приблизно до 50 кілометрів над земною поверхнею. Найгустіше озон в шарі 22 - 24 кілометрів над Землею.
Шар озону дивно тонкий. Якщо б цей газ зосередити в поверхні Землі, то він утворив би плівку лише в 2-4 мм товщиною (мінімум - у районі екватора, максимум - у полюсів). Однак і ця плівка надійно захищає нас, майже повністю поглинаючи небезпечні ультрафіолетові промені. Без неї життя збереглася б лише в глибинах вод (глибше 10 м) і в тих шарах грунту, куди не проникає сонячна радіація. Озон поглинає деяку частину інфрачервоного випромінювання Землі. Завдяки цьому він затримує близько 20% випромінювання Землі, підвищуючи отепляющее дію атмосфери.
Озон - активний газ і може несприятливо діяти на людину. Зазвичай його концентрація в нижній атмосфері незначна і він не робить шкідливого впливу на людину. Великі кількості озону утворюються у великих містах з інтенсивним рухом автотранспорту в результаті фотохімічних перетворень вихлопних газів автомашин.
Озон, також, регулює жорсткість космічного випромінювання. Якщо цей газ хоча б частково знищується, то, природно жорсткість випромінювання різко зростає, а, отже, відбуваються реальні зміни рослинного і тваринного світу.
Вже доведено, що відсутність або мала концентрація озону може або призводить до ракових захворювань, що самим найгіршим чином відбивається на людстві і його здатністю до відтворення.
Причини ослаблення озонового щита
Озоновий шар захищає життя на Землі від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Виявлено, що протягом багатьох років озоновий шар зазнає невелике, але постійне ослаблення над деякими районами Земної кулі, включаючи густо населені райони в середніх широтах Північної півкулі. Над Антарктикою виявлена велика "озонова діра".
Руйнування озону відбувається через вплив ультрафіолетової радіації, космічних променів, деяких газів: сполук азоту, хлору і брому, фторхлоруглеродов (фреонів). Діяльність людини, що призводить до руйнування озонового шару, викликає найбільшу тривогу. Тому багато країн підписали міжнародну угоду, що передбачає скорочення виробництва озоно-руйнівних речовин.
Передбачається безліч причин ослаблення озонового щита.
По-перше, - це запуски космічних ракет. Згорає паливо «випалює» в озоновому шарі великі дірки. Колись передбачалося, що ці «дірки» затягуються. Виявилося, немає. Вони існують досить довго.
По-друге, літаки. Особливо, що летять на висотах в 12-15 км. Викиди ними пар і інші речовини руйнують озон. Але, в той же час літаки, що літають нижче 12 км. Дають надбавку озону. У містах він - один із складових фотохімічного смогу. По - третє, це хлор та його сполуки з киснем. Величезна кількість (до 700 тисяч тонн) цього газу надходить в атмосферу, перш за все від розкладання фреонів. Фреони - це не вступають у поверхні Землі ні в які хімічні реакції гази, що киплять при кімнатній температурі, а тому різко збільшують свій об'єм, що робить їх гарними розпилювачами. Оскільки при їх розширенні знижується їх температура, фреони широко використовують у холодильній промисловості.
Щороку кількість фреонів в земній атмосфері збільшується на 8-9%. Вони поступово піднімаються нагору, в стратосферу і під впливом сонячних променів стають активними - вступають в фотохімічні реакції, виділяючи атомарний хлор. Кожна частка хлору здатна зруйнувати сотні і тисячі молекул озону.
9 лютого 2004 на сайті Інституту Землі НАСА з'явилася новина про те, що вчені Гарвардського Університету знайшли молекулу, що руйнує озон. Вчені назвали цю молекулу "димер одноокісі хлору", тому що вона складена з двох молекул одноокісі хлору. Димер існує тільки в особливо холодної стратосфері над полярними регіонами, коли рівні одноокісі хлору відносно високі. Ця молекула відбувається з хлорфторуглеродов. Димер викликає руйнування озону, поглинаючи сонячне світло і розпадаючись на два атоми хлору і молекулу кисню. Вільні атоми хлору починають взаємодіяти з молекулами озону, приводячи до зменшення його кількості.
Озон і клімат в стратосфері
Озон і клімат впливають один на одного. Вплив озону на клімат проявляється насамперед у зміні температури. Чим більше озону в даному об'ємі повітря, тим більше тепла він утримує. Озон є джерелом тепла в стратосфері, поглинаючи ультрафіолетове випромінювання сонця і висхідний інфрачервоне випромінювання від тропосфери. Отже, зменшення кількості озону в стратосфері призводить до зниження температури. А це в свою чергу призводить до виснаження озону.
виснаження озону - веде до зниження температури - веде до ПСХ - веде до виснаження озону
Найбільші втрати озону в Арктиці й Антарктиці відбуваються взимку і на початку весни, коли полярні стратосферні вихори ізолюють повітря в своїх межах. Коли температура повітря падає нижче -78 ° С, формуються хмари, що складаються з льоду, азотної та сірчаної кислот. У результаті хімічних реакцій на поверхні крижаних кристалів у хмарах виділяються хлорфторвуглеці. Через дії ХФУ починається виснаження озону, і з'являється озонова "діра". Навесні температура повітря підвищується, лід випаровується, і озоновий шар починає відновлюватися.
Руйнування озонового шару землі хлорфторуглеводороди
У 1985 р. фахівці з дослідження атмосфери Британської Антарктичної Служби повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили і інші дослідники, що показали також, що область зниженого змісту озону тягнеться за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери.
Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн декілька разів підіймалися в область зниженого змісту озону і збирали детальні відомості про її розміри і в ній хімічні процеси. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова "діра". На початку 80-х років по вимірюваннях зі супутника "Німбус-7" аналогічна дірка була виявлена і в Арктиці, правда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таким значним - близько 9%. У середньому по Землі з 1979 по 1990 р. зміст озону впало на 5%.
Це відкриття стурбувало як вчених, так і широку громадськість, оскільки з нього випливало, що шар озону, навколишній нашу планету, знаходиться в більшій небезпеці, ніж вважалося раніше. Потоншення цього шару може привести до серйозних наслідків для людства. Вміст озону в атмосфері менше за 0.0001%, однак, саме озон повністю поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця з довжиною хвилі l <280 нм і значно послаблює смугу УФ-Б з 280 <l <315 нм, що завдають серйозних поразок кліткам живих організмів. Падіння концентрації озону на 1% приводить в середньому до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету у поверхні землі на 2%. Ця оцінка підтверджується вимірюваннями, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижче, ніж в середніх широтах).
За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет близький до іонізуючих випромінювань, однак, через більшу, ніж у g-випромінювання довжини хвилі він не здатний проникати глибоко в тканині, і тому вражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет володіє достатньою енергією для руйнування ДНК і інших органічних молекул, що може викликати рак шкіри, особливо швидкоплинну злоякісну меланому, катаракту і імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафіолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри і рогівки. Вже зараз у всьому світі помітно збільшення числа захворювання раком шкіри, однак, значна кількість інших чинників (наприклад, зросла популярність засмаги, яка призводить до того, що люди більше часу проводять на сонці, таким чином, отримуючи велику дозу УФ опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати , що в цьому винне зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерхневому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати і навіть загинути повністю. Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхневих шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УФ випромінювання але при цьому ризикує померти від голоду.
Що було зроблено в галузі захисту озонового шару
Під тиском цих аргументів багато які країни почали вживати заходів, направлені на скорочення виробництва і використання ХФУ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФУ в аерозолях. На жаль, використання ХФУ в інших областях обмежене не було. Повторю, що у вересні 1987 р. 23 ведучих країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов'язує їх знизити споживання ХФУ. Згідно з досягнутою домовленістю, розвинені країни повинні до 1999 р. знизити споживання ХФУ до половини рівня 1986 р. Для використання в якості пропеленту в аерозолях вже знайдений непоганий замінник ХФУ - пропан-бутанова суміш. По фізичних параметрах вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Тим не менш, такі аерозолі вже проводяться в багатьох країнах, у тому числі і в Росії. Складніше йде справа з холодильними установками - другим по величині споживачем фреонів. Справа в тому, що через полярність молекули ХФУ мають високу теплоту випаровування, що дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах (див. «Причини ослаблення озонового щита»). Кращим відомим на сьогодні замінником фреонів є аміак, але він токсичний і все ж поступається ХФУ по фізичних параметрах. Непогані результати отримані для повністю фторованих вуглеводнів. У багатьох країнах ведуться розробки нових замінників і вже досягнуті непогані практичні результати, але повністю ця проблема ще не вирішена.
Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФУ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторингу змін клімату, в фонових умовах - на берегах Тихого і Атлантичного океанів і на островах, вдалині від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонів -11 і -12 в цей час зростає з швидкістю 5-9% на рік . Вміст в стратосфері фотохімічно активних з'єднань хлора в цей час в 2-3 рази вище в порівнянні з рівнем 50-х років, до початку швидкого виробництва фреонів.
Факти говорять самі за себе
Разом з тим, ранні прогнози, що, наприклад, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФУ, до середини XXI ст. вміст озону в стратосфері може впасти вдвічі, можливо були дуже песимістичні. По-перше, діра над Антарктидою багато в чому є слідством метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолету і під час полярної ночі не йде. Взимку над Антарктикою утвориться стійкий вихор, який перешкоджає притоку багатого на озон повітря з середніх широт. Тому до весни навіть невелику кількість активного хлора здатна нанести серйозної шкоди озоновому шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше.
Багато дослідників вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, чим над Арктикою, утворяться взимку, коли при відсутності сонячного світла, в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди температура в стратосфері падає нижче за -80 ° С. Можна припустити, що з'єднання азоту конденсуються, замерзають і залишаються пов'язаними з хмарними частками і тому позбавляються можливості вступити в реакцію з хлором. Можливо також, що хмарні частки здатні каталізувати розпад озону і резервуарів хлору.
Все це говорить про те, що ХФУ здатні викликати помітне пониження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, а для помітного ефекту в середніх широтах, концентрація активного хлора повинна бути набагато вище. По-друге, при руйнуванні озонового шару жорсткий ультрафіолет почне проникати глибше в атмосферу. Але це означає, що утворення озону буде відбуватися як і раніше, але тільки трохи нижче, в області з великим вмістом кисню. Правда, в цьому випадку озоновий шар буде в більшій мірі схильний до дії атмосферної циркуляції.
Хоч перші похмурі оцінки були переглянені, це ні в якому разі не означає, що проблеми немає. Швидше стало ясно, що немає серйозної негайної небезпеки. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФУ в атмосферу серйозні біосферні порушення у другій половині XXI ст., Тому скорочувати використання ХФУ, як і раніше, необхідно.
Висновок
Можливості впливу людини на природу постійно зростають і вже досягли такого рівня, коли можливо нанести біосфері непоправний збиток. Вже не в перший раз речовина, який довгий час вважався абсолютно нешкідливим, виявляється, насправді, надто небезпечним. Років двадцять назад навряд чи хто-небудь міг передбачити що звичайний аерозольний балончик може представляти серйозну загрозу для планети в цілому. До нещастя, далеко не завжди вдається вчасно передбачити, як те чи інше з'єднання буде впливати на біосферу. Була потрібна досить серйозна демонстрація небезпеки ХФУ для того, щоб були прийняті серйозні заходи в світовому масштабі. Слід зауважити, що навіть після виявлення озонной діри, ратифікування Монреальської конвенції один час знаходилося під загрозою.
Розуміння взаємодій між озоном і зміною клімату, і передбачення наслідків зміни вимагає величезних обчислювальних потужностей, надійних спостережень, і здорових діагностичних здібностей. Здібності спільноти науки швидко розвинулися за минулі десятиліття, але все-таки деякі фундаментальні механізми роботи атмосфери все ще не ясні. Успіх майбутнього дослідження залежить від загальної стратегії, з реальним взаємодією між спостереженнями вчених і математичними моделями.
Нам треба все знати про світ, який нас оточує. І, занісши ногу для чергового кроку, варто уважно подивитися, куди наступиш. Провалля і тонкі болота фатальних помилок вже не прощають людству бездумної життя.
Список використаних джерел
1. Jeannie Allen. "Tango in the Atmosphere: Ozone & Climate Change" / / NASA Earth Observatory. 10.02.2004. http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Tango/
2. "Scientists find Ozone-Destroying Molecule" / / NASA Goddard Space Flight Center. 09.02.2004. http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/2004/0205dimers.html
3. "Кругообіг кисню. Озоновий екран. "Навчальний матеріал Російської колекції рефератів.
http://www.referats.net/cgi-bin/referats/rkr/jump.cgi?ID=20073
Кафедра екології
Реферат за курсом Епопею
на тему «Озоновий шар - проблема XXI століття »
Виконала:
Ст-ка групи ЕКЛ-01
Михайлова Н.В.
Перевірила:
Латинова Н.Є.
Обнінськ
Зміст
| Введення ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | ... ... 3 |
| З історії ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... | ... ... 4 |
| Розташування та функції озонового шару ... ... ... ... ... ... ... ... .... | ... ... 5 |
| Причини ослаблення озонового щита ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | ... ... 6 |
| Озон і клімат в стратосфері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | ... ... 8 |
| Руйнування озонового шару землі хлорфторуглеводороди ... .... | ... ... 9 |
| Що було зроблено в галузі захисту озонового шару ... ... ... ... ... ... | ... .11 |
| Факти говорять самі за себе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... | ... .12 |
| Висновок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... | ... .14 |
| Список використаних джерел ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. | ... .15 |
Введення
Кінець ХХ століття характеризується потужним ривком науково технічного прогресу, зростанням соціальних суперечностей, різким демографічним вибухом, погіршенням стану навколишнього природного середовища.
Воістину, наша планета ніколи раніше не піддавалася таким фізичним і політичним перевантажень, які вона відчуває на рубежі ХХ-ХХІ століть. Людина ніколи раніше не стягувала з природи стільки данини і не виявлявся настільки уразливим перед міццю, яку сам же і створив.
XX століття принесло людству чимало благ, пов'язаних з бурхливим розвитком науково-технічного прогресу, і в той же час поставив життя на Землі на грань екологічної катастрофи. Зростання населення, інтенсифікація видобутку і викидів, забруднюючих Землю, приводять до корінних змін у природі і відображаються на самому існуванні людини. Частина з таких змін надзвичайно сильна і настільки широко поширена, що виникають глобальні екологічні проблеми. Є серйозні проблеми забруднення (атмосфери, вод, грунтів), кислотних дощів, радіаційного ураження території, а також втрати окремих видів рослин і живих організмів, збідніння біоресурсів, збезлісення і опустелювання територій.
Проблеми виникають у результаті такої взаємодії природи і людини, при якому антропогенне навантаження на територію (її визначають через техногенне навантаження і щільність населення) перевищує екологічні можливості цієї території, обумовлені головним чином її природно-ресурсним потенціалом і загальною стійкістю природних ландшафтів (комплексів, геосистем) до антропогенних впливів.
З історії
З початку 20 століття вчені спостерігають за станом озонового шару атмосфери. Зараз вже всі розуміють, що стратосферний озон є свого роду природним фільтром, що перешкоджає проникненню в нижні шари атмосфери жорсткого космічного випромінювання - ультрафіолету-В.
16 вересня 1987 був прийнятий Монреальський протокол про речовини, що руйнують озоновий шар. Згодом з ініціативи ООН цей день став відзначатися як День захисту озонового шару.
З кінця 70-х років учені стали відзначати неухильне виснаження озонового шару. Причиною тому стало проникнення у верхні шари стратосфери озоноруйнуючих речовин (ОРВ), що використовуються в промисловості, молекули яких містять хлор або бром. Хлорфторвуглеці (ХФВ) або інші ОРВ, випущені людиною в атмосферу, досягають стратосфери, де під дією короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця їх молекули втрачають атом хлору. Агресивний хлор починає розбивати одну за одною молекули озону, сам при цьому не зазнаючи ніяких змін. Термін існування різних ХФУ в атмосфері від 74 до 111 років. Розрахунковим шляхом доведено, що за цей час один атом хлору здатен перетворити на кисень 100 000 молекул озону.
На думку лікарів, кожен втрачений відсоток озону в масштабах планети викликає до 150 тисяч додаткових випадків сліпоти через катаракти, на 2,6 відсотка збільшується кількість ракових захворювань шкіри, значно зростає кількість хвороб, викликаних послабленням імунної системи людини. Найбільшому ризику піддаються жителі північної півкулі зі світлою шкірою. Але страждають не лише люди. УФ-В випромінювання, наприклад, вкрай шкідливо для планктону, мальків, креветок, крабів, водоростей, що живуть на поверхні океану.
Озонова проблема, спочатку піднята вченими, незабаром стала предметом політики. Всі розвинені країни, за винятком Східної Європи і колишнього СРСР, до кінця 1995 р. в основному завершили поетапне скорочення виробництва і споживання озоноруйнуючих речовин. З метою надання допомоги іншим державам був створений Глобальний екологічний фонд (ГЕФ).
За даними ООН, завдяки злагодженим зусиллям світового співтовариства, вжитим в останнє десятиліття, виробництво п'яти основних видів ХФУ скоротилося більш ніж удвічі. Темпи приросту озоноруйнуючих речовин в атмосфері зменшилися.
Розташування та функції озонового шару
У повітрі завжди присутня озон, концентрація якого в земної поверхні складає в середньому 10 -6%. Озон утворюється у верхніх шарах атмосфери з атомарного кисню в результаті хімічної реакції під впливом сонячної радіації, що викликає дисоціацію молекул кисню.
Озоновий «екран» розташований в стратосфері, на висотах от7-8 км на полюсах, 17-18 кілометрів на екваторі і приблизно до 50 кілометрів над земною поверхнею. Найгустіше озон в шарі 22 - 24 кілометрів над Землею.
Шар озону дивно тонкий. Якщо б цей газ зосередити в поверхні Землі, то він утворив би плівку лише в 2-4 мм товщиною (мінімум - у районі екватора, максимум - у полюсів). Однак і ця плівка надійно захищає нас, майже повністю поглинаючи небезпечні ультрафіолетові промені. Без неї життя збереглася б лише в глибинах вод (глибше 10 м) і в тих шарах грунту, куди не проникає сонячна радіація. Озон поглинає деяку частину інфрачервоного випромінювання Землі. Завдяки цьому він затримує близько 20% випромінювання Землі, підвищуючи отепляющее дію атмосфери.
Озон - активний газ і може несприятливо діяти на людину. Зазвичай його концентрація в нижній атмосфері незначна і він не робить шкідливого впливу на людину. Великі кількості озону утворюються у великих містах з інтенсивним рухом автотранспорту в результаті фотохімічних перетворень вихлопних газів автомашин.
Озон, також, регулює жорсткість космічного випромінювання. Якщо цей газ хоча б частково знищується, то, природно жорсткість випромінювання різко зростає, а, отже, відбуваються реальні зміни рослинного і тваринного світу.
Вже доведено, що відсутність або мала концентрація озону може або призводить до ракових захворювань, що самим найгіршим чином відбивається на людстві і його здатністю до відтворення.
Причини ослаблення озонового щита
Озоновий шар захищає життя на Землі від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Виявлено, що протягом багатьох років озоновий шар зазнає невелике, але постійне ослаблення над деякими районами Земної кулі, включаючи густо населені райони в середніх широтах Північної півкулі. Над Антарктикою виявлена велика "озонова діра".
Руйнування озону відбувається через вплив ультрафіолетової радіації, космічних променів, деяких газів: сполук азоту, хлору і брому, фторхлоруглеродов (фреонів). Діяльність людини, що призводить до руйнування озонового шару, викликає найбільшу тривогу. Тому багато країн підписали міжнародну угоду, що передбачає скорочення виробництва озоно-руйнівних речовин.
Передбачається безліч причин ослаблення озонового щита.
По-перше, - це запуски космічних ракет. Згорає паливо «випалює» в озоновому шарі великі дірки. Колись передбачалося, що ці «дірки» затягуються. Виявилося, немає. Вони існують досить довго.
По-друге, літаки. Особливо, що летять на висотах в 12-15 км. Викиди ними пар і інші речовини руйнують озон. Але, в той же час літаки, що літають нижче 12 км. Дають надбавку озону. У містах він - один із складових фотохімічного смогу. По - третє, це хлор та його сполуки з киснем. Величезна кількість (до 700 тисяч тонн) цього газу надходить в атмосферу, перш за все від розкладання фреонів. Фреони - це не вступають у поверхні Землі ні в які хімічні реакції гази, що киплять при кімнатній температурі, а тому різко збільшують свій об'єм, що робить їх гарними розпилювачами. Оскільки при їх розширенні знижується їх температура, фреони широко використовують у холодильній промисловості.
Щороку кількість фреонів в земній атмосфері збільшується на 8-9%. Вони поступово піднімаються нагору, в стратосферу і під впливом сонячних променів стають активними - вступають в фотохімічні реакції, виділяючи атомарний хлор. Кожна частка хлору здатна зруйнувати сотні і тисячі молекул озону.
9 лютого 2004 на сайті Інституту Землі НАСА з'явилася новина про те, що вчені Гарвардського Університету знайшли молекулу, що руйнує озон. Вчені назвали цю молекулу "димер одноокісі хлору", тому що вона складена з двох молекул одноокісі хлору. Димер існує тільки в особливо холодної стратосфері над полярними регіонами, коли рівні одноокісі хлору відносно високі. Ця молекула відбувається з хлорфторуглеродов. Димер викликає руйнування озону, поглинаючи сонячне світло і розпадаючись на два атоми хлору і молекулу кисню. Вільні атоми хлору починають взаємодіяти з молекулами озону, приводячи до зменшення його кількості.
Озон і клімат в стратосфері
Озон і клімат впливають один на одного. Вплив озону на клімат проявляється насамперед у зміні температури. Чим більше озону в даному об'ємі повітря, тим більше тепла він утримує. Озон є джерелом тепла в стратосфері, поглинаючи ультрафіолетове випромінювання сонця і висхідний інфрачервоне випромінювання від тропосфери. Отже, зменшення кількості озону в стратосфері призводить до зниження температури. А це в свою чергу призводить до виснаження озону.
виснаження озону - веде до зниження температури - веде до ПСХ - веде до виснаження озону
Найбільші втрати озону в Арктиці й Антарктиці відбуваються взимку і на початку весни, коли полярні стратосферні вихори ізолюють повітря в своїх межах. Коли температура повітря падає нижче -78 ° С, формуються хмари, що складаються з льоду, азотної та сірчаної кислот. У результаті хімічних реакцій на поверхні крижаних кристалів у хмарах виділяються хлорфторвуглеці. Через дії ХФУ починається виснаження озону, і з'являється озонова "діра". Навесні температура повітря підвищується, лід випаровується, і озоновий шар починає відновлюватися.
Руйнування озонового шару землі хлорфторуглеводороди
У 1985 р. фахівці з дослідження атмосфери Британської Антарктичної Служби повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили і інші дослідники, що показали також, що область зниженого змісту озону тягнеться за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери.
Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн декілька разів підіймалися в область зниженого змісту озону і збирали детальні відомості про її розміри і в ній хімічні процеси. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова "діра". На початку 80-х років по вимірюваннях зі супутника "Німбус-7" аналогічна дірка була виявлена і в Арктиці, правда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таким значним - близько 9%. У середньому по Землі з 1979 по 1990 р. зміст озону впало на 5%.
Це відкриття стурбувало як вчених, так і широку громадськість, оскільки з нього випливало, що шар озону, навколишній нашу планету, знаходиться в більшій небезпеці, ніж вважалося раніше. Потоншення цього шару може привести до серйозних наслідків для людства. Вміст озону в атмосфері менше за 0.0001%, однак, саме озон повністю поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця з довжиною хвилі l <280 нм і значно послаблює смугу УФ-Б з 280 <l <315 нм, що завдають серйозних поразок кліткам живих організмів. Падіння концентрації озону на 1% приводить в середньому до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету у поверхні землі на 2%. Ця оцінка підтверджується вимірюваннями, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижче, ніж в середніх широтах).
За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет близький до іонізуючих випромінювань, однак, через більшу, ніж у g-випромінювання довжини хвилі він не здатний проникати глибоко в тканині, і тому вражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет володіє достатньою енергією для руйнування ДНК і інших органічних молекул, що може викликати рак шкіри, особливо швидкоплинну злоякісну меланому, катаракту і імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафіолет здатний викликати і звичайні опіки шкіри і рогівки. Вже зараз у всьому світі помітно збільшення числа захворювання раком шкіри, однак, значна кількість інших чинників (наприклад, зросла популярність засмаги, яка призводить до того, що люди більше часу проводять на сонці, таким чином, отримуючи велику дозу УФ опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати , що в цьому винне зменшення вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерхневому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати і навіть загинути повністю. Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхневих шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УФ випромінювання але при цьому ризикує померти від голоду.
Що було зроблено в галузі захисту озонового шару
Під тиском цих аргументів багато які країни почали вживати заходів, направлені на скорочення виробництва і використання ХФУ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФУ в аерозолях. На жаль, використання ХФУ в інших областях обмежене не було. Повторю, що у вересні 1987 р. 23 ведучих країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов'язує їх знизити споживання ХФУ. Згідно з досягнутою домовленістю, розвинені країни повинні до 1999 р. знизити споживання ХФУ до половини рівня 1986 р. Для використання в якості пропеленту в аерозолях вже знайдений непоганий замінник ХФУ - пропан-бутанова суміш. По фізичних параметрах вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Тим не менш, такі аерозолі вже проводяться в багатьох країнах, у тому числі і в Росії. Складніше йде справа з холодильними установками - другим по величині споживачем фреонів. Справа в тому, що через полярність молекули ХФУ мають високу теплоту випаровування, що дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах (див. «Причини ослаблення озонового щита»). Кращим відомим на сьогодні замінником фреонів є аміак, але він токсичний і все ж поступається ХФУ по фізичних параметрах. Непогані результати отримані для повністю фторованих вуглеводнів. У багатьох країнах ведуться розробки нових замінників і вже досягнуті непогані практичні результати, але повністю ця проблема ще не вирішена.
Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФУ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторингу змін клімату, в фонових умовах - на берегах Тихого і Атлантичного океанів і на островах, вдалині від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонів -11 і -12 в цей час зростає з швидкістю 5-9% на рік . Вміст в стратосфері фотохімічно активних з'єднань хлора в цей час в 2-3 рази вище в порівнянні з рівнем 50-х років, до початку швидкого виробництва фреонів.
Факти говорять самі за себе
Разом з тим, ранні прогнози, що, наприклад, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФУ, до середини XXI ст. вміст озону в стратосфері може впасти вдвічі, можливо були дуже песимістичні. По-перше, діра над Антарктидою багато в чому є слідством метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолету і під час полярної ночі не йде. Взимку над Антарктикою утвориться стійкий вихор, який перешкоджає притоку багатого на озон повітря з середніх широт. Тому до весни навіть невелику кількість активного хлора здатна нанести серйозної шкоди озоновому шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше.
Багато дослідників вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, чим над Арктикою, утворяться взимку, коли при відсутності сонячного світла, в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди температура в стратосфері падає нижче за -80 ° С. Можна припустити, що з'єднання азоту конденсуються, замерзають і залишаються пов'язаними з хмарними частками і тому позбавляються можливості вступити в реакцію з хлором. Можливо також, що хмарні частки здатні каталізувати розпад озону і резервуарів хлору.
Все це говорить про те, що ХФУ здатні викликати помітне пониження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, а для помітного ефекту в середніх широтах, концентрація активного хлора повинна бути набагато вище. По-друге, при руйнуванні озонового шару жорсткий ультрафіолет почне проникати глибше в атмосферу. Але це означає, що утворення озону буде відбуватися як і раніше, але тільки трохи нижче, в області з великим вмістом кисню. Правда, в цьому випадку озоновий шар буде в більшій мірі схильний до дії атмосферної циркуляції.
Хоч перші похмурі оцінки були переглянені, це ні в якому разі не означає, що проблеми немає. Швидше стало ясно, що немає серйозної негайної небезпеки. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФУ в атмосферу серйозні біосферні порушення у другій половині XXI ст., Тому скорочувати використання ХФУ, як і раніше, необхідно.
Висновок
Можливості впливу людини на природу постійно зростають і вже досягли такого рівня, коли можливо нанести біосфері непоправний збиток. Вже не в перший раз речовина, який довгий час вважався абсолютно нешкідливим, виявляється, насправді, надто небезпечним. Років двадцять назад навряд чи хто-небудь міг передбачити що звичайний аерозольний балончик може представляти серйозну загрозу для планети в цілому. До нещастя, далеко не завжди вдається вчасно передбачити, як те чи інше з'єднання буде впливати на біосферу. Була потрібна досить серйозна демонстрація небезпеки ХФУ для того, щоб були прийняті серйозні заходи в світовому масштабі. Слід зауважити, що навіть після виявлення озонной діри, ратифікування Монреальської конвенції один час знаходилося під загрозою.
Розуміння взаємодій між озоном і зміною клімату, і передбачення наслідків зміни вимагає величезних обчислювальних потужностей, надійних спостережень, і здорових діагностичних здібностей. Здібності спільноти науки швидко розвинулися за минулі десятиліття, але все-таки деякі фундаментальні механізми роботи атмосфери все ще не ясні. Успіх майбутнього дослідження залежить від загальної стратегії, з реальним взаємодією між спостереженнями вчених і математичними моделями.
Нам треба все знати про світ, який нас оточує. І, занісши ногу для чергового кроку, варто уважно подивитися, куди наступиш. Провалля і тонкі болота фатальних помилок вже не прощають людству бездумної життя.
Список використаних джерел
1. Jeannie Allen. "Tango in the Atmosphere: Ozone & Climate Change" / / NASA Earth Observatory. 10.02.2004. http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Tango/
2. "Scientists find Ozone-Destroying Molecule" / / NASA Goddard Space Flight Center. 09.02.2004. http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/2004/0205dimers.html
3. "Кругообіг кисню. Озоновий екран. "Навчальний матеріал Російської колекції рефератів.
http://www.referats.net/cgi-bin/referats/rkr/jump.cgi?ID=20073