Реферат: Озоновый слой - проблема XXI века
ОбнинскийГосударственный Технический УниверситетАтомной Энергетики
Кафедра экологии
Реферат по курсу ЭПОП
на тему «Озоновый слой- проблема XXIвека»
Выполнила:
Ст-ка группы ЭКЛ-01
Михайлова Н.В.
Проверила:
Латынова Н.Е.
Обнинск, 2004
Оглавление
Введение………………………………………………………………
…...3
Из истории…………………………………………………………….
…...4
Местоположение и функции озонового слоя……………………….
…...5
Причины ослабления озонового щита………………………………
…...6
Озон и климат в стратосфере………………………………………...
…...8
Разрушение озонового слоя земли хлорфторуглеводородами…….
…...9
Что было сделано в области защиты озонового слоя………………
….11
Факты говорят сами за себя………………………………………….
….12
Заключение……………………………………………………………
….14
Список используемых источников………………………………..
….15
Введение
Конец ХХ века характеризуется мощнымрывком научно технического прогресса, ростом социальных противоречий, резкимдемографическим взрывом, ухудшениемсостояния окружающей человека природной среды.
Поистине, наша планета никогда раньше не подвергалась таким физическими политическим перегрузкам, какие она испытывает на рубеже ХХ –ХХIвеков.Человек никогда ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался стольуязвимым перед мощью, которую сам же исоздал.
XX век принес человечеству немало благ,связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же времяпоставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения,интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к кореннымизменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть изтаких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, чтовозникают глобальные экологические проблемы. Имеются серьезные проблемызагрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражениятерритории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов,оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.
Проблемы возникают в результате такоговзаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка натерриторию (ее определяют через техногенную нагрузку и плотность населения)превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главнымобразом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природныхландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.
Из истории
С начала 20 века ученые наблюдают засостоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферныйозон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению внижние слои атмосферы жесткого космического излучения – ультрафиолета-В.
16 сентября 1987 г. был принятМонреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии поинициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.
С конца 70-х годов ученые стали отмечатьнеуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение вверхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых впромышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ)или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, гдепод действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулытеряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулыозона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существованияразличных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что заэто время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.
По мнению врачей, каждый потерянныйпроцент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаевслепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковыхзаболеваний кожи, значительно возрастает число болезней,вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подверженыжители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-Визлучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов,водорослей, обитающих на поверхности океана.
Озоновая проблема, первоначально поднятаяучеными, вскоре стала предметом политики. Все развитые страны, за исключениемВосточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапноесокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С цельюоказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд(ГЭФ).
По данным ООН, благодаря согласованнымусилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производствопяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы приростаозоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились.
Местоположение и функцииозонового слоя
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 результатехимической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциациюмолекул кислорода.
Озоновый «экран» расположен в стратосфере,на высотах от7-8 км на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 – 24 километровнад Землей.
Слой озона удивительно тонок. Если быэтот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако иэта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасныеультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникаетсолнечная радиация. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излученияЗемли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышаяотепляющее действие атмосферы.
Озон – активный газ и можетнеблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижнейатмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большиеколичества озона образуются в крупных городах с интенсивным движениемавтотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.
Озон, также, регулируетжесткость 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 малаяконцентрация озона может или приводит к раковым заболеваниям, что самымнаихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству.
Причины ослабления озоновогощита
Озоновый слой защищает жизнь на Земле отвредного ультрафиолетового излучения Солнца. Обнаружено, что в течение многихлет озоновый слой претерпевает небольшое, но постоянное ослабление наднекоторыми районами Земного шара, включая густо населенные районы в среднихширотах Северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная «озоноваядыра».
Разрушение озона происходит из-завоздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов:соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельностьчеловека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу.Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающеесокращение производства озоно-разрушающих веществ.
Предполагается множество причинослабления озонового щита.
Во-первых, – это запускикосмических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры.Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Онисуществуют довольно долго.
Во-вторых, самолеты.Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другиевещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он – один изсоставляющих фотохимического смога. В – третьих, это хлор и его соединения скислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает ватмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны – это не вступающие уповерхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатнойтемпературе, а потому резкоувеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку приих расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильнойпромышленности.
Каждый год количество фреонов в земнойатмосфере увеличивается на 8-9%. Они постепенно поднимаются наверх, встратосферу и под воздействием солнечных лучей становятся активными – вступаютв фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способнаразрушить сотни и тысячи молекул озона.
9 февраля 2004 года на сайте Института Земли НАСА появиласьновость о том, что учёные Гарвардского Университета нашли молекулу, разрушающуюозон. Учёные назвали эту молекулу «димер одноокиси хлора», потому чтоона составлена из двух молекул одноокиси хлора. Димер существует только вособенно холодной стратосфере над полярными регионами, когда уровни одноокисихлора относительно высоки. Эта молекула происходит из хлорфторуглеродов. Димервызывает разрушение озона, поглощая солнечный свет и распадаясь на два атомахлора и молекулу кислорода. Свободные атомы хлора начинают взаимодействовать смолекулами озона, приводя к уменьшению его количества.
Озон и климат в стратосфере
Озон и климат воздействуют друг на друга.Воздействие озона на климат проявляется прежде всего в изменении температуры.Чем больше озона в данном объёме воздуха, тем больше тепла он удерживает. Озон являетсяисточником тепла в стратосфере, поглощая ультрафиолетовое излучение солнца и восходящееинфракрасное излучение от тропосферы. Следовательно, уменьшение количества озонав стратосфере приводит к понижению температуры. А это в свою очередь приводит кистощению озона.
<img src="/cache/referats/17217/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
истощение озона — ведёт кснижению температуры – ведёт к полярным стратосферным облакам – ведёт кистощению озона
Самые крупные потери озона в Арктике иАнтарктике происходят зимой и в начале весны, когда полярные стратосферныевихри изолируют воздух в своих пределах. Когда температура воздуха падает ниже -78°С,формируются облака, состоящие из льда, азотной и серной кислот. В результате химическихреакций на поверхности ледяных кристаллов в облаках выделяются хлорфторуглероды.Из-за воздействия ХФУ начинается истощение озона, и появляется озоновая «дыра». Веснойтемпература воздуха повышается, лед испаряется, и озоновый слой начинает восстанавливаться.
Разрушение озонового слоя землихлорфторуглеводородами
В 1985 г. специалисты по исследованиюатмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданномфакте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей вАнтарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот выводподтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженногосодержания озона простирается за пределыАнтарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную частьнижней стратосферы.
Наиболее подробным исследованием озонного слоянад Антарктидой был международный Самолетный Антарктический ОзонныйЭксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в областьпониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах ипроходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярнойатмосфере имеется озонная «дыра». В начале 80-х по измерениям соспутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике,правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в нейбыло не так велико — около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержаниеозона упало на 5%.
Это открытие обеспокоило как ученых, таки 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 поглощаетжесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм изначительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезныепоражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит всреднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности землина 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде(правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета вАнтарктиде все еще ниже, чем в средних широтах).
По своему воздействию на живые организмыжесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей,чем у g-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, ипоэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточнойэнергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызватьрак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту ииммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать иобычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числазаболевания раком кожи, однако, значительно количество других факторов(например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди большевремени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения)не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержанияозона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляетбольшую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон,обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФможет серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится восновании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому безпреувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слояхморей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, нопри увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосферезначительно уменьшится, человечество легко найдет способ защититься от жесткогоУФ излучения но при этом рискует умереть от голода.
Что было сделано в областизащиты озонового слоя
Под давлением этих аргументов многиестраны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использованияХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению,использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в сентябре1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую ихснизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страныдолжны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Дляиспользования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменительХФУ — пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически неуступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такиеаэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнееобстоит дело с холодильными установками — вторым по величине потребителемфреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплотуиспарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах(см. «Причины ослабления озонового щита»). Лучшим известным на сегоднязаменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ пофизическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированныхуглеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохиепрактические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.
Использование фреонов продолжается и покадалеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сетиГлобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях — на берегахТихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных игустонаселенных районов — концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее времярастет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активныхсоединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-хгодов, до начала быстрого производства фреонов.
Факты говорят сами за себя
Вместе с тем, ранние прогнозы,предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ,к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможнобыли слишком пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом являетсяследствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только приналичии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикойобразуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха сосредних широт. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлораспособно нанести серьезный ущерб озоновому слою. Такой вихрь практическиотсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрацииозона значительно меньше.
Многие исследователи считают, что напроцесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Этивысотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем надАрктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условияхметеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже-80°С. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают иостаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможностивступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способныкатализировать распад озона и резервуаров хлора.
Все это говорит о том, что ХФУ способнывызвать заметное понижение концентрации озона только в специфическихатмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах,концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, приразрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже ватмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходитьпо-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода.Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действиюатмосферной циркуляции.
Хотя первые мрачные оценки былипересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее сталоясно, что нет серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичныеоценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезныебиосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использованиеХФУ по-прежнему необходимо.
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">Заключение
Возможности воздействия человека наприроду постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанестибиосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое времясчиталось совершенно безобидным,оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудьмог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезнуюугрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремяпредсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу.Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобыбыли приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что дажепосле обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одновремя находилось под угрозой.
Понимание взаимодействий между озоном иизменением климата, и предсказание последствий изменения требует громадныхвычислительных мощностей, надежных наблюдений, и здравых диагностическихспособностей. Способности сообщества науки быстро развились за прошлыедесятилетия, но все же некоторые фундаментальные механизмы работы атмосферы всееще не ясны. Успех будущего исследования зависит от общей стратегии, с реальнымвзаимодействием между наблюдениями ученых и математическими моделями.
Нам нужно все знать о мире, который насокружает. И, занеся ногу для очередного шага, следует внимательно посмотреть,куда наступишь. Пропасти и топкие болота роковых ошибок уже не прощаютчеловечеству бездумной жизни.
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">Список использованных источников
1. Jeannie Allen.“Tango in the Atmosphere: Ozone & Climate Change”//NASA Earth Observatory.10.02.2004. http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Tango/
2. “Scientists findOzone-Destroying Molecule”//NASA Goddard Space Flight Center. 09.02.2004.http://www.gsfc.nasa.gov/topstory/2004/0205dimers.html
3. “Круговорот кислорода. Озоновый экран.” Учебный материал
Российской коллекции рефератов.
<a href=«www.referats.net/cgi-bin/referats/rkr/jump.cgi?ID=»20073">http://www.referats.net/cgi-bin/referats/rkr/jump.cgi?ID=20073