Озоновый щит планеты

 

 

 

 

 

 

Доклад на тему:

Озоновый щит планеты

 

                                                                        Выполнила: Царева Кристина

                                                                                                  Дружинина Юлия

                                                                                           Ученицы 11 класса «Б»

 

 

 

Озо́новый 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, которые затем соединяются с другими молекулами О2, образуя озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения.

Благодаря нагреванию воздуха вследствие поглощения озоном солнечных лучей  возникает температурная инверсия, то есть повышение температуры с  высотой. Таким образом тропосфера и стратосфера разделяются тропопаузой и смешивание воздуха между этими слоями атмосферы затруднено.

Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться  из океанов[1] 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. Если бы можно  было извлечь весь озон, находящийся  в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел  бы слой, покрывающий поверхность  Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением  атмосфера составляла бы слой в 8 км.

 

Вся история человеческой цивилизации  – история взаимоотношений человека и природы. Проблема взаимоотношений  человека и природы возникла еще  на заре человеческой цивилизации 10–15 тысяч лет тому назад.

Сейчас антропогенные  изменения окружающей среды таковы, что можно говорить об их глобальном и катастрофическом характере, как  по масштабам, так и по последствиям.

Атмосфера имеет  исключительное значение для живых  организмов Земли, являясь средой обитания большинства из них. При этом наибольшее значение для живых организмов имеет постоянный состав воздуха (атмосферы), сформировавшийся в ходе геобиоэво-люции Земли.

Другая важная функция атмосферы и особенно входящего в ее состав озонового  слоя – защита живых организмов от вредного воздействия солнечной  и космической радиации. Именно после  формирования озонового слоя в атмосфере  жизнь на Земле вышла на сушу.

Что же такое  озоновый слой? Это присутствующий в слабой концентрации в стратосфере  озон, который поглощает жесткое  коротковолновое солнечное излучение, губительное для живых организмов.

Область наибольшей концентрации озона в атмосфере  достаточно локальна и расположена  на высоте 25 км, поэтому говорят об озоновом слое или озоновом щите. Если весь озон «распределить» у поверхности  Земли при нормальных температуре  и давлении, то получится газовый  слой толщиной всего 3 мм.

Озон образуется в результате процесса фотодиссоциации кислорода:

 

O2 + hv = O2 (возбужденная молекула);

O2 + O2 = O3 + O (образование).

 

Образовавшиеся  молекулы существуют недолго. Происходит обратная реакция фоторазложения озона, которая и представляет собой поглащение озоном коротковолновых фотонов:

 

О3 + hv = О2 + О (разложение).

 

Следовательно, в стратосфере существует цикл озона  – сбалансированное образование  и разложение, описываемое уравнениями  выше.

Для нас, живущих  на Земле, главная «заслуга» озона  состоит в том, что он, «жертвуя собой», поглощает лучи с длинной  волны 240-260 нм и, таким образом не допускает высокоэнергетические фотоны Солнца к Земле. В истории нашей планеты лишь с накоплением достаточного количества озона в стратосфере смогла спокойно оформляться и эволюционировать жизнь на Земле.

Проблема, связанная  с озоном состоит из двух аспектов:

 

Озон –  фактор, обеспечивающий биологически безопасный уровень УФ-излучения у поверхности Земли, поддерживающий в стабильном состоянии климат планеты, контролирующий содержание некоторых загрязнителей в атмосфере.

Содержание  озона уменьшается в озоновом слое под действием антропогенных  загрязнителей атмосферы.

 

Очевидно, что  эти два аспекта взаимосвязаны  и необходимо решать проблему сохранения и защиты озонового слоя с тем, чтобы, в конечном счете защитить себя.

Снижение  концентрации стратосферного озона  очень опасно. А именно этот процесс  сейчас происходит при активном содействии человека. Рассмотрим, каким образом  разрушается «озоновый щит» и  образуется «озоновая дыра».

Впервые «озоновая  дыра» была обнаружена в 1975 году над  Антарктидой. Под «дырой» не следует  понимать то, что в данной области  совсем нет озона. Его слой истончается, и защитный эффект поглощения фотонов  УФ-области спектра ослабевает. Почему концентрация озона так заметно снижается именно над полюсами? Это связано с атмосферными полярными вихрями, низкой температурой и стратосферными облаками, состоящими из кристалликов льда, являющихся катализаторами реакций хлорного цикла.

В результате хозяйственной деятельности человека, в атмосферу попадают различные  загрязняющие вещества, в том числе  те, которые разрушают озоновый слой.

В середине 70-х годов американские химики М.Молина и Ш.Роуленд установили, что исчезновение озона происходит в результате химических реакций инициируемых хлорфторуглеводородами.

В повседневной жизни они известны под названием  фреоны и представляют собой синтетические  химические вещества, производство которых  началось еще в 1930-е годы и которые  широко применяются в качестве охлаждающих  сред, пропелентов в аэрозолях, растворителей и пенообразующих реагентов в огнетушителях и ряде строительных материалов. Первоначально фреоны быстро завоевали популярность в связи с тем, что они химически инертны, практически не вступают в химические реакции и поэтому не токсичны для живых организмов. Однако эта «инертность» по мере их накопления в атмосфере обернулась злом: попадая беспрепятственно без изменений в стратосферу и подвергаясь там УФ-облучению, они распадаются с высвобождением атомарного хлора

 

CF2Cl2 + hv = CF2 + Cl + Cl,

 

который выполняет роль катализатора при распаде озона:

 

Cl + O3 = ClO + O2

ClO + O2 = Cl + O2

 

Хлорфторуглеводороды и галогены накапливаются в тропосфере, постепенно поднимаясь вверх; при этом время их диффундирования составляет десятки лет, поэтому мы являемся в этом смысле заложниками ошибок прошлых лет.

Другой причиной разрушения озонового слоя является появление в атмосфере оксидов  азота.

Разрушение  озонового слоя в результате присутствия  оксидов азота происходит по схеме  так называемого азотного цикла:

 

NO + O3 = NO2 + O2

NO2 + O = NO + O2.

 

Монооксид азота присутствует в стратосферном слое как обязательный его компонент, но в низкой концентрации. Однако в последнее время активное использование сверхзвуковых транспортных самолетов привело к тому, что концентрация стала увеличиваться как раз на высотах «озонового щита».

Сльскохозяйственная деятельность человека тоже приводит к увеличению содержания монооксида азота в атмосфере. На почвах, обработанных нитратными удобрениями, анаэробныебактерии восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота и оксида N2O

в качестве побочного продукта. Культивируемые земли «дышат» этим оксидом, который, уходя в стратосферу, реагирует  там с атомами кислорода:

 

N2O + O = 2 NO.

 

Большую опасность  для озонового слоя представляют ядерные взрывы в атмосфере, когда  в высоко температурной области взрыва образуется колоссальное количество оксидов азота.

Таким образом, для спасения «озонового щита» человечеству необходимо срочно решить следующие  проблемы:

 

ограничение использования хлорфторуглеродов и поиск экологически безопасных их заменителей;

сокращение  числа полетов сверхзвуковых  транспортных самолетов на другие, летающие на более низких высотах  и совершенствовать авиационные  двигатели;

сокращение  использования азотных удобрений, введение более прогрессивных способов возделывания сельскохозяйственных и  окультуриваемых земель;

прекратить  испытание ядерного оружия в атмосфере.

 

Как видно, ответы достаточно просты и очевидны, но одновременно и сложны, поскольку проблема имеет  сложные социально-экономические  и политические аспекты. Для ее успешного  решения необходима благоприятная  обстановка доверия и мира, международное  сотрудничество.