Озоновые дыры - «дети» стратосферных вихрей
Хотя озона в современной атмо сфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жест кое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Кроме того, стратосферный озон - важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды.
Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов). Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось...
Озон (О 3) представляет собой сравнительно редкую молекулярную форму кислорода, состоящую из трех атомов. Хотя озона в современной атмосфере немного - не более одной трехмиллионной от остальных газов, - роль его чрезвычайно велика: он задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение (коротковолновую часть солнечного спектра), разрушающее белки и нуклеиновые кислоты. Поэтому до появления фотосинтеза - и, соответственно, свободного кислорода и озонового слоя в атмосфере - жизнь могла существовать только в воде.
Кроме того, стратосферный озон - важный климатический фактор, определяющий краткосрочные и локальные изменения погоды. Поглощая солнечное излучение и передавая энергию другим газам, озон нагревает стратосферу и тем самым регулирует характер планетарных тепловых и циркулярных процессов во всей атмосфере.
Неустойчивые молекулы озона в естественных условиях образуются и распадаются под действием различных факторов живой и неживой природы, причем в ходе длительной эволюции этот процесс пришел к некоторому динамическому равновесию. Скорость реакций деструкции озона зависит от катализаторов, в роли которых могут выступать как естественные атмосферные окислы, так и вещества, попадающие в атмосферу в результате природных катаклизмов (например, мощных извержений вулканов).
Однако во второй половине прошлого века было обнаружено, что катализаторами реакций разрушения озона могут также служить вещества промышленного происхождения, и человечество не на шутку обеспокоилось. Особенно общественное мнение взбудоражило открытие над Антарктидой так называемой озоновой «дыры».
«Дыра» над Антарктидой
Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой - озоновую дыру - впервые обнаружили еще в 1957 г., в Международный геофизический год. Настоящая же история ее началась через 28 лет со статьи в майском номере журнала Nature , где было высказано предположение, что причиной аномального весеннего минимума ОСО над Антарктидой служит промышленное (в том числе и фреонами) загрязнение атмосферы (Farman et al. , 1985).
Было установлено, что озоновая дыра над Антарктидой возникает обычно раз в два года, держится около трех месяцев, а затем исчезает. Она представляет собой не сквозное отверстие, как может показаться, а углубление, поэтому более правильно говорить о «провисании озонового слоя». К сожалению, все дальнейшие исследования озоновой дыры в основном были направлены на доказательство ее антропогенного происхождения (Roan, 1989).
ОДИН МИЛЛИМЕТР ОЗОНА Атмосферный озон представляет собой сферический слой толщиной около 90 км над поверхностью Земли, причем озон в нем распределен неравномерно. Больше всего этого газа сосредоточено на высоте 26–27 км в тропиках, на высоте 20–21 км - в средних широтах и на высоте 15–17 км - в полярных областях.Общее содержание озона (ОСО), т. е. количество озона в атмосферном столбе в конкретной точке, измеряется по поглощению и излучению солнечной радиации. В качестве единицы измерения используется так называемая единица Добсона (е. Д.), соответствующая толщине слоя чистого озона при нормальном давлении (760 мм рт. ст.) и температуре 0° С. Сто единиц Добсона соответствуют толщине озонового слоя в 1 мм.
Величина содержания озона в атмосфере испытывает суточные, сезонные, годовые и многолетние колебания. При среднем глобальном ОСО в 290 е. Д. мощность озонового слоя меняется в широких пределах - от 90 до 760 е. Д.
За содержанием озона в атмосфере следит мировая сеть из около ста пятидесяти наземных озонометрических станций, очень неравномерно распределенных по территории суши. Такая сеть практически не может регистрировать аномалии в глобальном распределении озона, даже если линейный размер таких аномалий достигает тысячи километров. Более детальные данные об озоне получают с помощью оптической аппаратуры, установленной на искусственных спутниках Земли.
Нужно отметить, что само по себе некоторое уменьшение общего содержания озона (ОСО) не является катастрофическим, особенно в средних и высоких широтах, потому что облака и аэрозоли также могут поглощать ультрафиолетовое излучение. В той же Центральной Сибири, где число облачных дней велико, отмечается даже дефицит ультрафиолета (около 45 % от медицинской нормы).
Сегодня существуют разные гипотезы относительно химических и динамических механизмов образования озоновых дыр. Однако в химическую антропогенную теорию не укладывается много известных фактов. Например, рост содержания стратосферного озона в отдельных географических регионах.
Вот самый «наивный» вопрос: почему дыра образуется в южном полушарии, хотя фреоны вырабатываются в северном, при том что неизвестно, имеется ли в это время воздушное сообщение между полушариями?
Заметную убыль озонового слоя над Антарктидой впервые обнаружили еще в 1957 г., а спустя три десятилетия вину за это возложили на промышленностьНи одна из существующих теорий не опирается на широкомасштабные детальные измерения ОСО и исследования процессов, происходящих в стратосфере. Ответить на вопрос о степени изолированности полярной стратосферы над Антарктидой, как и на ряд других вопросов, связанных с проблемой образования озоновых дыр, удалось лишь с помощью нового метода слежения за движениями воздушных потоков, предложенного В. Б. Кашкиным (Кашкин, Сухинин, 2001; Kashkin et al. , 2002).
Воздушные потоки в тропосфере (до высоты 10 км) с давних пор прослеживали, наблюдая за поступательными и вращательными перемещениями облаков. Озон, по сути, также представляет собой огромное «облако» над всей поверхностью Земли, и по изменениям его плотности можно судить о движении воздушных масс выше 10 км, - так же, как мы узнаем направление ветра, глядя на облачное небо в пасмурный день. Для этих целей плотность озона следует измерять в точках пространственной решетки с определенным временным интервалом, например, каждые 24 часа. Проследив, как изменилось поле озона, можно оценить угол его поворота за сутки, направление и скорость движения.
ЗАПРЕТ НА ФРЕОНЫ - КТО ВЫИГРАЛ? В 1973 г. американцы Ш. Роуланд и М. Молина обнаружили, что атомы хлора, выделяющиеся из некоторых летучих искусственных химических веществ под действием солнечного излучения, могут разрушать стратосферный озон. Ведущую роль в этом процессе они отвели так называемым фреонам (хлорфторуглеродам), которые в то время широко использовались в бытовых холодильниках, в кондиционерах, в качестве газа-вытеснителя в аэрозолях и т. д. В 1995 г. эти ученые совместно с П. Крутценом были удостоены за свое открытие Нобелевской премии по химии.На производство и использование хлорфторуглеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой, стали налагаться ограничения. Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, который предусматривает контроль за 95 соединениями, в настоящее время подписали более 180 государств. В законе Российской федерации об охране окружающей природной среды также есть специальная статья, посвященная
охране озонового слоя Земли. Запрет на производство и потребление озоноразрушающих веществ имел серьезные экономические и политические последствия. Ведь фреоны обладают массой достоинств: они малотоксичны по сравнению с другими хладагентами, химически устойчивы, негорючи и совместимы со многими материалами. Поэтому руководители химической промышленности, особенно в США, вначале были против запрета. Однако позднее к запрету присоединился концерн Дюпон, предложивший использовать в качестве альтернативы фреонам гидрохлорфторуглероды и гидрофторуглероды.
В западных странах начался «бум» с заменой старых холодильников и кондиционеров новыми, не содержащими озоноразрушающих веществ, хотя такие технические устройства имеют более низкий КПД, менее надежны, потребляют больше энергии и при этом более дорогостоящи. Компании, первыми начавшие применять новые хладагенты, оказались в выигрыше и получили громадные прибыли. Только в США убытки от запрета на хлорфторуглероды составили десятки, если не более, миллиардов долларов. Появилось мнение, что так называемая озоносберегающая политика могла быть инспирирована владельцами крупных химических корпораций с целью укрепить свое монопольное положение на мировом рынке
С помощью нового метода была исследована динамика озонового слоя в 2000 г., когда над Антарктидой наблюдалась рекордно большая озоновая дыра (Kashkin et al. , 2002). Для этого использовались спутниковые данные о плотности озона по всему южному полушарию, от экватора до полюса. В результате было установлено, что содержание озона минимально в центре воронки так называемого циркумполярного вихря, которая образовалась над полюсом, на чем мы подробно остановимся ниже. На основе этих данных была выдвинута гипотеза природного механизма образования озоновых «дыр».
Глобальная динамика стратосферы: гипотеза
Циркумполярные вихри образуются при движении стратосферных воздушных масс в меридиональном и широтном направлениях. Как это происходит? На теплом экваторе стратосфера выше, а на холодном полюсе - ниже. Воздушные потоки (вместе с озоном) скатываются со стратосферы как с горки, и движутся все быстрее от экватора к полюсу. Движение с запада на восток происходит под воздействием силы Кориолиса, связанной с вращением Земли. В результате потоки воздуха как бы наматываются, как нити на веретено, на южное и северное полушария.
«Веретено» воздушных масс вращается в течение всего года в обоих полушариях, но более выражено в конце зимы и начале весны, потому что высота стратосферы на экваторе почти не меняется в течение года, а на полюсах она выше летом и ниже зимой, когда там особенно холодно.
Слой озона в средних широтах создается за счет мощного притока с экватора, а также в результате фотохимических реакций, происходящих на месте. А вот озон в районе полюса обязан своим происхождением в основном поступлению с экватора и из средних широт, и его содержание там довольно низкое. Фотохимические реакции на полюсе, куда солнечные лучи падают под малым углом, идут медленно, а значительная часть озона, поступающего с экватора, успевает разрушиться в пути.
На основе спутниковых данных о плотности озона была выдвинута гипотеза естественного механизма образования озоновых дырНо воздушные массы движутся так не всегда. В самые холодные зимы, когда стратосфера над полюсом очень низко опускается над поверхностью Земли и «горка» становится особенно крутой, ситуация меняется. Стратосферные потоки скатываются так быстро, что возникает эффект, знакомый каждому, кто наблюдал, как вода стекает через отверстие в ванне. Достигнув определенной скорости, вода начинает быстро вращаться, а вокруг отверстия образуется характерная воронка, создаваемая центробежной силой.
Нечто подобное происходит и в глобальной динамике стратосферных потоков. Когда потоки стратосферного воздуха набирают достаточно большую скорость, центробежная сила начинает отжимать их от полюса к средним широтам. В результате воздушные массы движутся от экватора и от полюса навстречу друг другу, что приводит к формированию быстро вращающегося «вала» вихря в области средних широт.
Обмен воздухом между экваториальной и полярной областями прекращается, озон с экватора и из средних широт на полюс не поступает. Кроме того, оставшийся на полюсе озон, как в центрифуге, отжимается к средним широтам центробежной силой, поскольку он тяжелее воздуха. В результате концентрация озона внутри воронки резко падает - над полюсом образуется озоновая «дыра», а в средних широтах - область высокого содержания озона, соответствующая «валу» циркумполярного вихря.
Весной антарктическая стратосфера прогревается и поднимается выше - воронка исчезает. Воздушное сообщение между средними и высокими широтами восстанавливается, к тому же ускоряются фотохимические реакции образования озона. Озоновая дыра исчезает до новой особенно холодной зимы на Южном полюсе.
А что в Арктике?
Хотя динамика стратосферных потоков и, соответственно, озонового слоя в северном и южном полушариях в целом схожа, озоновая дыра время от времени возникает только над Южным полюсом. Над Северным полюсом озоновых дыр не возникает, поскольку зимы там мягче и стратосфера никогда не опускается настолько низко, чтобы воздушные потоки набрали скорость, необходимую для образования воронки.
Хотя циркумполярный вихрь образуется и в северном полушарии, озоновых дыр там не наблюдается из-за более мягкой, чем в южном полушарии, зимыЕсть и еще одно важное отличие. В южном полушарии циркумполярный вихрь вращается почти в два раза быстрее, чем в северном. И это неудивительно: Антарктида окружена морями и вокруг нее существует циркумполярное морское течение - по существу, вместе вращаются гигантские массы воды и воздуха. Иная картина в северном полушарии: в средних широтах там находятся материки с горными хребтами, и трение воздушной массы о земную поверхность не позволяет циркумполярному вихрю набрать достаточно большую скорость.
Однако в средних широтах северного полушария иногда появляются небольшие озоновые «дыры» иного происхождения. Откуда они берутся? Движение воздуха в стратосфере средних широт гористого северного полушария напоминает движение воды в мелком ручье с каменистым дном, когда на поверхности воды образуются многочисленные водовороты. В средних широтах северного полушария роль рельефа поверхности дна играют перепады температур на границе континентов и океанов, горных массивов и равнин.
Резкая смена температуры на поверхности Земли приводит к формированию в тропосфере вертикальных потоков. Стратосферные ветры, наталкиваясь на эти потоки, создают вихри, которые могут вращаться в обоих направлениях с равной вероятностью. Внутри них появляются области с пониженным содержанием озона, то есть озоновые дыры, намного меньшие по размеру, чем на Южном полюсе. И нужно отметить, что такие вихри с разными направлениями вращения были обнаружены при первой же попытке.
Таким образом, динамика стратосферных воздушных потоков, которую мы проследили, наблюдая за облаком озона, позволяет дать правдоподобное объяснение механизма образования озоновой дыры над Антарктидой. По-видимому, подобные изменения озонового слоя, обусловленные аэродинамическими явлениями в стратосфере, имели место задолго до появления человека.
Все вышесказанное вовсе не означает, что фреоны и другие газы промышленного происхождения не оказывают разрушающего действия на озоновый слой. Однако ученым еще предстоит выяснить, каково соотношение природных и антропогенных факторов, влияющих на образование озоновых дыр, - делать поспешные выводы в столь важных вопросах недопустимо.
Одним из самых замечательных "зеленых" мифов является утверждение о том, что озоновые дыры над полюсами Земли возникают благодаря выбросам в атмосферу некоторых веществ, производимых человеком. В него до сих пор верят тысячи людей, даже несмотря на то, что разоблачить этот миф может любой школьник, который не прогуливал уроки химии и географии.
Миф о том, что деятельность человека приводит к росту так называемой озоновой дыры, примечателен во многих отношениях. Во-первых, он чрезвычайно правдоподобен, то есть основывается на реальных фактах. Таких, как наличие самой озоновой дыры и того, что ряд веществ, производимых человеком, может разрушать озон. А раз так, то у неспециалиста не возникает сомнений в том, что именно человеческая деятельность виновна в истощении озонового слоя — достаточно посмотреть на графики роста дыры и увеличения выбросов в атмосферу соответствующих веществ.
И тут всплывает еще одна особенность "озонового" мифа. Почему-то те, кто верят вышеупомянутым доказательствам, совершенно забывают о том, что само по себе совпадение двух графиков ни о чем не говорит. В конце концов, оно может быть простой случайностью. Для того, чтобы иметь неоспоримые доказательства антропогенной теории происхождения озоновых дыр, нужно изучить не только механизм разрушения озона фреонами и другими веществами, но и механизм последующего восстановления слоя.
Ну, а здесь наступает самое интересное. Лишь только заинтересованный неспециалист начнет изучать все эти механизмы (для чего не нужно сутками сидеть в библиотеке — достаточно вспомнить несколько абзацев из школьных учебников по химии и географии), как он сразу понимает, что данная версия — не более, чем миф. А вспомнив про то, какое влияние оказал этот миф на мировую экономику, ограничив производство фреонов, он сразу понимает, зачем его создали. Впрочем, давайте рассмотрим ситуацию с самого начала и по порядку.
Из курса химии мы помним, что озон является аллотропной модификацией кислорода. В его молекулах не два атома О, а три. Образовываться озон может разными путями, однако самый распространенный в природе таков: кислород поглощает порцию ультрафиолетового излучения с длиной волны 175-200 нм и 280-315 нм и преобразуется в озон. Именно таким образом и образовался озоновый защитный слой в давние времена (где-то 2-1,7 миллиарда лет тому назад), и именно так он продолжает образовываться и по сей день.
Кстати, из вышесказанного следует, что на самом чуть ли не половину опасного УФ-излучения поглощает кислород, а не озон. Озон же лишь является "побочным продуктом" данного процесса. Однако ценность его состоит в том, что он тоже поглощает часть ультрафиолета — ту, чья длина волны составляет от 200 до 280 нм. Но что при этом происходит с самим озоном? Правильно — он вновь превращается в кислород. Таким образом, в верхних слоях атмосферы существует некий циклический равновесный процесс — ультрафиолет одного типа способствует превращению озона в кислород, а тот, поглощая УФ-излучения другого типа, вновь переходит в О 2 .
Из всего этого следует простой и логичный вывод — для того, чтобы полностью разрушить озоновый слой, нужно лишить нашу атмосферу кислорода. Ведь сколько бы производимые людьми фреоны (углеводороды, содержащие хлор и бром, используемые в качестве хладагентов и растворителей), метан, хлороводород и моноксид азота не разрушали озоновые молекулы, ультрафиолетовое облучение кислорода вновь восстановит озоновый слой — ведь его-то эти вещества "выключить" не в состоянии! Как и уменьшить количество кислорода в атмосфере, поскольку деревья, травы и водоросли производят его в сотни тысяч раз больше, чем человечество — вышеупомянутые разрушители озона.
Итак, как видите, не одно вещество, сотворенное людьми, не в состоянии разрушить озоновый слой, пока в атмосфере Земли присутствует кислород, а Солнце испускает ультрафиолет. Но почему же тогда возникают озоновые дыры? Сразу хочу сказать, что сам термин "дыра" является не совсем корректным — речь идет лишь об истончении озонового слоя в определенных участках стратосферы, а не о полном его отсутствии. Тем не менее, чтобы ответить на поставленный вопрос, следует просто вспомнить, где именно на планете существуют самые крупные и устойчивые озоновые дыры.
А тут и вспоминать нечего: самая большая из устойчивых озоновых дыр расположена прямо над Антарктидой, а другая, чуть поменьше — над Арктикой. Все остальные озоновые дыры Земли нестабильны, они быстро образуются, но так же быстро "заштопываются". Почему же в полярных регионах истончения озонового слоя сохраняются достаточно долго? Да просто потому, что в этих местах по полгода длится полярная ночь. А за это время в атмосферу над Арктикой и Антарктикой не поступает достаточного количества ультрафиолета, способного превратить кислород в озон.
Ну а О 3 в свою очередь, оставшись без "пополнения", начинает быстро разрушаться — ведь он является весьма нестабильным веществом. Поэтому-то озоновый слой над полюсами изрядно истончается, хотя процесс идет с некоторым запаздыванием — видимая дыра появляется в начале лета, а исчезает к середине зимы. Тем не менее, когда приходит полярный день, озон вновь начинает вырабатываться и озоновая дыра потихоньку "заштопывается". Правда, не полностью — все равно время интенсивного поступления УФ-излучения в этих краях короче, чем период его недостатка. Поэтому-то озоновая дыра и не исчезает.
Но зачем в таком случае был создан и растиражирован миф? Ответить на этот вопрос не то что просто, а очень просто. Дело в том, что впервые наличие постоянной озоновой дыры над Антарктидой было доказано в 1985 году. А в конце 1986 года специалисты американской компании DuPont (то есть "Дюпон") наладили производство нового класса хладагентов — фторуглеродов, не содержащих хлор. Это сильно удешевило производство, однако новое вещество нужно было еще продвинуть на рынок.
И тут "Дюпон" финансирует распространение в СМИ мифа о злых фреонах, портящих озоновый слой, который по его заказу сочинила группа метеорологов. В результате напуганная общественность начала требовать от властей принять меры. И эти меры были приняты в конце 1987 года, когда в Монреале был подписан протокол об ограничении производства веществ, разрушающих озоновый слой. Это привело к разорению многих компаний, выпускавших фреоны, а также к тому, что "Дюпон" на долгие годы стал монополистом на рынке хладагентов.
Кстати, именно быстрота принятия руководством "Дюпона" решения использовать озоновую дыру в своих целях и привела к тому, что миф получился таким недоработанным, что разоблачить его может обычный школьник, который не прогуливал уроки химии и географии. Было бы у них времени побольше — глядишь, сочинили бы более убедительную версию. Тем не менее, даже то, что в итоге "родили" ученые по заказу "Дюпона", смогло убедить множество людей.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МИНИСТРЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУВПО УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ
ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)
ФАКУЛЬТЕТ ЛЁТНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
КАФЕДРА ПАСОП
РЕФЕРАТ
на тему: Озоновые дыры: причины и последствия
Выполнил: Базаров М.А.
Руководитель: Морозова М.М.
Ульяновск 2012
Введение
1. Причины
2. Последствия
3. Географическое расположение
4. Роль ВС гражданской и военной авиации в образовании озоновых дыр
5. Пути решения проблем
Заключение
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.
Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе: загрязнение, отравление среды обитания, обеднение атмосферы кислородом, озоновые дыры.
Целью настоящей работы явилось обобщение литературных данных о причинах и последствиях разрушения озонового слоя, а также способах решения проблемы образования “озоновых дыр”.
озоновый слой дыра экологический
1. Причины
Озоновая дырам -- локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя.
Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации.
Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году, на Южном полушарии, над Антарктидой, группой британских учёных: Дж. Шанклин (англ.), Дж. Фармен (англ.), Б. Гардинер (англ.), опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature. Каждый август она появлялась, а в декабре -- январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества, мировые ученые доказали, что на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктикой.
К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее ввиду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, моноксид азота) и органические соединения (метан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона приведены в статье про озоновый слой.
Хлор «съедает» и озон, и атомарный кислород за счет протекания довольно быстрых реакций:
О3 + Сl = О2 + ClO
СlO + O = Cl + O2
Причем последняя реакция приводит к регенерации активного хлора. Хлор, таким образом, даже не расходуется, разрушая озоновый слой.
Летом и весной концентрация озона повышается. Над полярными областями она всегда выше, чем над экваториальными. Кроме того, она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности. Все это было уже хорошо известно, когда в 1980-х гг. наблюдения показали, что над Антарктикой год от года происходит медленное, но устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило название «озоновая дыра» (хотя никакой дырки в собственном значении этого слова, конечно, не было).
Позднее, в 90-е гг прошлого века такое же уменьшение стало происходить и над Арктикой. Феномен Антарктической “озоновой дыры” пока не понятен: то ли “дыра” возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.
Среди версий образования озоновых дыр можно назвать:
влияние частиц, выбрасываемых при атомных взрывах;
полеты ракет и высотных самолетов;
реакции с озоном некоторых веществ, производимых химическими заводами. Это в первую очередь хлорированные углеводороды и особенно фреоны - хлорфторуглероды, или углеводороды, в которых все или большая часть атомов водорода, заменены атомами фтора и хлора.
Хлорфторуглероды широко применяются в современных бытовых и промышленных холодильниках (поэтому их называют «хладонами»), в аэрозольных баллончиках, как средства химической чистки, для тушения пожаров на транспорте, как пенообразователи, для синтеза полимеров. Мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн. т/год.
Будучи легколетучими и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, хлорфторуглероды после использования попадают в атмосферу и могут находиться в ней до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя атомарный хлор, который и служит главным «нарушителем порядка» в озоновом слое.
2. Последствия
Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения Солнца. Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.
Озон в стратосфере защищает Землю от разрушительной ультрафиолетовой, солнечной радиации. Разрушение озонового слоя позволит большему количеству солнечной радиации достигнуть поверхности Земли.
Каждый потерянный процент содержания озона в стратосфере приводит к увеличению интенсивности воздействия ультрафиолетовой, солнечной радиации на 1,5-2 процента, по данным Агентства по охране окружающей среды США. Для человека увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения, прежде всего опасно-воздействием солнечной радиации на кожу и глаза.
Радиация с длиной волн в спектре от 280 до 320 нанометров - УФ лучи, которые частично блокируются озоном - могут вызвать преждевременное старение и рост числа раковых заболеваний кожи, а также поражение растений и животных.
Радиация с длиной волн больше, чем 320 нанометров, УФ спектра, практически не поглощается озоном и фактически необходима человеку для формирования витамина Д. УФ радиация с длиной волн в спектре 200 - 280 нанометров может вызвать серьезные последствия для биологических организмов. Однако излучение этого спектра практически полностью поглощается озоном. Таким образом, «ахиллесова пята» земной жизни - это излучение довольно узкого спектра УФ волн длиной от 320 до 280 нанометров. С сокращением длины волн усиливается их способность причинять вред живым организмам и ДНК. К счастью, способность озона поглощать ультрафиолетовую радиацию растет пропорционально сокращению длины волны излучения.
· Увеличение количества случаев заболевания раком кожи.
· Подавление иммунной системы человека.
· Поражение глаз.
Ультрафиолетовая радиация может повредить роговую оболочку глаза, соединительную оболочку глаза, хрусталик и сетчатку глаза. Ультрафиолетовая радиация может вызвать фотокератозиз (или снежную слепоту), похожий на солнечный ожег роговой или соединительной оболочки глаза. Увеличение воздействия ультрафиолетовой радиации на людей в следствии разрушения озонового слоя приведет к увеличению числа людей с катарактой, по мнению авторов «Как спасти нашу кожу». Катаракта закрывает хрусталик глаза, снижая остроту зрения, и может вызвать слепоту.
· Уничтожение урожаев.
3. Географическое расположение
Утоньшение озонового слоя стали фиксировать в 70-х годах. Особенно значительно он уменьшился над Антарктидой, что и привело к появлению расхожего выражения “озоновая дыра”. Малые дыры фиксируются так же в северном полушарии - над Арктикой, в районе космодромов Плесецк и Байконур. В 1974 г. двое ученых из Калифорнийского университета - Марио Молина и Шервурд Роуленд - выдвинули гипотезу, что основным фактором разрушения озона выступают газы фреоны, используемые в холодильной и парфюмерной промышленности. Менее значительные озоноразрушающие факторы - полеты ракет и сверхзвуковых самолетов.
Расположение «озоновых дыр» тяготеет к локализации положительных Мировых магнитных аномалий. На Южном полушарии это Приантарктическая, а на Северном -Восточно-Сибирская мировая магнитная аномалия. Причем, могущество Сибирской аномалии растет настолько сильно, что даже в Новосибирске вертикальная составляющая геомагнитного поля растет ежегодно на 30 гамм (нанотесла).
Утрата озонового слоя над Арктическим бассейном была в этом году столь значительной, что впервые в истории наблюдений можно говорить о возникновении «озоновой дыры», сходной с антарктической. На высотах свыше 20 км потери озона составили порядка 80%. Вероятной причиной этого явления называется необычно долгое сохранение сравнительно низких температур в стратосфере на этих широтах.
4. Роль ВС гражданской и военной авиации в образовании озоновых дыр
Разрушению озонного слоя способствуют не только фреоны, выделяющиеся в атмосферу и попадающие в стратосферу. К разрушению озонного слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей высотных самолётов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, т. е. чем больше мощность двигателя.
Важна не только мощность двигателя самолёта, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающие озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.
Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в 1 млрд т.. Примерно треть этого количества выбрасывается самолётами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолётов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолётов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонного слоя.
5. Пути решения проблем
Чтобы начать глобальное восстановление нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся.
Также мы - все люди должны это понимать и помочь природе включить процесс восстановления озонового слоя, нужны новые посадки лесов, хватит вырубать лес для других стран, которые почему-то не хотят вырубать свой, а делают на нашем лесе деньги.
Для восстановления озонового слоя его нужно подпитывать. Сначала с этой целью предполагалось создать несколько наземных озоновых фабрик и на грузовых самолетах «забрасывать» озон в верхние слои атмосферы. Однако этот проект (вероятно, он был первым проектом «лечения» планеты) не осуществлен.
Иной путь предлагает российский консорциум «Интерозон»: производить озон непосредственно в атмосфере. Уже в ближайшее время совместно с немецкой фирмой «Даза» планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами, с помощью которых получать озон из двухатомного кислорода.
Если этот эксперимент окажется удачным, в дальнейшем предполагается использовать опыт российской орбитальной станции «Мир» и создать на высоте 400 км несколько космических платформ с источниками энергии и лазерами. Лучи лазеров будут направлены в центральную часть озонового слоя и станут постоянно подпитывать его. Источником энергии могут быть солнечные батареи. Космонавты на этих платформах потребуются лишь для периодических осмотров и ремонта.
Заключение
Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как - то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ, были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.
Проблема исторических и современных изменений климата оказалась очень сложной и не находит решения в схемах однофактоpного детерминизма. Наяду с ростом концентрации углекислого газа важную роль играют изменения озоносфеpы, связанные с эволюцией геомагнитного поля. Разработка и проверка новых гипотез являются необходимым условием познания закономерностей общей циркуляции атмосферы и других геофизических процессов, влияющих на биосферу.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Причины, ведущие к экологической катастрофе. Определение озоновой дыры, механизм ее образования и последствия. Восстановление озонового слоя. Переход на озоносберегающие технологии. Заблуждения, касающиеся озоновой дыры. Фреоны - разрушители озона.
презентация , добавлен 07.10.2012
Озоновые дыры и причины их возникновения. Источники разрушения озонового слоя. Озоновая дыра над Антарктикой. Мероприятия по защите озонового слоя. Правило оптимальной компонентной дополнительности. Закон Н.Ф. Реймерса о разрушении иерархии экосистем.
контрольная работа , добавлен 19.07.2010
Теории образования озоновых дыр. Спектр озонового слоя над Антарктидой. Схема реакции галогенов в стратосфере, включающая их реакции с озоном. Принятие мер по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов. Последствия разрушения озонового слоя.
презентация , добавлен 14.05.2014
Общее понятие об озоновой дыре, последствия её образования. Озоновая дыра, диаметром 1000 км, на Южном полушарии, над Антарктидой. Причины разрыва внутримолекулярных связей, превращение молекулы озона в молекулу кислорода. Восстановление озонового слоя.
презентация , добавлен 01.12.2013
Характеристика местоположения, функций и значения озонового слоя, истощение которого может оказать значительное влияние на экологию Мирового океана. Механизмы образования "озоновой дыры" - многообразие антропогенного вмешательства. Пути решения проблемы.
контрольная работа , добавлен 14.12.2010
Локальный экологический кризис. Экологические проблемы атмосферы. Проблема озонового слоя. Понятие парниковый эффект. Кислотные дожди. Последствия кислотных осадков. Самоочищение атмосферы. Какие приоритеты считать основными? Что важнее экология или НТП.
реферат , добавлен 14.03.2007
Специфика химического загрязнения атмосферы, опасности парникового эффекта. Кислотные дожди, роль концентрации озона в атмосфере, современные проблемы озонового слоя. Загрязнение атмосферы выбросами автомобильного транспорта, состояние проблемы в Москве.
курсовая работа , добавлен 17.06.2010
Снижение концентрации стратосферного озона. Что такое озоновая дыра и причины ее образования. Процесс разрушения озоносферы. Поглощение ультрафиолетового излучения Солнца. Антропогенное загрязнение атмосферы. Геологические источники загрязнений.
презентация , добавлен 28.11.2012
Озоновая дыра как локальное падение озонового слоя. Роль озонового слоя в атмосфере Земли. Фреоны - основные разрушители озона. Методы восстановления озонового слоя. Кислотные дожди: сущность, причины появления и негативное воздействие на природу.
презентация , добавлен 14.03.2011
Изучение проблемы глобального загрязнения природной среды промышленными и сельскохозяйственными предприятиями. Характеристика нарушения озонового слоя атмосферы, кислотных дождей, парникового эффекта. Описания утилизации отходов лакокрасочных материалов.
Земля — несомненно самая уникальная планета в нашей солнечной системе. Это единственная планета приспособленная для жизни. Но мы не всегда ценим это и считаем что мы не в силах изменить и нарушить то, что создавалось на протяжении миллиардов лет. За всю историю существования еще никогда наша планета не получала таких нагрузок которые дал ей человек.
На нашей планете есть озоновый слой, который так необходим для нашей жизни. Он защищает нас от воздействия ультрафиолетовых лучей исходящих от солнца. Не будь его, жизнь на этой планете была бы не возможной.
Озон — это голубой газ с характерным запахом. Каждый из нас знает этот резкий запах, который особенно слышен после дождя. Не зря озон в переводе с греческого означает «пахнущий». Образуется он на высоте до 50 км от поверхности земли. Но большая его часть находится на 22 — 24 км.
Причины озоновых дыр
В начале 70-х годов ученые начали замечать уменьшения озонового слоя. Причиной этому является попадание в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ, использующихся в промышленности, запуск ракет, и много других факторов. В основном это молекулы хлора и брома. Хлорфторуглероды и другие вещества, выпущенные человеком, достигают стратосферы, где под влиянием солнечных лучей распадаются на хлор и сжигают молекулы озона. Доказано что одна молекула хлора может сжечь 100000 молекул озона. А держится она в атмосфере от 75 до 111 лет!
В результате падения озона в атмосфере происходят озоновые дыры. Первая была обнаружена в начале 80-х в Арктике. Диаметр ее был не сильно велик, а падение озона составило на 9 процентов.
Озоновая дыра в Арктике
Озоновая дыра — это сильное падение процента озона в определенных местах атмосферы. Само слова «дыра» нам дает понять это без лишних объяснений.
Весной, 1985-го года в Антарктиде, над станцией Халли-Бей содержание озона упало на 40%. Дыра оказалась огромной и продвинулась уже за пределы Антарктиды. По высоте ее слой достигает до 24-х км. В 2008-м году подсчитали, что ее размер уже составляет более 26 млн км2. Это ошеломило весь мир. Стало ясно? что наша атмосфера в наиболее большей опасности, чем мы предполагали. С 1971-го года по всему миру слой озона упал на 7%. В результате этого на нашу планету стало попадать ультрафиолетовое излучение Солнца, которое биологически опасно.
Последствия озоновых дыр
Врачи считают что в результате уменьшения озона вырос процент заболевания раком кожи и слепоты из-за катаракты. Также падает иммунитет человека, что приводит к различным видам иных заболеваний. Больше всего страдают жители верхних слоев океанов. Это креветки, крабы, водоросли, планктон и т.д.
Сейчас подписано международное соглашение ООН об уменьшении использования озоноразрушающих веществ. Но даже если перестать их использовать. чтобы закрыть дыры понадобиться более 100 лет.
Можно ли восстановить озоновые дыры?
На сегодняшний день ученые предложили один способ восстановления озона при помощи летательных аппаратов. Для этого необходимо на высоте 12-30 километров над Землей выпускать кислород либо озон, созданный искусственным путем, и рассеивать его специальным распылителем. Так понемногу могут заполняться озоновые дыры. Недостаток этого метода в том, что он требует существенных экономических растрат. К тому же невозможно за один раз выпустить в атмосферу большое количество озона. Также сам процесс транспортировки озона является сложным и небезопасным.
Мифы об озоновых дырах
Поскольку проблема озоновых дыр остается открытой, вокруг нее сформировалось несколько заблуждений. Так истощение озонового слоя стремились превратить в вымысел, который выгоден промышленности якобы из-за обогащения. Наоборот все хлорфторуглеродные вещества были заменены на дешевые и более безопасные компоненты природного происхождения.
Еще одно ложное утверждение о том, что якобы фреоны, разрушающие озон, слишком тяжелые, чтобы достигать озонового слоя. Но в атмосфере все элементы перемешиваются, и загрязняющие компоненты способны достигнуть уровня стратосферы, в которой находится озоновый слой.
Не стоит доверять и утверждению, что озон разрушают галогены природного происхождения, а не антропогенного. Это не так, именно деятельность человека способствует выделению различных вредных веществ, которые разрушают озоновый слой. Последствия взрыва вулканов и другие природные катастрофы практически не влияют на состояние озона.
И последний миф о том, что озон разрушается только над Антарктидой. На самом деле озоновые дыры образовываются повсюду в атмосфере, из-за чего количество озона уменьшается в целом.
Прогнозы на будущее
С тех пор, как озоновые дыры стали , за ними ведется пристальное наблюдение. В последнее время ситуация сложилась совсем неоднозначная. С одной стороны во многих странах небольшие озоновые дыры то появляются, то исчезают, особенно в индустриально развитых районах, а с другой стороны наблюдается позитивная динамика сокращения некоторых крупных озоновых дыр.
В ходе наблюдений исследователи зафиксировали, что наибольшая озоновая дыра нависла над Антарктидой, и она достигла максимальных размеров в 2000 году. С тех пор, судя по снимкам, сделанным спутниками, дыра постепенно затягивается. Данные утверждения изложены в научном журнале «Science». Экологи подсчитали, что ее площадь уменьшилась на 4 млн. кв. километров.
Исследования показывают, что постепенно из года в год количество озона в стратосфере увеличивается. Этому способствовало подписание Монреальского протокола в 1987 году. В соответствии с этим документом все страны стараются уменьшать выбросы в атмосферу, сокращается количество транспорта. Особенно в этом вопросе преуспел Китай. Там регулируется появление новых автомобилей и существует понятие квоты, то есть в год может быть зарегистрировано определенное число номерных знаков автомобилей. Кроме того, определенные успехи в улучшении атмосферы достигнуты, потому что постепенно люди переходят на альтернативные источники энергии, происходит поиск эффективных ресурсов, которые бы помогли сохранить .
После 1987 года проблема озоновых дыр поднималась не единожды. Данной проблеме посвящено много конференций и собраний ученых. Также вопросы обсуждаются на встречах представителей государств. Так в 2015 году в Париже состоялась Конференция по , целью которой было выработать действия, направленные против изменения климата. Это также будет способствовать понижению выбросов в атмосферу, а, значит, озоновые дыры будут постепенно затягиваться. К примеру, ученые прогнозируют, что к концу 21 века озоновая дыра над Антарктидой полностью исчезнет.
Где находятся озоновые дыры (ВИДЕО)
Около сорока лет назад впервые было обнаружено, что слой озона в земной атмосфере стал истощаться. Первыми это заметили английские учёные, работавшие на исследовательской базе в Антарктиде. Они обнаружили, что над станцией Халли-Бей толщина озона уменьшилась почти в два раза! В то время возможные причины этого явления ещё не были изучены, поэтому всё, что оставалось делать учёным - наблюдать за развитием ситуации. И результаты их совсем не обрадовали - озоновые дыры не только не закрылись, но даже распространились далеко за пределы Южного полюса. Так появилась информация о новой глобальной катастрофе.
Чем же на самом деле являются озоновые дыры?
Озон - это газ, который вырабатывается из кислорода при ультрафиолетовом излучении, поступающем от Солнца. Он, в свою очередь, препятствует прохождению этого излучения, действие которого является губительным для всех живых организмов. Слой этого газа расположен на высоте около двадцати километров над поверхностью и защищает планету от негативного влияния солнечной энергии. Озоновые дыры - это места, в которых толщина газа по каким-либо причинам уменьшается. На данном этапе её ещё хватает для того, чтобы задерживать ультрафиолет, но если человечество ничего не предпримет для изменения ситуации, через некоторое время истощение озонового слоя приведёт к тому, что вредоносное излучение сможет беспрепятственно проникать в атмосферу, и тогда существование жизни на Земле станет попросту невозможным.
Почему возникают озоновые дыры?
Исследование космоса
И всё же, несмотря на большое разнообразие возможных версий, наиболее вероятной из них остаётся антропогенная. Ведь в середине прошлого века происходили многочисленные запуски космических ракет, каждая из которых, взлетая, оставляла «дыру» в атмосфере, прорывая слой озона. Всего за тридцать лет освоения космоса было уничтожено 30% защитного барьера Земли, который формировался на протяжении четырёх миллиардов лет!
Фреон
Губительным веществом для озона является фреон, который широко используется как в быту, так и в промышленности. Он содержался практически во всех газовых баллончиках прошлого века: в лаках для волос, духах, дезодорантах, огнетушителях. Он был даже в холодильниках и кондиционерах! Неудивительно, что с каждым днём появлялись всё новые и новые озоновые дыры, а защитный слой становился всё тоньше и тоньше.
Пути решения
На сегодняшний день проблема остаётся острой и актуальной. Приняты многочисленные соглашения, по которым вредные для озонового слоя вещества запрещены к использованию в производстве и промышленности. Но этого мало, ведь вопрос состоит не только в том, чтобы остановить разрушение озона, но и в том, чтобы восстановить его. А эта задача еще не решена.
