Факультета химии физики механики и материалов

                                  

          Федеральное государственное бюджетное образовательное

Учреждение высшего профессионального  образования

“МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Им.Н.П.ОГАРЁВА”

 

БИОЛОГИЧЕСКИЙ  ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра экологии

 

 

Реферат на тему:

«Озонывые дыры»

 

 

 

 

 

                                                                                                                 Выполнил:

                                                                              Студент 1-го курса 105 «б» группы

                                                Факультета химии физики механики  и материалов

                                                                                                 Специальность «ХФММ»

                                                                                                                      Мишаков В.П

                                                                                Проверил:

                                                                                        Кандитат биологических наук

                                                                                                                    Андрейчев А.В.

                                                                                                        

 

                                                   Введение                                                                                  С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последнее время. 5 млрд. наших современников оказывают на природу такое же по маштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила 50 млрд. человек, а количество высвобождаемой энергии, получаемой землёй от солнца.

С тех пор как появилось  высокоиндустриальное общество, опасное  вмешательство человека в природу  резко усилилось, расширялся объём  этого вмешательства, оно стало  многообразнее и сейчас грозит стать  глобальной опасностью для человечества.

Расход невозобновимого  сырья повышается, всё больше пахотных земель выбывает из экономики, так как  на них строятся города и заводы. Биосфера Земли в настоящее время  подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает состояние  воздушного пространства нашей планеты.

Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать  нежелательную тенденцию в сторону  повышения среднегодовой температуры  на планете.

В результате перед обществом  возникла дилемма: либо бездумно катиться к своей неизбежной гибели в надвигающейся  экологической катастрофе, либо сознательно  превратить созданные гением человека могучие силы науки и техники  из орудия, ранее обращенного против природы и самого человека, в орудие их защиты и процветания, в орудие рационального природопользования.

Над миром нависла реальная угроза глобального экологического кризиса, понимаемая всем населением планеты, а реальная надежда на его предотвращение состоит в непрерывном экологическом  образовании и просвещении людей.

Всемирная организация здравоохранения  определила, что здоровье человека на 20% зависит от его наследственности, на 20% от состояния окружающей среды, на 50% от образа жизни и на 10% от медицины. В ряде регионов России к 2005 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии возрастет  до 40%, действие генетического фактора  увеличится до 30%, до 25% уменьшится возможность  поддержания здоровья за счёт образа жизни и до 5% снизится роль медицины.

 

 

                

    Условия образования и защитная роль озонового слоя.

 

Известно, что основная часть  природного озона сосредоточена  в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот  приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности  земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется, когда  солнечное ультрафиолетовое излучение  бомбардирует молекулы кислорода (О₂ —> О₃).

Больше всего озона  в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км, который называют озоновым. Концентрация озона в этом слое невелика, однако общее его количество в  стратосфере достигает очень  внушительной цифры – более 3 млрд тонн.

 

Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует  довольно большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль. Такая насыщенность озона энергией делает его взрывоопасным. Как же образуется это вещество? Основная реакция – взаимодействие обычного двухатомного кислорода с  атомарным:

О₂ + О О₃.

Атомарный кислород – еще  более насыщенное энергией вещество – образуется при электрических  разрядах в кислороде и воздухе, а в стратосфере появляется под

действием постоянного и  довольно мощного ультрафиолетового  излучения Солнца:

Образование озона происходит непрерывно одновременно с его расходованием:

O2+h O+O ; O+O3 2O2; O3+h O2+O;

поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного  времени оставалась постоянной. Процесс  образования и разложение озона  называют циклом Чемпена. Результатом  процессов в цикле является переход  солнечной энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение  температуры на высоте 15 км.

 

                     Защитная роль озонового слоя.

Озон поглощает часть  ультрафиолетового излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200–300 нм) включает и  губительное для всего живого на Земле излучение.

 

               Химические процессы в тропосфере.

 

В химических превращениях различных загрязняющих веществ  в тропосфере ключевое место занимает OH – радикал к образованию  которого ведут несколько процессов. Основной вклад дают фотохимические реакции с участие озона: O3+h O2+O

O+H2O OH+OH

В образовании озона в  тропосфере участвуют оксиды озона:

NO2+ h (L<400нм) NO+O

O+O2 O3

О влиянии фотохимических реакций на содержание озона в  тропосфере свидетельствует 50% уменьшение концентрации озона при солнечном  затмении : O3+NO NO2+O2 O3+NO2 NO3+O2

В образовании ОН радикалов  на высоте 30 км. участвуют пары воды: Н2О+h H+OH

H2O+O 2OH

Определённый вклад в  образование ОН-групп в тропосфере могут давать реакции фоторазложения HNO2, HNO3, H2O2

HNO2+h (L<400нм) NO+OH

HNO3+h (L<330нм) NO2+OH

H2O2+h (L<330нм) 2OH

 

В тропосферных процессах  гидроксильный радикал играет ключевую роль в окислении углеводородов:

RH+OH HOH+R

R+O2 RO2

RO2+HOH ROOH+OH

Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителем  атмосферы является CH4.Окисление CH4 под действием ОН протекает сопряженно с окисление NO. Соответствующий радикально-цепной механизм включает общую для всех тропосферных процессов стадию инициирования  ОН и цикл экзотермических реакций  продолжение цепи, характерных для  реакции окисления органических соединений:

ОН+СН4 Н2О +СН3

СН3+О2 СН3О2

СН3О2+NО СН3О+NО2

СН3О+О2 СН2О+НО2

В результате реакция окисления  СН4 в присутствии NО как катализатора и при воздействии солнечного света с длиной волны 300-400нм запишется  в виде

СН4+4О2 СН2О+Н2О+2О3

т.е. окисление метана (и  других органических веществ) приводит к образованию тропосферного  озона. Скорость этого процесса тем  больше, чем выше концентрация NО. Расчеты  показывают, что антропогенный выброс NО удваивает приземную концентрацию О3, а рост утечки СН4 многократно  опережающий по темпам роста другие виды загрязнений тропосферы приводит к ещё большему увеличению концентрации О3 по сравнению с переносом О3 из стратосферы.

Рост приземной концентрации озона представляет опасность для  зеленой растительности и животного  мира.

Образующийся при окислении  метана формальдегид окисляется далее  радикалами ОН с образованием СО. Этот канал вторичного загрязнения атмосферы  моноксидом углерода сравним с поступление  СО от неполного сгорания ископаемого  топлива.

ОН+СН2О Н2О+НСО

НСО+О2 НО2+СО

 

 

 

   Источники загрязнения атмосферы. Антропогенный фактор.

 

Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в  атмосферу больших масс различных  химических соединений. Большинство  антропогенных источников сконцентрировано в городах, занимающих лишь небольшую  часть территории нашей планеты. В результате движения воздушных  масс с подветренной стороны больших  городов образуется многокилометровый  шлейф загрязнений.

В развитых странах действует  законодательство, направленное на защиту воздушного бассейна. В результате значительно уменьшилась общая  загрязненность воздуха, однако выбросы, источником которого является автомобильный  транспорт возрастают. В США на его долю приходится 63% выбросов углеводородов. Можно предполагать, что вклад  транспорта в загрязнение воздуха  будет увеличиваться с рос-том  численности автомобилей.

Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей  служит промышленное производство. Базовыми продуктами основного органического  синтеза являются этилен (на его  основе вырабатывают почти половину всех органических веществ), пропилен, бутадиен, бензол, толуол, ксилолы и  метанол. Вместе с немногими производными (этилбензол, стирол, фенол, винилхлорид, акрилонитрил, фталевый ангидрид и  терефталевая кислота) они являются объектами крупнотоннажного производства. Эти полупродукты используются в  дальнейшем для выработки широкой  номенклатуры других органических соединений (свыше 40 тыс. наименований).

В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности присутствует широкий ассортимент  загрязнителей: компоненты исходного  сырья, промежуточные, побочные и целевые  продукты синтеза. Так, в газовых  выбросах заводов синтетических  моющих средств содержатся алканы, а также карбонильные соединения, эфиры, карбоновые кислоты. Заводы синтетического каучука загрязняют воздух исходными  мономерами и растворителями. Предприятия  лесохимической промышленности выделяют альдегиды, кетоны, спирты и карбоновые кислоты, множество терпенов (терпены-углеводороды, продукты жизнедеятельности растений молекулы которых построены из изопреновых  звеньев). Целлюлозно – бумажные комбинаты  выбрасывают большие количества дурнопахнущих газообразных веществ (одорантов), таких, как метил- и диметилсульфиды, диметилдисульфиды, а также формальдегид, спирты и фенолы.

Велики потери используемых в промышленности растворителей. На их долю в индустриально развитых странах приходится 20-25% общей эмиссии  углеводородов. В США в конце 70-х  годов в атмосферу выбрасывалось  ежегодно 26,7 млн. т. углеводородов, из них  примерно 5,2 млн. т. от промышленных предприятий. В атмосферу поступает много  летучих галогенуглеводородов (метиленхлорида, хлороформа, четыреххлористого углерода, дихлорэтана, три- и тетрахлорэтилена, винилхлорида ).

В качестве летучих компонентов (пропелентов) в аэрозольных упаковках  широко применяются фторхлоруглеводороды (фреоны). Для этих целей использовалось около 85% фреонов и только 15% в  холодильных установках и установках искусственного климата. Специфика  использования фреонов такова, что 95% их количества попадает в атмосферу  через 1-2 года после производства. Считают, что почти всё произведённое  количество фтортрихлор- и дифтордихлорметана (5,27млн. т. и 7.75 млн. т. соответственно в 1981 году) рано или поздно должно поступить  в стратосферу и включиться в  каталитический цикл разрушения озона.

Заметным источником органических загрязнителей атмосферы становится коммунальное хозяйство городов (жилые  и общественные здания, предприятия  тепло- и водоснабжения, химчистки, свалки). Хотя вклад этого источника  в суммарную антропогенную эмиссию  невелика, отсюда поступают основные количества опасных долгоживущих загрязнителей (например, диоксидов), поэтому они  участвуют в формировании глобального  фона некоторых органических экотоксикантов.

В выбросах вентиляционных систем жилых домов идентифицировано более 40 токсичных и дурнопахнущих  веществ: меркаптанов и сульфидов, аминов, спиртов, предельных и диеновых углеводородов, альдегидов и некоторых  гетероциклических соединений. При  сжигании в горелке кухонной плиты 1м.куб. природного газа образуется до 150 мг формальдегида, а в сумме  в продуктах горения газа обнаружено 22 различных компонентов.