Мониторинг глобальных экологических проблем - разрешение озонового слоя

Казахский Национальный университет им. Аль-Фараби

Факультет географии  и природопользования

Кафедра географии, землеустройства и кадастра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СРС

по предмету:

Мониторинг  окружающей среды

на тему:

«Мониторинг глобальных экологических проблем – проблема разрушения озонового слоя»

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила:  Кайбалдиева Л. Б.

Проверила: Рыскельдиева А. М.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2013 г.

Содержание

Введение

1. Озоновый щит планеты. Образование озона в стратосфере
2. Проблема разрушения озонового слоя
3. Проблемы и пути их решения

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 
 
Газообразный озон, открытый в середине прошлого века, долгое время привлекал внимание ученых лишь своими уникальными химическими и физическими свойствами. Интерес к озону существенно возрос, после того, как выяснилась его распространенность в земной атмосфере и та особая роль, которую он играет в защите всего живого от воздействий опасного ультрафиолетового излучения. Особенно активно атмосферный озон стал изучаться в последние десятилетия. С ним, как ни с одним другим газом, в последние два десятилетия было связано несколько крупных сенсаций. Начиная от появившегося в самом начале 70-х годов прогноза о том, что полеты стратосферной авиации “съедят” слой озона уже к 80-м годам, и, кончая пресловутой “озоновой дырой”, которая будоражит умы людей. Гипотезы о возможном разрушении стратосферного озона под действием выброса в атмосферу выхлопных газов от двигателей сверх звуковых самолетов, фреонов, использования удобрений, извержений вулканов и т. д. Неоднократно описывались в литературе. Поскольку озон задерживает активное излучение солнца, то разрушение озонного слоя может привести к целому ряду негативных последствий для растений, животных и человека.В ряду тревожных проблем – сдвиги в мировом климате, истощение лесных, почвенных и водных ресурсов, прогрессирующее опустошение планеты – находится и проблема разрушения озонового слоя. Возможно, что антарктический озон является предвестником глобальных изменений в озоносфере. Озоносфера - одна из поверхностных оболочек планеты. Она является составной частью биосферы Земли, включающей в себя совокупность живых организмов и неорганические вещества, находящиеся в общем круговороте. К изучению процессов, связанных с атмосферным озоном, привлечены значительные силы ученых у нас в стране и за рубежом. Ведутся наблюдения за количеством озона и его “врагов” – различных загрязняющих веществ, анализируются данные за прошедшие годы, ставятся новые эксперименты. Однако проблема атмосферного озона к настоящему времени далеко не исчерпана, и ряд важных и интересных разделов этой проблемы ждет своего разрешения, в особенности явления, связанные с влиянием на озоновый слой некоторых естественных факторов и антропогенных воздействий. Для их осмысления необходимо постоянное и всеобъемлющее слежение за состоянием окружающей среды (мониторинг). Для выработки научно обоснованных выводов и прогнозирования изменений в состоянии озоносферы Земли в отдельных регионах и глобальном масштабе нужны регулярные измерения концентрации озона существующими приборами и разработка новых методов и средств наблюдений озона. Из трех стихий, окружающих человека – тверди, воды и воздуха, -–последняя, является самой уязвимой. И не случайно именно в атмосфере появился первый реальный сигнал бедствия. Этот сигнал – озоновая дыра как вестник возможного глобального уменьшения защитного слоя озона в результате антропогенных загрязнении. Цель работы - изучение и анализ проблем озонового слоя Земли. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Озоновый щит планеты. Образование озона в стратосфере.

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 (0₃). 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:

0₂ + hv -> О + О

Рис. 1. Озоновый экран: а  — озон (0₃) в стратосфере поглощает УФ-лучи Солнца; б — озон формируется в стратосфере, когда под действием УФ-лучей молекулы 0₂ распадаются на свободные атомы, способные присоединяться к другим его молекулам

Далее происходит взаимодействие атомов кислорода (в присутствии  третьего тела — М) с его же молекулами. В результате образуется молекула озона:

О + О₂ + м -> О₃ + М

 

2. Проблема разрушения озонового слоя

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 + 0₃ = N₂0 +20₂

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.

 

 

3. Проблемы и пути их решения.

 
Все сказанное выше означает, прежде всего, борьбу с увеличением количества озона в тропосфере и с выбросом хлорсодержащих веществ (особенно фреонов, угрожающих стратосферному озону). Рассмотрим некоторые проблемы, связанные с  разрушением озона и пути их решения. 

1. Выхлопы автомобилей.

 
а) замена топлива в существующем автомобильном транспорте на экологически более чистое. 
 
б) переход на другие источники энергии (например, электромобили, использование солнечной энергии). 

2. Загрязнение хлорфторуглеводородами (холодильная техника, аэрозоли).

 
а)Переход от долгоживущих фреонам на короткоживущие (меньше года). 
 
б)снижение, а затем и полное прекращение производства и использования фреонов. 

3. Химические удобрения.
4. Сжигание промышленного топлива.

 
а)Переход на экологически чистую энергетику. 

5. Ядерные взрывы.
6. Выброс отработанных газов при полетах высотных самолетов и крупных ракет.
7. Добыча нефти и природного газа.

 
Осознание опасности приводит к  тому, что международной общественностью  предпринимаются все новые и  новые шаги в защиту озонового  слоя. Рассмотрим некоторые из них. 
 
1) Создание различных организаций по охране озонового слоя (ЮНЕП, КОСПАР, МАГА) 
 
2)Проведение конференций. 
 
а) Венская конференция (сентябрь 1987г.). На ней был обсужден и подписан Монреальский протокол: 
 
– необходимость постоянного контроля за изготовлением, продажей, и применением наиболее опасных для озона веществ (фреоны, бромсодержащие соединения и др.) 
 
– использование хлорфторуглеводородов по сравнению с уровнем 1986 г. должно быть уменьшено на 20% к 1993 г. и в два раза к 1998г. 
 
б) В начале 1990г. учение пришли к выводу, что ограничения Монреальского протокола недостаточны и были внесены предложения о полном прекращении производства и выбросов в атмосферу уже в 1991–1992гг. тех фреонов, которые ограничиваются Монреальским протоколом. 
 
Проблема сохранения озонового слоя относится к глобальным проблемам человечества. Поэтому она обсуждается на многих форумах самого разного уровня вплоть до советско-американских встреч на высшем уровне (в Вашингтоне, США в декабре 1987г.) 
 
Остается лишь верить в то, что глубокое осознание грозящей человечеству опасности подвигнет правительство всех стран на принятие необходимых мер по уменьшению выбросов вредных для озона веществ.