Загрязнение атмосферы и его влияние на озоновый слой Земли

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

"САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЁВА" (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет экономики и управления

Реферат

по экологии на тему:

"Загрязнение атмосферы и его влияние на озоновый слой Земли"

Выполнил: студент гр.713, Тычкин М.А.

Проверил: Несоленов Г.Ф.

Самара, 2012

Содержание

Введение

Появление понятия "озоновая дыра"

Химические источники загрязнения

Геологические источники загрязнения

Методы борьбы с появлением озоновых дыр

Заключение

Список использованной литературы

Введение

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последнее время. Пять миллиардов наших современников оказывают на природу такое же по масштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила пятьдесят миллиардов человек, а количество высвобождаемой энергии, получаемой землёй от солнца.

С тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширялся объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.

Расход невозобновимого сырья повышается, всё больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает состояние воздушного пространства нашей планеты.

Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

В результате перед обществом возникла дилемма: либо бездумно катиться к своей неизбежной гибели в надвигающейся экологической катастрофе, либо сознательно превратить созданные гением человека могучие силы науки и техники из орудия, ранее обращенного против природы и самого человека, в орудие их защиты и процветания, в орудие рационального природопользования.

Над миром нависла реальная угроза глобального экологического кризиса, понимаемая всем населением планеты, а реальная надежда на его предотвращение состоит в непрерывном экологическом образовании и просвещении людей.

Всемирная организация здравоохранения определила, что здоровье человека на 20 % зависит от его наследственности, на 20 % от состояния окружающей среды, на 50 % от образа жизни и на 10 % от медицины. В ряде регионов России к 2014 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии возрастет до 40 %, действие генетического фактора увеличится до 30 %, до 25 % уменьшится возможность поддержания здоровья за счёт образа жизни и до 5 % снизится роль медицины.

Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе: загрязнение, отравление среды обитания, обеднение атмосферы кислородом, озоновые дыры.

Актуальность данной темы состоит в том, что с каждым годом человек делает все больше и больше открытий в области химии. Он начинает применять эти открытия, и все выхлопы и выбросы, которые происходят в связи с применением различных химикатов, по законам физики поднимаются в верхние слои атмосферы, где содержится озоновый слой - основной защитник человечества от пагубных влияний ультрафиолетовых лучей Солнца. В результате разрушения этого слоя, мы наносим непоправимый вред не только природе, но и самим себе, лишая себя защиты.

Целью работы является описание озоносферы - важнейшей составной части атмосферы, влияющей на климат и защищающей все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца и неблагоприятных воздействий на нее.

Задачи:

1. Выяснить к чему приводит образование озоновых дыр в озоновом слое Земли.

. Сделать выводы о том, что может сделать человечество для устранения или приостановки развития данной проблемы.

. Понять какие конкретно человеческие воздействия приводят к губительному разрушению слоя.

Сокращение озона связано с чрезмерным поступлением в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, в частности фреонов, которые широко используются в холодильных установках; сокращение количества озона связано и с использованием азота.

Первая проблема - потепление климата, изменение атмосферной циркуляции.

Вторая - загрязнение атмосферы в результате человеческой деятельности. Вся проблема заключается в том, какое соотношение между этими двумя факторами, которые определяют влияние на озоновый слой.

Появление понятия "озоновая дыра"

В начале 80-х гг. прошлого века впервые появилось сообщение об уменьшении озона в атмосфере. Это явление получило название "озоновой дыры".

В природе озон образуется в стратосферном слое атмосферы на высоте 10-50 км. в результате сложных фотохимических реакций под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте находится так называемый озоновый слой земли.

Жизнь на Земле стала возможной лишь после того, как появился озоновый экран, который предохраняет все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям - вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира.

С прорывом через "озоновые дыры" солнечных лучей связывают увеличение числа лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело два миллиона гектаров леса, индонезийский лесной пожар в 1997 г., бушевавший почти пять месяцев, покрыл дымом всю Юго-Восточную Азию, а в 2001 г. горели леса Австралии, угрожая жизни многих тысяч людей.

Уменьшение содержания в атмосфере озона на 1 % приводит к увеличению заболеваний у человека раком кожи на 6 %, а также значительно ослабляет иммунную систему человека. Кроме того, рост интенсивности ультрафиолетового излучения может привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур (вследствие нарушения обмена веществ в них и воздействия микроорганизмов-мутантов), гибели фитопланктона в океане, нарушению глобального баланса диоксида углерода, кислорода в биосфере и т.д.

Первое сообщение о возникновении озоновых дыр над Антарктидой появилось в 1985 г. Озоновая дыра - это разрыв озонового слоя атмосферы. В октябре 1985 г. содержание озона в атмосфере над английской станцией Халли-Бей уменьшилось на 40% от его минимального содержания в околополюсной зоне, а над японской станцией почти в 2 раза.

Научный департамент атмосферы и океана факультета естественных наук города Буэнос-Айреса обнародовал исследование "О поведении озоновой дыры в 2000 г". Документ свидетельствует, что в последний календарный год прошлого века это атмосферное явление вело себя очень необычно и вызвало некоторый переполох. С одной стороны, оно показало быстрое и неудержимое расширение, быстро охватывая пространство над Южной Америкой. С другой - произошло это в последний месяц местной зимы, в августе, тогда как за прошлое десятилетие озоновые дыры были зафиксированы преимущественно в начале лета, в декабре.

Позднее выяснилось, что озона в атмосфере становится все меньше и меньше в средних и высоких широтах северного полушария зимой-весной (январь-март), особенно над Европой (40 %), США (35 %), Тихим океаном, Европейской частью России (10 %), Восточной Сибирью и Японией (10 %).

Химические источники загрязнения

Чем же вызвано столь серьезные изменения? Появились различные гипотезы происхождения этого уникального природного явления. Некоторые ученые считают, что причину надо искать в системе "Океан - Атмосфера". Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимний-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменение температуры океанской поверхности сказывается на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируя полярные стратосферные облака и тем самым условия для разрушения озона.

Циркуляция в стратосфере за последние двадцать лет могла сильно изменится. Так что основной причиной появления озоновой дыры в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.

Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержание озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена.

По мнению многих исследователей, образование озоновых дыр вызвано влиянием попадающих на эти высоты антропогенных загрязнений.

После многочисленных международных экспедиций в Антарктиде было установлено, что помимо различных физико-географических факторов (циркуляция атмосферы, распределение давления и др.) все же главным является наличие в атмосфере значительного количества синтезированных человеком химических веществ - хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образование окиси хлора, интенсивно разрушающий озон. Продолжительность пребывания хлорфторуглеродов в атмосфере в среднем составляет пятьдесят-двести лет. Они получили широкое распространение в баллончиках с аэрозолями различного назначения, охлаждающей жидкости в холодильниках и кондиционерах, в растворителях (бромистый метил). Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров, применяется в качестве добавки к автомобильному топливу. Следует заметить, что из бромистого метила высвобождается бром, который в тридцать-шестьдесят раз разрушительнее для озона, чем хлор.

К разрушению озонового слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей самолетов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, то есть чем больше мощность двигателя. Важна не только мощность двигателя самолета, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающий озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.

Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в один миллиард тонн. Примерно треть этого количества выбрасывается самолетами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолетов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолетов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонового слоя. Особенно разрушителен для молекул озона свободный хлор. Каждый его атом способен уничтожить 100 тыс. молекул озона. А ведь фреоны, которые широко используются в качестве растворителей для красок и лаков и различного рода аэрозолях, попав в атмосферу, могут существовать там сто лет.

Итак, активную роль в процессах образования и разрушения озона играют фтор, хлор, бром, а также окислы азота, тяжелых металлов. Максимальное производство озоноразрушающих веществ отмечено в 1988 г. Основными производителями явились США - 35 % производимого объема, 40 % - страны ЕЭС, 12 % - Япония, 10 % - Россия. В 1995 г.13,7 мировых озоновых повреждений принадлежало американской компании "Дюпон".

Геологические источники загрязнения

При составлении глобального баланса органической составляющей атмосферы вклад геологических источников обычно не учитывался. Между тем процессы дегазации мантии Земли сопровождаются выделением широкого спектра органических соединений. Так, в пробах газов вулканов о-ва Кунашир и Камчатки идентифицировано около ста органических соединений с длиной цепи до двенадцати углеродных атомов. Источников богатых углеводородами газов являются грязевые вулканы, чаще всего встречающиеся в нефтеносных областях.

Земная кора содержит различные газы в свободном состоянии, сорбированные разными породами и растворённые в воде. Часть этих газов по глубинным разломам и трещинам достигают поверхности Земли и диффундирует в атмосферу. О существовании углеводородного дыхания земной коры говорит повышенное по сравнению с глобальным фоновым содержанием метана в приземном слое воздуха над нефтегазоносными бассейнами.

Можно предположить, что дегазация недр планеты происходит по всей ее поверхности, но наиболее интенсивно по бесчисленным разломам коры. В связи с этим большой интерес представляет изучение спонтанных газов гидротермальных источников в районах сейсмической активности. В результате таких исследований в пробах газов было идентифицировано более шестидесяти неорганических и органических соединений. Последние представлены углеводородами, легколетучими карбонильными соединениями и спиртами, галогенуглеводородами.

Впервые получены данные о присутствии в геологических выделениях летучих галогенуглеводородов представляют наибольший интерес. Они показывают, что концентрации CFCL3 в вулканических газах в 2,5-15 раз больше их содержания в морском воздухе. Для хлороформа и CCl4 эта разница достигла 1,5-2 порядка величины. К сожалению, пока ещё отсутствует надежные данные об этих масштабах геологической эмиссии галогеноуглеводородов, равно как и других ЛОС, включая метан.

Проведенные исследования показали, что в газах вулканов Никарагуа содержится заметные количества HF. Анализ проб воздуха, отобранных из кратера вулкана Масайя, также показали наличие в них фреонов наряду с другими органическими соединениями. Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Эти данные потребовали доказательств того, что обнаруженные фторуглеводороды не имеют антропогенного происхождения. И такие доказательства были получены. Фреоны были обнаружены в пузырьках воздуха антарктического льда возрастом две тысячи лет. Специалистами НАСА было предпринято уникальное исследование воздуха из герметично запаянного свинцового гроба, обнаруженного в штате Мериленд и достоверно датированного семнадцатым веком. В нем также были обнаружены фреоны. Ещё одно подтверждение существования природного источника фреонов было поднято c морского дна. CFCL3 обнаружен в воде, извлеченной в 1982 году с глубины более четырех тысяч метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине четыре тысячи пятьсот метров у берегов Антарктиды.

Южнополярный район, весной 1998 г. озонная дыра достигла рекордной площади - примерно двадцать шесть миллионов квадратных километров, что приблизительно втрое превышает территорию Австралии. В середине августа началось резкое истощение озоносферы, максимум которого наступил 21 сентября. По данным, полученным с зондов, почти полное разрушение озона отмечалось на высотах 14-22 км.

Исследуя это явление совместно с австралийскими коллегами, одна из его первооткрывателей С. Соломон установила, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых иных частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами.

Так, до сих пор способствуют образованию озонных дыр твердые частицы, попавшие в стратосферу еще в 1991 г. при извержении вулкана Пинатубо на Филиппинских о-вах. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору, поступающему в атмосферу с аэрозолями хлорфторуглеводородов, большую эффективность в процессах разрушения ими озоносферы. Химические реакции с участием сульфатных частиц, извергнутых вулканом, значительно ускоряют истощение озона над Южным полушарием Земли: согласно наблюдениям, реакции ускорялись почти на 3 %, и только теперь данный эффект начал исчезать.

загрязнение атмосфера озоновый слой

По мнению исследовательницы, антарктическая озонная дыра и круглогодичное общее истощение земной озоносферы будут продолжаться, пока концентрация хлорфторуглеводородов и галогенов в атмосфере не снизится до уровня 70-х годов. И это может случиться лишь в середине следующего столетия.

Методы борьбы с появлением озоновых дыр

Проблема угрозы озоновому слою привела к заключению одного из первых, жестко обязательных для его участников международных соглашений в сфере охраны окружающей среды, - Венской конвенции по охране озонового слоя, подписанной в 1985 г.

В 1987 г. правительства пятидесяти шести стран подписали Монреальское соглашение о сокращении вдвое производства веществ, разрушающих озоновый слой. Китай и Индия не подписали, а ведь они в настоящее время являются крупными загрязнителями. Соглашения в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене содержат призыв прекратить производство таких веществ. К 1996 г. развитые страны мира прекратили производство фреонов. Развивающиеся страны сделали это к 2010 г. Россия из-за тяжелого экономического положения попросила отсрочку на 3-4 года. Всемирный банк реконструкции и развития финансирует свертывание производства фреона в России. В результате меняется технология многих производств (Невинномысск, Смоленск, и др.).

В США и России начаты работы по активным методам сохранения озонового слоя земли. Эти методы основаны на сложных физико-химических процессах, способствующих либо уменьшению скорости разрушения озона в стратосфере, либо его образованию.

С 1994 г. самолет М-55 "Геофизика" стали использовать при изучении состояния озонового слоя над регионом Москвы. В отличие от спутниковой аппаратуры на М-55 позволяет с большой точностью определять малые химические составляющие и аэрозольные частицы в атмосфере на высоте 22-7 км. Кроме того, "Геофизика" способна совершать так называемый нырок, то есть быстро снижается с максимальных высот до 9-10 км., проводя анализ вертикального среза атмосферы. "Геофизика" может выполнять взлет и посадку не только в тихую погоду, но и при сильном ветре. Воздушное судно способно поднимать в воздух до полутора тонн научной аппаратуры (модернизированный для научных исследований американский U-2 только 640 кг.).

Всеми этими возможностями М-55 заинтересовались ученые сразу из нескольких стран Европы, которые занимаются изучением состояния верхних слоев атмосферы и озоновых дыр. Были организованы три специальные международные экспедиции. На стратосферный самолет М-55 "Геофизика" легли основные работы в ходе этих исследований по изучению верхних слоев воздушного пространства планеты. Первая состоялась в декабре 1996-январе 1997 г. Базой ее стал аэродром в Рованиеми (Финляндия).

Вторая экспедиция (февраль-март 1999г.) работала уже экваториальной зоне и базировалась на Сейшельских островах. В ней использовался также второй самолет "Фалькон", который летал на высотах 8-12 км., что позволило регистрировать параметры атмосферы на различных высотах ("Геофизика" работала на высотах 14-21 км).

Последняя экспедиция работала с середины сентября до середины октября 1999 г. на Огненной Земле. Работа ее была связана с изучением озоновых дыр Антарктиды. Именно над Антарктидой каждую весну появляется самая большая дыра планеты.

Для изучения и составления карт распределения озона над планетой с помощью космодрома Плесецк выведен на орбиту метеорологический спутник "Метеор-4" на котором установлен американский спектрометр. В 1996 г. центральная аэрологическая обсерватория в г. Долгопрудном под Москвой приступила к созданию карт концентрации озона над Россией и некоторыми странами СНГ.

В последние годы ученые многих стран работают над этой проблемой.

Российские физики предложили уничтожить сам источник разрушения озона, организовать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Для этого можно использовать микроволновые пушки, выпускаемые оборонной промышленностью. Предлагается и такой вариант - получить озон искусственно. Для этого уже разработаны методы, которые с помощью электромагнитного излучения, электрических разрядов, лазерного излучения, в результате фотодиссоциации кислорода будут способствовать образованию озона.

Разработано воздействие на стратосферу в районе озоновой дыры в Антарктиде с применение этана и пропана, которые будут связывать атомарный хлор, разрушающий озон, в пассивный хлористый водород. Все это, в конечном счете, даст возможность уничтожить озоновые дыры в околополярных областях и сохранить озоновый экран, а значит, и земную цивилизацию.

Заключение

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем столетии и особенно в последнее время. 5 млрд. наших современников оказывают на природу такое же по масштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила 50 млрд. человек.

Над миром нависла реальная угроза глобального экологического кризиса.

В ряде регионов России к 2013 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на здоровье человека: роль экологии возрастет до 40 %, действие генетического фактора увеличится до 30 %, до 25 % уменьшится возможность поддержания здоровья за счёт образа жизни и до 5 % снизится роль медицины.

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

Озон является аллотропной модификацией кислорода. Его молекула диамогнитна (в отличие от парамагнитной О2), имеет угловую форму.

Характер химических связей в озоне обусловливает его неустойчивость (через определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород)

Окислительное действие озона на органические вещества связанно с образованием радикалов.

Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток.

Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны - 0,0001 мг/литр.

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти км.

Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода.

Больше всего озона в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км, который называют озоновым.

Озон поглощает часть ультрафиолетового излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200-300 нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение.

Летом и весной концентрация озона повышается; над полярными областями она всегда выше, чем над экваториальными. Кроме того, она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности.

Хлор "съедает" и озон, и атомарный кислород за счет протекания довольно быстрых реакций.

Большинство антропогенных источников сконцентрировано в городах.

Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей служит промышленное производство и автомобильный транспорт.

В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности присутствует широкий ассортимент загрязнителей.

Специфика использования фреонов такова, что 95% их количества попадает в атмосферу через 1-2 года после производства. Считают, что почти всё произведённое количество фтортрихлор - и дифтордихлорметана рано или поздно должно поступить в стратосферу и включиться в каталитический цикл разрушения озона.

В выбросах вентиляционных систем жилых домов идентифицировано более сорока токсичных и дурнопахнущих веществ.

Список использованной литературы

1. Глинка Н.Л. Общая химия [Текст] /Н.Л. Глинка - СПб.: Химия, 2004. - 152 с.

. Григорьев А.А. Города и окружающая среда. Космические исследования [Текст] /А.А. Григорьев - М.: Дрофа, 2008. - 678 с.

. Зеленин К.Н. Органические вещества атмосферы [Текст] /К.Н. Зеленин - М.: Дрофа, 2007. - 300 с.

. Лавров С.Б. Глобальная проблема современности [Текст] /С.Б. Лавров - СПб.: Снег, 2000. - 450 с.

. Лиходед В.М. Экология [Текст] /В.М. Лиходед - Ростов н/Д.: Феникс, 2006. - 360 с.

. Никитин Д.П. Окружающая среда и человек [Текст] /Д.П. Никитин - М.: Дрофа. - 150 с.

. Фролов И.Т. Страны и народы: Земля и человечество. Глобальные проблемы [Текст] /И.Т. Фролов - М.: Мысль, 2010. - 236 с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОСИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Больше работ по теме: