Разрушение озонового слоя может привести к. Озоновый слой Земли пронзили озоновые дыры: грозит ли человечеству глобальная катастрофа? Этапы разрушения озонового слоя

Солнца молекулярный кислород) 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

Этапы разрушения озонового слоя:

1) Эмиссии : в результате деятельности человека, а также в результате природных процессов на Земле эмитируются (высвобождаются) газы, содержащие галогены (бром и хлор), т.е. вещества, разрушающие озоновый слой.

2) Аккумулирование (эмитированные газы, содержащие галогены, аккумулируются (накапливаются) в нижних атмосферных слоях, и под воздействием ветра, а также потоков воздуха перемещаются в регионы, которые не находятся в прямой близости с источниками такой эмиссии газов).

3) Перемещение (аккумулированные газы, содержащие галогены, с помощью потоков воздуха перемещаются в стратосферу).

4) Преобразование (бóльшая часть газов, содержащих галогены, под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере преобразуется в легко реагирующие галогенные газы, в результате чего в полярных регионах Земного шара разрушение озонового слоя происходит сравнительно активнее).

5) Химические реакции (легко реагирующие галогенные газы вызывают разрушение озона стратосферы; фактор, способствующий реакциям - полярные стратосферные облака).

6) Удаление (под воздействием воздушных потоков легко реагирующие галогенные газы возвращаются в тропосферу , где из-за присутствующей в облаках влажности и дождей разделяются, и таким образом из атмосферы полностью удаляются).

Причины разрушения ОС:

Во-первых , - это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых , самолеты, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога. В-третьих - окислы азота . Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

Последствия:

Это негативно сказывается не только на всех живых существах : людях, животных, растениях, тропических лесах, но и на предметах. Например, если озоновый слой станет слишком тонким, резина, используемая в хозяйстве, прослужит намного меньше. Водные организмы, обитающие в верхних слоях воды, прекратят свое существование. Окончательно погибнет фауна амазоских джунглей с питонами и попугаями. Рыбные уловы и сельскохозяйственные урожаи значительно уменьшатся. Несомненно, разрушение озонового слоя отразится и на людях. Человечество станет болеть в два раза больше, потому что иммунитет значительно ослабнет. Вероятность заболевания раком кожи и катарактой увеличится.

Ученые предполагают , что уменьшение озонового слоя на 1% приведет к активному распространению болезней. Например, случаи заболевания раком кожи увеличатся на 10 тысяч раз, а катарактой глаз - на 100 тысяч. Склонность человека к заболеваниям дыхательных путей и легких будет стремительно расти.

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.

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/

Введение

Основная часть

1. Понятие «Озоновый слой»

4. Охрана озонового слоя

Заключение

Литература

Введение

XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно- технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы.

Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.

Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию (ее определяют через техногенную нагрузку и плотность населения) превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.

Основная часть

1. Понятие «Озоновый слой»

Озоновый 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 (О 2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О 2 , образуя озон (О 3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/мі) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения.

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.

Если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы.

2. Причины разрушения озонового слоя

2.1 Природные причины разрушения озонового слоя

Природные источники включают: крупные пожары и определенные морские биотопы (поставляющие определенные хлорсодержащие соединения, устойчиво переносящие "путешествие" к стратосфере); крупные извержения вулканов, косвенно влияющие на истощение озона (в процессе извержения выбрасывается большое количество мелких твердых частиц и аэрозолей, которые повышают эффективность разрушительного воздействия хлора на озон). Однако аэрозоли способствуют разрушению озонового слоя только тогда, когда в нем присутствуют хлорфторуглероды. Разрушение озонового слоя связывают с глобальным изменением климата на нашей планете. Последствия этого явления, названного «парниковым эффектом», крайне сложно прогнозировать. Согласно пессимистическим прогнозам ученых ожидаются изменения количества осадков, перераспределение их между зимой и летом; говорят о перспективе превращения плодородных регионов в засушливые пустыни, повышении уровня Мирового океана в результате таяния полярных льдов.

2.2 Антропогенные причины разрушения озонового слоя

Нарастание концентрации хлорфторуглеродов (фреонов), диоксидов азота, метана и других углеводородов, поступающих в дополнение к естественным составляющим атмосферы из техногенных источников, при сжигании углеводородного сырья на транспорте способно уменьшить концентрацию озона.

Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических веществ, объединенных термином «хлорфторуглероды» (ХФУ), называемых также фреонами, которые впервые были получены в 1928 г. В течение полувека эти вещества считались чудо - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. В массовых масштабах их начали использовать в качестве хладагентов при изготовлении холодильников. Затем они стали применяться в системах кондиционирования воздуха, а с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое распространение. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве пенополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на конец 80-х гг. и составил около 1,2-1,4 млн. т в год, из которых на долю США приходилось около 35 %.

Предполагают, что попадая в верхние слои атмосферы, эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными. Под воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона превращает его в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять оказывается свободным и способным к новым химическим реакциям. Его активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч молекул озона.

Суммарное производство фреонов, используемых при производстве пенопластов, в холодильной, парфюмерной промышленности, бытовых устройствах (аэрозольные баллончики) в 1988 г. достигло 1 млн. т.

Эти высокоинертные вещества абсолютно безвредны в приземных слоях атмосферы. При медленной диффузии в стратосферу они достигают области распространения фотонов высоких энергий и при фотохимических превращениях способны разлагаться с выделением атомарного хлора. Один атом Сl способен разрушить десятки и сотни молекул O3. Хлор интенсивно реагирует с озоном, действуя как катализатор.

Аналогично действует и оксид азота NО, техногенное поступление которого в атмосферу связано с реакциями горения углеводородного топлива. Главными поставщиками NО в атмосферу являются двигатели ракет, самолетов и автомобилей. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70 % озона разрушается по азотному циклу, 17 - по кислородному, 10 - по водородному, около 2 % по хлорному и около 1-2 % поступает в тропосферу. Вклад транспорта в разрушение озоносферы чрезвычайно велик в связи с выбросом в атмосферу оксидов азота.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют тяжелые металлы (медь, железо, марганец). Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций.

В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего «содержания», поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из нее, существенно сказываются на содержании озона.

В связи с этим попадание в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс, связанный с образованием и разрушением озона.

Метан CH 4 , как и оксид азота, относится к естественным компонентам атмосферы, также способен реагировать с озоном. Его техногенное поступление в результате принудительной вентиляции шахт, потерь при добыче нефти и газа, заболачивании низменных ландшафтов принимает все большие масштабы. Поэтому зафиксированное уменьшение концентрации озона не без оснований связывают с антропогенной деятельностью - техногенезом.

Основные запасы планетарного метана сосредоточены в форме твердых газогидратов, локализованных в прибрежных зонах полярных акваторий. Переход твердых гидратов в газ минует жидкую фазу. Характерно, что с 1972 до 1985 г. с помощью спутникового слежения (Nimbus-7) выявлено более 200 высоконапорных метановых струй на высотах до 22 км, т. е. в озоноэффективных областях атмосферы. Метан способствует не только разрушению озона, но и повышению температуры приземного воздуха («парниковый эффект»). В свою очередь, такое потепление может вызвать «взрыв» газогидратных панцирей и рост концентрации метана в атмосфере.

Огромное влияние на снижение содержания озона оказывают запуски ракет и кораблей многоразового использования типа «Шаттл» и «Энергия». Один старт «Шаттла» - это потеря 10 млн. т озона. Метеорологи и геофизики давно обращают внимание космических корпораций на этот факт. Но слишком заманчиво освоение космоса с его невиданными типами энергии, а причины снижения концентрации озона в озоносфере до сих пор до конца не обоснованы.

Кроме того, предполагается, что первый массивный удар по озоновому слою был нанесен высотными ядерными взрывами 1958-1962 гг. Хотя и по другим политическим причинам, но в настоящее время от продолжения таких ядерных взрывов благоразумно воздержались. По оценкам специалистов, после «залечивания» озоновой дыры в результате гелиогенерации озона в течение 22-летнего солнечного цикла, в период спокойного Солнца все равно будет наблюдаться снижение концентрации озона. Более 60 % техногенного вклада в это снижение дают запуски ракет, и это может привести к расширению озонной дыры до средних широт.

3. Последствия разрушения озонового слоя

Разрушение озонового слоя приводит к проникновению чрезмерного количества ультрафиолета-В к поверхности земли, что может иметь следующие последствия:

* в водных экосистемах ультрафиолет-В тормозит развитие фитопланктона (являющегося основой пищевых цепей в океане) и вызывает нарушения на ранних стадиях развития у рыб, креветок, крабов, земноводных и других морских животных;

* ультрафиолет-В способен негативно влиять на рост наземных растений, хотя некоторые из них способны адаптироваться к повышенному уровню радиации. К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи, бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые. Данные экспериментов свидетельствуют о том, что рост некоторых растений сдерживается существующим уровнем радиации.

* ультрафиолет-В влияет на химические процессы в нижних слоях атмосферы и на концентрацию тропосферного озона в загрязненных регионах (вероятность фотохимического смога увеличивается при повышенных уровнях ультрафиолета-В), а также на время жизни и концентрацию определенных соединений, включая некоторые парниковые газы. Более того, ХФУ и потенциальные вещества-заменители способны поглощать коротковолновую инфракрасную радиацию с поверхности Земли, что усугубляет парниковый эффект.

4. Охрана озонового слоя

озоновый слой загрязнение разрушение

Венская конвенция об охране озонового слоя -- многостороннее экологическое соглашение. Оно было согласовано на Венской Конференции 1985 года и вступило в силу с 1988 года. Ратифицировано 197 государствами (все члены ООН и Европейский союз).

Действует как основа для международных усилий по защите озонового слоя. Однако, конвенция не включает юридически обязательные цели сокращения использования хлорфторуглеродов, главных химических веществ, вызывающих истощение озонового слоя. Они изложены в сопровождающем Монреальском Протоколе.

Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой -- международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года, разработанный с целью защиты озонового слоя с помощью снятия с производства некоторых химических веществ, которые разрушают озоновый слой. Протокол был подготовлен к подписанию 16 сентября 1987 года и вступил в силу 1 января 1989 года. После этого последовала первая встреча в Хельсинки в мае 1989 года. С тех пор протокол подвергался пересмотру семь раз: в 1990 (Лондон), 1991 (Найроби), 1992 (Копенгаген), 1993 (Бангкок), 1995 (Вена), 1997 (Монреаль) и 1999 (Пекин). Если страны, подписавшие протокол, будут его придерживаться и в будущем, то можно надеяться, что озоновый слой восстановится к 2050 году. Генеральный секретарь ООН (1997--2006) Кофи Аннан сказал, что «возможно, единственным очень успешным международным соглашением можно считать Монреальский протокол».

СССР подписал Монреальский протокол в 1987 году. В 1991 году Россия, Украина и Белоруссия подтвердили свою правопреемственность этому решению.

Международный день охраны озонового слоя -- 16 сентября. Ежегодный Международный день охраны озонового слоя провозглашён Генеральной ассамблеей ООН в 1994 году в специальной резолюции.

Дата Международного дня выбрана в память о дне подписания Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

Государствам, членам ООН, было предложено посвятить этот Международный день пропаганде конкретной деятельности в соответствии с задачами и целями Монреальского протокола.

Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан в своём послании в 2006 году отметил огромный прогресс в усилиях по сохранению озонового слоя, сказал об оптимистических прогнозах, предсказывающих восстановление озонового слоя.

Многие страны мира разрабатывают и осуществляют мероприятия по выполнению Венских конвенций об охране озонового слоя и Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

В чем заключается конкретность мер по сохранению озонового слоя над Землей?

Согласно международным соглашениям промышленно развитые страны полностью должны прекратить производство фреонов и тетрахлорида углерода, которые также разрушают озон.

Вторым этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах с 1996 г. заморожен, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г. Однако развивающиеся страны до сих пор не взяли на себя обязательств по контролю над этими химическими веществами.

В последнее время появилось несколько проектов по восстановлению озонового слоя. Так, восстановить озоновый слой над Антарктидой при помощи запуска специальных воздушных шаров с установками для производства озона надеется английская группа защитников окружающей среды, которая называется «Помогите озону». Один из авторов этого проекта заявил, что озонаторы, работающие от солнечных батарей, будут установлены на сотнях шаров, наполненных водородом или гелием.

Несколько лет назад была разработана технология замены фреона специально подготовленным пропаном. Ныне промышленность уже на треть сократила выпуск аэрозолей с использованием фреонов. В странах ЕЭС намечено полное прекращение использования фреонов на заводах бытовой химии и т. д.

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.

Литература

1. И.К. Ларин Химия озонового слоя и жизнь на Земле // Химия и жизнь. XXI век. 2000. № 7. С. 10-15.

2. Озоновый слой. https://ru.wikipedia.org/wiki/Озоновый_слой.

3. Международный день охраны озонового слоя. https://ru.wikipedia.org/wiki/Международный_день_охраны_озонового_слоя.

4. Монреальский протокол. https://ru.wikipedia.org/wiki/Монреальский_протокол.

5. Венская конвенция об охране озонового слоя. https://ru.wikipedia.org/wiki/Венская_конвенция_об_охране_озонового_слоя.

6. Разрушение озонового слоя. http://edu.dvgups.ru/METDOC/ENF/BGD/MONIT_SR_OBIT/METOD/USH_POSOB/frame/1_4.htm#1.4.1._Факторы_разрушения_озона.

7. Охрана окружающей среды. http://www.ecologyman.ru/95/28.htm.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Из истории. Местоположение и функции озонового слоя. Причины ослабления озонового щита. Озон и климат в стратосфере. Разрушение озонового слоя земли хлорфторуглеводородами. Что было сделано в области защиты озонового слоя. Факты говорят сами за себя.

реферат , добавлен 14.03.2007


Защита климата и озонового слоя атмосферы как одна из наиболее острых глобальных экологических проблем современности. Суть и причины возникновения парникового эффекта. Состояние озонового слоя над Россией, уменьшение содержания озона ("озоновая дыра").

реферат , добавлен 31.10.2013


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


Роль озона и озонового экрана для жизни планеты. Экологические проблемы атмосферы. Озоноразрушающие вещества и механизм их действия. Влияние уменьшения озонового слоя на жизнь на Земле. Меры, принимаемые по его защите. Роль ионизаторов в жизни человека.

реферат , добавлен 04.02.2014


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


Влияние теплового режима поверхности Земли на состояние атмосферы. Защита планеты от ультрафиолетовой радиации озоновым экраном. Загрязнение атмосферы и разрушение озонового слоя как глобальные проблемы. Парниковый эффект, угроза глобального потепления.

реферат , добавлен 13.05.2013


Изучение химических особенностей, реакций синтеза и распада озона. Характеристика основных соединений, приводящих к изменению текущего состояния озонового слоя. Влияние ультрафиолета на человека. Международные соглашения в области охраны озонового слоя.

реферат , добавлен 24.01.2013


Понятие и местоположение озонового слоя, его функциональные особенности и оценка значения для биосферы Земли. Структура и элементы озонового слоя, причины его ослабления в последние десятилетия, негативные последствия данного процесса и его замедление.

презентация , добавлен 24.02.2013


Экологический аспект появления и развития человечества. Глобальные проблемы современности. Виды антропогенных изменений в биосфере. Факторы разрушения озонового слоя. Радиоактивное заражение почвы. Сущность и принципы охраны окружающей природной среды.

Жизнь на Земле зависит от энергии Солнца. Поступает эта энергия на Землю в виде света видимого излучения, а также инфракрасного и ультрафиолетового излучений. УФ-излучение несет наибольшую энергию и является физиологическое активным, то есть интенсивно действует на живое вещество, приводит к нарушению структуры белков и нуклеиновых кислот и в конце концов к гибели клеток.

Что же защищает нас и всю биосферу от губительного действия «жесткого ультрафиолета»? Озоновый щит Земли.

На высотах 20-50 км воздух содержит повышенное количество озона. Озон образуется в стратосфере за счет кислорода, который поглощает «жесткое» УФ-излучения. От его негативного воздействия наш организм умеет защищаться, синтезируя в коже слой темного пигмента ‒ меланина (загар). Однако это вещество образуется довольно медленно. Поэтому длительное пребывание на весеннем солнце, когда кожа еще не насыщенна меланином, вызывает ее покраснение, головная боль, повышение температуры тела.

В последнее время ученые чрезвычайно обеспокоены снижением содержания озона в озоновом слое атмосферы. Над Антарктидой обнаружена «дыра», в которой содержание озона меньше обычного на 40-50 %. Площадь «дыры» из года в год увеличивается и сегодня уже превышает площадь материка Антарктиды. В результате повысился УФ-фон в странах, расположенных в южном полушарии, ближе к Антарктиде, прежде всего в Новой Зеландии. Медики этой страны охвачены тревогой, констатируя значительный рост заболеваний, связанных с повышением УФ-фона (рак кожи и катаракта). Жители Веллингтона, пытались использовать каждый погожий день (их там бывает не так уж много) для отдыха на воздухе, сегодня опасаются появляться на пляжах. Тревожные сообщения поступают также и из северного полушария: и здесь обнаружено озоновую «дыру» (над Шпицбергеном), правда, не такое большое, как антарктическая.

Уменьшение содержания озона в атмосфере угрожает снижением урожаев сельскохозяйственных культур, заболеваниями людей и животных, увеличением количества вредных мутаций. Если озоновый слой исчезнет совсем, то это приведет к гибели по крайней мере наземной биоты.

Основной источник озоно-разрушающих веществ ‒ деятельность человека.Современная промышленность широко использует так называемые фреоны (хлорфторметаны) ‒ как хладагенты в бытовых холодильниках, как аэрозольные разбрызгиватели в баллончиках с краской, лаком, парфюмерией, для очистки полупроводниковых схем. Для человека пары фреонов не вредны. И они чрезвычайно устойчивой могут сохраняться в атмосфере до 80 лет.

Разрушение озонового слоя происходит так:

Активное функционирование химической промышленности, выпускающей вещества, содержащие хлор и бром, вызывает накопление в атмосфере озоно-разрушающих газов (ОРГ);

ОРГ поднимаются на высоту 20-50 км над поверхностью Земли, где расположен озоновый слой (особенно благоприятны для этого в приполярных районах);

Солнечные лучи действуют на техногенные газы, из которых выделяется хлор:

CF 2 Cl 2 (CFCl 3) + hν = Cl

Хлор разрушает озон, превращая его в кислород;

O 3 + Cl = ClO + O 2

При этом каждый атом хлора способен разложить 100 тыс. молекул озона.

К разрушению озонового слоя приводит и военная деятельность, в частности запуск баллистических ракет, их двигатели выбрасывают в атмосферу большое количество оксидов азота. При каждом запуске ракеты в космос в озоновом слое образуется огромная «дыра», которая затягивается лишь за несколько часов. Мировая общественность узнала о преступных опыты милитаристов относительно воздействия на озоновый слой планеты. В 70-е годы американские военные рассеяли в стратосфере над одним из безлюдных островов в Тихом океане специальные химические вещества, в результате чего в озоновом слое над этим островком образовалась «дыра», которая затянулась только через много часов. В результате на острове погибла почти вся наземная биота: пальмы и другие растения, животные, микроорганизмы; из позвоночных животных осталось несколько крупных черепах (их спас толстый костяной панцирь), но они ослепли ‒ сетчатка глаз их была сожжена ультрафиолетом.

В последние несколько лет человечество обеспокоено тем, что происходит в озоновой оболочке Земли, появлением в стратосфере так называемых озоновых дыр. Тревога эта понятна. Как известно, озоновый слой предохраняет поверхность Земли от жестокого ультрафиолетового излучения. Даже самые низшие формы жизни могут пострадать от избытка ультрафиолетовой радиации. При ее действии разлагается хроматин клеточного ядра, прекращается его деление и размножение клеток, вызывается повреждение ДНК, нарушается генетический код. Кроме того, поглощая лучистую энергию, озон повышает температуру стратосферы и снижает ее в приземном слое воздуха и самой поверхности Земли. Разрушение же озонового слоя влечет за собой тяжелые, быть может, даже трагические последствия.

Можно ли замедлить и приостановить этот процесс или даже восстановить и вывести содержание озона на доиндустриальный уровень? Для этого прежде всего необходимо понять причины сокращения озонового слоя.

Разрушение озоновой оболочки Земли сейчас волнует не только ученых, но и людей, далеких от науки, ибо речь идет о сохранении жизни. Специалисты бьются над разгадкой этого явления уже не один год. Существует множество гипотез, объясняющих причины сокращения озонового слоя. И одна из них – газогидратная.

Что же представляют собой газовые гидраты? Это соединения, похожие на снег или лед, но их кристаллическая решетка, построенная молекулами воды, имеет значительно большие, чем у льда, полости – «клетки». В них и располагаются молекулы газов.

Гидраты газов широко распространены на Земле: на суше и в осадках дна Мирового океана. Предполагается, что гидраты имеются и в мезосфере, ядрах комет, а также на Марсе. Искусственные газовые гидраты были получены в атмосфере путем распыления пропана для разгона «теплых» туманов. Пропан, реагируя с капельками воды тумана, превращается в гидрат и выпадает на землю в виде «твердого» дождя.

Какую же роль могут играть газовые гидраты в уничтожении слоя озона?

На свету, особенно с наступлением весны, молекулы гидратообразователей, например фреонов, находящиеся в полостях решетки, подвергаются фотолизу. При этом образуются свободные радикалы, ион-радикалы и свободные электроны. Далее протекают реакции с участием этих высокоактивных реагентов, например, …. с молекулами Н2О, в результате которых образуется Н2О2. Как показали эксперименты, Н2О2 может заменять молекулы Н2О в решетке гидрата. Образование и стабилизацию ион-радикалов в решетке гидратов экспериментально наблюдали американские ученые.

Наконец, перечисленные реагенты могут взаимодействовать с озоном. Фотохимические реакции особенно эффективно идут в твердых фазах, в частности в газовых гидратах.

Таким образом, при образовании гидратов происходит концентрирование исходных веществ, например озона, затем в результате фотолиза образуются дополнительные высокоактивные реагенты – свободные электроны, свободные радикалы и ион-радикалы – источники электронов и осуществляются реакции их с озоном по схемам:

О3 + 2.... + 2Н+ О2 + Н2О

Н2О2 + О3 Н2О + 2О2

Обе эти реакции идут в подкисленной среде, а ведь в зоне разрушения озона много НР и НС1. Кроме того, могут происходить реакции:

О3 + С1о СlO + O2

О3 + 2Н° Н2О + О2

Все перечисленные реакции реализованы в лабораторных условиях.

Таким образом, гидратная гипотеза объясняет причины разложения озона.

Ее подтверждением служит и то, что этот процесс происходит преимущественно в высоких широтах в районах Южного и Северного полюсов. Наряду с особенностями перемещения воздушных масс здесь существуют наиболее благоприятные условия для гидрато-образования – низкие температуры в стратосфере до -90°С.

Кристаллы гидратов, содержащие высокие концентрации озона, способствуют его переносу из стратосферы в приземные слои атмосферы.

Но самое главное, если гипотеза верна, то разрушение озонового слоя может перерасти в автопроцесс с ускорением темпов и разрастанием дыры за пределы Антарктики и Арктики: уничтожение озона вызывает охлаждение верхних слоев атмосферы, а это стимулирует масштабы гидратообразования, а следовательно, ускоряет сокращение озонового слоя.

Поэтому необходимо резко уменьшить постуление гидратообразователей, разрушителей озона. Прежде всего это газы, выбрасываемые промышленными предприятиями и бытовыми приборами. Второй компонент, образующий газовые гидраты, – это вода. Необходимо прекратить ее сток в стратосферу в виде продуктов сгорания топлив высотных самолетов.

Результаты непродуманной человеческой деятельности наступают на нас со всех сторон, но разрушение озонового слоя – это наиболее широкомасштабный глобальный процесс, способный нарушить естественный ход развития биосферы. Нужно незамедлительно начать ее защиту.

Реакция Земной цивилизации на проблему «озоновых дыр»

Возможность непреднамеренного антропогенного воздействия на озоновый слой атмосферы Земли впервые обсуждалась в 70-х годах в связи с появившимися в то время в ряде стран планами создания сверхзвуковой пассажирской авиации и в связи с началом применения космических транспортных кораблей многоразового использования. Выбросы реактивных двигателей, предназначенных для вывода на орбиту космических летательных аппаратов, содержат хлорсодержащие соединения, способные в каталитических химических реакциях в стратосфере разрушать озоновый слой. В составе выбросов двигателей сверхзвуковых самолетов наибольшую опасность для атмосферного озона представляют окислы азота и водорода, которые также могут разрушать озон в каталитических циклах.

Проведенные в этот период в США широкомасштабные исследования воздействия сверхзвуковой авиации и запусков космических аппаратов на окружающую среду показали, что мощность такого антропогенного механизма разрушения озона является пренебрежимо малой в сравнении с мощностью природных источников образования стратосферного озона. Даже при самых оптимистических прогнозах массового развития сверхзвуковой пассажирской авиации и роста числа полетов космических аппаратов типа «Шаттл», возможная убыль озона в атмосфере будет в пределах менее 0,5 процента от его общего содержания в атмосфере.

Однако этот вывод не принес спокойствия экологам, поскольку в конце этого же десятилетия стало ясно, что куда более реальную угрозу озоновому слою Земли представляют выбросы в атмосферу так называемых хлорфторуглеродов. До недавнего времени эти вещества широко использовались в различных отраслях промышленности при прризводстве аэрозольных распылителей, в качестве хладагентов в бытовых и промышленных холодильных установках, в составе растворителей, вспенивателей при производстве пенополиуретановых материалов. Этот перечень применений хлорфторуглеродов не является исчерпывающим и включает также многие виды применений при производстве важнейших промышленных изделий, в том числе средств вооружений. Другой, как оказалось еще более агрессивный по отношению к озону класс веществ, – это так называемые бромхладоны, являющиеся до настоящего времени наиболее высокоэффективными и безопасными средствами пожаротушения.

Скорость разрушения озона в химической реакции с бромом еще выше по сравнению с хлором почти в десять раз. Теоретические оценки ученых показали, что гипотеза антропогенного химического разрушения озона вполне оправдана при условии дальнейшего наращивания мирового производства и потребления хлорфторуглеродов и бромхладонов. Масштабы возможного глобального истощения озонового слоя Земли могут оказаться катастрофическими.

Первоначальная реакция многих ученых на предостережение об опасности озоновому слою была неоднозначна, поскольку сохранялось слишком много неопределенностей в наших знаниях о реальных динамических и химических процессах в атмосфере. Однако эти работы стимулировали дальнейшие научные исследования. Большая заслуга в более детальном понимании химии атмосферных процессов и антропогенных воздействий на озоновый слой принадлежит немецкому ученому П. Крутцену. Во многом благодаря ему и его работам и с учетом предположений об опасных последствиях истощения озонового слоя, Скандинавские страны и несколько позднее страны ЕС и США приняли на правительственном уровне ряд превентивных мер по сокращению производства и потребления наиболее опасных хлорфтеруглеродов.

В 1985 году английскими метеорологами было обнаружено, что в весенние месяцы над Антарктидой с начала 80-х годов наблюдается постепенное и все более статистически значимое ежегодное химическое разрушение стратосферного слоя озона, достигающее 50% от его общего содержания в атмосфере. В последующие годы этот факт был независимо подтвержден данными глобальных наблюдений за содержанием озона из космоса, методами баллонного зондирования и данными прямых самолетных измерений химического состава нижней стратосферы до высот 20 км. На рис. 1 приведены карты полей общего содержания озона над Антарктидой в весенние месяцы в период с 1986 по 1989 гг. По этим картам полей общего содержания озона видно, что масштабы наблюдаемых «озоновых дыр» сопоставимы по площадям с территорией Антарктиды, а в отдельные годы аномалии в озоновом слое захватывают отдельные области над Австралией или оконечность Южной Америки.

Через несколько лет был выявлен статистически значимый отрицательный глобальный тренд в общем содержании озона над всеми широтами северного и южного полушарий. Убыль озона составила к концу 1995 года в среднем около 6% за период с 1975 года. Столь значительное глобальное уменьшение содержания озона в земной атмосфере также стимулировало тщательное изучение возможных механизмов, способных нарушить глобальный баланс источников и стоков озона в атмосфере. На рис. 2 показан временной ход наблюдаемого тренда глобального истощения озона в земной атмосфере и модельная оценка этого тренда. На рис. 3 приведены данные многолетних среднемесячных значений общего содержания озона в марте в Арктике и средних широтах северного полушария. Из этого рисунка видно, что тенденция последних лет в содержании озона в северном полушарии весной аналогична сезонному истощению озона, наблюдаемому над Антарктидой.

Исследования ученых привели мировое сообщество к необходимости сделать выбор: либо продолжать наращивать бесконтрольное применение озоноразрушающих веществ в различных отраслях экономики с немалой сиюминутной выгодой для потребителей, либо принять достаточно болезненные в финансовом отношении меры по сокращению производства и потребления этих веществ и инвестировать немалые средства в поиск альтернативных экологически безопасных технологий с целью сохранения озонового слоя Земли.

Реакция правительств многих развитых и развивающихся стран мира на начальном этапе осознания реальности угрозы истощения озонового слоя была противоречивой. Однако появление убедительных экспериментальных данных, свидетельствующих об истощении озонового слоя, и постоянная, активная поддержка переговорного процесса по решению этой глобальной экологической проблемы со стороны Программы ООН по охране окружающей среды привели к тому, что мировое сообщество приняло в 1985 году

Конвенцию об охране озонового слоя. В 1987 году был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В последующие несколько лет ряд стран согласились принять поправки к Монреальскому протоколу, предусматривающие более жесткие сроки сокращения производства и потребления озоноопасных веществ и расширяющие перечень контролируемых веществ.

Страны – участники подписанных соглашений смогли найти компромисс экономических интересов и договорились о конкретных масштабах и графиках последовательного сокращения производства и потребления основных озоноразрушающих веществ. Несомненно, принятые в эти годы меры явились беспрецедентными для всего мирового сообщества и продемонстрировали, что человечество в состоянии находить коллективные согласованные решения по предотвращению глобальных экологических катастроф.

Дальнейшие исследования проблемы антропогенного разрушения озонового слоя подтвердили своевременность и правильность мер, принятых на международном уровне. Было подтверждено, что при определенных метеорологических условиях антропогенное химическое разрушение озонового слоя наблюдается не только в Антарктиде, но и в Арктике и высоких широтах северного полушария. В частности, на основе анализа данных систематических наземных и космических наблюдений за состоянием озонового слоя над территорией России установлено, что в весенние месяцы 1995–1997 гг. уменьшение озона над отдельными районами нашей страны достигало в весенние месяцы 35-45% по сравнению с многолетними средними значениями.

На рис. 4 показано высотное распределение концентрации озона над территорией Восточной Сибири по данным наблюдений на российской станции в г. Якутске и для сравнения в Гренландии на станции Нью-Алезонд. Анализ этих данных подтвердил, что наблюдаемые аномалии вызваны химическими процессами разрушения озона. На рис. 5 показаны рекордно низкие среднемесячные значения общего содержания озона, наблюдавшиеся в марте 1997 года над северным полушарием. Данные получены по прибору «ТОМС», установленному НАСА США на спутнике «Еаrth Ргоbе». Практически эта картина аномального уменьшения озона над Арктикой в марте 1997 года представляет полный аналог «озоновой дыры», ежегодно образующейся в весенние месяцы над Антарктидой.

На рис. 6 показаны модельные прогнозы в изменении общего содержания озона в атмосфере для различных сценариев выполнения мер по сокращению производства и потребления озоноразрушающих веществ. Видно, что наблюдаемая тенденция уменьшения содержания озона будет продолжаться до середины следующего столетия, даже при условии выполнения положений Монреальского протокола и принятых к нему дополнений. Это означает необходимость организовать комплексные исследования воздействий наблюдаемого процесса истощения озонового слоя на биосферу и человека и улучшить мониторинг состояния озонового слоя и режима УФ радиации.

Каковы же наиболее опасные последствия глобального истощения озонового слоя? В результате уменьшения содержания озона в стратосфере, при сохранении неизменными всех других характеристик глобальной климатической системы, произойдет увеличение потока ультрафиолетовой солнечной радиации, достигающей поверхности земли.

Количественно уменьшение содержания озона на один процент приводит к увеличению интенсивности биологически активной части ультрафиолетовой солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, на три процента. При этом, с учетом так называемых спектров действий, которые заметно варьируют для различных элементов биосферы, происходит многократное увеличение доз биологически активной УФ радиации солнца. Таким образом, глобальное истощение озонового слоя приведет к тому, что будет нарушено сложившееся в результате эволюции биосферы состояние равновесия между характеристиками земных экологических систем и дозами получаемой ими приходящей от Солнца ультрафиолетовой радиации. Результаты проведенных в различных странах, в том числе в СССР, исследований воздействия повышенных доз ультрафиолетовой радиации указывают на целый ряд крайне неблагоприятных последствий в отношении здоровья человека, животных и растений.

Оценено, что при воздействии повышенных доз УФ радиации, эквивалентных уменьшению содержания озона в атмосфере на 25%, резко возрастет вероятность заболеваемости человека меланомным раком кожи. Получены данные, свидетельствующие о временном ослаблении действия иммунной системы человека при получении повышенных доз биологически активной УФ радиации. Опубликован ряд работ по анализу заболеваемости катарактой глаза и рядом других глазных заболеваний, которые показывают, что при получении повышенных доз УФ радиации солнца у человека и животных резко возрастает риск заболеваемости катарактой глаза, возможна полная или частичная потеря зрения.

Подтверждено негативное воздействие повышенных доз УФ радиации на различные земные экосистемы. В частности, наблюдается уменьшение биологической продуктивности многих растений: снижается их общая биомасса, уменьшается в среднем высота растений, деревьев, размеры листьев. При увеличении доз УФ радиации, соответственно, на 5%, 10%, 20% урожайность многих видов сельскохозяйственных культур снижается в среднем на 1%, 2,5%, 5%. На основе таких данных можно получить приблизительные оценки экономических потерь, обусловленных снижением урожайности сельскохозяйственных культур. Очевидно, что при условии вышеназванного глобального снижения урожайности сельскохозяйственных культур общие экономические потери для мировой экономики будут весьма существенны.

Выявлены разнообразные генетические изменения в простейших организмах под действием повышенных доз УФ радиации. При этом остаются совершенно не исследованными долговременные генетические последствия воздействий УФ радиации на более сложные элементы экосистем, в том числе на человека. Большие неопределенности имеются в оценках эффектов воздействия УФ радиации при долговременном, но незначительном превышении потоков естественной солнечной радиации, достигающей поверхности земли, относительно фонового уровня.

Сказанное означает, что необходимо проведение комплексных программ медико-биологических исследований по оценке и прогнозу неблагоприятных экологических последствий истощения озонового слоя.

С учетом реальной опасности глобального истощения озонового слоя земли в ближайшие десятилетия, необходима разработка превентивных мер по защите населения от негативных эффектов воздействия повышенных доз УФ радиации. Эта проблема может быть успешно решена на основе создания оперативной системы мониторинга состояния озонового слоя и разработки методов прогноза и картирования опасных доз УФ радиации над регионами с возможными аномалиями в содержании озона. В ряде стран мира элементы таких систем уже созданы или успешно разрабатываются. Для территории России также весьма актуальна задача создания национальной системы мониторинга за состоянием озонового слоя, поскольку над ее территорией уже имеет место заметное истощение озонового слоя. Работы по созданию эффективной системы геофизического и медико-биологического мониторинга необходимо развивать как можно быстрее, несмотря на известные экономические трудности переходного периода в развитии экономики России.

На основе долговременного функционирования такой глобальной системы мониторинга появится возможность обнаружения тенденций в восстановлении озонового слоя. Естественно, что такая ситуация станет реальной лишь в случае выполнения мер по глобальному прекращению производства и потребления озоноразрушающих веществ. В этой связи весьма актуальной задачей правительств всех стран является последовательное выполнение обязательств, предусмотренных Монреальским протоколом по веществам, разрушающим озоновый слой. К сожалению, следует отметить как неблагополучное состояние дел в России с выполнением обязательств по Монреальскому протоколу. Имеет место отставание в переводе различных отраслей промышленности на новые экологически и озонобезопасные технологии. Необходимы существенные государственные инвестиции в те отрасли экономики, которые не имеют собственных средств, достаточных для разработки нового оборудования и перехода на применение озонобезопасных технологий. Имеет место отставание с графиком работ по сокращению объемов производства озоноразрушающих веществ, предусмотренного Монреальским протоколом и поправками к нему.

Последствия в экономике в связи с невыполнением принятых мер могут оказаться весьма неблагоприятными для нашей страны. Сегодня промышленность России ориентирована на развитие свободных рыночных отношений в торговле с другими странами, и продукция отечественных предприятий, связанная с использованием озооопасных веществ и технологий, запрещенных к применению в соответствии с Монреальским протоколом, становится все менее конкурентоспособной. Эта тенденция в подходе к выполнению принятых международных обязательств должна быть как можно скорее преодолена в России, и для этого, прежде всего, необходимо более ответственное осознание реальной опасности истощения озонового слоя и возможной глобальной экологической катастрофы.

Озон – это разновидность кислорода, которая находится в стратосфере, примерно на уровне 12-50 километров от земли. Наибольшая концентрация этого вещества есть на расстоянии приблизительно 23 километров от поверхности. Озон был обнаружен в 1873 году немецким ученым Шенбейном. В последующем данную модификацию кислорода находили в приземных и в верхних слоях атмосферы. В целом озон состоит из трехатомных молекул оксигена. В нормальных условиях это газ голубого цвета, имеющий характерный аромат. При разных факторах озон превращается в жидкость цвета индиго. Когда он становится твердым, приобретает темно-синий оттенок.

Ценность озонового слоя заключается в том, что он выступает своеобразным фильтром, поглощает некоторое количество ультрафиолетовых лучей. Он защищает биосферу и людей от прямого солнечного излучения.

Причины истощения озонового слоя

Много веков люди не подозревали о существовании озона, но их деятельность пагубно повлияла на состояние атмосферы. В данный момент ученые говорят о такой проблеме, как озоновые дыры. Истощение модификации кислорода происходит по множеству причин:

• запуск ракет и спутников в космос;
• функционирование авиатранспорта на высоте 12-16 километров;
• выбросы фреонов в воздух.

Основные разрушители озонового слоя

Самыми большими врагами слоя модификации кислорода являются соединения водорода и хлор. Это происходит из-за разложения фреонов, которые используются в качестве распылителей. При определенной температуре они способны закипать и увеличиваться в объеме, что актуально для изготовления различных аэрозолей. Весьма часто фреоны применяются для морозильного оборудования, холодильников и охладительных агрегатов. Когда фреоны поднимаются в воздух, в атмосферных условиях происходит отщепление хлора, который в свою очередь превращают озон в кислород.

Проблема разрушения озонового слоя была обнаружена давно, но к 1980-м годам ученые забили тревогу. Если озон значительно сократится в атмосфере, земля утратит нормальный температурный режим и перестанет охлаждаться. В результате было подписано огромное количество документов и соглашений в различных странах, чтобы сократить изготовление фреонов. Кроме того, была изобретена замена фреонам – пропан-бутан. По своим техническим параметрам это вещество имеет высокие показатели, может использоваться там, где и применяются фреоны.

Сегодня проблема разрушения озонового слоя является весьма актуальной. Несмотря на это, продолжается использование технологий с применением фреонов. В данный момент люди думают, как сократить количество выбросов фреонов, ведут поиски заменителей, чтобы сохранить и восстановить озоновый слой.

Методы борьбы

Начиная с 1985 года, принимались меры по защите озонового слоя. Первым шагом стало введение ограничений на выброс фреонов. Далее правительство утвердило Венскую конвенцию, положения которой были направлены на охрану озонового слоя и состояли из следующих пунктов:

• представители разных стран приняли соглашение о сотрудничестве касательно исследования процессов и веществ, влияющих на озоновый слой и провоцирующих его изменения;
• систематические наблюдения за состоянием озонового слоя;
• создание технологий и уникальных веществ, помогающих минимизировать наносимый ущерб;
• сотрудничество в разных областях разработки мер и их применения, а также контроль деятельности, провоцирующей появление озоновых дыр;
• передача технологий и полученных знаний.

На протяжении последних десятилетий были подписаны протокола, согласно которым производство фторхлоруглеродов должно быть уменьшено, а в некоторых случаях и вовсе прекращено.

Наиболее проблематично было применять озонобезопасные средства в производстве холодильной техники. В этот период наступил настоящий «фреоновый кризис». Кроме того, разработки требовали значительных денежных вложений, что не могло не огорчать предпринимателей. К счастью, решение было найдено и производители вместо фреонов стали использовать другие вещества в аэрозолях (углеводородный пропелеллент типа бутана или пропана). Сегодня же распространено применение установок, способных использовать эндотермические химические реакции, поглощающие тепло.

Также очистить атмосферу от содержания фреонов (как утверждают физики) можно с помощью энергоблока АЭС, мощность которого должна быть не меньше 10 гВт. Данная конструкция послужит отличным источником энергии. Ведь известно, что Солнце способно произвести около 5-6 т озона всего за одну секунду. Увеличивая данный показатель с помощью энергоблоков, можно достичь баланса между разрушением и производством озона.

Многие ученые считают целесообразным создание «озоновой фабрики», которая позволит улучшить состояние озонового слоя.

Помимо этого проекта, существует множество других, среди которых получение озона искусственно стратосфере или производство озона в атмосфере. Главным недостатком всех идей и предложений является их высокая стоимость. Большие финансовые потери отодвигают проекты на дальний план и некоторые из них так и остаются не реализованными.

Пятиминутное видео о защите озонового слоя