П л а н.
Введение.
1 Что такоеозон и его движение в атмосфере.
2 Чтоприводит к разрушению озонового слоя.
3 Методы позащите озонового слоя.
Заключение. Введение.
На сегодняшний день проблема озона беспокоит оченьмногих, о ней наслышаны даже те, кто раньше и не знал о существовании озоновогослоя в атмосфере, а помнил о нём только из школьного курса химии. И интерес кэтой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Ведь изменения возоновом слое могут привести к изменению климата на планете в худшую сторону,поднимется уровень мирового океана, возрастёт количество раковых заболеванийиз-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца достигающего поверхностипланеты. К сожалению опасения людей, обизменении озонового слоя не беспочвенны. Впервые об опасности измененияозонового слоя Земли начали говорить ещё в 70 годы. Но тогда мало, что былосделано, что бы нейтрализовать эту угрозу. Если бы в те годы ввели эффективныеметоды по предотвращению этой угрозы, то в наше время это проблема не была бытак актуальна. В первую очередь это связано с экономическими интересами. Ведь кразрушению озонового слоя приводят различные химические вещества. Такие какфреоны, использующиеся в холодильной промышленности и в аэрозолях. Окислыазота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания реактивныхсамолётов и ракет. Причём последнее особенно вредно, ведь на больших высотахокислы азота живут очень долго. Применение большого количества минеральныхудобрений тоже вредит озоновому слою. Дымовые газы электростанций вырабатываютмиллионы тонн закиси азота в год.
Таким образом, большая частьвоздействия на озоновый слой планеты связана с хозяйственной деятельностью человечества. Поэтому быстрого измененияситуации ждать не стоит. Ведь человечество не может взять и отказаться отиспользования минеральных удобрений или быстро перейти на новые технологиипроизводства холодильных установок.
О нарушении озонового слоясвидетельствовали озоновые дыры появлявшиеся весной над Антарктикой. Тамблагодаря особой циркуляции воздуха в атмосфере в зимние и весенние месяцы,присутствующие в стратосфере химические вещества, такие как хлор, фтор, азот,метан и др., преобразуются в активные, которые быстро разрушают озон. Измеренияпоказали, что в такие периоды концентрация окиси хлора в 100-500 раз больше чемв средних широтах. То есть вредные вещества, которые попадают в атмосферупереносятся движением воздуха на все широты, но только в Антарктике в концезимы и весной, благодаря особым природным условиям они эффективно разрушаютстратосферный озон. Но это не значит что проблема озоновой дыры в Антарктикерегиональная, а не глобальная.
Весьозон на планете находится как бы в сообщающихся сосудах, в одних районах онобразуется регулярно, а в других плохо, где-то он живёт годы, а где-то секунды.Соответственно если он исчезнет без компенсации в одном месте, то общий объёмозона в мире уменьшится. Но в нашем техногенном мире, перекись азота,поступающая в приземной воздух больших городов в составе автомобильныхвыхлопных газов реагирует при ультрафиолетовом облучении с ненасыщеннымуглеводородом, тем самым, формируя в больших городах озоновый смог. В приземномслое воздуха озон не только образуется, но и разлагается. Разложение происходитза счёт растений, животных и промышленных выбросов.1. Что такоеозон и его движение в атмосфере.
В принципе озон это разновидность кислорода.Молекула озона состоит из трёх атомов кислорода, а молекулярный кислородсостоит из двух атомов. Благодаря этому свойства трёхатомной молекулы озонапринципиально отличаются от двухатомной молекулы молекулярного кислорода. Озоностаётся газом до температуры –111,9 гр. С. При понижении температуры онпереходит в жидкость тёмно-синего света. Если температуры опустить до –192,7гр. С., То жидкость превратится в тёмно-фиолетовые кристаллы.
Озон был открыт в 1839 году немецким химикомШенбейном, а в 1873г. его обнаружили в приземной атмосфере. Затем путём анализахарактеристик ультрафиолетового излучения солнца, приходящего к земнойповерхности. Спустя 8 лет английский химик Гартли обнаружил озон в верхнихслоях атмосферы.
Озоновый слой в стратосфере важентем, что он поглощает определённый диапазон солнечного излучения. Наиболеесильно длину волн 253.65нм. Этот диапазон приходится на ультрафиолетовоеизлучение солнца. Из этого следует, что озоновый слой толщиной всего лишь 3мм(при температуре 0 гр. С и нормальном давлении) способен снизить интенсивностьизлучения на этой длине волн в число раз, равное единицы с сорока нулями.
Полоса поглощения озона от 200 до300нм в честь её первооткрывателя, была названа полосой Гартли. Но имеются идругие полосы поглощения озона (более слабые) от 300 до 360 нм. Это полосаХюгинса. Если излучение с этой длиной волн пройдёт через земную атмосферу отзвёзд, то по характеру поглощения озоном можно определить количество озона,через которое прошло излучение. Озон поглощает и волны от 440 до 850 нм. Этополоса поглощения Шапюи.
Сама земля тоже испускает излучениев инфракрасном спектре. Так вот часть этого излучения тоже задерживаетсяозоном, тем самым, предохраняя планету от охлаждения. Измерения поглощенияинфракрасного излучения озоном также даёт информацию о количестве озоналежащего на пути излучения. Только сами измерения нужно проводить вышеозонового слоя. Для этого аппаратуру устанавливают на спутниках. Такие измерения дают возможность узнатьраспределение озона по высоте.
Главной функцией озона являетсязащита человека и всей биосферы планеты от жёсткого ультрафиолетового излученияс длинами волн от 250 до 320 нм. Если бы этого не происходило то, учитываяспособность нуклеиновых кислот, поглощать излучение ниже 280 нм происходило быих разрушение. Но озоновый слой не полностью поглощает этот спектр, часть его, котораядоходит до организма поглощается белками. Тем самым они выступают в ролипредохранителя для организма. Прежде всего, ультрафиолетовое излучениедействует на живые организмы путём повреждения хранилища клеточной информации,то есть ДНК. Если они нарушены, то это препятствует восстановлению икопированию данных биосистем Установлено что, насколько сильно было действиеультрафиолетового излучения, он может либо просто загореть, либо получитьсолнечный ожог, либо даже заболеть не злокачественными типами рака кожи(базально-клеточный и чешуйчато-клеточный рак) и меланомой (рак кожи). Это жеизлучение при облучении глаз может вызвать повреждение роговицы (фотокерактит),катаракту и другие. Также это излучение может вызвать изменения в иммуннойсистеме человека, подавляя его защитные функции. В результате будет усиливатьсяфотоканцерогенезис. Защита организма при этом ослаблена, поэтому уменьшаетсясопротивляемость к развитию заболеваний. Самым опасным для здоровья считаетсяизлучение с длинами волн от 300 до 315 нм. Изменение озонового слоя коснулисьдаже растений и животных. Опыты показали, что если количество озона уменьшитсяна 25% то и их урожайность упадёт на столько же.
Есть и версии, которые могутпоказаться экзотическими. Так в интервью с Василием Шабетниковым была высказанаверсия, что разрушения озонового слоя приведёт к усилению ионизации воздуха,что увеличит электрический потенциал земли и может привести к тому, что землясойдёт со своей орбиты по направлению к солнцу.
Но у озона есть ещё одно неприятное свойство, онявляется сильнодействующим ядом. Его токсичность даже выше чем у синильнойкислоты. Особую опасность для людей представляют, озоновые смоги, они могутбыть опасными для жизни. Их образование происходит из выхлопных автомобильных газов,а точнее, из-за содержащийся в них перекиси азота. Если её не очень мало, топри облучении солнечным ультрафиолетом перекись азота вступает в реакции сненасыщенным углеводородом и образует озон. Первым испытал на себе его действиеЛос-Анджелес. Здесь образованный таким образом смог привёл в негодность проводагородской сети электроэнергии.
Для того, что бы более полно понятьпроблему озонового слоя нужно рассмотреть движение озона в атмосфере. Находясьв непрерывном движении атмосферный воздух, непрерывно переносится большимимассами из одних мест в другие. Перемешивание атмосферного воздуха происходиттакже за счёт его вертикального движения. Свою роль играет и турбулентностьатмосферного газа, его вихревые движения. Благодаря этому состав воздуха до высоты 100 км примерно одинаков.
Общая схема движения озона выглядитпримерно так. В стратосфере озон образуется с участием атомного кислорода. Встратосфере атомного кислорода очень мало по сравнению с озоном. Атомныйкислород образуется под действием солнечного излучения. Как только с заходомСолнца солнечное излучение исчезает, образование атомного кислородапрекращается. Тот атомный кислород, который был образован до этого момента,идёт на создание озона. Ночью пока нет солнечного излучения, разрушение озонане происходит. Исчезает здесь озон в различных реакциях с химическимисоединениями и под действием солнечного излучения. Поскольку в атмосфере от 100 км и доповерхности земли происходит интенсивное перемешивание, то вступать в реакцию созоном в стратосфере могут химические соединения, которые образовались наземле, в её приземном слое, а затем из-за перемешивания были подняты ватмосферу. Для того, что бы слой оставался неизменным должен существоватьбаланс между количеством образующегося озона и озоном, который разрушается.Особо эффективно озон образуется из молекулярного и атомного кислорода навысоте 30-70 км. Выше эта реакция протекает плохо, так как молекул кислородатам мало, а ниже этого диапазона плохо проникает ультрафиолетовое излучение,которое нужно для его образования.2 Чтоприводит к разрушению озонового слоя.
К разрушению озонового слоя приводятмногочисленные факторы. Я рассмотрю самые главные. В первую очередь это,конечно же, фреоны. Фреоны – это собирательное название целой группы химическихвеществ появившихся на свет ещё в 20годы. В основном они использовались в холодильниках в качестве хладагентов. Иявляются производными от метана, этана и циклобутана. В этих соединениях содержитсяфтор или хлор или оба этих элемента. Хотя они мало токсичны, всё же при ихвысокой концентрации их токсичность высока. По этому признаку они поделены на 6классов. Наиболее опасными считаются 1 и 2 классы. Ещё одна область примененияфреонов это использование их в аэрозольных упаковках в качестве распылителя.Так как большая часть производимых в мире фреонов попадает в атмосферу, можносказать, что выпуск фреонов почти полностью работает на сокращение озоновогослоя.
Фреоны достаточно быстро поднимаются вверх, встратосферу. В стратосфере под действием ультрафиолетового излучения онидостаточно быстро разлагаются. В результате выделяются активные атомы хлора,которые и участвуют в разложении озона.
Ещё один фактор, приводящий куменьшению озонового слоя. Это высотные самолёты и запуски космическихкораблей. Высокая температура в камерах сгорания реактивных двигателей,приводит к образованию окислов азота из находящихся там азота и кислорода.Причём скорость образования азота на прямую зависит от температуры, то естьмощности двигателя. Но ещё и очень важно, на какой высоте находится двигатель ивыпускает в атмосферу разрушающие озон окислы азота. Чем выше, тем хуже дляозона. Так при запуске ракет типа «Атлас» в атмосферный газ выбрасываетсябольшое число молекул воды, в дальнейшем разрушающих озоновый слой, а вионосфере на высоте 200-300 км образуются огромные дыры диаметром в сотникилометров. Например, двигатели «Олимпус-593,» которые были установлены насамолетах «Конкорд» выделяли 18 г азота на 1 кг топлива. Наиболее вредными дляозона являются выбросы военных самолётов. Так как их очень много и они летают восновном на высотах озонового слоя. На вооружении большинства стран мираимеются боевые твёрдотопливные ракеты. В состав их топлива входит окислитель –перхлорат аммония. Когда он сгорает, выделяются вещества, содержащие хлор.Также интересна точка зрения по этому вопросу Пономаря В.В.1’Основной причиной потепления климата, увеличения частоты и силы стихийныхбедствий, является истощение озонового слоя и образование озоновых дыр из-зазапусков шатлов’’.
Теперь рассмотрим действие минеральных удобрений на разрушение озоновогослоя. Озон может уменьшаться за счёт того, что в стратосферу попадает закисьазота N2O, которая образуется при денитрификации
Пономарь В.В. // Свет. — 2003. — №1. – с34
связанного почвенными бактериями азота. Такую жеденитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхних слояхокеанов и морей. Эти процессы напрямую связаны с содержанием азота. Такимобразом, можно быть уверенным, что с ростом количества минеральных удобренийвносимых в почву. Будет также и расти количество закиси азота. Далееобразующиеся из закиси азота, окислы азота приводят к разрушению озоновогослоя.
Ядерные взрывы тоже способствуютистощению озонового слоя. При сильном нагреве, а температура ядерного взрываоколо 60000гр. Происходят такие преобразования химических веществ,которые при, нормальных условиях протекают, вяло или вообще не протекают. Особоопасным является появление окиси азота NO. Это происходит таким образом. При повышениитемпературы до 60000гр молекулярный кислород практически весьпревращается в атомный. И если при нормальной температуре окиси азота в воздухепрактически нет, то при ядерном взрыве он составляет 1,5%. Излучение при взрыветоже приводит к образованию окиси азота, это происходит, прежде всего, потомучто излучение производит ионизацию атомов и молекул атмосферного газа. Затемобразованные ионы вступают в реакции с другими составляющими атмосферы иобразуют окислы азота.
Закись азота обнаруживается также и в дымовыхгазах электростанций. Это очень сильный источник влияния на атмосферу. Такимпутём образуется примерно 3 млн. т. закиси азота.
Очень важную роль в разрушенииозона играет пар. Эта роль реализуется через молекулы гидрооксила OH, которые рождаются из молекул воды и в концепревращаются в них. Поэтому от количества пара в стратосфере зависит скоростьразрушения озона.
Так, по мнению профессора, Сывороткина1 основной вклад вубыль
Сывороткин В.Л. // Химия и жизнь. – 2001. — №3. –с19
озонового слоя вносит толеолитовый вулканизм. Этот типвулканизма можно наблюдать в середине океана, там, где в коре образуютсяразломы. Из них выделяются потоки восстановленных газов (водорода, метана,азота), Которые и играют решающую роль в разрушении озонового слоя. 3 Методы позащиты озонового слоя.
В марте 1985 года появилась Венскаяконвенция. Результатом, которой было подписание Монреальского протокола. Подним, подписались около 150 стран, Россия в то числе. Основой его содержания было то, что человечестводолжно смирится с экономическими потерями ради дальнейшей жизни на земле. Егорезультатом было соглашение о постепенном выводе фреонов из промышленногооборота. Так в холодильных установках идёт процесс постепенного перехода наболее дорогие фреоны, такие как фторуглеводороды (CHF2CHF2,CH3CF3),фторхлорметаны. Все они содержат хотя бы один атомводорода и поэтому разлагаются уже в нижней атмосфере. Время их жизни короче.Поэтому они менее опасны для озона. Но и у них есть свои слабые стороны. Еслипредыдущие фреоны нетоксичны в силу своей химической инертности, то этогонельзя сказать об их заменителях и продуктов их разложения. Но, к сожалению,если в западных странах промышленность уже давно стало использовать старые видыфреонов, то в России этот процесс идёт очень медленно. Для распыления жидкостииз аэрозольных баллончиков, можно использовать другие газы, такие как пропанили бутан. Правда, они горючи.
Хорошим подспорьем в сохраненииозонового слоя стало запрещение наземных атомных взрывов. Только при проведенииподземных взрывов, всё равно, какая то часть окислов азота попадает ватмосферу. Эта мера будет действенна только после того, как все страныоткажутся от проведения ядерных испытаний. Хотя токая тенденция наметилась.
В освоении космоса тоже наметилисьперемены. Так при запусках «шатлов» их боковые ускорители отрегулированы такимобразом, что бы их мощность снижалась при прохождении озонового слоя.
В самолётостроении новыеконструкции двигателей уменьшили образование окислов азота.Заключение.
В принципе можно считать, что проблема озонового слоя решена. Еговосстановление уже началось. Об этом говорят результаты анализов последних 4лет. В северном полушарии параметры вернулись к уровню 70-х годов. Такпрактически исчезли озоновые дыры над восточной Сибирью. Перестала растиАнтарктическая дыра. Озоновый слой над европейской частью России тоже больше неистощается. Правда это противоречит многочисленным прогнозам разрушенияозонового слоя. Что ставит под сомнение теорию разрушения озона, где главнымвиновником являются фреоны. Но появились новые проблемы. В связи с ростомпарникового эффекта восстановленный в будущем озоновый слой может стать толще,чем прежде. В этом случае уровень ультрафиолетового излучения по сравнению собычной нормой упадёт, что грозит ультрафиолетовым голоданием. Быть может, проблема озонового слоя научит сбольшим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в атмосферу в результате деятельностичеловечества.
Список использованной литературы.
Никитин Д.П.,Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. – М.: 1986.
Сердюк А.М.Непростые заботы человечества. – М.; Политиздат, 1998. – 299 с.