Мониторинг озонового слоя Земли

 

 

                               Курсовая работа

          

 

          по дисциплине “Экологический мониторинг”

          на тему: “Мониторинг озонового слоя Земли ”

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                              Выполнил студент:                                                                                                                                          

                                                                                                                  Группы ЭКО-301                                                                                                                                                                   

                                                                                                                         Радаева В.С.

                                                                                                    Проверил преподаватель:

                                                                                                                      Петрякова О.Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тольятти 2008 г.

 

Оглавление

 

Введение…………………………………………………………….…3

 

1.Из истории…………………………………………………………...4

 

2.Местоположение и функции озонового слоя……………………...5

 

3. Химия озонового слоя и жизнь на Земле……………………...…..6

 

4.Причины ослабления озонового щита…………………………….12

5. Озоновый щит против парникового  эффекта…………………….13

   5.1. Климат………………………………………………………......13

   5.2. Так ли всесилен парниковый эффект?.......................................13

   5.3. Изучение проблемы  озонового слоя…………………………..15

   5.4. Страна озоновой аномалии…………………………………….16

 

6. Гипотеза солнечно-атмосферного  резонанса……………………..17

 

   6.1. Глобальная  политика и глобальная экология………………....17

   6.2. О механизмах  воздействия СА на атмосферу………………...18

    6.3. Солнечно-атмосферный резонанс…………………………......19

 

7. Озон и климат в стратосфере………………………………………20

8. Разрушение озонового слоя  земли хлорфторуглеводородами…...21

9. Что было сделано в области  защиты озонового слоя……………..22

10. Факты говорят сами за себя………………………………………..23

Вывод……………………………………………………………………25

Список литературы……………………………………………………..26

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

На сегодняшний  день проблема озона беспокоит очень многих, о ней наслышаны даже те, кто раньше и не знал о существовании озонового слоя в атмосфере, а помнил о нём только из школьного курса химии. И интерес к этой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Изменения в озоновом слое могут привести к изменению климата на планете в худшую сторону, поднимется уровень мирового океана, возрастёт количество раковых заболеваний из-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца достигающего поверхности планеты. К сожалению опасения людей, об изменении озонового слоя не беспочвенны. Впервые об опасности изменения озонового слоя Земли начали говорить ещё в 70 годы. Но тогда мало, что было сделано, что бы нейтрализовать эту угрозу. Если бы в те годы ввели эффективные методы по предотвращению этой угрозы, то в наше время это проблема не была бы так актуальна. В первую очередь это связано с экономическими интересами.

К разрушению озонового слоя приводят различные  химические вещества. Такие как фреоны, использующиеся в холодильной промышленности и в аэрозолях. Окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания реактивных самолётов и ракет. Причём последнее особенно вредно, так как на больших высотах окислы азота живут очень долго. Применение большого количества минеральных удобрений тоже вредит озоновому слою. Дымовые газы электростанций вырабатывают миллионы тонн закиси азота в год.

Таким образом, большая часть воздействия на озоновый слой планеты связана с хозяйственной деятельностью человечества. Поэтому быстрого изменения ситуации ждать не стоит. Ведь человечество не может взять и отказаться от использования минеральных удобрений или быстро перейти на новые технологии производства холодильных установок.

О нарушении  озонового слоя свидетельствовали  озоновые дыры появлявшиеся весной над Антарктикой. Там благодаря особой циркуляции воздуха в атмосфере в зимние и весенние месяцы, присутствующие в стратосфере химические вещества, такие как хлор, фтор, азот, метан и др., преобразуются в активные, которые быстро разрушают озон. Измерения показали, что в такие периоды концентрация окиси хлора в 100-500 раз больше чем в средних широтах. То есть вредные вещества, которые попадают в атмосферу, переносятся движением воздуха на все широты, но только в Антарктике в конце зимы и весной, благодаря особым природным условиям они эффективно разрушают стратосферный озон. Но это не значит что проблема озоновой дыры в Антарктике региональная, а не глобальная.

Весь озон на планете находится как бы в  сообщающихся сосудах, в одних районах  он образуется регулярно, а в других плохо, где-то он живёт годы, а где-то секунды. Соответственно если он исчезнет без компенсации в одном месте, то общий объём озона в мире уменьшится. Но в нашем техногенном мире, перекись азота, поступающая в приземной воздух больших городов в составе автомобильных выхлопных газов, реагирует при ультрафиолетовом облучении с ненасыщенным углеводородом, тем самым, формируя в больших городах озоновый смог. В приземном слое воздуха озон не только образуется, но и разлагается. Разложение происходит за счёт растений, животных и промышленных выбросов.

 

 

1. Из истории

С начала 20 века ученые 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 озоно-разрушающих 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 озоно-разрушающих 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 озоно-разрушающих веществ в атмосфере уменьшились.

 

 

2. Местоположение и функции озонового слоя

 

В принципе озон это разновидность  кислорода. Озон был открыт в 1839 году немецким химиком Шенбейном, а в 1873г. его обнаружили в приземной атмосфере. Спустя 8 лет английский химик Гартли обнаружил озон в верхних слоях атмосферы.

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.

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.

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. Химия озонового слоя и жизнь на Земле.

 

В отличие от других атмосферных  составляющих озон появился в атмосфере  исключительно химическим путём и является самой молодой атмосферной компонентой. С экологической точки зрения наиболее ценным свойством озона является его способность поглощать биологически опасное ультрафиолетовое излучение Солнца; в то же время как химическое соединение озон является сильнейшим окислителем (попросту ядом), способным при непосредственном контакте отравить ту самую флору и фауну, которую он защищает в качестве стратосферного озонового слоя. Помимо этого озон является эффективным парниковым газом. И, наконец, озон  оказывает заметное влияние на малые активные составляющие атмосферы, а через них - и на стабильные компоненты, которые, как и сам озон, поглощают и ультрафиолетовое и инфракрасное излучение. Тем самым озон оказывает не только прямое, но и косвенное влияние на парниковый эффект и уровень ультрафиолетового (УФ) излучения на поверхности Земли.

 

Эти свойства делают озон одной из наиболее важных малых атмосферных  составляющих, сохранение которой на современном уровне обеспечивает те экологические и биологические условия, в которых земная фауна и флора существует уже многие миллионы лет.

 

Связь эволюции земной жизни  с озоном можно проследить с помощью  данных, приведенных на рис.1(источник - R.P.Wayne (1991) Chemistry of  the Atmospheres. 2nd ed., Clarendon Press, Oxford, U.K.). , где показано, каким образом изменялись приземная концентрация кислорода и общее содержание озона за последние 4 миллиарда лет по сравнению с сегодняшним уровнем, принятым за единицу. На этом рисунке по оси абсцисс отложено время в миллионах лет тому назад.

 

Видно, что  растительность на суше появилась лишь чуть более 400 миллионов лет тому назад, когда  содержание кислорода составляло более 0,6, а озона - более 0,8 современного уровня, что оказалось достаточным, чтобы  защитить живые клетки от коротковолнового солнечного излучения. До этого момента жизнь развивалась исключительно в водной среде, которая и обеспечивала соответствующую защиту вместо озонового слоя. Появление растительности на суше ускорило накопление атмосферного кислорода за счёт процессов теперь уже наземного фотосинтеза и вскоре содержание кислорода и озона в атмосфере достигли современного уровня. Накопление кислорода в атмосфере до появления растений на суше происходило за счёт процессов фотосинтеза в океане, а также за счёт дегазации базальтовой магмы. Оба этих источника атмосферного кислорода продолжают действовать и сейчас, причём доля океана в фотосинтезе кислорода сегодня составляет 80%.

 

Отсюда можно сделать  вывод, что жизнь на Земле последние 400 миллионов лет развивалась под защитой озонового слоя.

 

Эта роль объясняется  тем, что озон поглощает солнечное  УФ-излучение совершенно в том  же диапазоне длин волн, что и  молекулы живых клеток. В результате биологически опасное УФ-излучение  поглощается в атмосфере, не достигая поверхности Земли. Эта ситуация поясняется на Рис.2., где показана зависимость высоты, на которой поглощается 90% первичного солнечного ультрафиолетового излучения (в присутствии озонового слоя и без него) от длины волны (источник - Dr. Stephen Wison, Tropospheric Chemistry Overview). По оси ординат отложена высота в км, а по оси абсцисс – длина волны в нанометрах.

 

Видно, что в диапазоне  длин волн 230-290 нм, который биологически является наиболее чувствительным, эта  высота превышает 30 км, обеспечивая надёжную защиту живых форм на поверхности Земли. На том же рисунке показано, что в отсутствие озонового слоя весь поток в этой области длин волн достигал бы поверхности Земли, возвращая нас к ситуации, существовавшей 4 миллиарда лет тому назад. Но даже не полное отсутствие, а только убыль атмосферного озона на 20% (если верить рис.1), могла вернуть бы нас на 400 миллионов лет назад, когда на суше не было даже растений.