Озоновый слой и его роль в атмосфере

Однако связь этих воздействий  с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Более того, производители хладагентов  и часть ученых выступили с  жесткой критикой гипотезы, предполагавшей такую связь, отрицая само существование  проблемы озоновых дыр.

Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году.

Анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над  Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось  на 40%. Постепенно были установлены  некоторые закономерности этого  явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь — первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона  и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения. Так гипотеза, высказанная  десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно  существует, было доказано полевыми исследованиями.

Результаты исследований, говорящие о существовании озоновой дыры в атмосфере, оказались пугающими  и в некоторой степени невероятными для ученых, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено.

 

 

 

Рис. 4. Среднегодовая площадь озоновой дыры по результатам измерений с использованием спектрометрической аппаратуры

 

В последнее время появление  озоновых дыр наблюдается периодически  и над всей поверхностью земли. Кроме того, истончается сам озоновый слой Земли. Для человека это грозит увеличением болезней его организма. Но если человек может защитить себя от ультрафиолетового излучения, то животный и растительный мир остаётся перед ним беззащитным.

Учеными ведутся поиски путей  восстановления озонового слоя. Вначале  для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после  чего доставлять оный на самолетах  в атмосферу. Другим вариантом является создание аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных  батарей, которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением зеленых насаждений.

5. Способы восстановления озонового слоя

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.

В последнее время все чаще 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 (С₂Н₆) или пропан (С₃Н₈). 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.

Наряду с химическим воздействием на атмосферу предложены также физико-химические методы, основанные на использовании  электромагнитного излучения. Облучая  атмосферу на высоте 10 км излучением СО₂-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.

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*10¹¹ кВт ч (6*10¹⁷ 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 10¹² кВт*ч (3,6*10¹⁸ 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.

6. Меры по защите озонового слоя

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. Одна из главных технологических  задач, решения которой ищут во всех промышленно развитых странах, - замена фреонов на другие хладагенты, не содержащие хлор и вместе с тем не уступающие фреонам по основным физическим свойствам  и химической инертности.

Другая задача, практически уже  решенная в ракетоносителе «Энергия», заключается в переводе ракетной техники и высотной реактивной авиации  на экологически безопасные виды топлива  и двигатели.

Выброс оксидов азота наземными  промышленными, энергетическими и  транспортными системами, имеет  значение не только для озонового  слоя, но и для решения проблемы «кислых дождей». Хотя окислы азота, по сравнению с хлором, в 10 тысяч  раз менее активны как разрушители  озона, их выброс в атмосферу многократно  превышает выброс хлора. Это повышает важность разработки двигателей, энергетических установок, котлов, новых видов топлива  и способов его сжигания, которые  сводили бы к минимуму образование  и выброс в атмосферу окислов  азота.

Из приведенных способов восстановления озонового слоя, сделали вывод, что  они либо экологически небезопасны, либо энергетически нереализуемые. Этих недостатков лишен способ, запатентованный  в 1992 году группой российских ученых. Суть его состоит в том, что  для образования озона используется солнечная энергия. Общие затраты  на создание этой системы, находятся  в пределах от 50 до 200 миллиардов долларов. Такие затраты можно считать  реальными, при участии в реализации способа всех стран мира, одинаково заинтересованных в предотвращении гибели озонового слоя.

Последовательное рациональное решение  проблемы сохранения озонового слоя - один из характерных примеров научного подхода в анализе реального  состояния атмосферы и поиске путей предотвращения потенциальной  угрозы окружающей среде без введения необдуманных запретительных мер.

 

 

 

Заключение. 
 
 Краткий обзор некоторых факторов воздействия на природную среду показывает, что до сих пор не установлено значение многих химических и биохимических последствий этого воздействия. С другой стороны, уже сегодня можно оценить все угрожающее многообразие антропогенного вмешательства и наносимого им ущерба окружающей среде. Источниками вмешательства являются:

1. Постоянное стремление  к росту производства и потребления. 

2. Постоянный рост численности  населения, который приводит к  тому, что даже незначительная  нагрузка на природу в каждом  отдельном случае в целом превращается  в глобальную проблему. 

3. Односторонний подход  к техническому прогрессу, приводящему к появлению целого потока технических товаров и химических продуктов, чуждых природе, а то и враждебных ей.

Во все звенья природной  системы проникли несовместимые  с ней чужеродные вещества, угрожающие во многих случаях самому существованию  экосистемы. Возникла необходимость  принятия срочных мер, чтобы спасти природу, т.е. резко сократить истощение  естественных природных ресурсов и  ограничить применение вредных для  природы веществ. Но это не означает, что техника, химия, хозяйственная  деятельность и экономика должны вернуться к каменному веку; наоборот, это означает необходимость продвижения  к новым научным достижениям, опирающимся на познание, когда возникает  общность с природой, в которой  человек обретет долголетие. Человечество должно сознавать, что мы только гости  природы.

 

Список использованной литературы

 
1. Розанов С.И. «Общая экология».  СПб.: Издательство «Лань», 2001 
 
2. Озоновый щит Земли и его изменения/ Э. П. Александров , Ю. А. Израэль, И. Л. Кароль и др.- СПб.: Гидрометиоиздательство, 1992.-211с.  
 
3. Ортенберг Ф. С. Озон: взгляд из космоса/ Ф. С. Ортенберг, Ю. М. Трифонов-. М.: Знание, 1990.-433с.  
 
4. Стрижевский А. Д. Свет: Природа и человек/ А. Д. Стрижевский// Природный мир, 1992.-апр.-с.34.  
 
5. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды: Учеб. Пособие/ Г. Фелленберг.- М.: “Мир”, 1997.- 528с.

6. Дыры в озоновом слое Земли – суть проблемы и методы ее разрешения: [сайт]. URL: http://www.ozoneprogram.ru/ozon_sloi/ozon_dira/

7. Сывороткин В.Л.: экологические аспекты дегазации Земли: [сайт]. URL: http://old.ecoteco.ru/index.php?id=869