Экологические функции озонового слоя

 

 Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет имени

Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Кафедра: «Химических технологий»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему:

«Экологические функции озонового слоя»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2014г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

 

1. Введение
2. История озонового слоя
3. Формирование озонового слоя
1. Механизм образования озонового слоя, предложенный Сиднеем Чэпманом
4. Расположение озонового слоя в атмосфере
5. Функции озонового слоя
6. Причины разрушения озонового слоя
7. Охрана и защита озонового слоя Земли

8. Меры по предотвращению истощения озонового слоя, предпринимаемые в Российской Федерации

     9) Заключение

    10) Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В ХХ веке появились признаки изменения климата. На Земле стало теплее. Последнее столетие было самым тёплым из тысячелетия. С чем это связано? К каким последствиям это может привести? Нас давно интересуют проблемы окружающей среды. О проблемах атмосферы, о роли озона и озонового экрана в конце прошлого века много писали и спорили в научных кругах, это широко освещалось в прессе.

Так же 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.

Человек ли и его влияние стали главными в появлении этой проблемы? Тема эта актуальна и важна сегодня, как и раньше. Целью является: изучение экологических функций озонового слоя. Объект исследования: озоновый слой. Предмет исследования: озоновый слой как условие  жизни на Земле и его функции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 История озонового слоя:

 

Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.

 С начала 20 века ученые стали наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.

16 сентября 1987 г. был принят  Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.

С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.

По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики.

Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. Однако на ближайшие годы придется пик истощения озоносферы, а наиболее сложным будет 1998 год. После этого, полагают ученые, озоновый слой начнет медленно восстанавливаться. [1. с. 35]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формирование озонового слоя:

При поглощении ультрафиолета в атмосфере образуется своего рода смесь, в которой преобладают свободные электроны, нейтральные атомы кислорода, положительные ионы молекул кислорода. При их взаимодействии и образуется озон. Взаимодействие ультрафиолетового излучения с кислородом происходит по всей высоте атмосферы - есть сведения, что в мезосфере, на высоте от 50 до 80 километров, уже наблюдается процесс образования озона, который продолжается в стратосфере (от 15 до 50 км) и в тропосфере (до 15 км). Вместе с тем верхние слои атмосферы, в частности мезосфера, подвержены такому сильному воздействию коротковолнового ультрафиолета, что ионизуются и распадаются молекулы всех составляющих атмосферу газов. Не может не разлагаться и только что образовавшийся там озон, тем более, что для этого требуется почти такая же энергия, как и для молекул кислорода. Тем не менее, разрушается он не полностью - часть озона, который в 1,62 раза тяжелей воздуха, опускается в нижние слои атмосферы до высоты 20-25 километров, где плотность атмосферы позволяет ему находиться в равновесном состоянии. Там молекулы озона создают слой

повышенной концентрации, то есть озоновый слой. [2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Механизм образования озонового слоя, предложенный Сиднеем Чэпманом:

 

 

Реакции образования озона: 
 
О2 + hν → 2О 
О2 + O → О3 
 
Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175—200 нм и до 242 нм.[3, c.75] 
 
Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом: 
 
О3 + hν → О2 + О 
О3 + O → 2О2 
 
Кроме реакций, входящих в механизм Чэпмана, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чэпмана) , водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами. 
 
Азотный цикл (NOx): 
 
N2O + O(1D) → NO + NO 
О3 + NO → NO2 + О2 
NO2 + О → NO + О2 
 
Водородный цикл (HOx) : 
 
Н2O + O → OH + OH 
ОН + О3 → НО2 + О2 
НО2 + О3 →ОН + 2О2 
 
Хлорный цикл (ClOx): 
 
CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl 
Cl + O3 → ClO + O2 
ClO + O → Cl + O2

[3,c 75-77]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расположение озонового слоя в атмосфере:

 

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км, в котором под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца кислород (О2) ионизируется, приобретая третий атом кислорода, и получается озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Более того, 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. 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. [5]

 

 

Функции озонового слоя:

 

Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы. Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.

Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира. Уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству. [1,c. 43]

А так же, озон на большой высоте очень даже полезен для человека. Озон поглощает ультрафиолетовые лучи, которые в больших дозах могут вызывать солнечные ожоги и даже рак кожи.

 

 

 

 

 

Причины разрушения озонового слоя:

 

Причиной этого является загрязнение воздуха, кислотные дожди, парниковый эффект, попадание в стратосферу веществ, вступая в реакцию с которыми химически нестабильные молекулы озона распадаются. Существует два источника попадания в стратосферу этих веществ: 

 

 

1. Человеческая деятельность. Здесь тоже можно выделить две причины: В различных холодильных установках активно используются фреоны – соединения хлора, которые также входят в состав теплоизоляционных материалов (например, пенопласта). Они химически очень стойки, и поднимаясь в атмосферу, не вступают в реакцию с какими-либо компонентами воздуха, пока не достигают стратосферы. Там под воздействием солнечной радиации они, распадаясь, выделяют хлор, с которым мгновенно вступает в реакцию химически активные молекулы озона. Один атом хлора способен разрушить до ста тысяч молекул озона. Авиация и космические полеты также отрицательно влияют на озоновый экран. При космических запусках ракет, а также систем многоразового использования «Шатл», в стратосфере образуются дыры, которые сохраняются длительное время после полета. Подобное воздействие происходит со стороны авиации. Кроме того, сверхзвуковые самолеты выделяют в стратосферу окислы азота, которые разрушают молекулы озона. 
2. По мнению российских ученых, озоновый слой может сокращается в результате попадания в стратосферу молекул водорода по природным причинам. В ядре планеты находятся достаточно обширные ресурсы водорода, который поступает в атмосферу через систему глубинных разломов в земной коре. Водород, подобно хлору и азоту, вступает в реакцию с молекулами озона, и в результате разрушается озоновый слой.
3. 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. 
   4. Самолеты летающие на высотах в 12-16 км. также приносят вред озоновому слою, тогда как летающие ниже 12 км. напротив способствуют образованию озона.[6, c. 11-13]

 

 

 

 

 

 

Охрана и защита озонового слоя Земли:

Убедительное подтверждение уменьшение концентрации стратосферного озона заставил мировое сообщество задуматься над тем, как сохранить озоновый слой Земли. В 1985 году в Вене была созвана конференция, участники которой согласились с необходимостью принятия мер по защите озонового слоя. Рамочный характер Венской конвенции 1985 года не предусматривал каких-либо конкретных действий со стороны присоединившихся к ней стран. Год спустя охрана озонового слоя вновь стала предметом многосторонних переговоров. Канада, США, Норвегия, Финляндия, Австралия и Судан считали, что выход — в замораживании их производства и в значительном ограничении потребления. Большинство европейских стран было согласно только на ограничение производства. Развивающиеся страны выступали против принятия каких-либо административных мер, так как опасались, что они могут стать препятствием для развития промышленности. СССР и Япония придерживались сходной позиции, а практически все крупнейшие производители ОРВ были категорически против принятия любых ограничений.