Жизнь на нашей планете начала стремительно развиваться только после того, как в стратосфере образовался озоновый слой, защищающий от губительного воздействия слишком высокого уровня солнечного света. Борьба за восстановление этой, поддерживающей жизнь, системы далека от завершения. Из трех стихий, окружающих человека - тверди, воды и воздуха, --последняя, является самой уязвимой. И не случайно именно в атмосфере появился первый реальный сигнал бедствия. Этот сигнал - озоновая дыра как вестник возможного глобального уменьшения защитного слоя озона в результате антропогенных загрязнении. Интерес к озону существенно возрос, после того, как выяснилась его распространенность в земной атмосфере и та особая роль, которую он играет в защите всего живого от воздействий опасного ультрафиолетового излучения.

Озон - это газообразное вещество с характерным запахом, состоящее из трёх атомов кислорода, образующих молекулу. Озоновым слоем называют область его наибольшего скопления в атмосфере, которая приходится на стратосферную зону. Здесь скорости образования озона и его разрушения уравновешиваются, и концентрация озона более или менее постоянна, за исключением тех случаев, когда оказывают влияние не обычные природные процессы, чаще всего связанные с деятельностью человека. Жизнь на Земле возникла только потому, что в стратосфере появился озоновый экран, который поглощает до 99% коротковолновой ультрафиолетовой радиации, поступающей от Солнца. Если бы все солнечные лучи, падая на Землю, достигали ее поверхности, то растения и животные просто поджарились бы, как на гигантской сковородке. Нам доступно менее одного процента ультрафиолета, что, однако, вызывает много проблем для организма: болезненный загар, рак кожи, проблемы со зрением, например развитие катаракты.

Различные причины приводят к истощению озонового слоя. Среди них есть естественные, как, например, извержения вулканов. Известно, например, что при этом происходят выбросы газов, содержащих соединения серы, которая реагирует с находящимися в воздухе другими газами, образуя сульфаты, разрушающие озоновый слой. Но гораздо большее влияние на стратосферный озон оказывают антропогенные воздействия, т.е. деятельность человека. И она многообразна. Использование в хозяйственной деятельности таких соединений, как ХФУ, бромистый метил, галоны, растворители, разрушающие озон, также приводят к истощению озонового слоя. В последнее время также стали учитывать влияния авиации, космических ракет. Окись азота, выбрасываемая сверхзвуковыми самолетами, также влияет на стратосферный озон. Сниженная концентрация озона уже не так хорошо поглощает ультрафиолетовые лучи солнца, которые начинают проникать на поверхность Земли и угнетать жизненные процессы у всего живого на Земле. То есть это и есть те самые «озоновые дыры», о которых сейчас так много пишут и говорят.

Договор об охране озонового слоя, защищающего все живое на Земле от смертельных доз ультрафиолетового излучения, занял ведущее место в истории международных экологических соглашений. Монреальский протокол: первое глобальное экологическое соглашение, достигшее всеобщей ратификации и всемирного участия 196 стран. К концу 2009 года деятельность, осуществленная в рамках Монреальского протокола привела к выводу из обращения 98% веществ, разрушающих озоновый слой. Другое важное достижение Монреальского протокола - в ближайшем будущем страны должны были прекратить производство и потребление хлорфторуглеродов, галонов, четырёххлористого углерода и других гидрогенизованных соединений, разрушающих озоновый слой. Все эти вещества объединяются под единым названием - озоноразрушающие вещества. Без Монреальского протокола и Венской конвенции, содержание ОРВ в атмосфере повысилось бы в 10 раз к 2050, что привело бы к 20 миллионам случаев рака кожи и 130 миллионам случаев катаракты глаза, не говоря об ущербе, нанесенном иммунной системе человека, фауне и сельскому хозяйству. Даже при быстрых и решительных действиях правительств согласно Монреальскому протоколу, полное восстановление защитного слоя Земли займет еще 40-50 лет.

Введение

Конец ХХ века характеризуется мощным рывком научно технического прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим взрывом, ухудшением состояния окружающей человека природной среды.

Поистине, наша планета никогда раньше не подвергалась таким физическим и политическим перегрузкам, какие она испытывает на рубеже ХХ –ХХI веков. Человек никогда ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же и создал.

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.

Из истории

С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения – ультрафиолета-В.

16 сентября 1987 г. был принят Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.

С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.

По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики. Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились.

Местоположение и функции озонового слоя

В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6%. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.

Озоновый «экран» расположен в стратосфере, на высотах от7-8 км на полюсах, 17-18 километров на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22 – 24 километров над Землей.

Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.

Озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин.

Озон, также, регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира.

Уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к воспроизводству.

Причины ослабления озонового щита

Озоновый слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Обнаружено, что в течение многих лет озоновый слой претерпевает небольшое, но постоянное ослабление над некоторыми районами Земного шара, включая густо населенные районы в средних широтах Северного полушария. Над Антарктикой обнаружена обширная "озоновая дыра".

Разрушение озона происходит из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома, фторхлоруглеродов (фреонов). Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоно-разрушающих веществ.

Предполагается множество причин ослабления озонового щита.

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. Особенно, 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, это хлор и его соединения с кислородом. Огромное количество (до 700 тысяч тонн) этого газа поступает в атмосферу, прежде всего от разложения фреонов. Фреоны – это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а потому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями. Поскольку при их расширении снижается их температура, фреоны широко используют в холодильной промышленности.

Каждый год количество фреонов в земной атмосфере увеличивается на 8-9%. Они постепенно поднимаются наверх, в стратосферу и под воздействием солнечных лучей становятся активными – вступают в фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. Каждая частица хлора способна разрушить сотни и тысячи молекул озона.

9 февраля 2004 года на сайте Института Земли НАСА появилась новость о том, что учёные Гарвардского Университета нашли молекулу, разрушающую озон. Учёные назвали эту молекулу "димер одноокиси хлора", потому что она составлена из двух молекул одноокиси хлора. Димер существует только в особенно холодной стратосфере над полярными регионами, когда уровни одноокиси хлора относительно высоки. Эта молекула происходит из хлорфторуглеродов. Димер вызывает разрушение озона, поглощая солнечный свет и распадаясь на два атома хлора и молекулу кислорода. Свободные атомы хлора начинают взаимодействовать с молекулами озона, приводя к уменьшению его количества.

Озон и климат в стратосфере

Озон и климат воздействуют друг на друга. Воздействие озона на климат проявляется прежде всего в изменении температуры. Чем больше озона в данном объёме воздуха, тем больше тепла он удерживает. Озон является источником тепла в стратосфере, поглощая ультрафиолетовое излучение солнца и восходящее инфракрасное излучение от тропосферы. Следовательно, уменьшение количества озона в стратосфере приводит к понижению температуры. А это в свою очередь приводит к истощению озона.

истощение озона - ведёт к снижению температуры – ведёт к полярным стратосферным облакам – ведёт к истощению озона

Самые крупные потери озона в Арктике и Антарктике происходят зимой и в начале весны, когда полярные стратосферные вихри изолируют воздух в своих пределах. Когда температура воздуха падает ниже -78°С, формируются облака, состоящие из льда, азотной и серной кислот. В результате химических реакций на поверхности ледяных кристаллов в облаках выделяются хлорфторуглероды. Из-за воздействия ХФУ начинается истощение озона, и появляется озоновая "дыра". Весной температура воздуха повышается, лед испаряется, и озоновый слой начинает восстанавливаться.

Разрушение озонового слоя земли хлорфторуглеводородами

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы.

Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озонный Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озонная "дыра". В начале 80-х по измерениям со спутника "Нимбус-7" аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико - около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l

По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у g-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако, значительно количество других факторов (например, возросшая популярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ излучения но при этом рискует умереть от голода.

Что было сделано в области защиты озонового слоя

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. Повторю, что в сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах (см. «Причины ослабления озонового щита»). Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

Факты говорят сами за себя

Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широт. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озоновому слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше.

Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80°С. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора.

Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по-прежнему необходимо.

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. 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.

Понимание взаимодействий между озоном и изменением климата, и предсказание последствий изменения требует громадных вычислительных мощностей, надежных наблюдений, и здравых диагностических способностей. Способности сообщества науки быстро развились за прошлые десятилетия, но все же некоторые фундаментальные механизмы работы атмосферы все еще не ясны. Успех будущего исследования зависит от общей стратегии, с реальным взаимодействием между наблюдениями ученых и математическими моделями.

Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И, занеся ногу для очередного шага, следует внимательно посмотреть, куда наступишь. Пропасти и топкие болота роковых ошибок уже не прощают человечеству бездумной жизни.

Список литературы.

1. Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное пособие для студентов вузов. – М.: Высшая школа, 1980 г..
2. Отклик. Выпуск 8 / Сост. Л. Егорова – М.: Молодая гвардия,1990 г.
3. Реймерс Н.Ф. «Экология (тория, законы, правила, принципы и гипотезы). – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994 г.
4. Петров С.П. Почему меняется климат Земли.
5. Интервью с В. Павловым. /Краевая независимая газета «Свободный курс» г. Барнаул, 13.09.98
6. Global Environmental Facility (russian): сохранение озонового слоя.

Каждый школьник знает, что солнечный ультрафиолетовый луч является источником жизни на Земле. Однако избыток УФ-излучения может стать губительным для всех обитателей планеты.

Баланс между пользой и вредом ультрафиолета возможен исключительно за счёт озонового слоя Земли, который находится в её стратосфере на высоте 12-50 км. Наиболее плотный его пласт расположен на высоте 25 км. Благодаря сложному устройству пятого океана, на землю проникает дозированное количество УФ-излучения. Толщина озонового слоя в общем объёме атмосферы ничтожно мала, но его биолого-экологическая роль бесценна.

Как образуется озон?

Озон – производная кислорода. Находясь в стратосфере, молекула последнего попадает под химическое воздействие УФ-лучей и распадается на свободные атомы. Они, в свою очередь, имеют способность вступать в соединение с его другими молекулами. Такое взаимодействие атомов и молекул кислорода при наличии третьего тела приводит к возникновению нового вещества – озона.

Находясь в стратосфере, он стоит на страже теплового режима Земли и здоровья её обитателей, поглощая излишний ультрафиолет. Попадая в атмосферу нижних слоёв в большом количестве, он является вредоносным для тканей и дыхательных путей человека. Однако образоваться в тропосфере этот газ может в основном при помощи грозовых разрядов, что бывает не так часто.

Неприятное открытие

Разрушение озонового слоя стало предметом для обсуждения учёных всего мира ещё в конце 60-х годов. Тогда экологами начала подниматься проблема извержения в атмосферу реактивными двигателями ракет и самолётов продуктов сгорания в виде водяного пара и оксидов азота.

Тревогу вызвала способность оксида азота, который выбрасывается воздушным транспортом на высоте 25 км, как раз в области распространения щита Земли, уничтожать озон. В 1985-м Британская служба в Антарктике зафиксировала факт уменьшения содержания этого газа в атмосферных слоях на 40 % над станцией под названием «Халли Бей». Эти показатели были опубликованы экологами на основании многолетних исследований, проведённых с 1977 по 1984 гг.

Вслед за британскими учёными эта проблема была освещена группой исследователей из других стран. Они очертили зону пониженного содержания озона уже в более значительной части стратосферы, за границами Антарктиды. В связи с этими событиями стала подниматься проблема озоновых «дыр». Почему «дыр»? Потому что вскоре ещё одна была выявлена спутником Земли уже в зоне Арктики. Правда, она была меньше по размеру, а утечка озона составляла только около 9%.

Позднее выяснилось, что брешь может менять своё место расположения. Так, изучая атмосферу над Австралией, исследователи заметили перманентное возникновение озоновой дыры, вызывающее во время своего появления вспышку такого онкологического заболевания, как рак кожи. В целом принято считать, что с 1979 по 1990 гг. содержание этого газа в атмосфере Земли снизилось приблизительно на 5%.

Чтобы лучше представить себе озоновый щит, его обычно мысленно сжимают до плотности воды и накрывают им землю. Толщина покрова составляет 3-4мм, его максимум ложится на полюса, а минимум на область экватора. Самая большая концентрация газа приходится на 25-й километр стратосферы. Эта область находится над Арктикой. Плотный слой встречается также иногда на высоте 70 км, как правило в зоне тропиков. Тропосфера не имеет большого количества озона, так как она сильнее подвержена сезонным изменениям и загрязнениям различного характера. Стоит концентрации уменьшиться на один процент, как ровно на два процента увеличивается интенсивность агрессивного ультрафиолета возле земной поверхности. Действие жёсткого ультрафиолета на органику планеты можно сравнить с ионизирующими излучениями. Воздействие УФ отличается лишь большей длиной волны, а значит, меньшей глубиной проникновения и повреждения живых тканей.

Разрушение озонового слоя может создать причины для ЧС, связанных с избыточным нагревом, увеличением скорости ветра и циркуляцией воздушных масс, что обычно приводит к образованию новых пустынных областей и снижению урожайности сельского хозяйства.

Недруги озона

Газ, который закрывает в виде щита нашу планету, разрушается, потому что его повреждают вещества, такие как хлорфторуглероды – фреоны, окислы азота, окислы алюминия.

Всё это, как ни грустно, результат технического прогресса. Становится очевидным, что виновником повреждения озонового слоя является человек и его деятельность на земле . Существует, как минимум, три причины возникновения озоновых дыр антропогенного характера:

• Выброс в воздух хлорфторуглеродов в процессе производства и использования бытовой техники, химических продуктов и косметической продукции.
• Выброс в стратосфере отработанных газов суперлайнерами и ракетоносителями.
• Полёты на высоте вредоносны для озона.

Трудно себе представить современную жизнь без холодильников, кондиционеров, огнетушителей, растворителей и очистителей, без косметических средств в виде ароматных дезодорантов в аэрозольных баллончиках. Однако все эти блага цивилизации содержат вещества под названием «фреоны», которые являются причиной истончения и разрыва озонового слоя Земли.

Учёные Калифорнийского университета в 1974 году высказали гипотезу, которая вскоре стала научным фактом. По их мнению, основным разрушителем озонового слоя является хлорфторуглерод. В 1996 году теория подтвердилась. Этот исследовательский труд был отмечен Нобелевской премией. Проблема разрушения озона опасна ещё и тем, что фреоны, попадая в атмосферу, очень долго, в течение десятилетий, взаимодействуют с ультрафиолетом, выделяя при распаде свободный хлор, который и губит молекулы озона. В докладе Гринпис 1995 года внимание общественности было обращено на тот факт, что разрушение озонового слоя есть следствие функционирования 3 развитых экономик мира. Озоновые дыры на 31% создаются промышленностью США, на 12% – Японии и на 9% – Великобритании.

Покорение и изучение космического пространства стало вызовом для человечества и двигателем к прогрессу. Сегодняшний день ставит на одну чашу весов пользу и вред, которые может получить цивилизация, продолжая исследовать неизведанное и, одновременно, создавая проблему для существования жизни на своей родной планете в виде выбросов вредных газов, разрушающих защиту в атмосфере. В течение одного полёта «СпейсШатл», выделяя больше сотни тонн хлора и его соединений, способен уничтожить 10 млн тонн озона. Триста запусков могут совершенно уничтожить весь озоновый слой. Однако следует отметить, что не все ракетные системы одинаково опасны для целостности атмосферы Земли.

Меры для защиты и восстановления озонового слоя

Преобразование климата планеты, потери урожайности в сельском хозяйстве и продуктивности в области животноводства, необратимые изменения на поверхности и уменьшение видового разнообразия Мирового океана, снижение иммунитета людей и распространение онкологических заболеваний – таковыми могут быть последствия разрушения озонового слоя т.е. избыточного жёсткого ультрафиолета,

В результате подтверждения факта, что каждый атом хлора является убивающим для 100 тыс. молекул озона, начались выступления и протесты активных защитников окружающей среды против применения аэрозольных баллончиков, которые выделяют хлофторуглероды.

Это привело к тому, что в 1978 году их производство окончательно запретили. Поисками замены ХФУ учёные занялись, как только была экспериментально доказана их способность распадаться в стратосфере на атомы хлора и разрушительно действовать на озон. Для наполнения аэрозолей уже найдена альтернатива фреону в виде пропан-бутановой смеси. Она не уступает по своим качествам ХФУ, поэтому используется в химической и косметической промышленности многих стран.

Сложнее оказалось выявить вещества для замены фреона в хладоустановках, хотя и эта проблема постепенно находит своё решение. Одним из них является аммиак, несмотря на то, что он уступает ХФУ по физическим показателям.

После официального заявления о нежелательных последствиях для жизнедеятельности планеты по причине разрушения озонового слоя стало понятным, что этой проблемой следует заниматься серьёзно и без международного сотрудничества здесь не обойтись. 1977 год запомнился программой Организации Объединённых Наций относительно защиты окружающей среды. Появился план действий по восстановлению озонового слоя. Составлен список, в котором перечислены вещества агрессивного характера, которых следует избегать в производстве и принимать меры по сокращению их применения.

В 1987 году был подписан протокол в Монреале, согласно которому установили контроль за использованием и производством фреонов, которое к 2010 году предполагалось завершить. И хотя выпуск такого ХФУ, как фреон R12, всё-таки прекратился к 2010 году, это вещество всё ещё способно попадать и сохранять свою вредоносную активность в стратосфере на протяжении ста лет. Максимальная концентрация хлора в атмосфере отмечалась в 1993 году. На протяжении всех последующих лет его содержание снизилось до 15 %. К 1997 году содержание озона в стратосфере постепенно стало увеличиваться.

Мировое сообщество ведёт последовательную борьбу за озоновый слой. Так в 2007 году все подписанты Монреальского протокола проголосовали за ускорение исключения из обращения ХФУ, сокращение производства и применения хлорфторуглеродов до 2015 года на 90%.

Говорить о полном восстановлении озонового слоя ещё преждевременно. Однако при условии участия в устранении этой проблемы стран всего мира перспективы её решения становятся обозримыми в ближайшем будущем.

1985 г. специалисты из Британской Антарктической Службы исследования атмосферы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%.

Вскоре это подтвердили другие исследователи, показавшие, что область пониженного содержания озона уходит за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озоновый Эксперимент. В течение эксперимента ученые из четырех стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и химические процессы, которые там вибуваються. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озоновая "дыра". В начале 1980-х, по измерениям со спутника «Нимбус-7», аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так - около 9%. В среднем на Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона снизился на 5%.

Уменьшение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности Земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде (правда, из-за низкого положения Солнца интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах). По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет подобный ионизирующего излучений, однако, из-за большей, чем в Ц-излучения, длину волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, вызывает рак кожи, особенно мимолетные злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение заболевания раком кожи, однако множество других факторов (например, популярность загара возросла, и это привело к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом получая большую дозу УФ-облучения) не позволяет однозначно утверждать, что это повлекло уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое, при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон является основой пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без украшений можно сказать, что практически вся жизнь приповерхностных слоев морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они. Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, человечество легко найдет средство защиты от жесткого УФ-излучения, но при этом рискует умереть от голода. Впервые мысль об опасности разрушения озонного слоя была высказана еще в конце 1960-х годов. Тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NOX) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет. Однако сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось. Сейчас в коммерческих целях используется только "Конкорд", совершающий несколько рейсов в неделю между Америкой и Европой, из военных самолетов в стратосфере летают практически только сверхзвуковые стратегические бомбардировщики, такие как В1-В или Ту-160, и разведывательные самолеты типа SR-71 . Такая нагрузка вряд ли представляет серьезную угрозу для озонового слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности Земли в результате сжигания ископаемого топлива, массового производства и применения азотных удобрений также представляет определенную опасность для озонового слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы. Запуски ракет также происходят не очень часто, однако хлоратни твердые топлива используемые в современных космических системах, например в твердотопливных ускорителях "Спейс-Шаттл» или «Ариан», могут наносить серьезный локальной вред озоновому слою в районе запуска.

1974 p. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфлуорвуглеци (ХФУ) могут разрушать озон. С тех пор так называемая хлорфлуорвуглецева проблема стала одной из основных в исследованиях на загрязнение атмосферы. Хлорфлуорвуглеци уже более 60 лет используются как «хладагенты» в холодильниках и кондиционерах, пропеллент для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, в химической чистке одежды, производстве пенопластиков. Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку очень стабильными и неактивными, а следовательно, нетоксичными. Как это ни паро-доксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое атмосферы, который имеет границы от поверхности Земли до высоты 10 км), как это происходит с большинством оксидов азота, и в конце концов проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатора: в ходе химического процесса его количество не уменьшается.

Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100000 молекул озона, прежде чем будет деактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выброс ХФУ в атмосферу оценивается миллионами тонн, но нужно отметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие ХФУ, уже попавших в атмосферу, продлится несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух ХФУ - фреона-11 (CFC13) и фреона-12 (CF2C12) - составляет 75 и 100 лет соответственно.

Принимая во внимание эти аргументы, многие страны начали принимать меры, направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 наиболее развитые страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасны. Однако такие аэрозоли уже используют во многих странах мира. Сложнее с холодильными установками - вторым потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, а это очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью флуорованих углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

К особо опасных врагов атмосферы, кроме хладонов, принадлежит также цели л бромид. Этот газ используется в сельском хозяйстве как средство защиты растений. Но метилбромид хорошо уничтожает не только вредителей в почве, но и озон в воздухе. Причем даже в высших слоях атмосферы.

МОУ Сухобезводненская средняя общеобразовательная школа

Районный конкурс исследовательских и проектных работ

«Юный исследователь»

Номинация «Прикладная экология»

https://pandia.ru/text/77/498/images/image002_32.jpg" width="1026" height="723">

I. Введение. «Современное состояние экологии: причины и перспективы предотвращения экологической катастрофы»………………………………3

II. Основная часть.

§ 1. Как образуется озон………………………………………………………4

1. Атмосфера.

2. Атмосферные слои.

§ 2. Защитная роль озонового слоя…………………………………………. 8

1. Химические и биологические свойства.

2. Условия образования озона.

§ 3. Устойчивость «озонового щита»………………………………………..9

1. Что будет, если озон исчезнет?

2. Истощение озонового слоя.

3. Понятие «озоновая дыра».

§ 4. Причины разрушения «озонового щита»………………………………11

1. Влияние результатов человеческой деятельности (антропогенные источники).

2. Природные факторы (геологические источники).

3. Защита озонового слоя.

III. Заключение. «Пути решения проблемы»……………………………………14

IV. Литература…………………………………………………………………….15

V. Рецензия……………………………………………………………………….16

VI. Тезисы доклада………………………………………………………………..17

VII. Приложение……………………………………………………………………18

«Можно, пожалуй, сказать, что назначение

человека как бы заключается в том, чтобы

уничтожить свой род, предварительно сделав

земной шар непригодным для обитания».

Как не прискорбны слова Ламарка, но они отражают современное опасное вмешательство высокоиндустриального общества в природу. С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Пять миллиардов наших современников оказывают на природу такое же по масштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила 50 миллиардов человек.

Опасность вмешательства в природу заключается:

1. Биосфера Земли подвергается нарастающему антропогенному воздействию.

2. Повышается расход невозобновляемого сырья.

3. Выбывают из экономики пахотные земли из-за строительства ГЭС, городов, заводов.

4. Прогрессирует накопление углекислого газа в атмосфере ð повышение среднегодовой температуры на планете.

В результате перед обществом возникла дилемма:

– либо бездушно катиться к неизбежной гибели в надвигающейся

экологической катастрофе;

– либо сознательно использовать могучие силы науки и техники для

защиты природы и самого человека.

Угроза экологического кризиса требует непрерывного экологического образования и просвещения людей. Мы должны знать, что оказывает существенное влияние на наше здоровье:

Динамика факторов к 2008 году:

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 нашего исследования является обобщение литературных данных о причинных и последствиях разрушения озонового слоя, являющегося «щитом» Земли, а также способах решения проблемы образования «озоновых дыр».

Результатом исследования данной проблемы является распространение экологической информации среди учащихся, выступление на научном обществе нашей школы.

II. Основная часть

§ 1. Как образуется озон

Фраза, ставшая крылатой – «Солнце светит и греет», содержит описание некоторых воздействий солнечного излучения на нас. Это: 1) электромагнитное излучение: рентгеновское, ультрафиолетовое, видимое и 2) солнечный ветер: протоны и электроны.

Части солнечного излучения – РГ, УФ, ВИ отличаются друг от друга энергиями фотонов

При воздействии излучения Солнца на атмосферу энергия фотонов передается атомам и молекулам атмосферных газов. Результат воздействия зависит от того, насколько велика энергия фотона по сравнению с энергией, необходимой для реакции: диссоциации, ионизации, ядерных.

1. Атмосфера

Атмосфера – внешняя оболочка биосферы , масса ее ничтожна – всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Современный газовый состав атмосферы – результат длительного исторического развития земного шара: смесь компонентов: азот – 78,09%, кислород – 20,95%. Газы: аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%, инертные газы (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиак , метан, озон, диоксиды серы и др. Твердые частицы – продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы, космическая пыль. Водяной пар, продукты растительного, животного и микробного происхождения. Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа: кислород, углекислый газ и азот.

2. Атмосферные слои

Атмосферные слои – результат воздействия излучения Солнца на атмосферу.

а) Ионосфера –это верхний слой атмосферы, от 50–809 км до 1000 км, характеризующийся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Причина существования ионосферы – разложение на ионы и электроны (ионизация) молекул атмосферных газов под действием РГ и УФ.

б) Стратосферный озоновый слой –слой на высоте 10–15 км, отличающийся повышенной концентрацией озона. Озон образуется при поглощении кислородом УФ излучения.

Часть двухатомных молекул кислорода разлагается на атомы:

О2 + h g ð О +О, которые присоединяются к сохранившимся молекулам:

О + О2 ðО3 и образуется трехатомная молекула озона.

Одновременно происходит обратный процесс превращения озона в кислород:

О + О3 ð 2О2 ; О3 + h g ð О2 + О. Поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного времени остается постоянной.

в) Тропосфера – слой вблизи поверхности Земли отличается повышенной концентрацией озона. Основной причиной образования озона является распад на атомы молекул газов, образующихся при сгорании топлива с последующим образованием озона под воздействием видимого излучения, при разряде молнии. Тропосферный озон характеризуется термином «плохой» озон, так как озон в больших количествах вреден для дыхания. В образовании озона в тропосфере участвуют оксиды озона:

NО2 + h g ð NО + О (400 км)

Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителей атмосферы является СН4. Окисление СН4 под действием ОН протекает сопряжено с окислением NО. В результате реакция окисления СН4 в присутствии NО как катализатора и при воздействии солнечного света с длиной волны 300-400 нм запишется в виде

СН4 +4О2 ðСН2О+Н2О+2О3

То есть окисление метана и других органических веществ приводит к образованию тропосферного озона. Скорость этого процесса зависит от концентрации NО, антропогенный выброс которого удваивает приземную концентрацию О3, а рост утечки СН4 еще больше увеличивает О3.

Вода питьевая" href="/text/category/voda_pitmzevaya/" rel="bookmark">питьевой воды основано на его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших организмов.

Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (кабинет физиотерапии , кварцевании) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным газом (допустимая доза в рабочем помещении – 0,0001 мг/литр).

2. Условия образования озона

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли.

Процесс образования и разложения озона называют циклом Чемпена. Результатом процессов в цикле является переход солнечной энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение температуры на высоте 15 км.

В слое ниже 15 км озон заносится из вышележащих слоев при перемешивании воздуха. Возрастание содержания озона с высотой практически не сказывается на доле азота и кислорода, так как в сравнении с ними озона в верхних слоях очень мало. Если бы можно было сосредоточить весь атмосферный озон под нормальным давлением, он образовал бы слой только толщиной 3 мм, хотя общее его количество составляет 3 млрд. тонн.

Озон поглощает часть УФ излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200 – 300 нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение. Это защитное свойство озона было изучено уже в начале XX века, в 50-е годы, когда ученые активно изучали атмосферу.

Было выяснено, озон сам является климатообразующим фактором. Поскольку прогревает стратосферу, являющуюся «крышкой котла», в котором «варится» погода. Если озона мало, «крышка поднимается», и меняется климат. Есть еще одна функция озонового слоя: передавать слабые космические воздействия – солнечный «ветер», изменения магнитного поля и т. д. – через озон на Землю. Все это влияет на климат.

§ 3. Устойчивость «озонового щита»

Ученые выяснили, что защитная система планеты очень «нежна и хрупка». Причем реставрация озонового слоя происходит крайне медленно. Он уязвим перед природными воздействиями и антропогенными факторами.

1. Если озон исчезнет

Излучение, которое задерживается озоном, достигнет Земли. И человечество получило бы большую дозу облучения. Невосполнимый ущерб наносился бы и окружающей среде. УФ излучение вредно для планктона, мальков, креветок, обитающих на поверхности океана. Даже пластмасса портится от УФ излучения. По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи (меланома).

Значительно возрастает количество болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека.

Так как озон, поглощая солнечную радиацию, повышает температуру тех слоев атмосферы, в которых он находится, то его исчезновение приведет к понижению температуры атмосферы. Исчезновение озона обострит проблему «загрязнения» солнечного спектра жесткими, вредными для всего живого УФ лучами.

2. Истощение озонового слоя

В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение «озонового щита».

https://pandia.ru/text/77/498/images/image008_20.jpg" align="left" width="288 height=215" height="215">Эта область простирается за пределы Антарктиды и на высоте охватывает слой от 12 до 24 км, то есть значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется «озоновая дыра».

В начале 80-х аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда, она охватывала меньшую площадь, и падение уровня озона невелико – 9%.

Это открытие обеспокоило ученых, поскольку из него следовало, что защитный озон Земли находится в большой опасности.

Феномен Антарктической «озоновой дыры» пока не понятен: то ли «дыра» возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.

3. Понятие озоновой дыры

Прежде всего следует уяснить, что озоновая дыра – это не брешь в атмосфере.

В 1985 году британские ученые на Южном полюсе обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшается в разной степени.

Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры, появлялись также над Северным полюсом во время арктической весны.

Ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. В долгую полярную ночь происходит резкое падение температуры и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда.

Их появление вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора.

Весной под действием УФ Солнца происходит разрыв внутримолекулярных связей и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород:

Cl + O3 ðClO + O2 и ClO + O ðCl + O2

Причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе: одна молекула хлора разрушает миллион молекул озона. Поэтому озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру.

§ 4. Причины разрушения озонового слоя

Различные точки зрения на происхождение «озоновых дыр» говорят о том, что причины их возникновения до конца не выяснены.

1. Результаты человеческой деятельности

Есть множество причин ослабления озонового щита.

1. Это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Предполагалось, что они затягиваются, но оказалось нет.

2. Самолеты, летающие на высоте 12–15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона.

3. Оксиды азота. Их выбрасывают самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

4. Хлор и его соединения. До 700 тысяч тонн этого газа поступает в атмосферу прежде всего от разложения фреонов (хлорфторуглероды или углеводороды, в которых атомы водорода заменены фтором и хлором).

Фреоны – это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а поэтому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями.

При расширении снижается температура фреонов, поэтому их широко используют в холодильниках и кондиционерах. Аэрозольные баллончики, как средства химической чистки, тушение пожаров, на транспорте, как пенообразователи – мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн. т.

Будучи легколетучими и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, фреоны после использования попадают в атмосферу и могут там находиться до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя атомарный хлор, который и служит «разрушителем» озона. Один атом хлора способен превратить в кислород 100000 молекул озона, причем сам хлор не уничтожается.

Предполагается, что из-за разрушительного действия хлора и аналогичного действия брома к концу 1990-х годов концентрация озона в стратосфере снизилась на 10%.

Озоноразрушающий потенциал некоторых веществ

Если кондиционер работает, он не разрушает озон. Но когда при ремонте загрязненный фреон выпускают, он попадет в атмосферу – это называется вторичным загрязнением. 85% всего фреона приходится на аэрозольные упаковки, 15% в холодильниках и кондиционерах. Использование фреонов таково, что 95% их попадает а атмосферу через 1–2 года после производства. Это 5,27 млн. т. + 7,75 млн. т. в 1981 г. рано или поздно должно поступить в стратосферу и включиться в цикл разрушения озона.

2. Природные факторы истощения озонового слоя

Ученые считают, что сильное извержение вулканов влияет на уменьшение содержания озона. В 1982 г. в Мексике сильное извержение вулкана Эль-Чичон вызвало в Северном полушарии падение содержания озона на 10%.

В 1992 г. на Филиппинах произошло одно из мощных в XX веке извержение вулкана Пинатубо. Выброшенный пепел выпал на большой площади, а мельчайшие его частицы образовали огромное облако, опоясавшее весь земной шар по экватору. В его центральной части содержалось мало озона, а по краям – много диоксида серы, которого при извержении было выброшено более 20 млн. тонн.

Пепловое облако вулкана Пинатубо, как и вулкана Кракатау в 1883 году привело к некоторому понижению температуры, так как пепловые частицы образуют экран, задерживающий солнечный свет.

С комических спутников было зарегистрировано присутствие в атмосфере соединений хлора в больших концентрациях и других «неполезных» газов.

Проведенные исследования показали наличие фреонов в пробах воздуха над вулканом Масайя, в пузырьках воздуха антаркитческого льда возрастом 2000 лет, в воде, извлеченной в 1982 г. с глубины 4000 метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине 4500 м у берегов Антарктиды. Эти факты свидетельствуют о геологическом источнике разрушения озонового слоя.

Было установлено, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых других частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору большую эффективность в процессе разрушения ими озона.

3. Защита озонового слоя

16 сентября – День защиты озонового слоя. В этот день в 1985 году передовые страны, обеспокоенные истощением озонового слоя, приняли Венскую конвенцию о его защите.

По данным исследователей, без принятия мер по Венской конвенции об охране окружающей среды и Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, к 2050 году истощение озонового слоя достигло бы 50% в средних широтах и 70% в северных. Это примерно в десять раз хуже текущего состояния.

Редкий случай! Это единственные экологические соглашения, где все страны были едины, несмотря на то, что проблема не так уж очевидна для неспециалистов. Тем не менее, совсем недавно в Монреале 200 стран, почти все члены ООН, что невиданно, подписали поправку к Монреальскому протоколу о том, что надо ускорить процесс вывода из обращения озоноопасных веществ. Кстати, в этом вопросе США, где производилось 25% всех фреонов в мире, оказались в «одной упряжке» вместе со всеми.

III. Заключение: Пути решения проблемы

§ Чтобы начать глобальное восстановление нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся.

§ Все люди должны 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 нужно его подпитывать. Российский консорциум «Интерозон» предлагает производить озон непосредственно в атмосфере. Планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами для получения озона из двухатомного кислорода. В дальнейшем предполагается на высоте 400 км использовать космические платформы с источниками энергии и лазерами, лучи которых будут направлены в центр озонового слоя и станут постоянно его подпитывать. Осуществится ли грандиозный проект – покажет время.

§ Принимая во внимание чрезвычайность ситуации необходимо расширить экспериментальные исследования по проблеме сохранения озонового слоя.

1. , «Экология».

– «Дрофа», 1995 год.

2. «Органические вещества атмосферы». Саровский образовательный журнал, 1998 г. №4.

3. Страны и народы: Земля и человечество. Глобальные проблемы.

М.: Мысль, 1982 г.

4. «Окружающая среда и человек».

5. Популярный научный сайт http:/ www. .

6. Интернет-журнал www. .

7. Информационный бюллетень Нижегородского регионального отделения

Ядерного общества. Выпуски с №29 1991г. по №г.

V. Рецензия

Данная проектная работа посвящена актуальной теме сохранения озонового слоя. Так как озон в атмосфере находится в неустойчивом состоянии и концентрация его подвержена значительным колебаниям (в большей мере уменьшению), то исследования в этой области очень актуальны и своевременны.

Проанализировав обширный материал по состоянию озона в атмосфере, юные исследователи пришли к неожиданному выводу: жизнь любого человека, даже ребенка, влияет на состояние озона и каждый человек должен знать это и не пытаться навредить себе. Так как уничтожив свой «озоновый щит», человек уничтожит себя.

Работа интересна не только актуальностью проблемы сохранения озонового слоя, но интегративный характер изысканий позволяет исследовать поставленные вопросы максимально объемно. В рамках одного исследования объединены учебные предметы как естественно-научной направленности так и этической.

VI. Тезисы

§ С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Пять млрд. наших современников оказывают на природу такое же воздействие какое могли оказать люди каменного века численностью 50 млрд. человек.

§ В ряде регионов России предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии до 40%, генетический фактор до 30%, уменьшается возможность поддержать здоровье за счет образа жизни до 25%, снижается роль медицины до 5%.

§ Целью настоящей работы является обобщение литературных данных о причинах и последствиях разрушения озонового слоя, а также способах решения проблемы образования «озоновых дыр».

§ Озон является аллотропной модификацией кислорода. Характер химических связей в озоне обуславливает его неустойчивость, через определенное время озон переходит в кислород 2О3 ð3О2.

§ Озон образуется в атмосфере под действием УФ Солнца из молекулы кислорода. Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами и простирается вверх до 50 км. Больше всего озона в 5-ти км слое на высоте от 20 до 25 км.

§ Летом и весной концентрация озона повышается. Над полярными областями она всегда выше, чем над экваториальными. Она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности. Существует устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило название «озоновое дыра».

§ Окислительное действие озона на органические вещества связано с образование радикалов RH + O3 ðRO2 + OH, которые инициируют цепные реакции с биоорганическими молекулами, что приводит к гибели клеток.

§ Озон не безразличен для высших организмов. Длительное пребывание в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения вызывает тяжелое нарушение нервной системы. Поэтому допустимая концентрация его в воздухе – 0,0001 мг/литр.

§ Озон поглощает часть УФ Солнца (длина волны 200-300 нм), причем включает и губительное для всего живого на Земле излучение.

§ Антропогенные источники, влияющие на истощение озонового слоя, сконцентрированы в городах: промышленность, автомобильный транспорт. В результате в стратосферу выбрасываются 95% использованных фреонов в течение 1-2 лет, которые включаются в каталитический цикл разрушения озона.

§ Для преодоления опасности истощения озонового слоя необходимы согласованные действия всех развитых стран по разработке новых, безопасных для озонового слоя технологий промышленности, транспорта.