Озонові діри Руйнування озонового шару Землі хлорфторуглеводороди

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Озонові діри
Руйнування озонового шару Землі хлорфторуглеводороди

Реферат з хімії учня 9 »в» класу
Калминіна Кирила
Г. Санкт-Петербург
2004
ОЗОН (від грец. Ozon - пахне) - Оз, алотропна модифікація кисню. Газ синього кольору з різким запахом, t кипіння - 112 ° С, сильний окислювач. При великих концентраціях розкладається з вибухом. Утворюється з кисню (О2) при електричному розряді (напр., під час грози) і під дією ультрафіолетового випромінювання (напр., у стратосфері під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця). Основна маса озону (Оз) в атмосфері розташована у вигляді шару - озоносфери - на висоті від 10 до 50 км із максимумом концентрації на висоті 20-25 км. Цей шар охороняє живі організми на Землі від шкідливого впливу короткохвильової ультрафіолетової радіації Сонця. У промисловості О3 отримують дією на повітря електричного розряду. Використовують для знезараження води і повітря.
1
Глобальна мінливість або глобальні зміни в останні роки перетворилися на основну проблему досліджень в галузі навколишнього середовища головним чином завдяки тому величезному впливу, яке вона по всій ймовірності буде чинити на світове співтовариство.
Багато вчених - природники розглядають термін "навколишнє середовище" як синонім слову "природа". Однак природа стає довкіллям лише тоді коли розглядається в соціальному контексті: людське суспільство залежить від природи і, взаємодіючи з нею, змінює її в різних просторово-часових масштабах.
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 Озоновий 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". (Озонова діра - розрив озоносфери діаметром св. 1000 км, що виник над Антарктидою і переміщується в населені райони Австралії. Озонова діра виникла приблизно в результаті антропогенних впливів [1], в т. ч. широкого використання в промисловості та побуті хлоровмісних хладонів [2] (фреонів), що руйнують озоновий шар. Озонова діра становить небезпеку для живих організмів, оскільки озоновий шар захищає поверхню Землі від надмірних доз ультрафіолетового випромінювання Сонця. У 1985 прийнята Віденська конвенція про охорону озонового шару, в 1987 - Монреальський протокол. Озонова діра була виявлена ​​англійським дослідником Дж. Фарманом в 1982. У 1992 озонова діра відкрита також над Арктикою.)
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. Щоправда, через низьке положення сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижче, ніж в середніх широтах. Ультрафіолетове випромінювання Сонця це короткохвильове електромагнітне випромінювання (400-10 нм), на частку якого припадає близько 9% всієї енергії випромінювання Сонця. Ультрафіолетове випромінювання Сонця іонізує гази верхніх шарів земної атмосфери, що призводить до утворення іоносфери.
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 полярність 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.
Утворення озону описується рівнянням реакції
O2 + O = O3
Необхідний для цієї реакції атомарний кисень вище рівня 20 км утвориться при розщепленні кисню під дією ультрафіолетового випромінювання з l <240 нм
O2 + h0 = 2O
Нижче цього рівня такі фотони майже не проникають, і атоми кисню утворюються, в основному, при фотодиссоціації двоокису азоту
NO2 + h0 = NO + O
фотонами м'якого ультрафіолету з l <400 нм.
Руйнування молекул озону проходить при їх попаданні на частки аерозолів або на поверхню землі, але основний стік озону визначають цикли каталітичних реакцій в газовій фазі:
O3 + Y = YO + O2
YO + O = Y + O2
де Y = NO, OH, Cl, Br
Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ​​ще в кінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону представляють викиди водяної пари й оксидів азоту (NOx) з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. В даний час в комерційних цілях використовується тільки "Конкорд", що здійснює декілька рейсів в тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків в стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі як B1-B або Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71 . Таке навантаження навряд чи представляє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидів азоту з поверхні землі внаслідок спалення викопного палива і масового виробництва і застосування азотних добрив також представляє певну небезпеку для озонного шару, але оксиди азоту нестійкі і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, втім, тверде паливо, що, що використовуються в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", може наносити серйозний збиток озонному шару в районі запуску.
У 1974 р. М. Моліна і Ф. Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіні показали, що хлорфторвуглеці (ХФВ) можуть викликати руйнування озону. Починаючи з цього часу, так звана хлорфторвуглеродна проблема, стала однією з основних в дослідженнях по забрудненню атмосфери. Хлорфторвуглеці вже більше 60 років використовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, пропілленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластів.
Колись вони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні і неактивні, а значить, не токсичні. Як це не парадоксально, але саме інертність цих з'єднань робить їх небезпечною для атмосферного озону. ХФУ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, який тягнеться від поверхні землі до висоти 10 км), як це відбувається, наприклад, з переважно оксидів азоту, і, врешті-решт, проникають в стратосферу, верхній кордон якої розташовується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФУ підіймаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони зазнають інтенсивного впливу ультрафіолетового випромінювання, який не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули ХФУ, які розпадаються на компоненти, що володіють високою реакційною здатністю, зокрема атомний хлор. Таким чином, ХФУ переносить хлор з поверхні землі через тропосферу і нижні шари атмосфери, де менш інертні з'єднання хлора руйнуються, в стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: в ході хімічного процесу його кількість не зменшується. Внаслідок цього один атом хлора може зруйнувати до 100 000 молекул озону, перш ніж буде дезактивірован або повернеться в тропосферу. Зараз викид ХФУ в атмосферу обчислюється мільйонами тонн, але слід зауважити, що навіть у гіпотетичному разі повного припинення виробництва і використання ХФУ, негайного результату досягнути не вдасться: дія що вже попали в атмосферу ХФУ буде продовжуватися декілька десятиріч. Вважається, що час життя в атмосфері для двох найбільш широко використовуваних ХФУ фреон-11 (CFCl3) і фреон-12 (CF2Cl2) становить 75 і 100 років відповідно.
Оксиди азоту здатні руйнувати озон, однак, вони можуть реагувати і з хлором. Наприклад:
O3 + Cl = ClO + O2
ClO + NO = NO2 + Cl
NO2 = NO + O
O2 + O = O3
в ході цієї реакції вміст озону не змінюється. Більш важливою є інша реакція:
ClO + NO2 = ClONO2
утворюється в її ході хлористий нитрозила є так званим резервуаром хлору. Що міститься в ньому хлор неактивний і не може вступити в реакцію з озоном. Зрештою, така молекула-резервуар може поглинути фотон або вступити в реакцію з якою-небудь іншою молекулою і вивільнити хлор, але вона також може покинути стратосферу. Розрахунки показують, що якби в стратосфері були відсутні оксиди азоту, то руйнування озону йшло б набагато швидше. Іншим важливим резервуаром хлора є хлористий водень HCl, що утворюється при реакції атомарного хлору й метану СH4.
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. 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-бутанової 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. 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 фотохімічні активних сполук хлору в даний час в 2-3 рази вище в порівнянні з рівнем 50-х років, до початку швидкого виробництва фреонів.
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 широта. 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 °. 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, що стало ясно 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.
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. Однак у випадку з ХФУ така можливість була: всі хімічні реакції, що описують процес руйнування озону ХФВ вкрай прості і відомі досить давно. Але навіть після того, як проблема ХФУ була в 1974 р. сформульована дуже небагато країн прийняли-небудь заходів по скороченню виробництва ХФВ були США і ці заходи були недостатні. 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. Бути може, проблема ХФУ навчить з великою увагою і опаскою відноситись до всіх речовин, що попадають в біосферу внаслідок діяльності людства.


[1] Антропогенні впливи на природу, різні форми впливу діяльності людини на природу. Антропогенні впливи охоплюють окремі компоненти природи та природні комплекси. Кількісної та якісної характеристикою антропогенних впливів є антропогенне навантаження. Антропогенні впливи можуть носити як позитивний, так і негативний характер; останнє викликає необхідність у застосуванні спеціальних природоохоронних заходів.
[2] Хладон (фреони) - технічна назва групи насичених аліфатичних галогенсодержащих вуглеводнів, які застосовуються як холодоагентів; гази (напр., CCl2F2, t кип - 29,8 ° C) або летючі рідини (напр., CCl3F, t кіп 23, 7 ° C). Нетоксичні, не утворюють вибухонебезпечних сумішей з повітрям, не реагують з більшістю металів. Використовуються як пропілленти, розчинники та ін Деякі хладони руйнівно діють на озоновий шар атмосфери Землі, в зв'язку, з чим обсяг їх виробництва скорочується.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Екологія та охорона природи | Реферат
35.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Знищення озонового шару Землі
Хімія і алхімія озонового шару
Що таке кислотні дощі та озонові діри Чим вони спричинені і як впливають на стан біосфери
Що таке кислотні дощі та озонові діри Чим вони спричинені і як впливають на стан біосфери 2
Міжнародно-правове співробітництво держав з охорони повітряного простору та озонового шару
Екологічні проблеми атмосфери Кислі опади Проблема озонового шару в атмосфері Поняття про парниковий
Знищення озонного шару Землі
Знищення озонного шару Землі
Знищення озонного шару Землі 3
© Усі права захищені
написати до нас