Озоновый слой
План
Введение
На сегодняшний день проблема озона беспокоит очень многих, о ней наслышаны даже те, кто раньше и не знал о существовании озонового слоя в атмосфере, а помнил о нём только из школьного курса химии. И интерес к этой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Ведь изменения в озоновом слое могут привести к изменению климата на планете в худшую сторону, поднимется уровень мирового океана, возрастёт количество раковых заболеваний из-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца достигающего поверхности планеты. К сожалению опасения людей, об изменении озонового слоя не беспочвенны. Впервые об опасности изменения озонового слоя Земли начали говорить ещё в 70 годы. Но тогда мало, что было сделано, что бы нейтрализовать эту угрозу. Если бы в те годы ввели эффективные методы по предотвращению этой угрозы, то в наше время это проблема не была бы так актуальна. В первую очередь это связано с экономическими интересами.
Ведь к разрушению озонового слоя приводят различные химические вещества. Такие как фреоны, использующиеся в холодильной промышленности и в аэрозолях. Окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания реактивных самолётов и ракет. Причём последнее особенно вредно, ведь на больших высотах окислы азота живут очень долго. Применение большого количества минеральных удобрений тоже вредит озоновому слою. Дымовые газы электростанций вырабатывают миллионы тонн закиси азота в год.
Таким образом, большая часть воздействия на озоновый слой планеты связана с хозяйственной деятельностью человечества. Поэтому быстрого изменения ситуации ждать не стоит. Ведь человечество не может взять и отказаться от использования минеральных удобрений или быстро перейти на новые технологии производства холодильных установок.
О нарушении озонового слоя свидетельствовали озоновые дыры появлявшиеся весной над Антарктикой. Там благодаря особой циркуляции воздуха в атмосфере в зимние и весенние месяцы, присутствующие в стратосфере химические вещества, такие как хлор, фтор, азот, метан и др., преобразуются в активные, которые быстро разрушают озон. Измерения показали, что в такие периоды концентрация окиси хлора в 100-500 раз больше чем в средних широтах. То есть вредные вещества, которые попадают в атмосферу переносятся движением воздуха на все широты, но только в Антарктике в конце зимы и весной, благодаря особым природным условиям они эффективно разрушают стратосферный озон. Но это не значит что проблема озоновой дыры в Антарктике региональная, а не глобальная.
Весь озон на планете находится как бы в сообщающихся сосудах, в одних районах он образуется регулярно, а в других плохо, где-то он живёт годы, а где-то секунды. Соответственно если он исчезнет без компенсации в одном месте, то общий объём озона в мире уменьшится. Но в нашем техногенном мире, перекись азота, поступающая в приземной воздух больших городов в составе автомобильных выхлопных газов реагирует при ультрафиолетовом облучении с ненасыщенным углеводородом, тем самым, формируя в больших городах озоновый смог. В приземном слое воздуха озон не только образуется, но и разлагается. Разложение происходит за счёт растений, животных и промышленных выбросов.
Озоновый слой: его функции и местоположение
Озон – это разновидность кислорода. Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода, а молекулярный кислород состоит из двух атомов.
Благодаря этому свойства трёхатомной молекулы озона принципиально отличаются от двухатомной молекулы молекулярного кислорода. Озон остаётся газом до температуры –111,9 гр. С. При понижении температуры он переходит в жидкость тёмно-синего света.
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 результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.
Озоновый «экран» расположен в стратосфере, на высотах от7-8 км на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 - 24 километров над Землей.
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. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.
Озон был
открыт в 1839 году немецким химиком Шенбейном,
а в 1873г. его обнаружили в приземной
атмосфере. Затем путём анализа
характеристик ультрафиолетовог
Озоновый слой в стратосфере важен тем, что он поглощает определённый диапазон солнечного излучения. Наиболее сильно длину волн 253.65нм. Этот диапазон приходится на ультрафиолетовое излучение солнца. Из этого следует, что озоновый слой толщиной всего лишь 3мм (при температуре 0 гр. С и нормальном давлении) способен снизить интенсивность излучения на этой длине волн в число раз, равное единицы с сорока нулями.
Полоса поглощения озона от 200 до 300нм в честь её первооткрывателя, была названа полосой Гартли. Но имеются и другие полосы поглощения озона (более слабые) от 300 до 360 нм. Это полоса Хюгинса. Если излучение с этой длиной волн пройдёт через земную атмосферу от звёзд, то по характеру поглощения озоном можно определить количество озона, через которое прошло излучение. Озон поглощает и волны от 440 до 850 нм. Это полоса поглощения Шапюи.
Сама земля тоже испускает излучение в инфракрасном спектре. Так вот часть этого излучения тоже задерживается озоном, тем самым, предохраняя планету от охлаждения. Измерения поглощения инфракрасного излучения озоном также даёт информацию о количестве озона лежащего на пути излучения. Только сами измерения нужно проводить выше озонового слоя. Для этого аппаратуру устанавливают на спутниках. Такие измерения дают возможность узнать распределение озона по высоте.
Главной функцией озона является защита человека и всей биосферы планеты от жёсткого ультрафиолетового излучения с длинами волн от 250 до 320 нм. Если бы этого не происходило то, учитывая способность нуклеиновых кислот, поглощать излучение ниже 280 нм происходило бы их разрушение. Но озоновый слой не полностью поглощает этот спектр, часть его, которая доходит до организма поглощается белками. Тем самым они выступают в роли предохранителя для организма. Прежде всего, ультрафиолетовое излучение действует на живые организмы путём повреждения хранилища клеточной информации, то есть ДНК. Если они нарушены, то это препятствует восстановлению и копированию данных биосистем Установлено что, насколько сильно было действие ультрафиолетового излучения, он может либо просто загореть, либо получить солнечный ожог, либо даже заболеть не злокачественными типами рака кожи (базально-клеточный и чешуйчато-клеточный рак) и меланомой (рак кожи). Это же излучение при облучении глаз может вызвать повреждение роговицы (фотокерактит), катаракту и другие. Также это излучение может вызвать изменения в иммунной системе человека, подавляя его защитные функции. В результате будет усиливаться фотоканцерогенезис. Защита организма при этом ослаблена, поэтому уменьшается сопротивляемость к развитию заболеваний. Самым опасным для здоровья считается излучение с длинами волн от 300 до 315 нм. Изменение озонового слоя коснулись даже растений и животных. Опыты показали, что если количество озона уменьшится на 25% то и их урожайность упадёт на столько же.
Есть и версии, которые могут показаться экзотическими. Так в интервью с Василием Шабетниковым была высказана версия, что разрушения озонового слоя приведёт к усилению ионизации воздуха, что увеличит электрический потенциал земли и может привести к тому, что земля сойдёт со своей орбиты по направлению к солнцу.
Но у озона есть ещё одно неприятное свойство, он является сильнодействующим ядом. Его токсичность даже выше чем у синильной кислоты.
Особую опасность для людей представляют, озоновые смоги, они могут быть опасными для жизни. Их образование происходит из выхлопных автомобильных газов, а точнее, из-за содержащийся в них перекиси азота. Если её не очень мало, то при облучении солнечным ультрафиолетом перекись азота вступает в реакции с ненасыщенным углеводородом и образует озон. Первым испытал на себе его действие Лос-Анджелес. Здесь образованный таким образом смог привёл в негодность провода городской сети электроэнергии.
Для того, что бы более полно понять проблему озонового слоя нужно рассмотреть движение озона в атмосфере. Находясь в непрерывном движении атмосферный воздух, непрерывно переносится большими массами из одних мест в другие. Перемешивание атмосферного воздуха происходит также за счёт его вертикального движения. Свою роль играет и турбулентность атмосферного газа, его вихревые движения. Благодаря этому состав воздуха до высоты 100 км примерно одинаков.
Общая схема движения озона выглядит примерно так. В стратосфере озон образуется с участием атомного кислорода. В стратосфере атомного кислорода очень мало по сравнению с озоном. Атомный кислород образуется под действием солнечного излучения. Как только с заходом Солнца солнечное излучение исчезает, образование атомного кислорода прекращается. Тот атомный кислород, который был образован до этого момента, идёт на создание озона.
Ночью пока нет солнечного излучения, разрушение озона не происходит. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическими соединениями и под действием солнечного излучения. Поскольку в атмосфере от 100 км и до поверхности земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию с озоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались на земле, в её приземном слое, а затем из-за перемешивания были подняты в атмосферу. Для того, что бы слой оставался неизменным должен существовать баланс между количеством образующегося озона и озоном, который разрушается. Особо эффективно озон образуется из молекулярного и атомного кислорода на высоте 30-70 км. Выше эта реакция протекает плохо, так как молекул кислорода там мало, а ниже этого диапазона плохо проникает ультрафиолетовое излучение, которое нужно для его образования.
Разрушение ОС хлор-фторуглеводородами
В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы.
Наиболее подробным
Это открытие обеспокоило как ученых, так и 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 поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах).
По своему воздействию
на живые организмы жесткий
Связь озона и климата 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 является источником тепла в стратосфере, поглощая ультрафиолетовое излучение солнца и восходящее инфракрасное излучение от тропосферы. Следовательно, уменьшение количества озона в стратосфере приводит к понижению температуры. А это в свою очередь приводит к истощению озона, истощение озона - ведёт к снижению температуры - ведёт к полярным стратосферным облакам - ведёт к истощению озона
Самые крупные
потери озона в Арктике и Антарктике
происходят зимой и в начале весны,
когда полярные стратосферные вихри
изолируют воздух в своих пределах.
Когда температура воздуха
Идея
о связи процессов разрушения
озонового слоя, т.е. что охлаждение
стратосферы в результате
Охлаждение стратосферы в последние десятилетия объясняется также и другими причинами. Второй основной причиной способствующей охлаждению стратосферы является увеличение количества парниковых газов в нижних слоях атмосферы (тропосфере) и, следовательно, аккумуляция тепла от теплового излучения поверхности земли, которое обычно достигало стратосферу и нагревало ее. Среди специалистов имеются различные мнения о величине количественных взаимосвязей, не изменяющие общих представлений о природе происходящих в атмосфере процессов.
Хотя большинство глобальных климатических моделей хорошо согласуются друг с другом и с наблюдениями относительно будущего восстановления озонового слоя, большинство региональных моделей согласуются гораздо хуже. Климатические модели предсказывают влияние охлаждение на разрушение озонового слоя достаточно хорошо в Антарктике, но значительно хуже в Арктике. Различия между регионами приводит к тому, что процесс прогнозирования сложных химических процессов в атмосферы является проблематичным. Ситуации в Арктическом и Антарктическом регионах, где низкое содержание озона в стратосфере вызывают большую тревогу, значительно отличаются между собой. Сложный рельеф высоких широт северного полушария, с контрастным распределением суши и океанов в Арктике определяет более динамичный и изменчивый характер поведения атмосферы. В целом Антарктика является более холодным регионом, чем Арктика. Антарктические ветры образуют относительно стабильные полярные вихри в течение длительного времени, которые стабилизируют температуру стратосферного воздуха региона. Такая стабильность делает Антарктику более предсказуемым регионом, чем Арктика. Прибрежные горы на юго-востоке Аляски являются весьма представительными с точки зрения рельефа северного полушария в высоких широтах. Высокие горы и контраст между крупными территориями суши и открытого океана в Северном полушарии влияют на движение воздушных масс над Арктикой, нарушая формирование устойчивой циркуляции. Частично именно отсутствие стабильных полярных вихрей предотвращает регулярное появление чрезвычайно низких температур в Арктике, аналогичных наблюдаемым в Антарктике. Несмотря на это, наблюдаются значительные разрушения озонового слоя в Арктике на протяжении нескольких последних лет.
Химические
процессы образования и разруше
При
охлаждении стратосферы и
Взаимодействие между озоном и климатом, естественно, происходит не только в стратосфере, но также и у поверхности Земли, т.е. в тропосфере. Известно, что многие наблюдаемые химические и физические аспекты формирования приземного озона объясняются как часть климатических изменений. Озон в тропосфере образуется под действием солнечного излучения из некоторых химических веществ в результате фотохимических процессов. Химические вещества, участвующие в образовании озона включает две основные группы соединений: оксиды азота (NOx) и летучие органические соединения (ЛОС). Как правило, увеличение температуры ускоряет фотохимические реакции. Установлена прямая зависимость появления более высоких уровней содержания приземного озона в теплые дни. При наличии в атмосфере оксидов азота и ЛОС, а также при более высоких температурах, можно ожидать большего количества дней с увеличенной концентрацией «плохого озона». Увеличение содержания озона в тропосфере ведет к усилению парникового эффекта и как следствие, дальнейшему охлаждение стратосферы, а также ко многим другим отрицательным экологическим эффектам, например, образования смога.
Нельзя не отметить некоторую
несогласованность действий по
сохранению озонового слоя и
предупреждения изменения
Разрушение ОС техногенными факторами
Ещё один фактор, приводящий к уменьшению озонового слоя. Это высотные самолёты и запуски космических кораблей. Высокая температура в камерах сгорания реактивных двигателей, приводит к образованию окислов азота из находящихся там азота и кислорода. Причём скорость образования азота на прямую зависит от температуры, то есть мощности двигателя. Но ещё и очень важно, на какой высоте находится двигатель и выпускает в атмосферу разрушающие озон окислы азота. Чем выше, тем хуже для озона. Так при запуске ракет типа «Атлас» в атмосферный газ выбрасывается большое число молекул воды, в дальнейшем разрушающих озоновый слой, а в ионосфере на высоте 200-300 км образуются огромные дыры диаметром в сотни километров. Например, двигатели «Олимпус-593,» которые были установлены на самолетах «Конкорд» выделяли 18 г азота на 1 кг топлива. Наиболее вредными для озона являются выбросы военных самолётов. Так как их очень много и они летают в основном на высотах озонового слоя. На вооружении большинства стран мира имеются боевые твёрдотопливные ракеты. В состав их топлива входит окислитель – перхлорат аммония. Когда он сгорает, выделяются вещества, содержащие хлор. Также интересна точка зрения по этому вопросу Пономаря В.В.1 ''Основной причиной потепления климата, увеличения частоты и силы стихийных бедствий, является истощение озонового слоя и образование озоновых дыр из-за запусков шатлов’’.
Ядерные взрывы тоже способствуют истощению озонового слоя. При сильном нагреве, а температура ядерного взрыва около 60000 гр. Происходят такие преобразования химических веществ, которые при, нормальных условиях протекают, вяло или вообще не протекают. Особо опасным является появление окиси азота NO. Это происходит таким образом. При повышении температуры до 60000гр молекулярный кислород практически весь превращается в атомный. И если при нормальной температуре окиси азота в воздухе практически нет, то при ядерном взрыве он составляет 1,5%. Излучение при взрыве тоже приводит к образованию окиси азота, это происходит, прежде всего, потому что излучение производит ионизацию атомов и молекул атмосферного газа. Затем образованные ионы вступают в реакции с другими составляющими атмосферы и образуют окислы азота.
Закись азота
обнаруживается также и в
Очень важную роль в разрушении озона играет пар. Эта роль реализуется через молекулы гидрооксила OH, которые рождаются из молекул воды и в конце превращаются в них. Поэтому от количества пара в стратосфере зависит скорость разрушения озона.
Действия минеральных удобрений
Теперь рассмотрим действие минеральных удобрений на разрушение озонового слоя. Озон может уменьшаться за счёт того, что в стратосферу попадает закись азота N2O, которая образуется при денитрификации связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхних слоях океанов и морей. Эти процессы напрямую связаны с содержанием азота. Таким образом, можно быть уверенным, что с ростом количества минеральных удобрений вносимых в почву. Будет также и расти количество закиси азота. Далее образующиеся из закиси азота, окислы азота приводят к разрушению озонового слоя.
Методы защиты озонового слоя
В марте 1985 года
появилась Венская конвенция. Результатом,
которой было подписание Монреальского
протокола. Под ним, подписались
около 150 стран, Россия в то числе. Основой
его содержания было то, что человечество
должно смирится с экономическими потерями
ради дальнейшей жизни на земле. Его результатом
было соглашение о постепенном выводе
фреонов из промышленного оборота. Так
в холодильных установках идёт процесс
постепенного перехода на более дорогие
фреоны, такие как фторуглеводороды (CHF2CHF2,CH3CF3),
Хорошим подспорьем в сохранении озонового слоя стало запрещение наземных атомных взрывов. Только при проведении подземных взрывов, всё равно, какая то часть окислов азота попадает в атмосферу. Эта мера будет действенна только после того, как все страны откажутся от проведения ядерных испытаний. Хотя токая тенденция наметилась.В освоении космоса тоже наметились перемены. Так при запусках «шатлов» их боковые ускорители отрегулированы таким образом, что бы их мощность снижалась при прохождении озонового слоя. В самолётостроении новые конструкции двигателей уменьшили образование окислов азота.
Заключение
Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой.
Понимание взаимодействий
между озоном и изменением климата,
и предсказание последствий изменения
требует громадных
Список используемой литературы
1. Jeannie Allen. “Tango in the Atmosphere: Ozone & Climate
Change”//NASA Earth Observatory. 10.02.2004. http://earthobservatory.nasa.
2. “Scientists find Ozone-Destroying Molecule”//NASA Goddard Space
Flight Center. 09.02.2004. http://www.gsfc.nasa.gov/
3. “Круговорот кислорода.
4. Экология: Учебник для технических вузов /Цветкова Л.И., Алексеев М.И. и др.; Под ред. Л.И.Цветковой. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999.-488 с
5.Сердюк А.М. Непростые заботы человечества. – М.; Политиздат, 1998. – 299 с.

- Озоносфера
- ОЗУ в устройствах динамической индикации
- Ойконимия Австралии и Новой Зеландии
- Ойлау туралы курстық жұмыс көлемі 40 бет
- Ойын бастауыш сынып оқушыларының танымдық іс-әрекетің қалыптастыру құралы
- Ойын бизнесі салығының қызмет етуінің теориялық негіздері
- Ойын - психокоррекция құралы ретінде
- Ознакомление с родным краем как средство патриотического воспитания
- Ознакомление старших дошкольников с живописью
- Ознакомление старших дошкольников с цветом на занятиях по изобразительной деятельности
- Ознакомление старших дошкольников с цветом на занятиях по изобразительной деятельности
- Ознакомление с трудом взрослых как средство познания мира социальных отношений между людьми
- Ознакомления детей дошкольного возраста с художественной литературой
- Озоновые дыры