Разрушение озонового слоя Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разрушение озонового слоя Земли

Содержание

Введение

1. Определение озона

2. Причины возникновения "озоновых дыр"

3. Основные гипотезы разрушения озонового слоя

4. Экологические и медико-биологические последствия разрушения озонового слоя

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В ХХI в. среди многих глобальных экологических проблем биосферы остается весьма актуальной проблема разрушения озонового слоя и связанного с этим усиления биологически опасной ультрафиолетовой радиации на земной поверхности. Это в дальнейшем может перерасти в необратимую, губительную для человечества катастрофу. В последние десятилетия многочисленными исследованиями установлена устойчивая тенденция к уменьшению содержания озона в атмосфере. По данным Всемирной организации здравоохранения(ВОЗ),каждое уменьшение содержания в атмосфере озона на 1%(и соответственно рост УФ-излучения на 2%) приводит к 5%-ному увеличению числа онкологических заболеваний.

Современная кислородная атмосфера Земли - уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта её особенность связана с наличием на нашей планете жизни.

Проблема экологии для людей сейчас, несомненно, самая главная. На реальность экологической катастрофы указывает разрушение озонного слоя Земли. Озон - трехатомная форма кислорода, образуется в верхних слоях атмосферы под действием жесткого (коротковолнового) ультрафиолетового излучения Солнца.

Сегодня озон беспокоит всех, даже тех, кто раньше не подозревал о существовании озонного слоя в атмосфере, а считал только, что запах озона является признаком свежего воздуха. (Недаром озон в переводе с греческого означает ''запах''.) Этот интерес понятен - речь идёт о будущем всей биосферы Земли, в том числе и самого человека. В настоящее время назрела необходимость принять определённые обязательные для всех решения, которые позволили бы сохранить озонный слой. Но чтобы эти решения были правильны, нужна полная информация о тех факторах, которые изменяют количество озона в атмосфере Земли, а также о свойствах озона, о том, как именно он реагирует на эти факторы. Поэтому выбранную мною тему считаю актуальной и необходимой для рассмотрения.

1. Определение озона

Известно, озон (Oз)- модификация кислорода- обладает большой химической реактивностью и токсичностью. Озон образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере. Озоновый слой (озоновый экран, озоносфера) располагается в атмосфере на высоте 10-15км с максимумом концентрации озона на высоте 20-25км. Озоновый экран задерживает проникновение к земной поверхности наиболее жестокого УФ-излучения (длина волны 200-320нм), губительного для всего живого. Однако в результате антропогенных воздействий озоновый "зонтик" прохудился и в нем стали появляться озоновые дыры с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона.

2. Причины возникновения "озоновых дыр"

Озоновые (озонные) дыры являются лишь частью сложной экологической проблемы истощения озонового слоя Земли. В начале 1980-х гг. было отмечено снижение общего содержания озона в атмосфере над районом научных станций в Антарктиде. Так, в октябре 1985г. появились сообщения о том, что концентрация озона в стратосфере над английской станцией Халли-Бей уменьшилась на 40% от ее минимальных значений, а над японской - почти в 2 раза. Это явление и получило нащивание "озоновой дыры". Значительных размеров озоновые дыры над Антарктидой возникали весной 1987,1992,1997 гг., когда фиксировалось снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО) на 40 - 60%. Весной 1998 г. озоновая дыра над Антарктидой достигла рекордной площади - 26 млн кв. км (в 3 раза больше территории Австралии). А на высоте 14 - 25 км в атмосфере произошло почти полное разрушение озона.

Аналогичные явления отмечались и в Арктике (особенно с весны 1986г.),но размеры озоновой дыры здесь были почти в 2 раза меньше,чем над Антарктикой. В марте 1995г. озоновый слой Арктики был истощен примерно на 50%,причем сформировались "мини-дыры" над северными районами Канады и Скандинавским полуостровом, Шотландскими островами (Великобритания).

В настоящее время в мире имеются около 120 озонометрических станций, в том числе 40 появились с 60-х гг. ХХ в. на территории России. Данные наблюдений наземных станций свидетельствуют, что в 1997 г. практически над всей контролируемой территорией России отмечалось спокойное состояние общего содержания озона.

Для выяснения причин возникновения мощных озоновых дыр именно в околополюсных пространствах в конце ХХ в. были проведены исследования (с применением летающих самолетов-лабораторий) озонового слоя над Антарктидой и Арктикой. Установлено, что, помимо антропогенных факторов(выбросов в атмосферу фреонов, оксидов азота, метилбромида и др.), значительную роль играют природные воздействия. Так, весной 1997 г. в некоторых районах Арктики фиксировалось падение содержания озона в атмосфере до 60%. Причем на протяжении ряда лет темпы истощения озоносферы над Арктикой нарастали даже в условиях, когда концентрация хлорфторуглеродов (ХФУ), или фреонов, в ней оставалось постоянной. По данным норвежского ученого К.Хенриксена, в течение последнего десятилетия в нижних слоях арктической стратосферы формировалась все расширяющаяся воронка холодного воздуха. Она создавала идеальные условия для разрушения молекул озона, которое происходит в основном при весьма низкой температуре (около -80*С). Аналогичная воронка над Антарктидой - причина возникновения озоновых дыр. Таким образом, причиной озоноразрушительного процесса в высоких широтах (Арктика, Антарктида) могут служить в большей степени именно природные воздействия.

Гипотезы разрушения озонового слоя.

Многочисленные международные экспедиции по изучению озоновых дыр в Антарктиде и Арктике установили, что, помимо различных природных факторов, все же основным является наличие в атмосфере значительного количества ХФУ (фреонов). Однако в последние годы появились новые сведения как по антропогенным, так и по природным факторам, способствующим разрушению озонового слоя Земли.

1.Антропогенная гипотеза.

В 1995 г. ученые - химики Шервуд Роуланд и Марио Молина из Калифорнийского университета в Беркли (США) и ПольКрутцен из Германии были удостоены Нобелевской премии за научную гипотезу, выдвинутую ими еще два десятилетия назад - в 1974 г. Ученые сделали открытие в области химии атмосферы в частности процессов образования и разрушения "озонового слоя". Они пришли к выводу , что под действием солнечных лучей синтетические углеводороды (ХФУ,галоны и др.) разлагаются с выделением атомарного хлора и брома, разрушающего озон в атмосфере.

Фреоны (хлорфторуглероды)- высоколетучие ,химически инертные у земной поверхности вещества(синтезированы в 1930-х гг.), с 1960-х гг. стали широко применяться в качестве хдадагентов(холоры),пенообразователей аэрозолей и др. Фреоны, поднимаясь в верхние слоя атмосферы, подтвергаются фотохимическому разложению, образуя окись хлора, интенсивно разрушающая озон. Продолжительность пребывания фреонов в атмосфере составляет в среднем 50-200лет. В настоящее время в мире производится более 1,4 млн т фреонов, в том числе на страны ЕЭС приходится 40%,США-35, Японию-12 и Россию-8%.

Другая группа химических веществ, разрушающих озоновый слой, имеет название галоны, включающие фтор, хлор и йод, причем во многих странах они используются в качестве средств пожаротушения.

В России максимум производства озоноразрушающих веществ (ОРВ) приходится на 1990 г. - 197,5 тыс. т, причем 59% из них использованы внутри страны,а уже в 1996 г. этот показатель составил 32,4 % или 15,4 тыс. т).

Подсчитано, что разовая заправка всего парка действующего в нашей стране холодильного оборудования требует 30-35тыс. т фреонов [5].

Разрушению озона в стратосфере помимо ХФУ и галонов способствуют и другие химические соединения, такие как тетрахлорметан, метилхлорформ, метилбромид и др. Причем особую опасность представляет метилбромид, который в атмосфере разрушает озона в 60 раз больше, чем хлорсодержащие фреоны.

В последние годы промышленно развитые страны стали широко применять метилбромид в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями овощей и плодов (Испания, Греция, Италия), в составе средств пожаротушения, добавок к средствам дезинфекции и др. Ежегодно увеличивается производство метилбромида на 5 - 6 %,причем более 80% дают страны ЕЭС,США. Это токсичное химическое вещество не только существенно разрушает озоновый слой, но и является весьма вредным для здоровья человека . Так, в Нидерландах запретили использование метилбромида из-за отравления людей питьевой водой, в которую этот компонент попал со сточными водами.

Еще одним из антропогенных факторов разрушения озонового слоя Земли являются выбросы сверхзвуковых самолетов и космических аппаратов. Впервые гипотеза о значительном воздействии выхлопных газов авиационных двигателей на атмосфере была высказана в 1971 г. американским химиком Г.Джонстоном. Он предположил, что оксиды азота, содержащиеся в выбросах большого количества сверхзвуковых транспортных самолетов, могут вызвать уменьшение содержания озона в атмосфере . Это было подтверждено исследованиями последних лет. В частности, в нижней стратосфере (на высоте 20 - 25 км),где располагается зона полетов сверхзвуковой авиации , озон действительно разрушается в результате увеличения концентрации оксидов азота [Природа,2001,№5].Тем более что в конце ХХ в. объем пассажирских перевозок в мире ежегодно возрастал в среднем на 5% и, следовательно, увеличивались выбросы продуктов сгорания в атмосфере на 3,5-4,5%. Такие темпы роста ожидаются и в первые десятилетия ХХI в. Подсчитано, что двигатель сверхзвукового самолета производит около 50г оксидов азота на 1 кг использованного топлива. В продуктах сгорания авиационных двигателей, кроме оксидов азота и углерода, содержится значительное количество азотной кислоты, сернистых соединений и частиц сажи, также оказывающих разрушительное воздействие на озоновый слой. Положение усугубляется еще и тем, что сверхзвуковые самолеты движутся на высотах, где концентрация стратосферного озона максимальна.

Помимо сверзвуковых самолетов, оказывающих негативное воздействие на озоновый слой нашей планеты, имеют существенное значение космические аппараты (сейчас в мире более 400 действующих спутников). Установлено, что в продуктах выбросов жидкостных ("Протон", Россия) и твердотопливных ("Шаттл", США) спутников содержится хлор, разрушающий стратосферный озон. Так, один запуск американского космического корабля типа "Шаттл" приводит к гашению 10 млн. т озона. Ракета "Энергия" при 12-залповом пуске через 24 дня уменьшает содержание озона до 7% в пределах вертикального столба атмосферы (диаметром 550 км). Поэтому в США интенсивно ведутся разработки нового экологически чистого ракетного топлива, в состав которого входят перекись водорода (H2O2) и спирт (катализатор), в результате распада первого компонента на воду и атомарный кислород выделяется энергия.

Итак, приведенные данные показывают, что с каждым годом увеличивается количество антропогенных факторов (фреоны, метилбромид, сверхзвуковые самолеты , космические аппараты и др.), способствующих разрушению озонового слоя Земли. Однако одновременно имеются интересные дополнения и к естественным причинам, способствующим истощению слоя озона и возникновению озоновых дыр в околополярных пространствах.

2.Геологическая (эндогенная)гипотеза.

Ряд исследователей, не отрицая роль антропогенных (или техногенных) факторов разрушения озонового слоя Земли, предположили геологическую (эндогенную) гипотезу (В.Л.Сывороткин, А.А.Маракушев и др.). Они считают ,что возникновение озоновых дыр связано с определенными геологическими структурами- рифтовыми зонами, которые опоясывают Антарктиду. В этих зонах идет интенсивное выделение водородных флюидов с примесью углеродных и галогенных газов, серы, рудных металлов[4,8]. По мере подъема флюидов, падения температуры и при участии кислорода происходит реакция, которая ведет к образованию воды. Так, в околополюсных пространствах формируются так называемые ледяные облака, способствующие разрушению озонового слоя. Значит, в формировании стратосферных облаков азотно-водного льда существенную роль играют водно-водородные струи, восходящие из земных недр(Эндогенный фактор).

3. Основные гипотезы разрушения озонового слоя

Антропогенные воздействия не являются единственной причиной изменений атмосферного озона. На основе исследований Центральной аэрологической обсерватории России установлено, что в озоновом слое (на высоте 10-25 км) главную роль в сезонных и более длительных изменениях концентрации озона играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяется химическим составом атмосферы и долговременными (с периодом более 10 лет) вариациями процесса переноса [3].Причем озон разрушается в основном веществами, содержащими хлор (фреоны,галоны), реакции протекают на поверхности сильно охлажденных полярных стратосферных облаков. Это и способствует возникновению озоновых дыр, имеющих максимальные размеры именно в Антарктиде, поэтому такие облака здесь образуются значительно реже.

Недавно американские ученые в лабораторных условиях воспроизвели условия формирования озоновых дыр над Антарктидой, создав химические условия (хлорнитрит, лед, серная и азотная кислоты) стратосферной облачности (на высоте 15 - 45 км), где температура воздуха достигает от -60 до -90 градусов Цельсия. В результате химических реакций образовалось активное соединение - окись хлора, обладающая повышенной способностью разлагать молекулы озона. Непременным условием этой реакции служит наличие сильно охлажденных стратосферных облаков. Все это и способствует формированию "озоновых дыр" в высоких широтах околополярных пространств.

4. Экологические и медико-биологические последствия разрушения озонового слоя

Значительное снижение уровня стратосферного озона приводит к возрастанию ультрафиолетового излучения, что негативно воздействует на биосферу Земли и особенно на живые организмы, включая человека. Установлено, что снижение содержания озона в атмосфере может способствовать усилению парникового эффекта более существенно, чем увеличение концентрации диоксида углерода. Подсчитано, что за счет снижения концентрации озона в стратосфере всего на 1% в ближайшие десятилетие на земную поверхность будет дополнительно попадать солнечное излучение мощностью 14Вт/м кв [7]. Все это приведет к существенному усилению неблагоприятных экологических и социально-экономических последствий глобального потепления климата нашей планеты. Прогнозные оценки показывают, что при сохранении нынешних темпов убыли озона в 30-х гг. XXI в. Может разразиться экологическая катастрофа, которая значительно осложнит существование современной цивилизации.

Результаты исследований российских (Институт медико-биологических проблем) и зарубежных ученых ряда стран (США,Германия,Великобретания и др.) позволили выяснить негативные последствия избытка УФ-излучения на различные живые организмы. УФ-В-излучение (длина волны 280-320 нм)- средневолновая часть спектра поглощается озоновым слоем,его биологическая активность велика и поэтому влияние этого типа излучения наиболее опаяна для растений и животных.

На водные экосистемы приходиться огромный суммарный поток УФ-В-излучения, которые особенно губителен для микроорганизмов прибрежных водах,в частности он ингибирует фотосинтез у фитопланктона,а также снижает его продуктивность. Аналогичное воздействие испытывает зоопланктон. Так , сотрудники Калифорнийского университета(США) в море Беллинсгаунзена( Антарктида) в зоне озоновой дыры провели исследование по влиянию избытка УФ-излучения на фитопланктон. Было установлено, что усиление дозы УФ-излучения снижало общую продуктивность фитопланктона на 6-12%. Это может нарушить биологическое равновесие и разорвать пищевую цепь ( фито-и зоопланктон-криль-рыба-пингвины и др.),т.е. поставит под угрозу всю экосистему Антрактики. У анчоусов (рыбы семейства сельдевых) при 20%-ном увеличении УФ-излучения в течение 15 дней погибли все личинки в 10-метровом слое воды. Взрослые рыбы более резистентны к действию УФ-излучения,чем их личинки. Однако снижение продуктивности планктона, являющегося начальным этапом пищевых ( трафических) цепей для многих рыб, может в конечном счете снизить рыбопродуктивность океана. По зарубежным данным, исчезновение последние годы нескольких видов земноводных связано с тем, что они из-за уникальной структуры кожного покрова значительно быстрее других представителей фауны реагируют на усиление потока УФ-излучения(Экология и жизнь,2001,№3).

Растения и животные наземных экосистем также весьма чувствительны к УФ-излучения (типа В), которое препятствует нормальным иммунным реакциям не только в кожном, но и в других частях организма. Особенно опасно влияние избытка ультрафиолета на структуры и взаимосвязь в молекулах ДНК. Ведь вмешательство в процессы обмена веществ в живых предках непременно приведет к негативным генетическим последствиям. Так , возрастание УФ-излучения ослабляет иммунную защиту живых организмов. Что в конечном счете вызывает повышенную чувствительность к инфекционным заболеваниям. Отрицательно воздействует избыток УФ-излучения на домашних животных (свиней,кошек,собак и др.),особенно светлоокрашенных особей.

Считают, что наземные растения менее чувствительны к УФ-излучения ,чем фитопланктон. Однако некоторые растения из семейства тыквенных (огурцы, тыква, дыни) и бобовых (горох, соевые бобы) обладают наименьшей устойчивостью к избытку ультрафиолета. После обучения некоторых растений УФ-излучением нарушался рост, уменьшалась общая площадь листа и их количество,снижалась продуктивность и др.[1]. Также установлено, что избыток УФ-излучения способен разрушать популяции наземных микроорганизмов. Таким образом ,под воздействием сильного УФ-излучения в морях гибнут планктон и рыба, на материках- мхи и лишайники, возрастает количество инфекционных заболеваний у животных, снижается урожайность бобовых и зерновых культур и т.д.

Под воздействие ВОЗ, возрастание УФ-излучения приводит к тому,что в мире ежегодно фиксируется более 2 млн случаев кожных раковых опухолей и около 200 тыс. меланомных раков кожи. Расчеты показали, что снижение содержания озона в стратосфере на 10% вызовет дополнительное появление в мире более 300 тыс. больных различными видами рака кожи. В мире ежегодно 16 млн. человек теряют зрение из развития катаракты, причем более 20% из них - под воздействием избытка ультрафиолета. Эксперты ООО подсчитали, что уменьшение количества озона в стратосфере на 1% приводит к увеличению числа больных катаракты на 0,5%.

У человека наиболее чувствительными к избытку УФ-излучения являются глаза , кожа и иммунная система. Наружном слое кожи человека и животных избыток ультрафиолета приводит к деградации витамина Д, который играет важную роль в кальций-фосфорном обмене в организме. Это вызывает нарушение деления, возникновение мутации и гибель клеток,что приводит к образованию злокачественных опухолей кожи. Причем при длительных воздействиях УФ-излучения происходит преждевременное старение кожи, которое можно рассматривать как предраковое состояние. Отрицательное воздействие излучение оказывает на органы зрения, вызывая катаракту, дегенерацию роговины и сетчатки. Избыток УФ-излучения нарушает иммунную защиту организма, способствуя появлению таких заболеваний у человека, волчанка (туберкулез кожи), рожа, оспа, вирусный герпес и др. Все это показывает, на сколько опасна для человеческой цивилизации проблема разрушения озонового пояса нашей планеты.

Заключение

Каждый может извлечь много уроков из озоновой истории, в зависимости от его темперамента и политических убеждений. Вот выводы, которые сделала я. биосфера биологический ультрафиолетовый катастрофа

* Политики могут объединиться на международной основе, чтобы не дать человеческой деятельности выйти за пределы земли.

* Людям и государствам не обязательно становиться святыми для того, чтобы наладить эффективное международное сотрудничество по сложным проблемам. Для начала активных действий не обязательно полное знание предмета или научные доказательства.

* Для решения глобальных проблем вовсе не обязательно создавать "всемирное правительство", но необходимо глобальное научное сотрудничество, глобальная информационная система, международный форум, который мог бы вырабатывать специальные соглашения.

* Ученые, технологи, политики, предприниматели и потребители в случае необходимости могут реагировать достаточно быстро, но не моментально.

* Если понимание проблемы не является полным, принятие соглашений в области охраны окружающей среды следует подходить гибко и регулярно их пересматривать. Необходим постоянный мониторинг, позволяющий получать данные о состоянии окружающей среды.

* Все главные действующие лица, соглашения по озоновому слою сыграли и будут играть важную роль.

Список использованной литературы

1. Белоусов В.В. Последствия разрушения озонового слоя для биосферы//Изв.Ан.СССР Сер.биол.-1991.-№2-с.242-254.

2. Брандт Э.Конец эры хлорфторуглеродов//Химические технологии.-1994.-№11-с.12-14.

3. Жадин Е.А.Озоновые дыры: новый взгляд//Экология и жизнь.-1999.-№4-с.41-43.

4. Маракушев А.А.Необходимо ли заменять хладагенты?//Вестник РАН-1998.-т.68-№9.-с.813-816

5. Соловьянов А.А.Озоновый кризис и Монреальский протокол//В сб.:Россия в окружающем мире.-1998(Аналитический ежегодник).-М.:Изд-во МНЭПУ,1998,-с.67-81.

6. Старик А.М., Фаворский О.Н. и др.Как восстановить озоновый слой Земли//Вестник РАН. -1993-т.63.-№12.-с.1082-1089.

7. Сухнев В.А., Шувалов В.А.Человечество в опасности //Экология и промышленность в России. -2000.-Октябрь.-с.43-46.

8. Сывороткин В.Л.Дегазация Земли и разрушение озонового слоя//Природа.-1993.№9-с.35-45.

Размещено на Allbest.ru