Озоновый экран

Сообщение по биологии

Озоновый экран

ученицы 10 класса

средней школы №24

Архаровой Надежды

Озоновый экран

Озоновый слой -- часть атмосферы Земли, располагающаяся на высоте 20-25 км (на высотах от 7-8 км на полюсах, 17-18 км на экваторе и примерно до 50 километров над земной поверхностью, гуще всего озон в слое 22 - 24 км над Землей). Эта воздушная оболочка состоит из химической разновидности кислорода -- озона. Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м?) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и надежно защищает все живое на нашей планете от губительного ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не озоновый экран Земли, человеку было бы опасно находиться под солнечными лучами, так как ультрафиолет вызывает у людей опасные заболевания. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте 20 км, наибольшая часть в общем объёме -- на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

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. 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 поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.

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.

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" (следует уяснить: озоновая дыра, вопреки своему названию, -- это не брешь в атмосфере; молекула озона отличается от обычной молекулы кислорода тем, что состоит не из двух, а из трех атомов кислорода, соединенных друг с другом).

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 озоноразрушающих веществ. Однако озоновый слой разрушает также реактивная авиация и некоторые пуски космических ракет.

Предполагается множество причин ослабления озонового щита:

Во-первых, 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, окислители азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

В-четвертых, 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.

В 1974 году американские ученые Марио Молина и Шепвуд Роулэнд впервые предположили, что причина постепенного истощения защитного слоя Земли -- в хозяйственной деятельности человека. Газ фреон, который широко используется при производстве холодильников, кондиционеров и дезодорантов, поднимаясь в атмосферу, разрушает озоновый экран.В 1984 английский исследователь Д. Ч. Фарман обнаружил над Антарктидой разрыв озонового слоя, подтвердив теорию американских коллег.

В 1985 году британские ученые, работавшие на Южном полюсе, обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшалось -- иногда в большей степени, иногда в меньшей. Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры появлялись также над Северным полюсом -- во время арктической весны.

В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула хлора состоит из двух соединенных атомов хлора). Когда появляется солнце и начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород, протекающих по следующей двойной схеме:

Cl + O₃ --> ClO + O₂ и ClO + O --> Cl + O₂

В результате этих реакций молекулы озона (O₃) превращаются в молекулы кислорода (O₂), причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под действием других химических реакций). Вследствие этой цепочки превращений озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру. Однако вскоре, с потеплением, антарктические вихри разрушаются, свежий воздух (содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.

Возникновение озоновой дыры -- первая экологическая проблема, которая поставила под угрозу жизнь на Земле. Необходимо было действовать сообща, жертвуя материальной выгодой и сиюминутными интересами. В итоге в 1987 году многие страны мира подписали Монреальский протокол. В документе были перечислены самые опасные фреоны, и страны обязались снизить их выпуск. В 1990 году в Лондоне в протокол внесли поправку. Было решено к 1995 году снизить производство фреонов вдвое, а к 2000 году прекратить совсем. Сегодня ученые верят, что лет через пятьдесят озоновый слой восстановится полностью

Ученые подсчитали, что уже имеющиеся в атмосфере фреоны будут еще в течение 100 лет разрушать озоновый слой планеты. В 1991 появилась еще одна дыра -- над Северным полушарием. Она распространилась над населенными районами Северной Америки, Европы и Азии.

Сейчас за состоянием озонового экрана Земли непрерывно следят ученые всего мира. Для этого используются и космические спутники, и специальные самолеты-лаборатории. Разработаны и выпускаются экологически безопасные фреоны и их заменители. Но озоновый слой по-прежнему находится в критическом состоянии: требуются десятилетия, чтобы он начал возвращаться в свое естественное состояние.