Озоновый щит планеты и его защита

 ДОКЛАД

по химии на тему:

«Озоновый щит  планеты и его защита»

Работу выполнила

Ученица 11 класса

МОУ СОШ с. Нарасун

Ганжипова Валентина

История озонового  слоя

Вся история человеческой цивилизации - история взаимоотношений  человека и природы. Проблема взаимоотношений  человека и природы возникла еще  на заре человеческой цивилизации 10-15 тысяч лет тому назад. Сейчас антропогенные  изменения окружающей среды таковы, что можно говорить об их глобальном и катастрофическом характере, как  по масштабам, так и по последствиям. Атмосфера имеет исключительное значение для живых организмов Земли, являясь средой обитания большинства  из них. При этом наибольшее значение для живых организмов имеет постоянный состав воздуха (атмосферы), сформировавшийся в ходе геобиоэво-люции Земли. Другая важная функция атмосферы и особенно входящего в ее состав озонового слоя - защита живых организмов от вредного воздействия солнечной и космической радиации. Именно после формирования озонового слоя в атмосфере жизнь на Земле вышла на сушу. Озоновый слой - Это присутствующий в слабой концентрации в стратосфере озон, который поглощает жесткое коротковолновое солнечное излучение, губительное для живых организмов. Область наибольшей концентрации озона в атмосфере достаточно локальна и расположена на высоте 25 км, поэтому говорят об озоновом слое или озоновом щите. Если весь озон «распределить» у поверхности Земли при нормальных температуре и давлении, то получится газовый слой толщиной всего 3 мм. Озон образуется в результате процесса фотодиссоциации кислорода:

O₂ + hv = O₂ (возбужденная молекула); O₂ + O₂ = O₃ + O (образование).

Образовавшиеся молекулы существуют недолго. Происходит обратная реакция фоторазложения озона, которая и представляет собой поглащение озоном коротковолновых фотонов:

О₃ + hv = О₂ + О (разложение).

Следовательно, в стратосфере  существует цикл озона - сбалансированное образование и разложение, описываемое  уравнениями выше. Для нас, живущих  на Земле, главная «заслуга» озона  состоит в том, что он, «жертвуя собой», поглощает лучи с длинной  волны 240-260 нм и, таким образом не допускает высокоэнергетические фотоны Солнца к Земле. В истории нашей  планеты лишь с накоплением достаточного количества озона в стратосфере  смогла спокойно оформляться и эволюционировать жизнь на Земле.

Проблемы озонового  слоя

Проблема, связанная с  озоном состоит из двух аспектов:

1. Озон - фактор, обеспечивающий  биологически безопасный уровень  УФ-излучения у поверхности Земли, поддерживающий в стабильном состоянии климат планеты, контролирующий содержание некоторых загрязнителей в атмосфере.

2. Содержание озона уменьшается  в озоновом слое под действием  антропогенных загрязнителей атмосферы.

Очевидно, что эти два  аспекта взаимосвязаны и необходимо решать проблему сохранения и защиты озонового слоя с тем, чтобы, в  конечном счете защитить себя. Снижение концентрации стратосферного озона очень опасно. А именно этот процесс сейчас происходит при активном содействии человека. Рассмотрим, каким образом разрушается «озоновый щит» и образуется «озоновая дыра». Впервые «озоновая дыра» была обнаружена в 1975 году над Антарктидой. Под «дырой» не следует понимать то, что в данной области совсем нет озона. Его слой истончается, и защитный эффект поглощения фотонов УФ-области спектра ослабевает. Почему концентрация озона так заметно снижается именно над полюсами? Это связано с атмосферными полярными вихрями, низкой температурой и стратосферными облаками, состоящими из кристалликов льда, являющихся катализаторами реакций хлорного цикла. В результате хозяйственной деятельности человека, в атмосферу попадают различные загрязняющие вещества, в том числе те, которые разрушают озоновый слой. В середине 70-х годов американские химики М.Молина и Ш.Роуленд установили, что исчезновение озона происходит в результате химических реакций инициируемых хлорфторуглеводородами. В повседневной жизни они известны под названием фреоны и представляют собой синтетические химические вещества, производство которых началось еще в 1930-е годы и которые широко применяются в качестве охлаждающих сред, пропелентов в аэрозолях, растворителей и пенообразующих реагентов в огнетушителях и ряде строительных материалов. Первоначально фреоны быстро завоевали популярность в связи с тем, что они химически инертны, практически не вступают в химические реакции и поэтому не токсичны для живых организмов. Однако эта «инертность» по мере их накопления в атмосфере обернулась злом: попадая беспрепятственно без изменений в стратосферу и подвергаясь там УФ-облучению, они распадаются с высвобождением атомарного хлора

CF₂Cl₂ + hv = CF₂ + Cl + Cl,

который выполняет роль катализатора при распаде озона:

озоновый слой молекула атмосфера

Cl + O₃ = ClO + O₂ ClO + O₂ = Cl + O₂

Хлорфторуглеводороды и галогены накапливаются в тропосфере, постепенно поднимаясь вверх; при этом время их диффундирования составляет десятки лет, поэтому мы являемся в этом смысле заложниками ошибок прошлых лет. Другой причиной разрушения озонового слоя является появление в атмосфере оксидов азота. Разрушение озонового слоя в результате присутствия оксидов азота происходит по схеме так называемого азотного цикла:

NO + O₃ = NO₂ + O₂ NO₂ + O = NO + O₂.

Монооксид азота присутствует в стратосферном слое как обязательный его компонент, но в низкой концентрации. Однако в последнее время активное использование сверхзвуковых транспортных самолетов привело к тому, что концентрация стала увеличиваться как раз на высотах «озонового щита».

Сльскохозяйственная деятельность человека тоже приводит к увеличению содержания монооксида азота в атмосфере. На почвах, обработанных нитратными удобрениями, анаэробныебактерии восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота и оксида N₂O в качестве побочного продукта. Культивируемые земли «дышат» этим оксидом, который, уходя в стратосферу, реагирует там с атомами кислорода:

N₂O + O = 2 NO.

Большую опасность для  озонового слоя представляют ядерные  взрывы в атмосфере, когда в высоко температурной области взрыва образуется колоссальное количество оксидов азота. Таким образом, для спасения «озонового щита» человечеству необходимо срочно решить следующие проблемы:

· ограничение использования  хлорфторуглеродов и поиск экологически безопасных их заменителей;

· сокращение числа полетов  сверхзвуковых транспортных самолетов  на другие, летающие на более низких высотах и совершенствовать авиационные  двигатели;

· сокращение использования  азотных удобрений, введение более  прогрессивных способов возделывания сельскохозяйственных и окультуриваемых  земель;

· прекратить испытание ядерного оружия в атмосфере.

Как видно, ответы достаточно просты и очевидны, но одновременно и сложны, поскольку проблема имеет  сложные социально-экономические  и политические аспекты. Для ее успешного  решения необходима благоприятная  обстановка доверия и мира, международное  сотрудничество

Концентрация озона в  атмосфере зависит от двух причин.

1. Для диссоциации молекул  O₂ на атомы нужно интенсивное коротковолновое солнечное излучение, которое поглощается по мере приближения к Земле. Следовательно, диссоциация O₂ на атомы преимущественно протекает в верхних слоях.

2. Для стабилизации образующихся  молекул озона необходимо столкновение  с другими частицами, т.е. разрежение  воздуха не должно быть слишком  большим, а следовательно, высота должна быть также не очень большая. В результате этих двух факторов, действующих в противоположных направлениях, озон накапливается в определенных слоях атмосферы

Список литературы

1. http://toms.gsfc.nasa.gov./

2. Капица А.П., Гаврилов  А.А. Подтверждение гипотезы о  естественном происхождении Антарктической  озоновой дыры // ДАН - 1999. - 366, №  4 - с. 543-546.

5. Кашкин В.Б., Сухинин А.И. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений. - М., 2001. - 263 с.

8. Бялко А.В. Наша планета Земля.- М., 1983. - 205 с.

9. Перов С.П., Хргиан А.Х. Современные проблемы атмосферного озона. - Л., 1980. - 287 с.