Озоновый слой

Реферат - Озоновый слой - щит Земли.

 Содержание.

  1. Введение.

  2. Озоновый слой - шит Земли.

  3. ХФУ и озон стратосферы: химия процесса взаимодействия.

  4. Источники поступления ХФУ в атмосферу.

  5. Открытие проблемы и дальнейшее развитие ситуации вокруг этого открытия.

  6. Воздействие  на здоровье и окружающую среду:

  7. Увеличение случаев заболевания раком кожи.

  8. Подавление имунной системы человека.

  9. Поражение глаз.

  10. Уничтожение урожаев.

11. Вредное воздействие на некоторые морские организмы.

12. Заключение.

Введение:

В 1985 г. специалисты  по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона проостирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т. е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная“дыра”. В начале 80-х по измерениям со спутника “Нимбус-7”аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%. Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0. 0001%, однако именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиныой волныl<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б , наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем уl-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона.

В мае 1985 года британские ученые объявили о резком сокращении концентраций озона в  стратосфере над Антарктикой  каждой весной южного полушария. Это  явление получило название“озоновой дыры”.

Существуют  объективные причины, по которым  “дыры”в первую очередь образуются над Антарктикой. Бром и хлор, несущие главную ответственность за разрушение озона, в среднем равномерно распределены в атмосфере Земли. Однако в Антарктике условия таковы, что эти вещества, вступая в химические реакции, способны уничтожить больше озона, чем в районах с более теплым климатом.

Маршруты  движения антарктических циркумполярных ветров строго ограничены полярным регионом. В дополнение к этому антарктическая атмосфера долгие месяцы остается в  темноте (в течение полярной ночи), при этом значительно охлаждаясь. С падением температуры атмосферы  в стратосфере начинают образовываться ледяные облака.

Когда в августе  первые лучи Солнца начинают проникать  в стратосферу, то в ней начинают происходить химические реакции, отличающихся от реакций в стратосфере умеренных  широт. “В то же время, эти реакции  намного эффективнее с точки  зрения разрушения полярного озона, так как в стратосфере отсутствуют  окислы азота, которые бы прекращали цепную реакцию”, - пишет Шервуд Роуленд в 1990 году в журнале “Амбио” (Ambio). Падение концентраций озона продолжается до поздней весны, когда солнечные лучи (падающие на Землю под большим углом) разогревают атмосферу настолько, что из ледяных облаков начинает выделяться азот. Скорость падения концентраций озона стремительно возрастает с позднего августа, прогрессирует в сентябре и спадает к середине октября.

По данным, приведенным в отчете Межправительственной группы экспертов по проблемам изменениям климата за 1992 год, в весенний период в стратосфере Антарктики отмечается падение концентраций озона более  чем на 90 процентов. Данные американского  спутника Нимбус-7 показали, что площадь  поверхности озоновой дыры, по грубым подсчетам, соизмерима с площадью Западной Европы или континентальной части  США.

В докладе 1992 года Межправительственная группа экспертов  по пролеме изменения климата (IPСС) отмечает, что, в предшествующие докладу пять лет, феномен дыры повторялся и ее размер достигал огромных масштабов. Это положение отличалось от ситуации середины 80-х годов, когда рост размера“дыры” колебался каждые год-два. Согласно заявлению Межправительственной группы, недавние лабораторные исследования обнаружили дополнительные свидетельства образования антарктической озоновой дыры по причине использования хлор- и бромсодержащих веществ. Что же касается Арктики, то условия в ее атмосфере сходны с условиями в атмосфере Антарктики. Разница лишь в том, что период циркуляции холодных циркумполярных ветров в атмосфере Арктики короче, чем в Антарктике и ее атмосфера теплее атмосферы южного полюса.

Разница климатических  условий этих двух регионов объясняется  частично большей массой земной поверхности, расположенной в северном полушарии  планеты, и влияющей на активность атмосферы.

В 1989 году воздушная  экспедиция по изучению стратосферы  Арктики НАСА (первое наиболее полное исследование Арктического региона) обнаружила, что в зимний период в стратосфере  Арктики содержится почти столько  же оксида хлора (ClO), сколько и в стратосфере Антарктики. Это то же самое вещество, которое приводит к образованию озоновой дыры в Антарктике.

Роуленд прокомментировал этот факт в журнале “Амбио”в 1990 году. Он сказал, что потеря озонового слоя может происходить и в стратосфере Арктики. Однако периоды падения концентраций озона в Арктике не такие длительные, как в Антарктике, поскольку арктический циркумполярный поток не такой постоянный, как в Антарктике. Тем не менее, хотя потери озона в Арктике, сравнимые с потерями озона в Антарктике, зарегистрированы не были, “в отдельных арктических областях отмечены высокие концентрации реакционного хлора в зимний период”, - отмечается в докладе IPCC.

Сегодня термин “озоновая дыра”хорошо известен во всем мире. Однако, нам все еще не достает понимания в полной мере природы самого явления. Что же это такое озоновая дыра? Где появляются озоновые дыры? Насколько они большие? Что стало причиной их возникновения? Как они будут себя вести в будущем? И, наконец, какую опасность они представляют для человечества?

Несмотря  на то, что проблема озоновой дыры существует менее двадцати лет, большинство людей уже слышало о ней. Слово“дыра” хорошо позволяет представить проблему визуально. Тема озоновой дыры объединяет в себе захватывающую дух интригу, в центре которой оказались передовые направления современной науки и техники. В течение лишь нескольких лет после открытия ряда чрезвычайно полезных химических соединений, стремительно завоевавших рынок, было обнаружено, что эти вещества наносят вред окружающей среде. В кратчайшие сроки было достигнуто беспрецедентное международное соглашение по контролю за их использованием, и были созданы и внедрены в различные технологические процессы альтернативные продукты, более приемлемые с экологической точки зрения.

1. Озоновый слой - щит земли.

Озон представляет собой едкий, слегка голубоватый  газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода (O3), так что озон является “химическим родственником”более стабильного и изобилующего в атмосфере вещества, необходимого для дыхания человека, состоящего из двух атомов кислорода (О2). Озон образуется, когда молекула кислорода распадается на атомы под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения. Атомы кислорода вступают в связь с молекулами кислорода, при этом образуется озон (О+ О2—>O3).

 Свойства  озона:

Способность поглощать биологически опасное  ультрафиолетовое излучение Солнца Озон - сильнейший окислитель (попросту яд), поэтому приземный озон опасен Способность поглощать инфракрасное излучение земной поверхности Способность  прямым и косвенным образом влиять на химический состав атмосферы В отличие от других атмосферных составляющих озон появился в атмосфере исключительно химическим путём и является наиболее молодой атмосферной компонентой. Наиболее ценным с экологической точки зрения 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 (такие, например, как гидроксильный радикал), 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 поверхностного УФ излучения. Растительность на суше появилась лишь чуть более 400 миллионов лет тому назад, когда содержание кислорода составило примерно 0, 5, а озона - 0, 7 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. 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 составляет 80%.

Существует  “хороший озон” и “плохой озон”. “Плохой озон”- ученые называют фотохимическим смогом, поразившим такие крупнейшие города, как, например, Лос-Анджелес, Мехико, Денвер, Чикаго, Нью-Йорк и многие другие. Существуют принципиальные отличия между“плохим” и “хорошим”озоном. Если на время оставить широко распространенную проблему городского смога, то окажется, что приблизительно 90 процентов озона Земли - это озон стратосферы, слоя атмосферы, расположенного высоко над земной поверхностью. Стратосфера располагается над тропосферой, нижним слоем атмосферы, толщина которого составляет километры. В тропосфере воздух наиболее плотный и там происходит большая часть преобразований, связанных с формированием погоды. Стратосфера начинается на высоте 8 км над полюсами (17 км над экватором) и простирается вверх на высоту приблизительно 50 км .

Озон в  стратосфере обычно относят к  “хорошему”озону, так как он предохраняет землю от разрушительного ультрафиолетового излучения. Большая часть из оставшихся 10 процентов“плохого”озона находится в приземном слое атмосферы - тропосфере - и, достигнув определенных концентраций, он представляет опасность для здоровья и благополучия населения.

Непосвященные наблюдатели, те, кто главным образом  слышат о проблеме фотохимического  смога и не слышат об ультрафиолетовом излучении, могут предположить, что  в атмосфере Земли содержится слишком много озона. В некотором  роде они правы. Да, слишком много  в одних местах. Но существует опасность  того, что его может оказаться слишком мало там, где он необходим. Следует уточнить, однако, что и понятие“много” относительно. Молекулы озона в земной атмосфере встречаются крайне редко. Концентрация молекул озона в атмосфере ниже, чем одна молекула O3на каждый миллион молекул воздуха. Такое соотношение одновременно как подчеркивает, так и дает неверное представление о том, какую критическую роль играет озон в глобальной экологической системе. Ключевой момент заключается в том, что озон поглощает солнечное ультрафиолетовое излучение (УФ излучение с длиной волны в диапазоне между 280 и 320 нанометров, способное повредить ДНК живых организмов). Это свойство делает озон незаменимым элементом защиты человека от УФ излучения, способного нанести огромный биологический вред. Общее количество озона в атмосфере, если его сжать до плотности воздуха у поверхности Земли, составит слой толщиной приблизительно в 3, 5 миллиметра. И эта тонкая пленка является одним из ключевых факторов, делающих окружающую среду планеты пригодной для жизни человека.

Ни климат, ни погода не являются статичными системами. То же верно и для озона. Количество озона в стратосфере сильно различается  в зависимости от географической широты, от высоты расположения в слоях  атмосферы и от времени года. Показатели концентраций O3могут также меняться год от года. Например, общее количество озона в северных умеренных широтах  показывает сильную корреляцию с  сезонными циклами. Согласно данным Шервуда Роуленда, опубликованным в 1990 году в издании“Амбио”, наиболее высокие концентрации озона в этих широтах отмечены в марте-апреле и наименьшие в октябре-ноябре. По мнению ученого Памеллы Зурер, естественные колебания озона могут достигать 25 процентов в высоких широтах. Эту информацию она опубликовала в 1993 году в журнале“Новости химии и инженерии”.

В дополнению к сказанному нужно напомнить, что молекулы озона постоянно образуются и разрушаются в стратосфере. Новые молекулы озона непрерывно возникают в процессе химических реакций, происходящих на солнечном свету. Когда молекулы озона подвергаются воздействию солнечных лучей, они распадаются на очень активный элемент - атомарный кислород (О). Атомарный кислород вступает в реакцию с молекулами кислорода с образованием озона.