Разрушение озонового слоя

 

Cодержание

Введение……………………………………………………………………………2

Природа и значение озонового экрана…………………………………………...3

Формирование и разрушение озонового слоя……………………………………5

Причины разрушения озонового слоя……………………………………………6

Озоновые дыры и их влияние……………………………………………………..9

Заключение…………………………………………………………..……………12

Список литературы……………………………………………………..………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Озон, находящийся на высоте около 25 км от земной поверхности, пребывает  в состоянии динамического равновесия. Он представляет собой слой повышенной концентрации толщиной около 3 мм. Стратосферный  озон поглощает жесткую ультрафиолетовую радиацию Солнца и этим защищает все  живое на Земле. Озон также поглощает  инфракрасное излучение Земли и  является одним из обязательных условий  сохранения жизни на нашей планете.

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.

В результате многих внешних воздействий  озоновый слой начинает истончаться  по сравнению со своим естественным состоянием, а при некоторых условиях над определенными территориями и вовсе исчезать – появляются озоновые дыры, чреватые необратимыми последствиями. Сначала они наблюдались  ближе к южному полюсу Земли, но недавно  были замечены и над азиатской  частью России. Ослабление озонового  слоя усиливает поток солнечной  радиации на землю и вызывает у  людей рост числа раковых образований  кожи и ряд других тяжёлых болезней. Также от повышенного уровня излучения  страдают растения и животные.

Хотя человечеством были приняты  различные меры по восстановлению озонового  слоя (например, под давлением экологических  организаций многие промышленные предприятия  пошли на дополнительные затраты  для установки различных фильтров для уменьшения вредных выбросов в атмосферу), этот сложный процесс  займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере веществ, способствующих его разрушению. Поэтому проблема озонового слоя остаётся актуальной и в наше время.

 

Природа и значение озонового  экрана.

Наряду с видимым светом Солнце излучает ультрафиолетовые волны. Ультрафиолетовое излучение похоже на световое, но длина  его волн несколько короче, чем  у фиолетовых волн, самых коротковолновых  из воспринимаемых глазом человека. Хотя ультрафиолетовые лучи невидимы, они  обладают большей энергией, чем видимые. Проникая сквозь атмосферу и поглощаясь тканями живых организмов, они  разрушают молекулы белков и ДНК. Именно это происходит, когда вы загораете. Если бы всё ультрафиолетовое излучение, попадающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности  Земли, то вряд ли на ней сохранилась  бы жизнь. Даже небольшая, доступная  нам часть этого количества (менее 1%) вызывает загар и ежегодно 200 000-600 000 случаев рака кожи в США.

Мы защищены от агрессивного воздействия  ультрафиолетового излучения, так  как большая его часть (свыше 99%) поглощается слоем озона в  стратосфере на высоте около 25 километров от поверхности земли. Этот слой обычно называют озоновым экраном.

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. И 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 как бы в равновесном состоянии. Там молекулы озона создают слой повышенной концентрации, то есть озоновый слой.

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. 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.

Озон поглощает некоторую часть  инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает  около 20% излучения Земли, повышая  отепляющее действие атмосферы.

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. 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.

 

Формирование и разрушение озонового слоя.

Как уже было сказано, озон в стратосфере  – это продукт воздействия  самого ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые  из них распадаются на свободные  атомы, а те в свою очередь могут  присоединяться к другим молекулам  кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не превращается в озон, так как свободные атомы  О, реагируя с молекулами озона, дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не статично; оно представляет собой результат  равновесия между этими двумя  реакциями. Разрушение озонового слоя – это разделение молекул озона, которое вызывают встречаемые в  стратосфере вещества, разрушающие  озоновый слой (OSNV), возникающие в  результате природных процессов (например, извержения вулканов) или эмитированные (высвобожденные) в результате деятельности человека, и содержащие хлор (Cl) или  бром (Br); а также метан или оксид  азота (I) – (N2O).

Самые существенные этапы разрушения озонового слоя:

1) Эмиссии: в результате деятельности человека, а также в результате природных процессов на Земле эмитируются (высвобождаются) газы, содержащие галогены (бром и хлор), т.е. вещества, разрушающие озоновый слой.

2) Аккумулирование (эмитированные газы, содержащие галогены, аккумулируются (накапливаются) в нижних атмосферных слоях, и под воздействием ветра, а также потоков воздуха перемещаются в регионы, которые не находятся в прямой близости с источниками такой эмиссии газов).

3) Перемещение (аккумулированные газы, содержащие галогены, с помощью потоков воздуха перемещаются в стратосферу).

4) Преобразование (бóльшая часть газов, содержащих галогены, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере преобразуется в легко реагирующие галогенные газы, в результате чего в полярных регионах Земного шара разрушение озонового слоя происходит сравнительно активнее).

5) Химические реакции (легко реагирующие галогенные газы вызывают разрушение озона стратосферы; фактор, способствующий реакциям – полярные стратосферные облака).

6) Удаление (под воздействием воздушных потоков легко реагирующие галогенные газы возвращаются в тропосферу, где из-за присутствующей в облаках влажности и дождей разделяются, и таким образом из атмосферы полностью удаляются).

 

 

Причины разрушения озонового слоя.

В 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора  катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и  прочими вредными веществами. Причём относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб  озоновому экрану, причём это влияние  будет продолжаться неопределённо долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно.

Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в  воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в  стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ) очень летучи и нерастворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу.

Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты. Более того, будучи газами при комнатной  температуре, они ожигаются при  небольшом давлении в выделением тепла, а испаряясь, вновь его  поглощают и охлаждаются. Эти  свойства позволили применять их в следующих целях.

1)Хлорфторуглероды используются  практически во всех холодильниках,  кондиционерах воздуха и тепловых  насосах как хлорагенты. Поскольку  эти приспособления рано или  поздно ломаются и выбрасываются,  содержащиеся в них ХФУ обычно  попадают в атмосферу.

2) Вторая важнейшая область  их применения – производство  пористых пластмасс. ХФУ подмешивают  в жидкие пластмассы при повышенном  давлении (они растворимы в органических  веществах). Когда давление понижают, они вспенивают пластмассу, как  углекислый газ вспенивает содовую  воду. И при этом улетучиваются  в атмосферу.

3)Третья основная область  их применения – электронная  промышленность, а именно очистка  компьютерных микросхем, которая  должна быть весьма тщательной. И опять же, хлорфторуглероды  попадают в атмосферу. Наконец,  в большинстве стран, кроме  США их, до сих пор используют  как носители в аэрозольных  баллончиках, которые распыляют  их в воздухе.

Ряд промышленных стран (например, Япония) уже объявили об отказе от использования  долгоживущих фреонов и переходе на короткоживущие, время жизни которых  существенно меньше года. Однако в  развивающихся странах такой  переход (требующий обновления ряда областей промышленности и хозяйства) встречает понятные трудности, поэтому реально вряд ли можно ожидать полного прекращения в обозримые десятилетия выброса долгоживущих фреонов, а значит, и проблема сохранения озонового слоя будет стоять очень остро.

В.Л.Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона  хлором не единственный. Существуют также  азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород - "главный  газ Земли". Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты  и через систему глубинных  разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает  то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.

Разрушение озона происходит также из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, соединений азота, брома. Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное  соглашение, предусматривающее сокращение производства озоноразрушающих веществ. Однако озоновый слой разрушает также  реактивная авиация и некоторые  пуски космических ракет.

Предполагается множество  других 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, 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.