К чему приводит разрушение озонового слоя. Озоноразрушающие вещества и экологически безопасные альтернативы

Жизнь на Земле зависит от энергии Солнца. Поступает эта энергия на Землю в виде света видимого излучения, а также инфракрасного и ультрафиолетового излучений. УФ-излучение несет наибольшую энергию и является физиологическое активным, то есть интенсивно действует на живое вещество, приводит к нарушению структуры белков и нуклеиновых кислот и в конце концов к гибели клеток.

Что же защищает нас и всю биосферу от губительного действия «жесткого ультрафиолета»? Озоновый щит Земли.

На высотах 20-50 км воздух содержит повышенное количество озона. Озон образуется в стратосфере за счет кислорода, который поглощает «жесткое» УФ-излучения. От его негативного воздействия наш организм умеет защищаться, синтезируя в коже слой темного пигмента ‒ меланина (загар). Однако это вещество образуется довольно медленно. Поэтому длительное пребывание на весеннем солнце, когда кожа еще не насыщенна меланином, вызывает ее покраснение, головная боль, повышение температуры тела.

В последнее время ученые чрезвычайно обеспокоены снижением содержания озона в озоновом слое атмосферы. Над Антарктидой обнаружена «дыра», в которой содержание озона меньше обычного на 40-50 %. Площадь «дыры» из года в год увеличивается и сегодня уже превышает площадь материка Антарктиды. В результате повысился УФ-фон в странах, расположенных в южном полушарии, ближе к Антарктиде, прежде всего в Новой Зеландии. Медики этой страны охвачены тревогой, констатируя значительный рост заболеваний, связанных с повышением УФ-фона (рак кожи и катаракта). Жители Веллингтона, пытались использовать каждый погожий день (их там бывает не так уж много) для отдыха на воздухе, сегодня опасаются появляться на пляжах. Тревожные сообщения поступают также и из северного полушария: и здесь обнаружено озоновую «дыру» (над Шпицбергеном), правда, не такое большое, как антарктическая.

Уменьшение содержания озона в атмосфере угрожает снижением урожаев сельскохозяйственных культур, заболеваниями людей и животных, увеличением количества вредных мутаций. Если озоновый слой исчезнет совсем, то это приведет к гибели по крайней мере наземной биоты.

Основной источник озоно-разрушающих веществ ‒ деятельность человека.Современная промышленность широко использует так называемые фреоны (хлорфторметаны) ‒ как хладагенты в бытовых холодильниках, как аэрозольные разбрызгиватели в баллончиках с краской, лаком, парфюмерией, для очистки полупроводниковых схем. Для человека пары фреонов не вредны. И они чрезвычайно устойчивой могут сохраняться в атмосфере до 80 лет.

Разрушение озонового слоя происходит так:

Активное функционирование химической промышленности, выпускающей вещества, содержащие хлор и бром, вызывает накопление в атмосфере озоно-разрушающих газов (ОРГ);

ОРГ поднимаются на высоту 20-50 км над поверхностью Земли, где расположен озоновый слой (особенно благоприятны для этого в приполярных районах);

Солнечные лучи действуют на техногенные газы, из которых выделяется хлор:

CF 2 Cl 2 (CFCl 3) + hν = Cl

Хлор разрушает озон, превращая его в кислород;

O 3 + Cl = ClO + O 2

При этом каждый атом хлора способен разложить 100 тыс. молекул озона.

К разрушению озонового слоя приводит и военная деятельность, в частности запуск баллистических ракет, их двигатели выбрасывают в атмосферу большое количество оксидов азота. При каждом запуске ракеты в космос в озоновом слое образуется огромная «дыра», которая затягивается лишь за несколько часов. Мировая общественность узнала о преступных опыты милитаристов относительно воздействия на озоновый слой планеты. В 70-е годы американские военные рассеяли в стратосфере над одним из безлюдных островов в Тихом океане специальные химические вещества, в результате чего в озоновом слое над этим островком образовалась «дыра», которая затянулась только через много часов. В результате на острове погибла почти вся наземная биота: пальмы и другие растения, животные, микроорганизмы; из позвоночных животных осталось несколько крупных черепах (их спас толстый костяной панцирь), но они ослепли ‒ сетчатка глаз их была сожжена ультрафиолетом.

Озон – это разновидность кислорода, которая находится в стратосфере, примерно на уровне 12-50 километров от земли. Наибольшая концентрация этого вещества есть на расстоянии приблизительно 23 километров от поверхности. Озон был обнаружен в 1873 году немецким ученым Шенбейном. В последующем данную модификацию кислорода находили в приземных и в верхних слоях атмосферы. В целом озон состоит из трехатомных молекул оксигена. В нормальных условиях это газ голубого цвета, имеющий характерный аромат. При разных факторах озон превращается в жидкость цвета индиго. Когда он становится твердым, приобретает темно-синий оттенок.

Ценность озонового слоя заключается в том, что он выступает своеобразным фильтром, поглощает некоторое количество ультрафиолетовых лучей. Он защищает биосферу и людей от прямого солнечного излучения.

Причины истощения озонового слоя

Много веков люди не подозревали о существовании озона, но их деятельность пагубно повлияла на состояние атмосферы. В данный момент ученые говорят о такой проблеме, как озоновые дыры. Истощение модификации кислорода происходит по множеству причин:

запуск ракет и спутников в космос;
функционирование авиатранспорта на высоте 12-16 километров;
выбросы фреонов в воздух.

Основные разрушители озонового слоя

Самыми большими врагами слоя модификации кислорода являются соединения водорода и хлор. Это происходит из-за разложения фреонов, которые используются в качестве распылителей. При определенной температуре они способны закипать и увеличиваться в объеме, что актуально для изготовления различных аэрозолей. Весьма часто фреоны применяются для морозильного оборудования, холодильников и охладительных агрегатов. Когда фреоны поднимаются в воздух, в атмосферных условиях происходит отщепление хлора, который в свою очередь превращают озон в кислород.

Проблема разрушения озонового слоя была обнаружена давно, но к 1980-м годам ученые забили тревогу. Если озон значительно сократится в атмосфере, земля утратит нормальный температурный режим и перестанет охлаждаться. В результате было подписано огромное количество документов и соглашений в различных странах, чтобы сократить изготовление фреонов. Кроме того, была изобретена замена фреонам – пропан-бутан. По своим техническим параметрам это вещество имеет высокие показатели, может использоваться там, где и применяются фреоны.

Сегодня проблема разрушения озонового слоя является весьма актуальной. Несмотря на это, продолжается использование технологий с применением фреонов. В данный момент люди думают, как сократить количество выбросов фреонов, ведут поиски заменителей, чтобы сохранить и восстановить озоновый слой.

Методы борьбы

Начиная с 1985 года, принимались меры по защите озонового слоя. Первым шагом стало введение ограничений на выброс фреонов. Далее правительство утвердило Венскую конвенцию, положения которой были направлены на охрану озонового слоя и состояли из следующих пунктов:

представители разных стран приняли соглашение о сотрудничестве касательно исследования процессов и веществ, влияющих на озоновый слой и провоцирующих его изменения;
систематические наблюдения за состоянием озонового слоя;
создание технологий и уникальных веществ, помогающих минимизировать наносимый ущерб;
сотрудничество в разных областях разработки мер и их применения, а также контроль деятельности, провоцирующей появление озоновых дыр;
передача технологий и полученных знаний.

На протяжении последних десятилетий были подписаны протокола, согласно которым производство фторхлоруглеродов должно быть уменьшено, а в некоторых случаях и вовсе прекращено.

Наиболее проблематично было применять озонобезопасные средства в производстве холодильной техники. В этот период наступил настоящий «фреоновый кризис». Кроме того, разработки требовали значительных денежных вложений, что не могло не огорчать предпринимателей. К счастью, решение было найдено и производители вместо фреонов стали использовать другие вещества в аэрозолях (углеводородный пропелеллент типа бутана или пропана). Сегодня же распространено применение установок, способных использовать эндотермические химические реакции, поглощающие тепло.

Также очистить атмосферу от содержания фреонов (как утверждают физики) можно с помощью энергоблока АЭС, мощность которого должна быть не меньше 10 гВт. Данная конструкция послужит отличным источником энергии. Ведь известно, что Солнце способно произвести около 5-6 т озона всего за одну секунду. Увеличивая данный показатель с помощью энергоблоков, можно достичь баланса между разрушением и производством озона.

Многие ученые считают целесообразным создание «озоновой фабрики», которая позволит улучшить состояние озонового слоя.

Помимо этого проекта, существует множество других, среди которых получение озона искусственно стратосфере или производство озона в атмосфере. Главным недостатком всех идей и предложений является их высокая стоимость. Большие финансовые потери отодвигают проекты на дальний план и некоторые из них так и остаются не реализованными.

Пятиминутное видео о защите озонового слоя

Озоновый слой, несмотря на огромное значение для всего живого, является очень хрупкой преградой на пути ультрафиолетовых лучей. Его целостность зависит от ряда условий, но природа все-таки пришла к равновесию в этом вопросе, и многие миллионы лет озоновый слой Земли благополучно справлялся с возложенной на него миссией. Процессы образования и разрушения озонового слоя были строго сбалансированы…

… Пока на планете не появился человек и в своем развитии не достиг нынешнего технического уровня.

В 70-х гг. двадцатого столетия было доказано, что многие вещества, активно используемые человеком в хозяйственной деятельности, могут существенно снизить уровень озона в атмосфере Земли .

К веществам, разрушающим озоновый слой Земли, относятся фторхлоруглероды — фреоны (газы, используемые в аэрозолях и холодильниках, состоящие из атомов хлора, фтора и углерода), продукты сгорания при полетах высотной авиации и запусках ракет, т.е. вещества, молекулы которых содержат хлор или бром.

Эти вещества, выпущенные в атмосферу у поверхности Земли, за 10-20 лет достигают верхней границы озонового слоя . Там под воздействием ультрафиолетового излучения они распадаются, образуя хлор и бром, которые, в свою очередь, взаимодействуя со стратосферным озоном, существенно уменьшают его количество.

Например, один атом хлора за все время своего существования (74 — 111 лет) может разбить до 100 000 молекул озона.

Таким образом, представленная в таблице 1 доля галогенового пути распада стратосферного озона увеличилась, что привело к возникновению озоновых дыр – локальных падений концентрации озона в озоновом слое Земли.

Таблица 1. Доля в разрушении озона различных химических семейств на разных высотах:

Примечание: Уважаемые посетители, дефисы в длинных словах в таблице поставлены для удобства мобильных пользователей — иначе слова не переносятся и таблица не помещается в экран. Спасибо за понимание!

Причины разрушения и истощения озонового слоя Земли.

Рассмотрим еще раз более подробно причины разрушения озонового слоя Земли. При этом естественный распад молекул озона мы рассматирвать не будем.Сосредоточимся на хозяйственной деятельности человека.

Первая причина разрушения озонового слоя Земли —

наступившая эра активного исследования космоса, а именно запуски космических ракет . Вещества, из которых состоит истекающая реактивная струя (за счет которой движется ракета), интенсивно разрушают озон. Таким образом, в месте запуска ракеты-носителя в озоновом слое появляется большая «дыра», которая, как выяснилось, затягивается очень долго. И с каждым годом таких «просверленных в атмосфере дырочек» становится все больше и больше. Что неизбежно ведет к истощению озонового слоя Земли.

Вторая причина разрушения озонового слоя Земли —

интенсивное развитие высотной авиации (самолеты, летающие на высоте свыше 12 км). Продукты сгорания топлива этих машин также разрушают молекулы озона, приводя к истощению озонового слоя Земли. Озоноактивными компонентами выхлопных газов являются оксиды азота и в меньшей степени оксид углерода. Учеными проанализированы пути снижения оксида азота в продуктах сгорания реактивного топлива. Однако, на сегодняшний день результаты исследований неутешительны. Снижение оксида азота, разрушающего стратосферный озон, невозможно ни путем модернизации существующих двигателей, ни переходом на «экологически чистые» виды топлива (сжиженный природный газ и сжиженный или сжатый водород). Снижение эмиссии веществ, разрушающих озоновый слой Земли, будет возможно только с созданием принципиально новых двигателей. Но до этого еще далеко…

Третья причина разрушения озонового слоя Земли —

применение в сельском хозяйстве азотных удобрений. Разлагаясь, они выделяют окислы азота, которые поднимаются в стратосферу и… разрушают молекулы озона, вызывая истощение озонового слоя Земли, конечно же.

Четвертая причина разрушения озонового слоя Земли —

широкое применение в хозяйственной деятельности человека фреонов (в качестве распылителей, в холодильной промышленности). У поверхности земли эти газы практически безвредны, так как не вступают ни в какие химические реакции. Но, оказавшись в стратосфере, фреоны под воздействием солнечного излучения вступают в фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. А один атом хлора, как уже было сказано выше, за время своей долгой жизни способен уничтожить до ста тысяч молекул озона. Вот такой вот один воин в поле. А количество фреонов в атмосфере растет год от года, увеличиваясь примерно на 8-9% ежегодно.

Мы рассмотрели причины разрушения озонового слоя Земли. Грустно подытожим: деятельность человека губит планету. Как раз пора перейти к следующему пункту этой статьи. Чем же нам грозит истощение озонового слоя Земли?

Последствия разрушения и истощения озонового слоя Земли.

Разрушение озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю.

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.

Но страдают не только люди. Ультрафиолетовое излучение также крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана, и других организмов биосферы.

Подробнее о значении озонового слоя Земли и воздействии ультрафиолетового излучения на организм человека и других живых организмов нашей планеты можно прочитать

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский Государственный Университет

Биолого-почвенный факультет

Кафедра ботаники и микологии

Разрушение озонового слоя

020201-биология

Реферативная работа

Заведующий кафедрой Доцент, доктор биол.наук: Агафонов В.А.

Студент: Быковская Т.Г.

Преподаватель: Негробов В.В.

Воронеж 2010 г.

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 я считаю, что проблема озонового слоя остаётся актуальной и в наше время.

Глава 1.

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.

Глава 2.

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).

Глава 3.

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 буде 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.

Очень важную роль в разрушении озона играет пар. Эта роль реализуется через молекулы гидроксила OH, которые рождаются из молекул воды и в конце превращаются в них. Поэтому от количества пара в стратосфере зависит скорость разрушения озона.

Таким образом, причин разрушения озонового слоя немало, и несмотря на всю его важность, большинство их – это результат человеческой деятельности.

Глава 4.

Озоновые дыры и их влияние.

Озоновая дыра - локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли.До недавнего времени состояние слоя озона не внушало опасений. Тревожные сигналы начали поступать 20 лет назад. С началом космических исследований атмосферы Земли осенью 1985 годаобнаружено нарушение озонового слоя над Антарктидой. Оказалось, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшалось - иногда в большей степени, иногда в меньшей.

В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула хлора состоит из двух соединенных атомов хлора). Когда появляется солнце и начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород. В результате этих реакций молекулы озона (O3) превращаются в молекулы кислорода (O2), причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций). Вследствие этой цепочки превращений озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру. Однако вскоре, с потеплением, антарктические вихри разрушаются, свежий воздух (содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.

В феврале 1989 года ученые исследовали стратосферу над Арктикой и обнаружили присутствие тех же самых химических факторов. Они пришли к выводу, что и тут содержание озона может резко сократиться. Это будет зависеть только от конкретных погодных условий очередного года. Если над Арктикой образуется озоновая дыра, то последствия будут гораздо более серьёзными, т.к. там гораздо больше организмов, которые могут пострадать. Даже периодическое раскрытие такой дыры над Антарктидой чревато значительными потерями морского фитопланктона. А это, в свою очередь, сильно повлияет практически на всех антарктических животных от пингвинов до китов, так как фитопланктон – основа почти всех пищевых цепей данного региона. Если нынешние выбросы ХФУ в атмосферу сохранятся, то можно ожидать лишь расширения и «углубления» озоновых дыр над полюсами. Естественно, это повлечёт за собой разрежение озонового слоя над всей планетой, что совершенно недопустимо как для животного мира, так и для всего человечества в целом.

Однако, существует и другая точка зрения. Откуда озоновые дыры вдали от техногенных регионов, например, в Якутии, Тибете и над безлюдными территориями Сибири? Существует мнение, что изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой «дыры» в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.

Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой «дыры».

В последнее время появление озоновых дыр наблюдается периодически и над всей поверхностью земли. Кроме того, истончается сам озоновый слой Земли. Для человека это грозит повышением раковых образований кожи. Но если человек может защитить себя от ультрафиолетового излучения, то животный и растительный мир остаётся перед ним беззащитным.

Учеными ведутся поиски путей восстановления озонового слоя. Вначале для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после чего доставлять оный на самолетах в атмосферу. Другим вариантом является создание аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных батарей, которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением зеленых насаждений.

Заключение.

Проблема озонового слоя – это одна из глобальных проблем современности. Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты, прикрывший ее от жестокого ультрафиолетового излучения. Именно поэтому в цели защиты озонового экрана созывались множество различных конференций и симпозиумов, в результате которых были достигнуты определённые соглашения в области сокращения вредных производств. В частности, 22 марта 1985 года была принята Венская конвенция «Об охране озонового слоя», в которой страны-участники конвенции договорились о необходимости проводить систематические и фундаментальные исследования, связанные с озоновым слоем, включить в законодательство требования по уменьшению и ликвидации эмиссии веществ, разрушающих озоновый слой, а также создать специальную международную институцию по способствованию и координированию охраны озонового слоя – Секретариат по озону. На встрече в Хельсинки в 1989 году было намечено полностью отказаться от использования в производстве хлорфторуглеродов к 2000 году. Однако проблема не так проста как может показаться на первый взгляд. Дело в том, что в уже выпущенных холодильниках и кондиционерах накоплено слишком много ХФУ: по мере их обычного выхода из строя количество вредных газов в атмосфере будет продолжать увеличиваться ещё многие годы даже в случае полного и немедленного запрещения производства.

Для дальнейшего успеха необходимы следующие меры:
1) Продолжать наблюдения за озоновым слоем, чтобы оперативно отслеживать непредвиденные изменения; обеспечить выполнение странами принятых соглашений;

2) Продолжать работу по определению причин изменений озонового слоя и оценивать вредные свойства новых химикатов в отношении разрушения озона и влияния на изменение климата в целом;
3) Продолжать предоставлять информацию о технологиях и замещающих соединениях, позволяющую использовать холодильную технику, кондиционирование воздуха и теплоизоляционные пеноматериалы, не нанося ущерба озоновому слою.

Список литературы.

1. Небел Б., Наука об окружающей среде, Т.1 (Как устроен мир), М., 1993

2. Гвишиани Д.М., Римский клуб. История создания, избранные доклады и выступления, официальные материалы, М., 1997

3. Микаэль П. Тодаро, Экономическое развитие, М., 1997

Про озоновый слой Земли знают многие жители планеты только то, что в нем появилась огромная дыра, и это грозит вселенской катастрофой. То и дело в газетах и журналах появляются статьи, где людей пугают потенциальными проблемами. Ученые говорят о грядущем изменении климата, который негативно повлияет на все живое на Земле. Так ли это на самом деле? Стоит ли беспокоиться уже сейчас, и не преувеличивают ли ученые масштабность грядущей беды? Грозит ли нам в ближайшее будущее разрушение озонового слоя, и как это может сказаться на климате? Попытаемся во всем разобраться.

Где расположен

Итак, для начала давайте разберемся, что такое озон и какую он играет роль в природе. Над поверхностью Земли на высоте от семи до девятнадцати километров атмосфера состоит из слоя озона. Это особая форма кислорода. Причем на полюсах он расположен ниже — на высоте 7-8 километров, а на экваторе — значительно выше, на расстоянии 17-18 километров от земной поверхности. Таким образом, он распределен очень неравномерно.

Если разбирать озон с точки зрения химических реакций, то получается следующая картина. Из-за сильного действия ультрафиолетового излучения Солнца молекула кислорода, из которой состоит воздушная оболочка земли, присоединила к себе третий атом кислорода. Так и получился озон.

Важное предназначение

Стоит отметить, что большое количество озона в атмосфере — это огромный плюс для нашей Земли. Чем больше его, тем лучше он поглощает ультрафиолетовые лучи. Собственно, это и есть главное его предназначение. Однако не думайте, что озоновый слой атмосферы — это толстая подушка, надежно укрывающая Землю от раскаленных лучей Солнца.

Нет. Озоновый слой очень и очень тонкий. Чтобы визуально вы могли представить себе его масштабы, можно привести такой пример. Берем площадь размером в 45 квадратных километров. Если равномерно распределить по ней весь имеющийся в атмосфере Земли озон, то его толщина будет… всего 0,3 см. Это кажется невероятным! Как такой тонкий защитный «плащ» на протяжении многих тысячелетий уберегает человечество от знойного солнца? Тем не менее, это так.

Учитывая важную роль озонового слоя и его относительно небольшое количество, необходимо прилагать все усилия, чтобы сохранять защиту в целости. Ведь разрушить его — много ума не надо, а вот восстановить практически невозможно.

Пахнет озоном

Иногда после дождя, особенно летнего, воздух становится особенно свеж, приятен, и люди говорят: «Пахнет озоном». Это отнюдь не образное выражение. Действительно, какое-то количество озона частично проникает в нижние слои атмосферы с потоками верхнего воздуха. Это так называемый полезный озон. Он и придает атмосфере необыкновенную свежесть. Часто такое явление можно наблюдать после грозовых ливней.

Но бывает еще и очень вредный, крайне опасный для человека озон. Выхлопные газы и промышленные выбросы, попадая под действие лучей солнечного света, вступают в фотохимическую реакцию. В результате этого образуется так называемый приземный озон. Он очень вреден для здоровья человека. Чаще всего такой озон встречается в мегаполисах и крупных городах. Дышать таким воздухом крайне опасно, поскольку этот газ неблагоприятно действует на бронхи и лёгкие и разрушает их. Если человек надышался таким воздухом, у него могут возникнуть приступы удушья, боли в груди, сердечные приступы, головокружения.

Страдают от такой плохой экологической обстановки не только люди, но и растения вдоль дорог. А вот на большой высоте значение озонового слоя трудно переоценить. Если бы его не было, человечество уже сгорело бы от ультрафиолета.

Дыра размером с материк

Озоновый слой земли был открыт учеными в 70-е годы двадцатого века. Тогда же физики определили его ценность и описали в научных трудах. Но спустя всего полтора десятилетия перед исследователями встала глобальная проблема озонового слоя. Английские ученые в 1985 сделали открытие, которое напугало весь мир и заставило по-иному взглянуть на развитие современной промышленности.

Над Антарктидой исследователи обнаружили огромную «дыру». Озоновый слой над этим материком целиком отсутствовал. Причем дыра была ужасающих размеров — с территорию США.

Опытным путем было выяснено, что в атмосфере над самым холодным материком Земли в больших количествах присутствуют соединения, которые образуются при взаимодействии озона и хлора. Таким образом, была подтверждена теория о том, что хлор разрушает озон.

Опасные фреоны

Ученые доказали, что фреоны, которые массово применяются в холодильниках и кондиционерах, а также в многочисленных аэрозольных баллончиках, пагубно влияют на озоновый слой. Нам только кажется, что мы сбрызнули волосы лаком, и ничего страшного не произошло. Но представьте, что такие микровыбросы осуществляются в сутки миллионами потребителей! Вот уже и масштаб вырисовывается, как каждый из нас разрушает озоновый слой!

Причины разрушения в том, что молекулы фреонов вступают во взаимодействие с молекулами озона. Солнечная радиация заставляет фреоны выделять хлор. Он расщепляет озон, в результате чего образуется атомарный и обычный кислород. В месте, где происходит такое взаимодействие, озоновый слой полностью исчезает.

Конечно же, наибольший вред озоновому слою приносят промышленные выбросы. Но и бытовое использование препаратов, в которых содержится фреон, так или иначе, тоже оказывает свое влияние на уничтожение озона.

Защитные меры

После того как ученые документально подтвердили, что происходит разрушение озонового слоя, политики задумались над тем, как его сохранить. Ведь это важно не для отдельно взятой страны, а для всего человечества в целом. В мире прошла серия консультаций и совещаний по данному вопросу, в которых принимали участие представители всех стран, где развита промышленность.

В 1985 году была принята Конвенция об охране озонового слоя. Подписи под ней поставили представители 44-х государств. Спустя год был подписан еще один важный документ — Монреальский протокол. Согласно его положениям, в мире было существенно ограничено производство и потребление веществ, которые разрушают озон.

Некоторые пытались противиться этим запретам. Но для каждой страны были определены четкие квоты по опасной промышленности, которые нельзя превышать. Ведь на кону стоит судьба всего человечества.

Охрана озонового слоя в России

В нашей стране этой проблеме также уделяют большое внимание. По действующему законодательству Российской Федерации озоновый слой является одним из важных природных объектов. Он подлежит правовой охране. Закон «Об охране окружающей природной среды» (ст. 4) регламентирует защитные меры, направленные на охрану этого природного объекта от повреждения, загрязнения, разрушения и истощения.
В статье 56 Закона описаны мероприятия по охране озонового слоя Земли. Среди них:

организация наблюдения за этим природным объектом;
постоянный контроль над изменением состояния климата, которых происходит под влиянием деятельности хозяйствующих субъектов или из-за иных процессов;
строгое соблюдение нормативов по выбросу вредных веществ в атмосферу;
регулирование производства химических веществ, которые разрушают озоновый слой;
применение штрафных санкций и наказаний за нарушение вышеуказанных требований.

Существует несколько международных организаций и инспекций, которые тщательно следят, как выполняются мероприятия по защите озонового слоя в разных странах мира.

Блуждающая дыра

Если предположить, что озонная дыра будет и дальше постоянно расширяться, а это вполне возможно, то человечеству грозит гибель. И это не преувеличение. Поэтому сохранности озонового слоя в наши дни уделяется очень важное значение во всех странах.

Стоит отметить, что озоновая дыра — непостоянная. Как только количество вредных выбросов в атмосферу сокращается, начинает постепенно затягиваться и озоновая дыра. Молекулы озона проникают в нее из тех участков атмосферы, которые расположены рядом. Но здесь возникает другой фактор риска. На соседних участках, как следствие, количество озона значительно уменьшается. Слой становится тоньше.

Факторы риска

Тем временем ученые продолжают проводить исследования и пугают нас неутешительными выводами. Они пришли к такому мнению. Если количество озона уменьшится всего на один процент в верхних слоях атмосферы, то, к примеру, увеличение онкологическими заболеваниями кожи произойдет на 3-6%. Кроме того, ультрафиолетовые лучи в большом количестве негативно влияют на иммунную систему человека. Он становится более уязвимым к инфекционным заболеваниям. Возможно, именно этим и объясняется тот факт, что в XXI веке от злокачественных опухолей страдает все больше и больше людей.

Повышенный ультрафиолет также негативно влияет и на природу. Он разрушает клетки растений, они начинают мутировать и вырабатывать меньше кислорода. И хотя озоновый слой находится высоко и мы его не ощущаем, значение его для природы трудно переоценить.

Влияет на ветер, дожди и температуру

Как считают ученые, утончение озонового слоя напрямую влияет на климат нашей планеты. Вы ведь заметили, что с каждым годом погода становится все более переменчивой?

Озоновый слой — это не только "зонтик" для ультрафиолетового излучения, но и своеобразная крышка для Земли. Он задерживает тепло, которое рассеивается с поверхности нашей планеты. Чем тоньше озоновый слой, тем быстрее теплый воздух у поверхности Земли остужается. Как отмечают исследователи, температура воздуха на планете постепенно, год за годом, снижается. Это способствует изменению направлений господствующих ветров. Погода становится крайне переменчивой.

Пугающие цифры

Вот еще немного сухой статистики, которая подсказывает о грядущей катастрофе. С 1979 года и по наши дни произошло снижение годового содержания озона примерно на 4-5 процентов. А в средних широтах планеты эта цифра еще выше — на 7 процентов стал меньше озоновый слой.

И если раньше ученые обнаружили озоновую дыру только над Антарктидой, то сегодня на карте появились и другие места, где не наблюдается этот защитный слой. Несколько дыр поменьше специалисты выявили над Арктикой и прилегающими к ней районами Северного полушария.

Но есть и оптимистические доклады. После того как человечество озаботилось проблемой сохранности озонового слоя и был разработан целый ряд защитных и запретительных мер, ситуация несколько стабилизировалась. Так что можно смело утверждать, что мы, если будем вести себя разумно, эту проблему в силах решить.