Значение озонового слоя атмосферы, озоновые дыры. Солнечный спектр на границе атмосферы и земной поверхности. Влияние солнечной активнос

Министерство здравохранения Украины

Луганский государственный медицинский университет

 

 

 

Кафедра гигиены и экологии

Зав. каф. д. м. н. Витрищак С. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 на тему:

«Значение озонового  слоя атмосферы, озоновые дыры.

Солнечный спектр на границе атмосферы и земной поверхности.

Влияние солнечной  активности на биосферу, организм человека, здоровье населения.»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила

Студентка 22 группы III курса

педиатрического факультета

Дробова Н. Н.

Преподаватель: Жук С. В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Луганск - 2009

Содержание

 

 

Вступление…………………………………………………………………… 3

1.Озоновый  слой………………………………………………………………4

1.1 . Что  такое озоновый слой?.................................................................4

1.2.  Причины  ослабления озонового щита.

         Озновые  дыры…………………………………………………….. 5

1.3. Пути  решения проблем……………………………………………...6

2.Солнечная  радиация…………………………………………………………7

2.1.  Солнечный спектр на границе  атмосферы и 

         земной повепхности………………………………………………..7

2.2. Ослабление потоков лучистой  энергии в атмосфере……………...8

3. Влияние  солнечной активности  ………………………………………….11

4. Вывод………………………………………………………………………..14

5. Литература……………………………………………………….................15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступление

 

 

Жизнь на Земле существует главным  образом потому, что она защищена от губительных космических излучений. Эту защиту создаёт слой озона, разновидности  кислорода. Озон – один из важнейших малых газов атмосферы. При электрических разрядах и под действием ультрафиолетового излучения Солнца к двум атомам кислорода в молекуле присоединяется ещё один – О₃. После грозы, в хвойном лесу этим газом легко и приятно пахнет (в переводе с греческого «озон» означает «пахнущий»). Он синего цвета, является сильным окислителем и при больших скоплениях способен разлагаться с взрывом.

Озон поглощает короткие волны  солнечного спектра и практически  не пропускает ультрафиолетовое излучение. Также он не пропускает около 20% излучения, исходящего от Земли, а это препятствует охлаждению планеты.В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10^-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Значение  озонового слоя

1.1. Что такое «озоновый слой»?

Озон  является аллотропным видоизменением кислорода с трехатомной молекулой O3. Молекула озона не линейна и  имеет структуру треугольника с  тупым углом при вершине и  равными межъядерными расстояниями .

Озон  – одна из форм существования химического  элемента кислорода в земной атмосфере. Последняя состоит в основном из азота и кислорода. В приземном  воздухе, равно как и во всей атмосфере  до высоты около 150 км, и азот, и кислород существуют практически только в  форме молекул N2 и O2. Однако на всех высотах в атмосфере идут процессы диссоциации (т.е. разрушения молекул), приводящих к появлению атомов N и O. Эти процессы компенсируются быстрыми реакциями обратного соединения атомов в молекулы, поэтому концентрации атомов O и N ниже 100 км очень малы.

 

С увеличением  высоты скорость процессов диссоциации  растет, а обратных реакций падает, поэтому относительная концентрация атомарных компонентов увеличивается. Но лишь примерно со 100 км атомарный  кислород становится одним из основных компонентов атмосферы, а на высоте около 150 км концентрации атомов и молекул  кислорода сравниваются. На большой  высоте кислород существует уже главным  образом в виде атомов. Количество атомарного кислорода (хотя и очень  малое) с увеличением высоты над поверхностью Земли растет [1]. Это объясняет и рост с высотой количества молекул O3. Но с некоторого уровня разрушение молекул O3 солнечным излучением растет с высотой быстрее, чем их образование из атомов O, поэтому, начиная с этого уровня (так называемого максимума слоя озона) концентрация озона с высотой начинает уменьшаться[8].

Озоновый «экран» расположен в  стратосфере, на высотах от7-8 км. на полюсах, 17-18 километров на экваторе и  примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в  слое 22 – 24 километров над Землей.

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[1].

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[3].

1.2. Причины ослабления озонового щита. Озновые дыры

 

До недавнего времени состояние  слоя озона не внушало опасений. Тревожные сигналы начали поступать 20 лет назад. С началом космических  исследований атмосферы Земли обнаружено нарушение озонового слоя над  Антарктидой. Слой озона разрушается  под действием загрязнения атмосферы  оксидами азота, содержащимися в  выбросах летательных аппаратов, при  извержении вулканов, но главный враг озонового слоя – не самолёты и  ракеты, а домашние и промышленные холодильники, аэрозольные баллончики! Точнее, содержащийся в них фреон. В 1974 – 1975 г.г. было установлено, что наблюдаемое накопление газа фреона в атмосфере может быть причиной разрушения озонового щита[2]. Проникая в стратосферу, молекулы фреонов под действием солнечного излучения выделяют атомы хлора, а они вызывают распад озона. Это ставит под угрозу жизнь человечества. Время жизни самых опасных фреонов – от 70 до 100 лет. Одна единственная молекула фреона может дать начало последовательности реакций, в которых исчезает множество молекул озона[4]. Значит, главная причина образования озоновых дыр – бытовая и хозяйственная деятельность человека.

 

Озоновый слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового  излучения Солнца. Обнаружено, что  в течение многих лет озоновый слой претерпевает небольшое, но постоянное ослабление над некоторыми районами Земного шара, включая густо населенные районы в средних широтах Северного  полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная "озоновая дыра".

Разрушение озона происходит из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали  международное соглашение, предусматривающее  сокращение производства озоно-разрушающих  веществ. Однако озоновый слой разрушает  также реактивная авиация и некоторые  пуски космических ракет[4].

Предполагается множество  причин ослабления озонового щита.

 Во-первых, – это запуски  космических ракет. Сгорающее  топливо «выжигает» в озоновом  слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют  довольно долго.

 Во-вторых, самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие  вещества разрушают озон. Но, в  то же время самолеты, летающие  ниже 12 км.  Дают прибавку озона.  В городах он – один из  составляющих фотохимического смога. 

В- третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности  почвы, особенно при разложении азотных  удобрений.

В – четвертых, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны – это не вступающие у  поверхности Земли ни в какие  химические реакции газы, кипящие  при комнатной температуре, а  потому  резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их расширении снижается  их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.

Каждый год количество фреонов  в земной атмосфере увеличивается  на 8-9%.  Они постепенно поднимаются  наверх, в стратосферу и под  воздействием солнечных лучей становятся активными – вступают в фотохимические реакции выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способна разрушить  сотни и тысячи молекул озона

В 1974 – 1975 г.г. было установлено, что  наблюдаемое накопление газа фреона в атмосфере может быть причиной разрушения озонового щита. Проникая в стратосферу, молекулы фреонов  под действием солнечного излучения  выделяют атомы хлора, а они вызывают распад озона. Это ставит под угрозу жизнь человечества. Время жизни  самых опасных фреонов – от 70 до 100 лет. Одна единственная молекула фреона может дать начало последовательности реакций, в которых исчезает множество  молекул озона. Значит, главная причина образования озоновых дыр – бытовая и хозяйственная деятельность человека.

 

1.3. Пути решения проблем.

       Чтобы начать  глобальное восстановление нужно  уменьшить доступ в атмосферу  всех веществ, которые очень  быстро уничтожают озон и долго  там хранятся.

       Также мы - все  люди должны это понимать и  помочь природе включить процесс  восстановления озонового слоя, нужны новые посадки лесов,  хватит вырубать лес для других  стран, которые почему-то не  хотят вырубать свой, а делают  на нашем лесе деньги.

        Для восстановления озонового слоя его нужно подпитывать. Сначала с этой целью предполагалось создать несколько наземных озоновых фабрик и на грузовых самолетах «забрасывать» озон в верхние слои атмосферы. Однако этот проект (вероятно, он был первым проектом «лечения» планеты) не осуществлен.

Если этот эксперимент окажется удачным, в дальнейшем предполагается использовать опыт российской орбитальной  станции «Мир» и создать на высоте 400 км несколько космических платформ с источниками энергии и лазерами. Лучи лазеров будут направлены в центральную часть озонового слоя и станут постоянно подпитывать его. Источником энергии могут быть солнечные батареи. Космонавты на этих платформах потребуются лишь для периодических осмотров и ремонта.

У этого проекта был предшественник – американская СОИ (стратегическая оборонная инициатива) с планом использования  мощных лазеров для «звездных  войн».

Осуществится ли грандиозный мирный проект, покажет время. Но и физическая химия, и космонавтика уже готовы к тому, чтобы начать восстанавливать  комфортное для жизни химическое равновесие на нашей планете.      

Принимая во внимание чрезвычайность ситуации, необходимо:

расширить комплекс теоретических и экспериментальных  исследований по

 проблеме  сохранения озонового слоя;

провести  первую Международную научную конференцию  по проблемам сохранения озонового  слоя активными способами;

— создать  Международный фонд сохранения озонового  слоя активными способами;  
— провести Международный телемост на тему сохранения озонового слоя с участием ведущих ученых, политических, религиозных и общественных деятелей;  
— организовать Международный комитет для выработки стратегии выживания человечества в экстремальных условиях.

 

 

2. Солнечная радиация

2.1.  Солнечный спектр на границе  атмосферы и земной повепхности

 

Большинство  происходящих в атмосфере явлений, изучаемых оптиками и метеорологами, развиваются за счет  лучистой энергии, т.е. энергии, доставляемой Земле солнечной  радиацией. Мощность этой энергии примерно может быть оценена в 18*10²³ эрг/с. Энергетический спектр солнечной радиации на границе атмосферы близок к спектру абсолютно черного тела с температурой порядка 6000⁰К (рис.1.).

До того, как солнечное излучение достигнет  поверхности, оно проделает длинный  путь через земную атмосферу, где будет не только рассеяно и ослаблено, но и изменено по спектральному составу [5].

Рис.1. Распределение  энергии в спектре солнечной  радиации на границе атмосферы: 1- по данным 1903-1910 гг., 2 - 1920-1922 гг., 3 - 1917 г., 4 - абсолютно черное тело при температуре 5713⁰К.