Истощение озонового слоя атмосферы

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по экологии 

Вариант № 10 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 2011 г. 
 

                                   Содержание: 

1. Истощение озонового слоя атмосферы – глобальная угроза жизни на планете.

2. Загрязнение воды и пищи ртутью.

  Список  источников информации.                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Истощение озонового слоя атмосферы – глобальная угроза жизни на планете. 

     Озоновый  слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25 - 30 км, в умеренных 20 - 25, в полярных 15-20), в котором под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца кислород (О2) ионизируется, приобретая третий атом кислорода, и получается озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. 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. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20-25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1913 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.  

     Очевидно, что озон - важный компонент атмосферы, требующий особого внимания. Исследования по проблеме истощения озонового слоя ведутся давно, однако полной ясности до сих пор нет. 

     Внимание  экологов приковано в первую очередь  к причинам убыли озона в стратосфере. Вопрос возник после сообщения о  том, что в южнополярной зоне над  Антарктидой в 1985 году обнаружена "озоновая дыра" - область, где весной содержание озона снижается почти вдвое. В 1970 году П. Крутцен в числе первых показал, что оксиды азота, выбрасываемые в атмосферу при использовании сельскохозяйственных удобрений, а также дозвуковыми и сверхзвуковыми самолетами, могут разрушать озоновый слой. В 1974 году С. Роуленд и М. Молина указали на хлорофторуглеродные соединения- вещества, разрушающие озон; работы этих ученых в 1995 году были удостоены Нобелевской премии. 

     В результате продолжающегося антропогенно обусловленного разрушения озонового слоя ультрафиолетовое излучение на поверхности Земли увеличивается, что может привести к пагубным последствиям для человека и биосферы в целом. По данным ООН, сокращение озонового слоя всего на 1% приводит к появлению у людей 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи. Последствия убыли озона могут быть угрожающими, они могут привести к более чем 3 млн. смертельных случаев от рака кожи до 2030 года и 19 млн. - до 2060 года. Число глазных заболеваний (катаракты) может увеличиться на 130 млн. до 2060 года; примерно 50% из них придется на долю развивающихся стран. 

     Число этих заболеваний растет. В США  за 7 лет количество случаев заболевания  одним из самых опасных видов  рака кожи (меланомой) возросло на 3-7%. 

     Кроме увеличения заболеваемости, существует множество других трудно учитываемых  воздействий на здоровье человека и  животных (например, снижение иммунитета), на урожаи сельскохозяйственных культур, на водные экосистемы и др. 

     Благодаря открытию антропогенных причин изменений озонового слоя был принят ряд международных актов: Монреальский Протокол по веществам, разрушающим озоновый слой (1987 г.), Венская Конвенция о защите озонового слоя (1985 г.), последующие поправки и дополнения к Протоколу. В Хельсинки принята Декларация о защите озонового слоя (1989 г.), которая содержит рекомендации отказаться от производства и потребления хлор- и фторуглеродсодержащих соединений (ХФУС) по возможности быстрее. Последующая Лондонская Поправка к Монреальскому Протоколу содержит рекомендации о полном исключении выбросов в атмосферу озоноразрушающих веществ (ОРВ) с учетом оценок 1989 года. 

     Согласно  документам, действующим в настоящее  время, предусматривается контроль выбросов около 100 химических веществ, в том числе ХФУС, галогенов, гидрохлорофторуглеродов (ГХФУС), галогенированных бромфторуглеродов (ГБФУС), тетрахлорида углерода, 1,1,1-трихлороэтя на, метилхлороформа, метилбромида и др. 

     Мерами  контроля химических веществ для  промышленно развитых стран предусмотрено исключение галогенуглеводородов к 1994 году; ХФУС, тетрахлорида углерода, метилхлороформа и ГБФУС к 1996 году; метилбромида к 2005 году; ГХФУС к 2030 году. Для развивающихся стран соответствующие сроки таковы: исключение ГБФУС к 1996 году; ХФУС, тетрахлорида углерода к 2010 году; метилхлороформа и метил бромида к 2015 году; ГХФУС к 2040 году. Однако ситуация с метилбромидом (СНзВг, бромметан, МеВг) до сих пор достаточно спорна, из-за сложности химических процессов в атмосфере с участием метилбромида; вклад метилбромида оказался ниже, чем ожидалось в 1994 году. Основными источниками его являются: окуривание полей, сжигание биомасс и выхлопные выбросы от автотранспорта. 

     Хотя  далеко не все намеченные меры были приняты, рост концентраций галогенуглеводородов в стратосфере начал снижаться. 

     Прогнозы, сделанные с учетом данных о прошлых  выбросах ОРВ  и максимальных уровней  сокращения выбросов ОРВ согласно Монреальскому  Протоколу, показали, что полное восстановление озонового слоя может произойти лишь к середине XXI века, причем только при условии соблюдения всех договоренностей о сокращении выбросов ОРВ. Максимального разрушения слоя озона следует ожидать в течение первых двух десятилетий XXI века. 

Антропогенные источники разрушения озонового слоя. 

     До  самого последнего периода истории  Земли живые системы планеты  эволюционировали почти в полной гармонии с атмосферой, литосферой и гидросферой, не испытывая влияния  человеческой деятельности. Но по мере развития сельского хозяйства и  промышленности воздействие человека на среду стало заметнее. Повсеместная индустриализация, особенно развернувшаяся за последние два столетия, привела к потенциально опасным уровням загрязнения среды. 

     Можно сказать, что загрязнения – это  поступление в окружающую среду каких-либо веществ или энергии в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов системы жизнеобеспечения к другим, в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические. 

     Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы –  это локальная проблема больших  городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ. 

Соединения  серы из антропогенных  и природных источников.  

     Сера  содержится в таких полезных ископаемых, как уголь, нефть, железные, медные и  другие руды; одни из них используют как топливо, другие направляют на переработку  в химическую и металлургическую промышленность. При переработке (в  частности, при обжиге руд) сера переходит в химические соединения, например в диоксид. Образовавшиеся соединения частично улавливаются очистными сооружениями, остальное количество их выбрасывается в атмосферу. Серосодержащие соединения образуются также в результате деятельности живых организмов как на суше, так и на море, в процессах, протекающих в земной коре, например при вулканической или геотермальной деятельности. В большинстве антропогенных выбросов преобладают диоксид серы и сульфаты. 

     Первичные сульфаты выделяются при сжигании топлива и в ходе таких промышленных процессов, как нефтепереработка, производство цемента и гипса, серной кислоты. При сжигании мазута сульфатов образуется значительно больше, чем из угля. Это обусловлено тем, что в нефтяных остатках содержится относительно большое количество соединений ванадия и никеля, которые катализируют образование первичных сульфатов. При сжигании нефтяного топлива образуется около 16% сульфатов от общего количества их. 

     Тем не менее, их выбросы образуются в  основном (более 45% от общего количества) в результате сжигания угля. Из природных источников серосодержащих соединений важную роль играют биогенные выбросы из почвы и продукты жизнедеятельности растений. 

     В поверхностном слое вод Мирового океана обнаруживают только одно соединение, содержащие серу, - диметилсульфид. Распределение его в поверхностном слое вод Мирового океана аналогична распределению хлорофилла. Соединения серы, поступающие из Мирового океана в атмосферу, окисляются до сульфатов, которые сохраняются в атмосфере до 5 дней. Установлено, что океанские воды поставляют около 3% от общего количества сернистых соединений, выделяемых антропогенными источниками. 

     При извержении вулканов в выделяющихся серосодержащих соединений преобладает  диоксид серы, в меньшем количестве в атмосферу поступают сероводород, карбонилсульфид, а также сульфаты в виде аэрозолей и твёрдых частиц. 

     Есть  ещё один источник загрязнения воздуха–сжигание мусора. 

 Соединения азота из антропогенных и природных источников. 

     Азот  содержится в топливе многих видов ископаемых, например, в угле и нефти. В отличие от диоксида серы, образование оксидов азота и их количество в выбросах зависит не только от содержания примесей в топливе, но и от температуры в зоне сжигания. При сжигании одного и того же количества топлива на теплоэлектростанциях и в печах индивидуального отопления домов в первом случае вследствие более высокой температуры в топке оксидов азота образуется гораздо больше. Понятно образование большого количества оксида азота при вспышках молний - источника высоких энергий в атмосфере. К природным источникам оксидов азота относятся также биогенный круговорот азота в природе, миграции оксидов азота из стратосферы в тропосферу и образование NOx в результате фотоинициированного химического разложения нитритов, содержащихся в морской воде. 

     Из  антропогенных источников выделяется около 93% оксидов азота, главным образом  в виде монооксида азота, который  в результате атмосферных свободно-радикальных  реакций превращается в диоксид  азота. 

Соединения  углерода из антропогенных  и природных источников.  

     Монооксид углерода образуется при неполном сгорании углеродсодержащих веществ. Наибольшие количества углерода природного происхождения  образуются в результате вулканической  деятельности и окислении метана в атмосфере. 

     К естественным источникам образования CO добавляются антропогенные выбросы. Это связано в первую очередь  с автотранспортом, так как у  двигателей внутреннего сгорания оптимальные  условия окисления топлива создаются  только при выходе на определённый рабочий режим. 

     В отличие от монооксида углерода диоксид  углерода образуется при полном окислении  углеродсодержащего топлива. Атмосферный  диоксид углерода находится в  состоянии постоянного обмена с  почвой, водами и живыми организмами, в результате чего постоянный кругооборот его в природе. В этом кругообороте источниками CO2 служат вулканические извержения, выветривание содержащих углерод горных пород, микробиологический распад органических соединений над почвой и в почве, дыхание животных и растений, лесные пожары и сжигание природного топлива. В результате интенсивной обработки земли и создании новых пашен идёт разрушение слоя гумуса в почве и ускоренный переход углерода в атмосферу. К этому добавляется вырубка лесов, особенно ликвидация тропической растительности, в которой издавна накопились огромные запасы углерода. Эти вырубки в значительной мере способствуют нарушению равновесия между связыванием и выбросом углерода. 

     Существует  еще один антропогенный источник азотных окислов, который может  влиять на жизнь стратосферного озона. Речь идет о ядерных взрывах. 

     За  счет сильного нагрева газа (в тепловую энергию переходит около трети  всей энергии взрыва) и частично за счет мощного излучения состав воздуха в области взрыва сильно изменяется,– в нем появляется много азотных окислов. Сама вспышка излучения длится не очень долго, да и падение температуры после внезапного нагрева происходит достаточно резко. Однако быстро вернуться назад к исходному состоянию газа с измененным составом уже не может – время жизни относительно динамических и химических процессов составляет часы. В результате облако с высокой “добавкой” азотных окислов будет, постепенно расширяясь существовать большое время (некоторое превышение концентрации NOx над нормальным значением может наблюдаться и через сутки после взрыва).  

Проблемы и пути их решения. 

   1. Выхлопы  автомобилей. 

      а) замена топлива в существующем  автомобильном транспорте на  экологически более чистое. 

      б) переход на другие источники  энергии (например, электромобили,  использование солнечной энергии). 

   2. Загрязнение  хлорфторуглеводородами (холодильная  техника, аэрозоли). 

      а) Переход от долгоживущих  фреонам на короткоживущие (меньше года). 

      б) снижение, а затем и полное  прекращение производства и использования  фреонов. 

   3. Химические  удобрения. 

   4. Сжигание  промышленного топлива. 

      а) Переход на экологически  чистую энергетику. 

   5. Ядерные  взрывы. 

   6. Выброс отработанных газов при полетах высотных самолетов и крупных ракет. 

   7. Добыча  нефти и природного газа. 

     Осознание опасности приводит к тому, что  международной общественностью  предпринимаются все новые и  новые шаги в защиту озонового  слоя: 

- Создание различных организаций по охране озонового слоя (ЮНЕП, КОСПАР, МАГА) 

- 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. 

- 16 сентября 1987 года был принят Монреальский протокол «По веществам, разрушающим озоновый слой» Венской конвенции конвенция «Об охране озонового слоя», который позднее несколько раз был изменен и дополнен: Протокол определяет мероприятия и сроки, в которые развитым и развивающимся странам необходимо уменьшить и прекратить производство, потребление, импорт и экспорт установленных в его приложениях веществ, разрушающих озоновый слой (всего 96 веществ), а также сроки, в какие необходимо провести изъятие этих веществ их хозяйственного оборота. 

Значение  охраны озонового  слоя. 

     Согласно  расчетам ученых, если бы не было Монреальского  протокола и не были проведены  мероприятия по охране озонового  слоя, разрушение озонового слоя в 2050 году в северной части Земного шара достигло бы как минимум 50 %, а на юге – 70 %. Достигающее Землю ультрафиолетовое излучение в северной части удвоилось бы, а на юге – увеличилось в четыре раза. Объем эмитированных в атмосферу веществ, разрушающих озоновый слой, увеличился бы в 5 раз. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение вызвало бы более чем 20 миллионов случаев заболеваний раком, 130 миллионов случаев заболеваний катарактой глаз и т.д.

Сегодня под  воздействием Монреальского протокола  почти на все технологии, в которых используются вещества, разрушающие озоновый слой, найдены альтернативы, и производство этих веществ, торговля ими и их использование стремительно уменьшается. Например, в 1986 году объем потребленных хлорофторуглеродов в мире составил примерно 1 100 000 тонн, а в 2001 году общий объем – только 110 000 тонн. Как следствие, концентрация веществ, разрушающих озоновый слой, в нижних слоях атмосферы уменьшается и ожидается, что в ближайшие годы она начнет уменьшаться и в верхних слоях атмосферы, в т.ч., в стратосфере (на высоте 10-50 км), где находится озоновый слой. Ученые прогнозируют, что если будут соблюдаться проводимые сегодня мероприятия по охране озонового слоя, то примерно в 2060 году озоновый слой может быть обновлен, и его «толщина» будет близка к нормальной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Загрязнение воды и пищи ртутью. 

     Ртуть — элемент побочной подгруппы  второй группы шестого периода периодической  системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 80. Обозначается символом Hg. Простое вещество ртуть - переходный металл, при комнатной температуре представляет собой тяжёлую серебристо-белую жидкость, пары которой чрезвычайно ядовиты. Ртуть — один из двух химических элементов (и единственный металл), простые вещества которых при нормальных условиях находятся в жидком агрегатном состоянии (второй элемент — бром). В природе находится как в самородном виде, так и образует ряд минералов. Чаще всего ртуть получают путём восстановления из её наиболее распространённого минерала — киновари. Применяется для изготовления измерительных приборов, вакуумных насосов, источников света и в других областях науки и техники. В старину применялась в изготовлении зеркал. 

     Ртуть относительно редкий элемент в Земной коре со средней концентрацией 83 мг/т. Однако в виду того, что ртуть слабо связывается химически с наиболее распространёнными в земной коре элементами, ртутные руды могут быть очень концентрированными по сравнению с обычными породами. Наиболее богатые ртутью руды содержат до 2,5 % ртути. Основная форма нахождения ртути в природе — рассеянная и только 0,02 % её заключено в месторождениях. Содержание ртути в различных типах изверженных пород близки между собой (около 100 мг/т). Из осадочных пород максимальные концентрации ртути установлены в глинистых сланцах (до 200 мг/т). В водах Мирового океана содержание ртути 0,1 мкг/л. Важнейшей геохимической особенностью ртути является то, что среди других халькофильных элементов она обладает самым высоким потенциалом ионизации. Это определяет такие свойства ртути, как способность восстанавливаться до атомарной формы (самородной ртути), значительную химическую стойкость к кислороду и кислотам. 

     До  индустриальной революции осаждение  ртути из атмосферы составляло около 4 нанограмма на литр льда. Природные источники, такие как вулканы, составляют примерно половину всех выбросов атмосферной ртути. За оставшуюся половину ответственна деятельность человека. В ней основную долю составляют выбросы в результате сгорания угля главным образом в тепловых электростанциях — 65 %, добыча золота — 11 %, выплавка цветных металлов — 6,8 %, производство цемента — 6,4 %, утилизация мусора — 3 %, производство соды — 3 %, чугуна и стали — 1,4 %, ртути (в основном для батареек) — 1,1 %, остальное — 2 %. 

     Одно  из тяжелейших загрязнений ртутью в истории случилось в японском городе Минамата в 1956 году, что привело к более чем трём тысячам жертв, которые либо умерли, либо сильно пострадали от болезни Минамата.  
 

     Содержание  ртути в организмах составляет около 10-6%. В среднем в организм человека с пищей ежесуточно поступает 0,02-0,05 мг ртути. Концентрация ртути в крови человека составляет в среднем 0,023 мкг/мл, в моче – 0,1-0,2 мкг/мл. В связи с загрязнением воды промышленными отходами в теле многих ракообразных и рыб концентрация ртути (гл. обр. в виде её органических соединений) может значительно превышать допустимый санитарно-гигиенический уровень. Ионы ртути и её соединения, связываясь с сульфгидрильными группами ферментов, могут инактивировать их. Попадая в организм, ртуть влияет на поглощение и обмен микроэлементов – Zn, Cd, Se. В целом биологическая роль ртути в организме изучена недостаточно. Отравления ртутью и её соединениями возможны на ртутных рудниках и заводах, при производстве некоторых измерительных приборов, ламп, фармацевтических препаратов, инсектофунгицидов и др. 

     Ртуть действует предательски, потому что  сначала отравление проходит бессимптомно. Необратимые изменения в организме  начинаются совсем не типично: сначала  появляются головные боли, головокружения, воспаление десен, затруднения в концентрации внимания, тошнота, бессонница, начинают выпадать волосы. И только потом нарушается речь, появляется состояние страха, нервозность или сонливость, количество белых кровяных телец уменьшается – все это признаки потери организмом иммунитета, состояния, при котором даже незначительная инфекция может оказаться смертельной. А в завершающей стадии этого "ползущего" отравления исчезает подвижность суставов, и человек превращается в одеревеневшую куклу. 

     Ртуть может давать о себе знать также и в последующих поколениях. Соединения ртути абсорбируются понемногу, но основательно, они осаждаются в мышцах, почках, нервной системе и мозге. Сильнее всего атакует она плод, нередко вызывая наследственные заболевания. 

     Из  организма человека ртуть выделяется очень медленно. Она успевает проникнуть в мозг, нарушить зрение, вкус и осязание, а также психику. 

     Многие  страны установили нормы, определяющие максимально допустимое содержание ртути в пищевых продуктах, в  том числе в рыбе или продуктах ее переработки. В США и Англии допустимая норма содержания ртути составляет 0,5 мг на 1 кг пищи, в Италии и Франции – 0,7 мг/кг, в Швеции, Финляндии и Японии – 1 мг/кг, в Норвегии – 1,5 мг/кг. 

     Ртуть можно назвать постоянным загрязнителем  в том смысле, что, однажды попав в окружающую среду, она в процессе своего круговорота переходит из воздуха вводу, в водные организмы, в пищу людей, и эти циклы представляются бесконечными. Много лет пройдет, прежде чем ртуть, попавшая в донные осадки озер и морей, покроется настолько толстым слоем ила, что станет безопасной. 

Загрязнение озера ртутью.

В это воображаемое озеро ртуть попадает с бытовыми и промышленными  сточными водами, а также в результате утечек со свалок мусора, куда выбрасываются отработанные элементы питания, переключатели и другое оборудование. Дождевая вода смывает в озеро содержащие ртуть пестициды; кроме того, эта вода вымывает ртуть из воздуха, попавшую туда при сгорании ископаемого топлива. Далее, ртуть, попавшая в озеро много лет назад, накапливается в слоях донного ила и грязи, где она медленно превращается бактериями в ядовитую метиловую ртуть и затем включается в пищевые цепи. К сожалению, хотя озеро на рисунке и воображаемое, но описанные процессы - отнюдь нет. Примеры всех этих явлений можно обнаружить по всей стране. В развивающихся странах загрязнение ртутью также становится проблемой. Не так давно появилось сообщение о том, что бухта Джакарта (Индонезия) серьезно загрязнена ртутью, в то же время 85% рыбы, идущей в пищу в г. Джакарте, поступает именно из этой бухты. 

     Из-за своей токсичности и тенденции  накапливаться в живых организмах предельная концентрация ртути в  питьевой воде установлена на уровне 0,002 мг·л-1. Рыба с содержанием ртути более 1·10-6 считается небезопасной для употребления человеком в пищу. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                 Список источников информации. 

http://www.geoglobus.ru;

http://www.anofdi.narod.ru/ozon.htm;

Г. Фелленберг. Загрязнение  природной среды. М. “Мир” 1997.;

Ш. Роун. Озоновый кризис. Пятнадцатилетняя эволюция неожиданной  глобальной опасности. М. “Мир” 1993;

Журнал «Военные знания» № 11/2007.