Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Мая 2014 в 00:21, реферат
Человек постоянно стремиться сделать свою жизнь более комфортной. Именно на это направлены научные открытия и достижения научно-технического прогресса. Создаются новые виды транспорта, новые виды производств, воздействие человека на природу неумолимо возрастает. Но приводит это не только к повышению качества жизни люде, но и к ухудшению состояния биосферы как места обитания людей.
ВЕДЕНИЕ 2
ЧТО ТАКОЕ ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ И ЗАЧЕМ ОН НУЖЕН 4
ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ 6
ПОСЛЕДСТВИЯ РАЗРУШЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ 14
КАК ОСТАНОВИТЬ РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ 15
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 17
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 18
Оглавление
Ведение
«Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».
Ж.Б.Ламарк.
Человек постоянно стремиться сделать свою жизнь более комфортной. Именно на это направлены научные открытия и достижения научно-технического прогресса. Создаются новые виды транспорта, новые виды производств, воздействие человека на природу неумолимо возрастает. Но приводит это не только к повышению качества жизни люде, но и к ухудшению состояния биосферы как места обитания людей.
«Атмосфера – наиболее ранимая часть биосферы, так как в ней химические превращения не «забуферены» непосредственным воздействием живого вещества, как в водоемах и верхних слоях литосферы – почвах. В то же время состояние атмосферы теснейшим образом связано с энергетикой, транспортом, промышленностью и химической работой живых организмов.
Атмосферу называют хрустальным куполом биосферы, который необходимо сохранять. Эта гигантская гелиоэнергетическая станция возникла в ходе эволюции биосферы»1.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2). Наибольшее количество в атмосфере азота – 75,5%, кислорода – 23,1%, аргона – 1,3%, также в незначительных количествах в атмосфере содержатся гелий, неон, криптон, озон, метан, криптон, водород, ксенон и многие другие газы.
В данной работе я хочу уделить внимание озону, который занимает далеко не самую большую долю в составе атмосферы, но роль его очень велика. Озоновый экран защищает все живые организмы на Земле от коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно для всего живого. Он расположен в стратосфере на высоте от 12 до 50 км (наибольшая плотность на высоте около 23км). И, несмотря на то, что концентрация озона в атмосфере меньше 0.0001%, озоновый слой полностью поглощает губительное коротковолновое ультрафиолетовое излучение.
Озон (О3) является одной из аллотропических форм кислорода. Концентрация стратосферного озона стала предметом серьезного изучения лишь в 70–80-х годах прошлого столетия. Отмеченная в последние годы тенденция к снижению его концентрации вызвала тревогу. Этот эффект снижения концентрации озона в отдельных регионах планеты получил название «озоновые дыры».
Что такое озоновый слой и зачем он нужен
Высота озонового слоя составляет от 12 до 50 км над поверхностью Земли. Озон в относительно высокой концентрации (около 8 мл/м 3) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и тем самым защищает живые организмы от губительного излучения. По мнению современных исследователей, лишь существование озонового слоя позволило живым организмам выбраться из океанов, заселить сушу и впоследствии развиться до высокоорганизованных форм, таких как млекопитающие, и, в конце концов, человек.
Основное количество озона сосредоточено в стратосфере. С перемещением воздушных масс незначительное количество озона попадет в нижние слои атмосферы. И парадоксально, но у поверхности Земли те же молекулы озона, спасающие всё живое от смертельной солнечной радиации, представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека.
Окислительное действие озона на органические вещества связанно с образованием радикалов: RH + О3→ RО2 .+ OH. Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в среде, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому озон в больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м3.
Однако здесь озона весьма мало, и образуется он лишь во время грозовых разрядов.
Наиболее плотная часть озонового слоя Земли расположена на высоте около 20—25 км, при этом наибольшая часть в общем объёме наблюдается на высоте 40 км.
Толщина озонового слоя Земли измеряется в единицах Добсона (DU). 1 DU – это толщина слоя газа, равная 10 мкм при нормальном атмосферном давлении. Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, то есть, сжатый под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой, толщиной 3 мм2.
Начало образования озона в стратосфере связано с реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (X < 242 нм) УФ-излучением Солнца: 02 + hv -> О + О (рис. 1).
Далее происходит взаимодействие атомов кислорода (в присутствии третьего тела — М) с его же молекулами. В результате образуется молекула озона: О + О2 + м -> О3 + М.
Рисунок 1 - Озоновый экран:
а — озон (03) в стратосфере поглощает УФ-лучи Солнца;
б — озон формируется в стратосфере, когда под действием УФ-лучей молекулы 02распадаются на свободные атомы, способные присоединяться к другим его молекулам.
Первые наблюдения за озоном относятся к 1840 г., но бурное развитие проблема озона получила в 20-е годы прошлого столетия, когда в Англии и Швейцарии появились специальные наземные станции.
Предметом серьезного изучения состояние озонового слоя стало лишь в 70–80-х годах прошлого столетия. К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом.
Вред, который наносит озоновому слою утечка в атмосферу таких веществ, как хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), был обнаружен почти случайно.
В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина (Mario Molina) и Фрэнк Шервуд Роланд (Frank Sherwood Rowland) предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества – закиси азота – выступил голландский физик Пол Крутцен (Paul Crutzen).
Предположение, что озоновый слой атмосферы разрушают вещества, содержащие хлор и бром, долгое время подвергавшееся критике со стороны как производителей аэрозолей и хладагентов, так и некоторых ученых, получило практическое подтверждение в 1985 году. Специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической службы тогда сообщили о неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось с 1977 по 1984 г. на 40 %!
Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями.
«Я думаю, что во многом мы обязаны простой удаче, как и в случае многих других научных открытий. Нашу группу убедил график минимальных значений 11 дневных средних измерений, на котором было четко видно, что весеннее снижение концентрации носит систематический характер», — сказал Джонатан Шанклин, который вместе со своими коллегами из Антарктического управления Великобритании, Джо Фармано и Брайаном Гардинером, собрал основные полевые данные. Фарман разработал в общих чертах химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений, и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных3.
Результаты исследований, говорящие о существовании озоновой дыры в атмосфере, оказались пугающими и в некоторой степени невероятными для ученых США, 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.
Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, также показавшие, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км - значительную часть нижней стратосферы. Т.е. в полярной атмосфере имеется озоновая «дыра». В начале 80-х гг. XX в. спутник «Нимбус-7» обнаружил аналогичную дыру в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико — около 9 %. В среднем с 1979 по 1990 г. содержание озона снизилось на 5 %.
С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на З% - в летнее.
Рисунок 2 - Среднегодовая площадь озоновой дыры по результатам измерений с использованием спектрометрической аппаратуры.
Причины разрушения озонового экрана земли
Во второй половине xx века ученые забили тревогу. Они утверждали, что наша планета переживает ужасную озоновую катастрофу. Тогда было обнаружено снижение озона в атмосфере над Антарктидой почти вдвое. Причина этого явления тогда была никому не понятна, но ученые стали внимательно наблюдать за этой аномалией, получившей название «озоновой дыры».
Результаты наблюдений напугали их ещё больше: в течение 2-3 лет дыра не только не затянулась, но увеличилась на десятки миллионов квадратных километров, распространившись далеко за пределы Антарктиды.
Естественно, ученые стали искать причину беды и методы борьбы с ней. Было высказано сразу несколько различных гипотез. В первую очередь в образовании озоновой дыры обвинили человечество: по так называемой антропологической версии, человек сам уничтожил озоновый слой, развивая промышленность, создавая огромные мегаполисы, загрязняя атмосферу.
Многие ученые отвергли возможность разрушения озонового слоя в результате воздействия человека на природу и выказали мнение, что дыру в озоне пробило сильнейшее извержение вулкана Эль-Чичон, которое как раз в те годы произошло в Мексике4.
Астрономы же утверждали, что снижается солнечная активность, то есть Солнце собирается погаснуть, поэтому и озон в земной атмосфере истощается.
И была даже высказана фантастическая теория о том, что возникновение озоновых аномалий связано с участившимися посещениями нашей планеты инопланетянами, мощные летательные аппараты которых сжигают атмосферный озон.
В настоящее время ученые так и не пришли к единому выводу о том, что же является причиной образования озоновых дыр в земной атмосфере.
Ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «Озоновой дыры из-за естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли, т.е. с прорывом глубинных газов (водород, метан, азот и др.) через рифтовые разломы земной коры.
Например, В.Л.Сывороткин разработал гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Т.к. кроме разрушения озона существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Водород - главный газ Земли. Его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу, и очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.
Земная кора содержит различные газы в свободном состоянии, сорбированные разными породами и растворённые в воде. Часть этих газов по глубинным разломам и трещинам достигают поверхности Земли и диффундирует в атмосферу. О существовании углеводородного дыхания земной коры говорит повышенное по сравнению с глобальным фоновым содержанием метана в приземном слое воздуха над нефтегазоносными бассейнами.
Проведенные исследования показали, что в газах вулканов Никарагуа содержится заметные количества HF. Анализ проб воздуха, отобранных из кратера вулкана Масайя, также показали наличие в них фреонов наряду с другими органическими соединениями. Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Эти данные потребовали доказательств того, что обнаруженные фторуглеводороды не имеют антропогенного происхождения. И такие доказательства были получены. Фреоны были обнаружены в пузырьках воздуха антарктического льда возрастом 2000 лет. Специалистами НАСА было предпринято уникальное исследование воздуха из герметично запаянного свинцового гроба, обнаруженного в штате Мериленд и достоверно датированного 17 веком. В нем также были обнаружены фреоны. Ещё одно подтверждение существования природного источника фреонов было “поднято ” c морского дна. CFCl3 обнаружен в воде, извлеченной в 1982 году с глубины более 4000 метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине 4500 метров у берегов Антарктиды5.
Однако антропогенное происхождение озоновых дыр, по мнению большинства ученых, более вероятно.
К основным причинам истончения озонового экрана экологи относят: