составляющих атмосферы Земли. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство - это способность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца. С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный отравлять ту самую флору и фауну, которую защищает, находясь в стратосфере. Отравляющее действие озона приносит пользу при очистке воды от болезнетворных организмов: озонирование воды - один из лучших способов ее очистки. Кроме того, озон обладает свойством
парникового газа, влияющего на изменение климата.
С точки зрения различных функций и свойств один и тот же по химическому составу озон можно условно разделить на «плохой» и «хороший». «Плохой» озон, входящий в состав фотохимического смога, поразившего многие крупные города, находится в приземном слое тропосферы и, достигнув определенных концентраций, представляет опасность для всего живого. Однако основная часть озона сосредоточена в стратосфере, расположенной над тропосферой на высоте 8 км над полюсами, 17 км над экватором и простирающийся вверх на высоту примерно 50 км. Это - «хороший» озон: он защищает все живое от опасного ультрафиолетового излучения.
Проблемы разрушения озонового слоя и образования городского смо
га часто обсуждаются в средствах массовой информации, и это дает по
вод полагать, что в атмосфере Земли содержится слишком много озона.
Действительно, его может оказаться слишком много в тропосфере, где он
наносит вред флоре и фауне, и слишком мало там, где он выполняет за
щитную функцию. В целом же общее количество озона в атмосфере срав
нительно мало: если его сжать до плотности воздуха у поверхности Зем
ли, то получится слой толщиной примерно 3,5 мм. Концентрация озона в
атмосфере зависит от географической широты, высоты, времени года, ак
тивности Солнца, техногенного воздействия и т.п. Естественные ее коле
бания могут достигать 25%. Распределение озона по высоте представлено
на рис. 10.4, где концентрация дана в условных единицах, соответствую
щих давлению в миллипаскалях (мПа). В стратосфере сосредоточено 90%
всего озона, 10% - в тропосфере, частично в смоге. Больше всего озона
находится на высоте 20-25 км, где его концентрация превышает 30 мПа,
27-3290 417
что соответствует примерно одной молекуле озона на 100 000 молекул воздуха.
В процессе развития жизни на Земле совершенно случайно оказалось, что озон, образовавшийся в древней земной атмосфере, и клетки живых организмов поглощают биологически опасное коротковолновое излучение Солнца в одном и том же диапазоне длин волн 230-290 нм. Опасное воздействие ультрафиолетового излучения на живую клетку заключается в том, что оно повреждает молекулы ДНК, поглощающие его сильнее, чем молекулы белков клетки. С формированием озонового слоя появилась, может быть, единственная возможность во Вселенной для развития большого разнообразия живых форм, включая человека. Поэтому весьма важно представлять механизмы образования и разрушения озона.
Основной источник озона в атмосфере - молекулярный кислород О 2 , который под действием ультрафиолетового излучения распадается на атомы. Атомы кислорода О вступают в связь с молекулами О 2 , образуя молекулы озона О 3 . Атомарный кислород образуется на высоте выше 20 км при расщеплении молекулы кислорода ультрафиолетовым излучением с длиной волны не более 240 нм. В нижние слои атмосферы такое излучение не проникает, и здесь атомы кислорода образуются в основном при фотодиссоциации двуокиси азота под действием мягкого ультрафиолетового излучения с длиной волны более 300 нм (рис. 10.5).
Поскольку связь атома О с молекулой О 2 в озоне слабая, достаточно видимого света, чтобы молекула озона распалась на исходные составляющие. Если бы после образования озона можно было изолировать солнечное излучение, то озон сохранялся бы в атмосфере довольно долго. Так 418
оно в действительности и происходит: накопленный за день в стратосфере озон за ночь не распадается.
Ускорению естественного распада озона способствует его взаимодействие с частицами, содержащими Cl, Br, NO, ОН, среди которых наиболее опасны хлор и бром и особенно хлор, входящий в состав различных видов фреонов. При взаимодействии атомов хлора с озоном образуется оксид хлора и кислород (рис. 10.6). Несмотря на то что скорость появления атомов хлора из фреонов в стратосфере в миллионы раз меньше скорости образования молекул озона при солнечном излучении, один атом хлора может разрушить сотни тысяч молекул озона. Происходит цепная реакция, включающая сотни тысяч звеньев. Этот механизм разрушения озона имеет антропогенный характер: фреоны стали производиться человеком во второй половине XX в. и широко использоваться в качестве хладагентов в холодильниках, пенообразующих агентов в огнетушителях, аэрозольных наполнителей, при химической очистке одежды, при производстве пено-пластов и т.п. Молекулы фреонов довольно устойчивы, плохо растворяются в воде и легко проходят тропосферу, достигая стратосферы, где сконцентрирован озон.
Наиболее яркое проявление антропогенного воздействия на озоно
вый слой Земли - это антарктическая озоновая дыра, в которой истоще
ние озона составляет более 50%. После осознания последствий разруше
ния озонового слоя антропогенными источниками были сделаны важные
шаги - приняты Венская конвенция (1985) и Монреальский протокол
(1987), запрещающие производство озоноразрушающих веществ. По
мере сокращения их производства в последнее время отмечается некото
рая стабилизация в содержании озона в стратосфере и даже тенденция к
его восстановлению. Расчеты показывают, что процесс восстановления
419
озона будет происходить в течение всего текущего столетия. Ускорение этого процесса - еще один важный шаг в решении сложной проблемы сохранения озонового слоя.
10.6. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ИХ СОХРАНЕНИЕ
Необходимые для жизнедеятельности всего живого водные ресурсы - это соленая вода океанов и морей, пресная вода озер, рек и подземных источников. Гигантский объем воды сосредоточен в ледниках - около 30 млн. м 3 . Существенная доля водяных паров образуется при естественном испарении поверхностных вод.
Наша страна, как никакая другая, богата водными ресурсами. Но, к сожалению, многие озера заболачиваются, реки мелеют, а иногда совсем исчезают. Редко где можно встретить на озере либо реке прекрасную снежно-белую кувшинку - индикатор чистоты воды. Многие реки несут непомерную нагрузку. Можно было бы говорить обо всех реках, но остановимся на одной из них - Волге. Проблемы Волги - это проблемы не только всех рек и всей России, но и всей планеты в целом.
Сравнительно недавно, в середине XX в., за годы «великих строек» Волга, крупнейшая река Европы, превратилась в цепь каналов, шлюзов и водохранилищ. Теперь многие понимают, что такое превращение оборачивается серьезными бедствиями.
По данным Института литосферы РАН, большая часть волжского бассейна находится в критическом состоянии. Ежегодно в Волгу поступает более 300 млн. т минеральных веществ, 64 тыс. т фенола, более 100 тыс. т соединений железа, более 6 млн. т сульфата, свыше 10 млн. т хлоридов и т.д. В бассейн Волги в 1990 г. было сброшено 23,3 км 3 сточных вод. Из них совершенно неочищенных - 1,9, мало очищенных - 9,6, так называемых нормативно очищенных, а на самом деле тоже недостаточно очищенных - 1,6 км 3 . Основная масса загрязненных вод, как ни странно, поступает через сети коммунального хозяйства, а на долю промышленных отходов приходится меньше половины. Сокращение объема пресноводного стока с завершением строительства Нижнекамского и Куйбышевского водохранилищ и загрязнение воды привели к тому, что за последние 35 лет годовой лов рыбы в Волго-Каспийском регионе снизился в восемь раз. Судака стало меньше в 24, леща в 4,5, сельди - в 16 раз. Рыба гибнет в основном из-за того, что количество фенола, ионов меди, цинка, нефтепродуктов и пестицидов в волжской воде в последние годы превышает допустимые нормы в десятки и сотни раз. А с конца 70-х годов XX в. резко повысилось содержание азота, фосфора и органических веществ.
Очевидно, если вода в Волге будет чистой, то и рыба в ней не переведется. Многие ли знают, что для рыб вода должна быть чище, чем питье-420
вая? Воду, не пригодную для рыбы, люди в соответствии с установленными нормами пить могут. Мы должны стремиться к тому, чтобы на питьевую воду были установлены те же нормы, что и для рыб.
Каков же материальный ущерб, нанесенный Волге строительством целого комплекса ГЭС? Ежегодные потери из-за недополучения продукции при затоплении более 1 млн. га сельскохозяйственных земель оцениваются - в 16 млрд. долл. и из-за потери рыбных запасов - в 4-6 млрд. долл. Если учесть эти потери, то по себестоимости электроэнергии действующие ГЭС станут невыгодными по сравнению, например, даже с ТЭЦ. Но остановить их работу, одновременно и сразу спустить воду невозможно - энергия нужна всем. Значит, надо искать способы реконструировать ГЭС таким образом, чтобы они наносили минимальный ущерб природе.
Загрязняются и подвергаются воздействию не только воды рек, но и грунтовые воды прежде всего различными видами отходов. Применяемые в течение длительного времени способы захоронения бытовых и промышленных отходов основывались на том, что миграция отходов маловероятна и что со временем содержащиеся в них соединения окисляются, гидролизуются или перерабатываются бактериями в безвредные продукты. Однако результаты исследований показали, что некоторые виды отходов слабо разлагаются и способны мигрировать, а часть их перерабатывается бактериями не в безвредные, а в токсичные вещества. Загрязняющие вещества от различных источников могут распространяться в
поверхностных слоях земной коры на большие расстояния от источников загрязнения и проникать в водоносные пласты (рис. 10.7).
Вынужденное захоронение всех видов отходов в грунте требует предварительных и сопутствующих физических, химических и биологических исследований, результаты которых позволят представить реальную картину миграции составляющих отходы соединений, а также процесс их разложения.
За последние десятилетия резко возрос объем антропогенных, в том числе и пластмассовых отходов, засоряющих не только огромные площади суши, но и моря, и океаны. Пластмассы разрушаются очень медленно - некоторые из них в течение нескольких десятков лет. Но все же усилиями химиков выход найден-синтезированы пластики с особой структурой и свойствами, отходы от которых наносят минимальный ущерб окружающей среде. В такие пластики внедряются светочувствительные молекулярные группы, способные поглощать солнечное излучение, приводящее к расщеплению полимера.
Существует несколько способов сохранения водных ресурсов:
Оптимальная комбинация химической и биологической очистки
сточных вод;
Применение дополнительных средств очистки сточных вод, со
держащих особо стойкие вещества;
Внедрение озонирования воды для ее обеззараживания;
Окисление загрязняющих веществ при высокой температуре и вы
соком давлении;
Высокотемпературное сжигание отходов и обработка их адсор
бентами и ионообменными смолами;
Циклическое применение воды при теплоотводе от различных ме
ханизмов и агрегатов;
Возвращение в производственный цикл ценных веществ, напри
мер металлов, вызывающих загрязнение почвы и воды;
Создание быстроразлагающихся заменителей пестицидов, широко
применяемых как средство борьбы с болезнями и вредителями растений.
Успешное решение проблемы сохранения окружающей среды, в том числе водных ресурсов, зависит не только от ученых, специально занимающихся данной проблемой и предлагающих эффективные методы очистки воды, но и от всех людей, бережно относящихся к природе, в том числе и к водным ресурсам.
Предотвратить разрушение озонового слоя ни одна страна или группа стран оказались не в состоянии, ликвидация общей угрозы потребовала объединения усилий практически всех наций и незамедлительного принятия мер.
1974 год. Опубликованы первые статьи, объясняющие механизм разрушительного воздействия хлорфторуглеродов (ХФУ) на озоновый слой. Под влиянием выступлений защитников окружающей среды, протестующих против использования ХФУ в качестве пропеллента в аэрозолях, начинается свертывание производства ОРВ.
1977 год. Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) разработала Всемирный план действий по озоновому слою.
1978 год. В США запрещено производство аэрозолей с использованием ХФУ. Вскоре к запрету присоединились Канада, Швеция и Норвегия.
1981 год. Группа экспертов приступила к формулированию глобальной рамочной конвенции об охране озонового слоя.
22 марта 1985 года. На совещании в Вене после напряженных международных переговоров принята Венская конвенция об охране озонового слоя . Государства (Стороны), подписавшие и ратифицировавшие этот документ, взяли на себя обязательства по сотрудничеству в исследованиях и научной оценке состояния озонового слоя, обмене соответствующей информацией и принятию «надлежащих мер» по предотвращению деятельности, потенциально угрожающей озоновому слою.
Май 1985 года. Подтверждение гипотезы о разрушении стратосферного озона: в журнале Nature опубликована статья об обнаружении «озоновой дыры» над Антарктикой.
16 сентября 1987 года. В Монреале представителями 46 государств подписан Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой {ссылка на страницу протокола в разделе Нормативная база}. Изначально документ предполагал ограничение потребления, производства, импорта и экспорта хлорфторуглеродов (ХФУ) и бромсодержащих галонов. В дальнейшем перечень контролируемых веществ был расширен, установлены сроки прекращения их производства и потребления, а также определены меры по ограничению экспортно-импортных операций.
1997 год. Концентрация стратосферного озона начинает расти, что служит доказательством действенности мер, предусмотренных Монреальским протоколом.
2007 год. Сторонами Монреальского протокола принято решение ускорить прекращение потребления ГХФУ. К 2020 году развитые страны (включая Российскую Федерацию) должны сократить объем производства и потребления ГХФУ на 99,5% от базового уровня, что для нашей страны ограничит объем потребления величиной 19,98 тонны ОРС.
2050 год. Середина XXI века - предполагаемый срок, к которому, по прогнозам, должен восстановиться озоновый слой.
Специально к Международному дню охраны озонового слоя
Фото italianestro/Shutterstock.com
Тонкий озоновый слой, который находится в верхних слоях атмосферы, является определяющим фактором существования жизни на нашей планете. Его функция крайне важна - задерживать ультрафиолетовое излучение, исходящее от Солнца. Без этого защитного слоя уровень радиации был бы настолько высоким, что ни один живой организм не смог бы выжить.
Ни для кого не станет новостью, что необдуманная деятельность человека привела к значительному истощению озонового слоя. Впервые об этой проблеме заговорили в 80-х годах прошлого века, а уже сегодня мы столкнулись с ее тяжелыми последствиями. Именно с ослаблением защитного слоя врачи связывают увеличение заболеваемости раком кожи и катарактой. Также большие дозы ультрафиолета не лучшим образом влияют на наш иммунитет и другие системы организма.
Мы не будем продолжать пугать вас глобальным изменением климата, которое, кстати, тоже является следствием разрушения озонового слоя, лучше поговорим о том, что каждый из нас может сделать для спасения нашей планеты.
5 способов сохранить озоновый слой
Существует много простых способов защитить озоновый слой. Вот некоторые из них.
- Старайтесь реже пользоваться аэрозолями или же покупайте спреи нового поколения, на которых написано «Не разрушает озоновый слой» (или Ozone friendly). Эта надпись гарантирует, что продукт не содержит хлорфторуглероды, разрушающие озоновый слой над нашей планетой.
- Хотя бы на один день откажитесь от использования личного авто , а для поездок по городу воспользуйтесь общественным транспортом или велосипедом.
- Задайтесь целью раз в год высаживать хотя бы одно дерево. Деревья, цветы и прочая растительность не только украшают нашу жизнь, но и выполняют множество важных функций: вырабатывают необходимый для жизни кислород, поглощают пыль и вредные выбросы, регулируют температурный режим и т. д.
- При покупке холодильника, кондиционера и других бытовых приборов выбирайте энергосберегающие модели. Более того, вся перечисленная техника должны быть полностью исправной. В противном случае эти полезные в быту приборы могут служить причиной утечки хладагента в атмосферу.
- Обратите внимание, какой огнетушитель висит у вас на работе или дома. По возможности откажитесь от использования огнетушителей, в заряд которых входят галогенированные углеводороды. Безопасная для природы альтернатива: углекислотные или воздушно-пенные огнетушители.
Что выделаете для сохранения озонового слоя на Земле? Расскажите нам в комментариях!
Читайте другие интересные статьи
Нельзя сказать, что человечество не озабочено озоновой проблемой. Ряд мероприятий, связанных с прекращением загрязнения атмосферы уничтожающими озон веществами, проводится на международном уровне. Сюда следует отнести Венскую конвенцию 1985 года, Монреальский протокол 1987 года с уточнениями и дополнениями к нему, сделанные в Лондоне в 1990 году и в Копенгагене в 1992 году, предусматривающими прекращения производства галонов, фреонов, четыреххлористого углерода и метилхлороформа к 1996 году и сокращение в перспективе производства бромистого метила и хлорфторуглеродов.
Но упомянутые меры абсолютно недостаточны. Это связано с тем, что по подсчетам ученых, в атмосфере Земли уже находится столько вредных веществ, что даже при полном прекращении их производства они будут уничтожать озон еще в течение 50-70 лет. Так что же делать? Ответ очевиден - необходимо срочно разрабатывать эффективные меры защиты и восстановления озонового слоя.
Нельзя сказать, что в этом направлении ничего не делается. Наоборот, все время появляются предложения, как предотвратить нависшую над биосферой Земли опасность. Эти предложения можно разделить условно на две группы. В первую входят предложения, которые направлены на очищение атмосферы Земли от тех вредных веществ, которые в нее уже выброшены. Во вторую группу те из них, которые направлены на выработку дополнительного количества озона, компенсирующего его убыль.
Процесс очищения предлагается осуществлять несколькими способами. Например, выбрасывая с самолетов и ракет на высотах примерно в 15 км этан (С 2 Н 6) или пропан (С 3 Н 8). В реакции с этими веществами свободный хлор связывается в пассивный к озону хлористый водород. Как показало численное моделирование, положительный эффект может быть достигнут только при определенных сценариях воздействия. Связано это с возможностью появления вторичных реакций, в результате которых снова образуется хлор или содержащие хлор вещества, выделяющие под действием солнечного излучения свободный хлор. Исследования показали также, что рассматриваемый метод может привести к усилению парникового эффекта. В результате его осуществления образуются вещества, попадание которых в тропосферу и на поверхность Земли нежелательно, а влияние на всю совокупность химических процессов в атмосфере экологически небезопасно. Согласно расчетам авторов химического метода защиты озонового слоя, необходимо привнести в стратосферу около 50 000 тонн этана или пропана. Оценки показывают, что стоимость этого процесса составляет около 500 миллиардов долларов, что абсолютно нереально в настоящее время и в обозримом будущем.
Наряду с химическим воздействием на атмосферу предложены также физико-химические методы, основанные на использовании электромагнитного излучения. Облучая атмосферу на высоте 10 км излучением СО 2 -лазера, можно возбуждать молекулярные колебания фреонов. При достаточной интенсивности лазерного облучения молекулы фреонов расщепляются, выделяя атом хлора, который, соединяясь с водородосодержащими молекулами, превращается в хлористый водород, а соединяясь с кислородосодержащими молекулами, образует окись или двуокись хлора. Продукты этих реакций в конечном итоге выпадают на поверхность Земли в виде кислотных дождей. Поэтому для практического использования физико-химических методов и обеспечения их достаточной эффективности необходима строгая оптимизация режимов воздействия, которая авторами метода не проводилась. О том, что данный метод экологически небезопасен, было упомянуто.
В основе следующего метода очистки атмосферы от фреонов лежит микроволновое излучение, возбуждающее в определенной пространственной области разряд (СВЧ-разряд) с большой концентрацией в нем электронов. При соединении электронов с молекулами фреонов в зоне разряда образуется отрицательно заряженный атом хлора и свободные радикалы. Атом хлора, соединяясь с водородсодержащими молекулами, конвертируется в хлористый водород, который вымывается из тропосферы дождями. Свободные радикалы доокисляются до устойчивых соединений и также выводятся с дождями. Следует отметить, что наличие большого количества быстрых электронов в зоне СВЧ-разряда может привести к инициированию целого комплекса плазмохимических реакций, в результате которых образуются, например, оксиды азота, участвующие в уничтожении озона, и другие экологически вредные вещества, которые до этого в тропосфере отсутствовали.
Проведенные расчеты показали, что для получения разряда на высоте примерно в 10 км с последующей очисткой облученного объема воздуха средняя мощность излучения должна достигать 2*10 10 Вт. Производительность метода, выраженная в массе разлагаемого в единицу времени фреона, составляет примерно 30 кт/год. Эта величина равна примерно 0,3% от общего количества фреонов, выбрасываемых в атмосферу Земли. Известно, что различные типы веществ, уничтожающие озон, могут вступать в реакции между собой, образуя пассивные по отношению к озону соединения. Поэтому существенное нарушение их баланса в атмосфере может вызвать резкое увеличение темпа убыли озона. Подтверждением этого факта могут служить озоновые дыры в Антарктике, образование которых обусловлено вымораживанием в полярных облаках окислов азота.
Следовательно, очищение атмосферы Земли должно быть организованно таким образом, чтобы между озоноразрушающими веществами сохранялся баланс, обеспечивающий наименьшую скорость убывания озона. Возможность создания такой системы в настоящее время даже не рассматривается.
Теперь рассмотрим вторую группу предложений, которые направлены на выработку дополнительного озона, компенсирующего его убыль. Давно известно, что одним из источников озона является электрический заряд, широко используемый для этой цели в технологических процессах и в быту. Производительность этого способа может достигать 200 г озона на кВт час затраченной энергии, то есть примерно 5,5 г/МДж. Для его практического осуществления, устройство, инициирующее электрический разряд, размещается на борту летательного аппарата, курсирующего на высотах от 17 км до 25 км в течение длительного времени. Несмотря на внешнюю простоту и привлекательность рассматриваемого способа, он обладает недостатками, присущими всем электрическим разрядам и связанными с протекающими в них плазмохимическими реакциями, результатом которых может быть образование веществ, способствующих уничтожению озона. К тому же, для компенсации этим способом годовой убыли озона в размере 1% от его полного количества в атмосфере необходима энергия, равная примерно 1,6*10 11 кВт ч (6*10 17 Дж). Вряд ли в обозримом будущем удастся доставить такое количество энергии в атмосферу.
Есть предложение вырабатывать озон за счет облучения воздуха лазером с длиной волны около 200 нм. Это излучение хорошо поглощается атмосферным кислородом, а продуктами реакции фотодиссоциации являются атомы кислорода, которые, вступая в реакцию с атомарным кислородом, образуют озон. Основным недостатком этого способа является его низкая эффективность (примерно 30 г/кВт ч). Для компенсации годовой убыли озона таким способом необходимо количество энергии, равное 10 12 кВт ч (3,6*10 18 Дж). Такие затраты непосильны для современной цивилизации.
Предлагаются и другие способы, являющиеся разновидностями перечисленных выше. Например, вместо электрического разряда использовать высокоэнергетические электроны, выбрасываемые в стратосферу ускорителями, расположенные на борту летательного аппарата. Рассматривается возможность газоразрядной и оптической генерации озона, в частности, при помощи СВЧ-разряда.
Из приведенного краткого перечисления и анализа способов спасения озонового слоя Земли можно сделать вывод, что они либо экологически небезопасны, либо энергетически нереализуемые.
Глобальные проблемы экологии
Озоновый слой - слой атмосферы (стратосферы) с повышенным содержанием озона (О3), расположенный на высоте 20-45 км. Содержание озона в нем примерно в 10 раз выше, чем в атмосфере у поверхности Земли. Если весь этот озон собрать и сжать до давления...
Озоновая защита живого: проблема сохранения и возможность восстановления
Озоновый слой - проблема XXI века
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...
Озоновый слой Земли
Поскольку наиболее активный разрушитель озонового слоя Земли - хлор, основные меры, разрабатываемые для сдерживания истощения озона, сводятся к снижению выбросов в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, прежде всего фреонов...
Охрана атмосферного воздуха
Особые меры предусмотрены законодательством для охраны озонового слоя Земли от экологически опасных изменений. В соответствии со ст...
Охрана озонового слоя и климата
Предлагаемые в современном мире пути решения глобальных и региональных экологических проблем
Озомновый 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 которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы...
Разрушение озонового слоя. Методы борьбы
По материалам сайта www.natura.ru, по расчётам физиков, очистить атмосферу от фреонов можно всего за год, имея в качестве источника энергии один энергоблок атомной электростанции мощностью в 10 гВт. Известно, что солнце производит в секунду 5-6 т озона...
Современные хладагенты и проблемы экологии
Уже 100 лет как люди научились создавать искусственный холод, используя его в самых различных областях своей деятельности. Но по-настоящему массово холодильные и климатические установки начали применяться с 30-х годов прошлого века...
Состояние воздушной среды и ее основные естественные и искусственные загрязнители
По данным наблюдений за общим содержанием озона (ОСО) сетью наземных озонометрических станций Росгидромета и станций других стран СНГ и Латвии, а также измерений прибором Томс со спутника Метеор - 3 практически весь период с марта 1995г...
Экологическая безопасность
Озоновый слой охватывает весь земной шар и располагается на высотах 10-50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты...
3) выпадение кислотных дождей. Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности. 3.1 Парниковый эффект В настоящее время, наблюдаемое изменение климата...
Экологические последствия загрязнения атмосферы
Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20--25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты...
Экологические последствия ядерной войны
Оседание сажи и пыли и восстановление освещенности, которое рано или поздно все же произойдет, скорее всего, не будет являться таким уж благом. В настоящее время нашу планету окружает озоновый слой - часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км...
Экологические проблемы атмосферы. Кислые осадки. Проблема озонового слоя в атмосфере. Понятие о парниковом эффекте
Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды главным образом благодаря тому огромному влиянию...
Проблема сохранения озонового слоя Земли(13). 3
1. Введение 3
2.Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли 5
3. Источники разрушения озонового слоя 10
4. Озоновая дыра над Антарктикой 12
5. Чем грозит озоновая дыра 13
6. Проблемы и пути их решения. 16
7. Основные мероприятия по защите озонового слоя 18
Заключение. 19
Возможное потепление климата. Парниковый эффект 20
1.Введение 20
2. Парниковый эффект 21
3.Недавние изменения 27
4.Критика глобального потепления 28
Список использованной литературы 31
Современная кислородная атмосфера Земли – уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта её особенность связана с наличием на нашей планете жизни.
Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды главным образом благодаря тому огромному влиянию, которое она по всей вероятности будет оказывать на мировое сообщество.
Этот интерес понятен – речь идёт о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. В настоящее время назрела необходимость принять определённые обязательные для всех решения, которые позволили бы сохранить озонный слой. Но чтобы эти решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые изменяют количество озона в атмосфере Земли, а также о свойствах озона, о том, как именно он реагирует на эти факторы.
Озоновому слою Земли посвящено довольно много публикаций: в одних утверждается, что озоновый слой исчезает быстро и необратимо и жить человечеству осталось недолго, а в других, что озоновые дыры существовали всегда, и это нормальный естественный процесс, на который человечество повлиять никак не может. Так что же происходит с атмосферным азоном?
Озон – одна из наиболее важных составляющих атмосферы Земли. С экологической точки зрения наиболее ценное его свойство – это способность поглощать опасное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца. С другой стороны, он сильнейший окислитель (попросту яд), способный отравлять ту самую флору и фауну, которую защищает, находясь в стратосфере. Отравляющее действие озона приносит пользу при очистке воды от болезнетворных организмов: озонирование воды - один из лучших способов ее очистки. Кроме того, озон обладает свойством парникового газа, влияющего на изменение климата.
С точки зрения различных функций и свойств озон можно условно разделить на «плохой» и «хороший». «Плохой» озон входящий в состав фотохимического смога, поразившего многие крупные города, находится в приземном слое тропосферы и, достигнув определенных концентраций, представляет опасность для всего живого. Однако основная часть озона сосредоточена в стратосфере, расположенной над тропосферой на высоте 8 км над полюсами, 17 км над экватором и простирающегося вверх на высоту примерно 50 км. Это – «хороший» озон: он защищает все живое от опасного ультрафиолетового излучения.
Наиболее яркое проявление антропогенного воздействия на озоновый слой Земли – это антарктическая озоновая дыра, в которой истощение озона составляет более 50%.После осознания последствий разрушения озонового слоя антропогенными источниками были сделаны важные шаги – приняты Венская конвенция (1985) и Монреальский протокол (1987), запрещающие производство озоноразрушающих веществ. По мере сокращения их производства в последнее время отмечается некоторая стабилизация в содержании озона в стратосфере и даже тенденция к его восстановлению.
Расчеты показывают, что процесс восстановления озона будет происходить в течение всего текущего столетия. Ускорение этого процесса – еще один важный шаг в решении сложной проблемы сохранения озонового слоя.
Озон содержится в атмосфере до высот 100 км, но в ничтожно малом количестве (до 0,001 %), однако без него жизнь на земле была бы совсем не такой, какой мы наблюдаем её сейчас. Молекула озона О3 образуется соединением молекулы О2 и атома О, когда они вместе встречаются еще с одной молекулой М, которой может быть любая частица, в том числе и молекула азота N2. Она необходима, чтобы поглотить энергию, которая выделяется при образовании О3. Нижняя граница слоя атмосферы, где образуется большое количество озона, находится на высоте 10–15 км, а верхняя – на высоте около 50 км. Этот слой называется озоносферой.
Максимум концентрации молекул озона соответствует высоте около 25 км, однако, даже здесь имеется не более 5–10 молекул озона на миллион молекул воздуха. Озон, образующийся выше 8–12 км, часто называют стратосферным озоном, чтобы отличить его от тропосферного озона, который образуется в результате других процессов в приземном слое атмосферы. О тропосферном озоне будет рассказано позднее в теме "Загрязняющие вещества и смоги". Количество тропосферного озона не превышает 10% от общего содержания озона в атмосфере. Общее содержание озона в вертикальном столбе атмосферы, если его привести к нормальному давлению (760 мм. рт. ст.) и температуре (0°С), и собрать в слой, то высота этого слоя составит около 3 мм.
Однако озоносфера почти полностью поглощает губительные для всего живого ультрафиолетовые лучи Солнца. Под ультрафиолетовой радиацией УФ Солнца понимается радиация в диапазоне длин волн от 0,4 до 0,01 мкм (см. рис. 1). По воздействию на живые клетки её делят на три части: УФ-А (0,4–0,315 мкм), УФ-В (0,315–0,380 мкм) и УФ-С (корче 0,28 мкм). УФ-С губителен для живого организма даже в небольших дозах, вследствие разрушения молекул белка, к счастью, УФ-С полностью поглощается озоносферой и не доходит до земной поверхности. УФ-В доходит до земли лишь в небольших дозах, более всего у земли наименее опасного УФ-А. В целом воздействие УФ на человека можно свести к следующему: 1) распаду белка; 2) канцерогенное действие; 3) ослабление иммунной системы; 4) ожог или даже рак кожи; 5) глазные (катаракта) и инфекционные заболевания 6) аллергические заболевания; 7) мутагенное действие.
Рис. 1. Спектральные диапазоны полного или частичного поглощения солнечного излучения атмосферой.
Озоновый слой охватывает всю Землю, но его толщина сильно меняется, возрастая от экватора к полюсу. Озон образуется в течение всего года в стратосфере над экваториальным поясом. Благодаря переносу его воздушными течениями он перемещается в направлении полярных широт. На планете четко выделяется тропическая область недостаточно малого содержания озона в зоне от 35° с. ш. до 35° ю. ш., где средняя приведенная толщина слоя О3 около 2,6 мм. К северу и югу от нее толщина слоя больше – 3,5 мм. Кыргызстан находится на границе комфортной и недостаточной зон содержания озона. Озон испытывает значительные вариации в течение года, причем они минимальны над тропиками и максимальны в высоких широтах.
Максимальные значения содержания озона на всех широтах наблюдается в конце зимы и весной, минимальные - осенью и начале зимы. С увеличение широты происходит сдвиг времени наступления максимума на более поздние месяцы. Так, в Алма-Ате максимум толщины слоя озона наблюдается в феврале, в Санкт-Петербурге – в марте, на о. Диксон – в мае.
3. Озоновые дыры и причины их возникновения
Озон представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода. Химически озон - это молекула, состоящая из трех атомов кислорода (молекула кислорода содержит два атома). Концентрация озона в атмосфере очень мала, и небольшие изменения количества озона приводят к серьезным изменениям интенсивности ультрафиолета, достигающего земной поверхности. В отличии от обычного кислорода озон неустойчив, он легко переходит в двухатомную, устойчивую форму кислорода. Озон – гораздо более сильный окислитель, чем кислород, и это делает его способным убивать бактерии, подавлять рост и развитие растений. Впрочем, из-за его низкой в обычных условиях концентрации в приземных слоях воздуха эти его особенности практически не влияют на состояние живых систем.
Гораздо важнее его другое свойство, делающее этот газ совершенно необходимым для всей жизни на суше. Это свойство – способность озона поглощать жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца. Кванты жесткого УФ обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей, поэтому его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого рода, рентгеновское и гамма-излучение, оно вызывает многочисленные нарушения в клетках живых организмов. Озон образуется под воздействием высокоэнергетичной солнечной радиации, стимулирующей реакцию между О 2 и свободными атомами кислорода. Под воздействием умеренной радиации он распадается, абсорбируя энергию этой радиации. Таким образом, этот цикличный процесс "съедает" опасный ультрафиолет.
Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральные, т.е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхний слой атмосферы – ионосфера, практически совпадает с озоновым слоем.
В полярных зонах, где силовые линии магнитного поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина малого содержания озона в области полюсов – малая интенсивность солнечного облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к горизонту, а во время полярной ночи отсутствуют вовсе. Площадь полярных «дыр» в озоновом слое – надежный показатель изменений общего содержания озона в атмосфере.
Содержание озона в атмосфере колеблется вследствие многих естественных причин. Периодические колебания связаны с циклами солнечной активности; многие компоненты вулканических газов способны разрушать озон, поэтому повышение вулканической активности ведет к снижению его концентрации. Благодаря высоким, сверураганным скоростям воздушных потоков в стратосфере разрушающие озон вещества разносятся на большие площади. Переносятся не только разрушители озона, но и он сам, поэтому нарушения концентрации озона быстро разносятся на большие площади, а локальные небольшие «дыры» в озоновом щите, вызванные, например, запуском ракеты, сравнительно быстро затягиваются. Только в полярных областях воздух малоподвижен, вследствие чего исчезновение там озона не компенсируется его заносом из других широт, и полярные «озонные дыры», особенно на Южном полюсе, весьма устойчивы.
Согласно одному из них уменьшение озона связано с увеличением оксидов азота, вызванных в свою очередь солнечной активностью. Как известно, максимум солнечной активности в последнем 11-летнем цикле наблюдается в 1979 – 1983 гг. В это же время наблюдалось увеличение (на 30 – 60%) концентрации оксидов азота в мезосфере Южного полушария. В последующем отмечался перенос оксидов на более низкие уровни в стратосферу в период полярной ночи. Фотохимические реакции “азотного” цикла с участием оксидов азота, как мы знаем, приводят к разрушению озона, что обуславливает снижение его концентрации в стратосфере и образовании озоновой дыры. Наблюдавшиеся отставания по времени между максимумом солнечной активности и ореолом развития озоновой дыры в 1985-м и последующих годах объясняются следующим образом. К моменту максимума и начала спада солнечной активности происходит резкое увеличение нисходящего потока оксидов азота в стратосферу и последующее формирование озоновой дыры. В период спада солнечной активности на границе мезосферы поток оксидов азота уменьшается, но в стратосфере их концентрация максимальна, а, следовательно, содержание озона минимально. Наконец, на последней стадии, которая началась в 1986г. и к90-м годам еще не закончилась, в минимуме солнечной активности содержание оксидов азота в стратосфере уменьшается, а количество озона должно увеличиваться и состояние озонового слоя должно возвратиться к первоначальному.
Такой механизм мог реально объяснить процесс формирования озоновой дыры. В его пользу до последнего времени говорил тот факт, что в 198г. наблюдалось значительное увеличение концентрации озона по сравнению с предыдущим годом, осенью которого отмечалось максимальное разрушение озонового слоя над Антарктидой. Однако измерения 1989г. показали, что дыра вновь появилась, т.е. вместо ее исчезновения, при спаде солнечной активности, начинают отмечаться колебания величены от года к году. Помимо этого, в рамках данного механизма остаются без ответа по крайней мере, два вопроса. Первый: почему в процессе предшествующих 11-летних циклов солнечной активности не формировалась озоновая дыра? В частности, один из предыдущих циклов, максимум которого приходится на 1958 – 1960гг., обладал активностью большей, чем текущий. Однако в те годы отмечено лишь небольшое снижение концентрации озона, которое возможно связанно с последствиями ядерных испытаний. Второй вопрос: почему озоновая дыра формировалась только в Южном полушарии?
Другой предполагаемый механизм связывает образование озоновой дыры с “хлорным” циклом антропогенного происхождения. Одну из фотохимических реакций с участием хлора, я рассматривала в одном из предыдущих разделов. Механизм, связанный с реакциями хлорного цикла, предполагает поступление хлорных соединений в полярную стратосферу благодаря циркуляции атмосферы. А в атмосферу разрушающие озон соединения поступают с поверхности Земли непрерывно из миллионов аэрозольных упаковок, бытовых холодильников, рефрижераторов, в результате выбросов химических заводов и т.д. И не смотря на то. Что хозяйственная деятельность человека пока еще не привела к заметному снижению суммарного содержания озона в атмосфере, фреоны могут быть причастны к разрушению озонового слоя над Антарктидой – таково мнение большой группы ученых. Но и в этом механизме есть безответный вопрос: почему антропогенно обусловленный механизм не проявил себя в Северном полушарии, где поступление хлорных, бромистых и других соединений, разрушающих озон, идет более интенсивно?
Третий возможный механизм – так называемый динамический – пытается объяснить формирование озоновой дыры чисто циркуляционными процессами в стратосфере и мезосфере и горизонтальным перераспределением озона при общем его постоянстве. Опуская аргументацию сторонников такого механизма, отмечу лишь, что при указанной циркуляции должен происходить отток озона из полярной озоносферы и его накапливание в полосе 60 – 70 градусов южной широты. Хотя такое накапливание и наблюдалось, но ожидаемый по этой теории баланс озона в Южном полушарии отсутствовал,– суммарное содержание озона там в этот период снижалось. Так, в основании результатов измерений, проведенных в ходе полетов исследовательского самолета НАСА между Калифорнией и Чили, в сентябре – октябре 1989г. произошло значительное обеднение (до 15-30%) слоя озона за пределами озоновой дыры в южных широтах до 50 градусов.
(13) озонового слоя , загрязнение атмосферы и гидросферы и др. Безусловно...
