Озоновый слой, его современное состояние

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Челябинский государственный университет»

Кафедра биоэкологии

Курсовая работа

Озоновый слой, его современное состояние

Студента:

группы БЭ-201(1)

Учкиной Е.С.

Научный руководитель:

к.б.н. Дерябина Л.В.

Челябинск 2012



Содержание

Введение

1. Основные понятия, связанные с озоновым слоем

2. Изменения озонового слоя атмосферы

2.1 Изменения основных характеристик озонового слоя

2.2 «Озоновая дыра» и ее динамика

2.3 Причины сокращения озонового слоя

3. Последствия негативных изменений озонового слоя

4. Меры по борьбе с нарушением озонового слоя

Заключение

Выводы

Список использованной литературы



Введение

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

В настоящее время практически каждый человек не понаслышке знает об основных экологических проблемах, поскольку их последствия уже ощутимы или по прогнозам будут в недалеком будущем. Причин много и большинство из них связаны с деятельностью человека. Одной из актуальных экологических проблем на сегодняшний день является сокращение озонового слоя и появление озоновых дыр. Стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В. Разрушение озонового слоя ведет к учащению случаев рака кожи, катаракты и ослабления иммунитета. Избыточное облучение ультрафиолетом ведет к увеличению случаев меланомы, наиболее опасного вида рака кожи. С 1990 года риск развития меланомы более чем удвоился.

Целью данной работы является изучение современного состояния озонового слоя атмосферы Земли. В связи с целью работы поставлен ряд задач:

1. Рассмотреть основные понятия, связанные с озоновым слоем атмосферы.

2. Оценить изменения характеристик озонового слоя и выявить их причины.

3. Оценить возможные последствия негативных изменений озонового слоя.

4. Дать обзор принятых мер по борьбе с нарушением озонового слоя.



1. Основные понятия, связанные с озоновым слоем

Озоновый слой - это тонкий газовый слой в стратосфере (от 10 км и выше от поверхности Земли), который защищает поверхность Земли от разрушительного эффекта солнечных ультрафиолетовых лучей.[9]

Озон образуется в верхних слоях стратосферы (около 90%) и в нижних слоях мезосферы в результате протекания следующих реакций:

O2+ hv (=240 нм) = O +O,

O2 + O + M, где M - различные составляющие атмосферы, например кислород или азот.[2]

С точки зрения различных функций и свойств озон можно условно разделить на «плохой» и «хороший». Приземный («плохой») озон является опаснейшим загрязнителем и при высоких концентрациях уничтожает все живое и неживое (автомобильная резина, например, превращается в труху). Это один из главных опасных компонентов фотосмога. «Хороший» озон защищает все живое от опасного ультрафиолетового излучения. [14]

Первые систематические исследования возможного антропогенного влияния на стратосферный озон были проведены в 70-е годы и показали, что развитие промышленности и в первую очередь химической привело к производству и выбросу в атмосферу такого количества загрязняющих веществ, которое сравнимо с содержанием компонентов природного происхождения. В связи с этим стала очевидной необходимость знать, к каким последствиям для озоносферы это может привести. В то же время исследования показали, что уменьшение содержания озона в атмосфере приведет к увеличению интенсивности биологически активного ультрафиолетового солнечного излучения.[1]

С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Точное определение в 1913 г.[5] Коэффициента поглощения озона в ультрафиолетовой области спектра позволило Фабри и Бюиссону провести в 1920г. первые надежные измерения общего содержания озона. Создание мировой озонометрической сети в середине 30-х годов позволило получить приближенное представление о географическом распределении озона, об его сезонном ходе и о пространственно-временной изменчивости.[1]

Общее содержание озона иногда выражают как число молекул, получаемое в результате суммирования по всем широтам, долготам и высотам. На сегодняшний день это количество приблизительно равно 4* молекул озона. Наиболее распространенной количественной оценкой состояния озона в атмосфере является толщина озонового слоя. Эта величина колеблется от 2,5 до 5 относительных мм. в зависимости от сезона, широты и долготы. Области с уменьшенным содержанием на 40 - 50% озона в атмосфере называют «озоновыми дырами».[12]

Если гипотетически сжать озоновый слой, то получится оболочка всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.[15]



2. Изменения озонового слоя атмосферы

озоновый слой антропогенный атмосфера

2.1 Измерения основных характеристик озонового слоя

Утоньшение озонового слоя начали фиксировать в 70-х годах.

Химические свойства озона были изучены еще в ХIХ веке, и последние 100 лет его присутствие в атмосфере количественно измеряется. Систематические наблюдения за его слоем начались в 1957 г., когда ученые десятков стран объединились с целью изучения тайн Земли в рамках Международного Геофизического года. Этот год был знаменателен еще и тем, что с него началась космическая эра, В дальнейшем наблюдения за озоновым слоем стали вестись со спутников, а вскоре - с пилотируемых космических кораблей и станций. Оказалось, что с 57 до 62 года озоновый слой утоньшался. [19]

В 1974 году Ш. Роулендом и М. Молином было открыто разрушительное действие хлорфторуглеродных соединений (ХФУ) на стратосферный озон. За открытия в этой области в 1996 г. им присуждена Нобелевская премия. С тех пор не раз предпринимались попытки ограничить выброс ХФУ в атмосферу и, тем не менее сейчас во всем мире ежегодно производится около миллиона тонн газообразных веществ, способных разрушить озоновый слой. ХФУ, часто встречающиеся в быту и в промышленном производстве, - это пропелленты в аэрозольных упаковках, хладоагенты (фреоны) в холодильниках и кондиционерах. Они применяются и при производстве вспененного полиуретана, и при чистке электронной техники.

Постепенно ХФУ поднимаются в верхний слой атмосферы и разрушают озоновый слой, спасающий все живое от губительного воздействия ультрафиолета. Время жизни двух самых опасных фреонов - Ф-11 и Ф-12 - от 70 до 100 лет. Этого вполне достаточно, чтобы в ближайшее время ощутить на себе последствия сегодняшней экологической неграмотности. Если сохранятся современные темпы выброса ХФУ в атмосферу, то в ближайшие 70 лет количество стратосферного озона уменьшится на 90%.

ХФУ - высокостабильные соединения и поскольку они не поглощают солнечное излучение с большой длинной волны, они не могут подвергнуться его воздействию в нижних слоях атмосферы, но, преодолев защитный слой, понимаются вверх по атмосфере и коротковолновое излучение высвобождает из них атомы свободного хлора. Свободные атомы хлора затем вступают в реакцию с озоном:

Cl + O3 = ClO + O2,

ClO + O = Cl + O2.

Таким образом, разложение ХФУ солнечным излучением создает каталитическую цепную реакцию, согласно которой один атом хлора способен разрушить до 100 000 молекул озона. Канцерогенным является УФ-излучение с длинной волны короче 320 нм. Ожидается, что каждый процент сокращения озонового слоя повлечет за собой увеличение числа случаев заболевания раком кожи на 5 - 6%.[12]

По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками ХФУ являются США - 30, 85%; Япония - 12,42; Великобритания - 8, 62 и Россия - 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн км2, Япония - 3 млн км2, что в семь раз больше, чем площадь самой Японии.[11]

С 1962 г. количество стратосферного озона вновь стало расти. Чем обусловлен спад 60-го года - до сих пор не известно. Одна из гипотез связывает этот процесс с интенсивно проводимыми в те годы атомными испытаниями. Действительно, при мощном стратосферном взрыве образуется множество свободных ионов, которые в ходе химических реакций могут превращать озон в двухатомный кислород, Однако, все эти рассуждения носят лишь гипотетический характер. С фреонами события 60-го года точно не связаны, потому что тогда их производилось немного. После 1962 года озоновый слой был относительно стабилен.[19]

Анализ данных общего содержания озона подтвердил тенденцию уменьшения атмосферного озона, отмеченную в обзорах Всемирной метеорологической организации еще в 1995 года. С 1979 года по настоящее время годовое содержание озона понизилось на 4-5% глобально и примерно на 7% в средних широтах обоих полушарий. В последние десятилетия значительное уменьшение содержания озона, ранее наблюдавшееся в основном над Антарктидой, стало заметно проявляться в районах Арктики и в прилегающих к ним районах Северного полушария.

Исследовательские работы, проведенные в последнее время российскими учёными, установили, что если в период 1979-1993 г.г. происходило уменьшение среднегодового содержания озона, то в дальнейшем ситуация стабилизировалась.[17]

Исследования вертикального распределения озона в зимне-весенний период проводятся регулярно в Якутске и Салехарде. Результаты исследований показали, что зимой 1999/2000 г. в Северном полушарии наблюдалось чрезвычайно низкое содержание озона в стратосфере. Общее содержание озона, наблюдаемое на станциях Салехард и Якутск в январе 2000 г., было устойчивым. В Салехарде среднеквадратическое отклонение от среднего общего содержания озона в январе составляло 13 единиц Добстона, т. е. было чрезвычайно малым. Наблюдаемый дефицит среднемесячного общего содержания озона по данным измерений на станциях Якутск и Салехард в феврале и марте 2000 г. составлял 10 - 15% климатической нормы. [21]

Озоновый слой в небе над Грецией уменьшился с 1991 г. по 1995 г. на 10%, что означает увеличение воздействия солнечного ультрафиолетового излучения на 17%. Разрежение озонового слоя над Грецией зимой 1994-1995 гг. было на 5-10% больше, чем ожидалось. [15]

В графике (Рис 1.) представлены изменения содержания озона с 1978 по 1994 гг. Содержание озона представлено в DU. Измерения проводились в разные годы в интервале 15 сентября - 15 октября с помощью спутников TOMS/Метеор-3. [3]

Рис. 1 Измерение общего содержания озона по годам

В России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на 3% в летнее. По мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн человек.[11]

Если так будет продолжаться и дальше, то уже к середине XXI века человечество может оказаться на пороге глобальной экологической катастрофы с непредсказуемыми тяжелыми последствиями. [15]



2.2 Явление «озоновая дыра» и ее динамика

Первое сообщение об измеренном на английской антарктической станции Хелли-Бей существенном с конца 70-х годов уменьшении среднего общего содержания озона весной (в сентябре - октябре) появилось в мае 1985 г. и послужило началом быстрого развития исследований этого явления.[1]

Принято считать, что озоновые дыры образуются из за воздействия ОРВ, выбрасываемых в атмосферу. Но, будучи тяжелыми газами, попасть туда они не могут, да и действие их должно было бы проявляться прежде всего над местами выбросов, т. е. над мегаполисами и промышленными зонами. Однако чаще всего озоновые дыры регистрируют над Антарктидой (Рис 2.), реже над Арктикой и безлюдными территориями Сибири.

Рис. 2 Озоновая дыра над Антарктикой в сентябре 2006 г.

Жесткий ультрафиолет, попадая на молекулу кислорода, разбивает ее на атомы, что предопределяет образование озона. Аналогичная история происходит и с молекулами воды в верхних слоях атмосферы, только распадаются они на молекулы водорода и атомарный кислород, т.е. опять-таки порождают озон. Чтобы процесс разложения молекул воды шел, необходимо сырье (вода) и энергия (ультрафиолет). И с тем, и с другим в Антарктиде, особенно зимой плохо. Полярная ночь означает большой дефицит ультрафиолета. Мороз, отсутствие открытой воды минимизируют испарение, высокое давление препятствует притоку влажного воздуха с океана, что вызывает образование области с очень сухим воздухом. Сочетание этих факторов и вызывает появление устойчивой озоновой дыры, существующей до тех пор, пока массив сухого воздуха не смешается с влажным океаническим. Воздушные потоки в верхних слоях атмосферы могут переносить его в экваториальные области и даже в другое полушарие. Аналогичная ситуация в Арктике, но там климат более мягкий, поэтому дыры меньше и образуются реже. [4]

По данным российских ученых, озоновые дыры над полюсами планеты создают газы, законсервированные в вечной мерзлоте. Когда наступает лето, нагревшиеся морские волны растопляют у берега вечную мерзлоту и «съедают» сушу со скоростью 5-7 м за сезон. За несколько лет эти расстояния значительно увеличиваются. При этом, разрушающаяся вечная мерзлота отдает «законсервированные» в ней органические вещества, причем с большой скоростью - в 10-20 раз быстрее, чем они выделяются в зимнее время. Происходит буквально фонтанный выброс в атмосферу, в частности двуокиси углерода. Скапливаясь над побережьем шельфа, двуокись углерода еще и ускоряет таяние вечной мерзлоты, способствует выбросу других веществ, в том числе метана.

При таянии вечной мерзлоты выделяется большое количество активных веществ, так называемых радикалов, которые, поднимаются на большую высоту и разрушают озоновый слой. Мерзлота выделяет радикалы только на полюсах. И разрушение озонового слоя шло бы гораздо интенсивнее, если бы на пути гидроксильных радикалов не встал бы метан. При недостатке кислорода вследствие парникового эффекта метан окисляется, забирая на себя радикалы, и замедляет разрушение озонового слоя.

С одной стороны, метан усиливает вредный парниковый эффект, с другой - спасает от разрушения озоновый слой. Поэтому озоновые дыры часто меняют размеры, могут появляться и исчезать.

В графике (Рис 3.) представлены изменения площади озоновой дыры с 1978 по 1994 гг. Площадь озоновой дыры представлена в 106 км2. Измерения проводились в разные годы в интервале 15 сентября - 15 октября с помощью спутников TOMS/Метеор-3.[3]

Рис. 3 Площади озоновой дыры над Антарктидой (площадь области, где общее содержание озона < 220 DU)

По данным Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета, в середине августа 2000 г. озоновая дыра над Антарктидой начала расти. Ее размер достиг рекордных размеров 28,3 млн. км2, что в 3 раза больше территории США. Хотя еще 10 - 15 лет назад ее площадь составляла 22 млн. км2. В октябре 2000 г. она приблизилась к значениям 1999г. и составила 23 - 24 млн. км2, а минимальное значение содержания озона составило 100 единиц Добстона, что в 3 раза меньше нормы.[15]

В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли озоновые дыры площадью свыше 10 млн км2 каждая, появились громадные озоновые дыры над многими странами Европы и Россией. В 1994 г. в течение 6 весенних недель озон почти полностью исчез в нижней стратосфере.[10]

Прорыв через озоновые дыры солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50-100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн га леса, горели леса в Австралии, Северной и Южной Америке, Африке, Европе, в Юго-Восточной Азии. Индонезийский лесной пожар 1997 г., бушевавший почти пять месяцев, покрыл дымом не только Индонезию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-Китайского моря.[15]

Появление озоновой дыры свидетельствует о серьезном нарушении самого процесса образования озона по сугубо природным причинам, а не из-за зловредного воздействия человека на окружающую среду. Разумеется, это не означает, что ее на надо беречь и можно безнаказанно уничтожать.[4]

Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на человека и живую природу.[15]

2.3 Причины сокращения озонового слоя

Озоновый слой атмосферы Земли имеет огромное значение для всего живого, но под действием различных факторов он претерпевает изменения, подавляющее большинство которых имеет негативные последствия.

Согласно последним исследованиям газы, выбрасываемые супервулканами, могут заметно разрушить защитный озоновый слой планеты.[2]

Причины разрушения имеют не столько естественную, сколько искусственную природу. Хорошо известный пример - 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. Однако ракеты - не единственная причина разрушения озонового слоя, кроме них наносят вред самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога. Также неблагоприятно влияют на состояние озонового слоя окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений. На истощение озона влияет окись хлора. Она является продуктом заводов, предприятий промышленности. [3]

Кроме того огромное разрушительное действие на стратосферный озон оказывают хлорфторуглеродные соединения - это связано с большой продолжительностью их «жизни» и особой химической структурой.

На диаграмме (Рис 4.) представлено потребление озоноразрушающих веществ (ОРВ) в России в 1992 г. [15]

Рис. 4 Потребление ОРВ в России в 1992 г. по секторам их применения



Пик мирового производства ОРВ пришелся на 1987 - 1988 гг. и составил около 1,2 - 1,4 млн т в год. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% - на страны Европейское Экономической сообщество (ЕЭС), 10 - 12% производила Япония, 7 - 10% - наша страна. [15]

Как показывают расчеты, через 60-70 лет концентрация озона в стратосфере может уменьшиться на 25%. И одновременно увеличится концентрации озона в приземном слое - тропосфере, что тоже плохо, так как озон и продукты его превращений в воздухе ядовиты. Основной источник озона в тропосфере - перенос с массами воздуха стратосферного озона в нижние слои. Ежегодно в приземный слой озона поступает примерно 1,6 млрд. тонн. Время жизни молекулы озона в нижней части атмосферы значительно выше - более 100 суток, поскольку в приземном слое меньше интенсивность ультрафиолетового солнечного излучения, разрушающего озон. Обычно озона в тропосфере очень мало: в чистом свежем воздухе его концентрация составляет в среднем всего 0,016 мкг/л. Концентрация озона в воздухе зависит не только от высоты, но и от местности. Так, над океанами озона всегда больше, чем над сушей, так как там озон распадается медленнее. Измерения в Сочи показали, что воздух у морского побережья содержит на 20% больше озона, чем в лесу в 2 км от берега.
Современные люди вдыхают значительно больше озона, чем их предки. Основная причина этого - увеличение количества метана и оксидов азота в воздухе. Так, содержание метана в атмосфере постоянно растет, начиная с середины 19 века, когда началось использование природного газа. [3]



3. Последствия негативных изменений озонового слоя

В ходе своего развития человечество, взаимодействуя с природой, целенаправленно или непреднамеренно преобразует окружающую среду. Часто эти преобразования приводят к длительным нежелательным последствиям и для природы, и для самого человека. Например, интенсивное использование в Англии каменного угля для отопления в XVIII - XIX вв. привело к появлению знаменитого смога в Лондоне. По мере роста численности населения и развития промышленности антропогенное воздействие на окружающую среду начало принимать все большие масштабы, и нежелательные последствия из локальных и региональных стали глобальными.[1]

Воздействия изменений в озоносфере на природу и человека многообразны, но делятся на два основных вида:

1) Воздействие увеличенного потока УФ излучения Солнца на биосферу при уменьшении общего содержания озона

2) Токсическое воздействие увеличенной концентрации озона в нижних слоях тропосферы как интенсивного окислителя на растительность, органы дыхания человека и животных, а также на объекты неорганического мира.

Озоносфера изучена еще недостаточно, особенно в важной части оценки прямых и косвенных эффектов воздействия увеличенных доз УФ облучения в разных спектральных интервалах на биологические объекты.

С точки зрения биологической эффективности обычно выделяют три области спектра ультрафиолетового излучения: УФ-А от 320 до 400 нм (ближний ультрафиолет); УФ-В, или эритемное излучение, от 290 до 320 нм (средний ультрафиолет); УФ-С, или бактерицидное излучение, от 190 до 290 нм (дальний ультрафиолет). Наиболее сильнодействующее УФ-С излучение полностью поглощается молекулярным кислородом в коротковолновой части и озоном в длинноволновой и никогда не достигает поверхности Земли. Наибольшую опасность для биосферы представляет УФ-В излучение, частично поглощаемое озоном в основном в его коротковолновой части.

Воздействие ультрафиолетового излучения на человека зависит от дозы: при малых и умеренных дозах УФ-В излучение оказывает тонизирующее, укрепляет защитные силы организма. При действии повышенных доз ультрафиолетового излучения могут появляться ожоги и происходят повреждения нуклеиновых кислот.

Наибольшее же внимание уделяется исследованиям возникновения заболеваний (особенно раковых) кожи.[1]

Раком кожи болеют все расы и национальности. Но все же это заболевание чаще встречается у людей со светлой кожей, особенно у тех, кто продолжительное время подвергается воздействию лучей Солнца и колебаниям атмосферных условий. Возникают эти опухоли чаще всего на открытых частях тела (голова, руки, шея).

Под систематическим воздействием лучей Солнца в облучаемых участках кожи постепенно могут наступать различные дегенеративные изменения, которые и являются тем патологическим фоном, на котором чаще всего возникает рак кожи (Рис 5,6).

Рис. 5 Схема рака кожи (меланома)



Рис. 6 Фотография рака кожи

Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракт, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи.[15]

Эпидемиологические исследования в США уже в 1971-1972 гг. показали нелинейный рост числа раковых заболеваний с возрастом человека (накопление УФ эритемной дозы в течение жизни), рост почти вдвое больший у мужчин, чем у женщин, и с примерно вдвое большей скоростью роста с возрастом у жителей Далласа (32,8о с.ш.), чем у жителей Сан-Франциско (37,8о с. ш.) и Миннеаполиса - Сент-Пола (45о с.ш.). Систематизация и обобщение всех этих сведений позволили построить статистическую модель прямой пропорциональности числа случаев рака кожи эритемной УФ дозе.

Однако нужно учитывать не столько прямую полную эритемную УФ дозу потока, сколько эффективную на облучаемом объекте - человеке. Эффективная доза меньше полной из-за непостоянного пребывания человека под солнцем, экранирования кожи одеждой и др.

Специалисты США приняли линейное падение с широтой отношения эффективной дозы к полной от 0,40 на 30о с.ш. до 0,17 на 50о с.ш. С учетом этой широтной зависимости оценки ожидаемого роста числа случаев заболеваний раком кожи по трем городам США при 5%-ном уменьшении общего содержания озона и 10%-ном росте полной дозы представлены в таблице.

Таблица 1 Оценки числа случаев заболеваний раком кожи в 1972 - 1972 гг. в трех городах США и его ожидаемого роста при 10%-ном увеличении прямой полной эритемной УФ дозы

Город, широта	Пол	Число случаев на 100 тыс. чел.	Рост числа случаев, %
		Исходное	Приведенное	Полная эффективная доза	Приведенная эффективная доза
Миннеаполис, 45о с. ш.	Муж.	201	135,8	36,6	14,6
	Жен.	115	80	28,1	11,3
Сан-Франциско, 37,8о с. ш.	Муж.	250	334,2	20,2	11,9
	Жен.	133	166,8	18,1	10,6
Даллас, 32,8о с. ш.	Муж.	539	482,8	17,5	11,3
	Жен.	259	233,4	16,1	10,4

Из таблицы видно, что коррекция эритемной дозы УФ снижает процент роста числа заболеваний раком кожи и выравнивает его по широте до значений, примерно одинаковых с ростом приведенной УФ дозы.[1]

Одними из самых распространенных недугов, появляющимися у людей в результате воздействия ультрафиолетовых лучей являются катаракты - ухудшение состояния сетчатки и глазного дна. Раньше подобные заболевания проявлялись к старости, однако сегодня первые признаки этих тяжелых недугов демонстрируют все больше юношей и девушек в возрасте от 20 до 25 лет. [15]

Воздействие УФ-излучение приводит к мутациям на генном уровне. Главной мишенью излучения становятся молекулы ДНК. До 90% всех повреждений возникает при облучении светом длинной волны около 300 нм. Этот показатель быстро снижается при увеличении или приуменьшении длины волны. Именно в этой области длин волн лежат и границы проницаемости озонового слоя. По оценкам американских исследователей, уменьшение озонового слоя на 50% приведет к возрастанию повреждений ДНК в 2,5 раза, что в свою очередь может повлечь за собой увеличение частоты заболеваний раком кожи в 7,5-8 раз.

Но этим губительное действие ультрафиолетового излучения не ограничивается.

Почти все опыты в оранжереях с разными растениями, облучаемыми УФ лампами, показывают значительную задержку их развития и накопления биомассы через подавление фотосинтеза. К ультрафиолетовым лучам очень чувствительны хвойные деревья и злаки, овощи и бахчевые культуры, сахарный тростник и бобовые.[15]

Лабораторные и натурные опыты показали заметное подавление фотосинтеза у фитопланктона повышенным УФ потоком, но в самом приповерхностном слое воды.[1] При снижении содержания озона в стратосфере на 16,5% первичная продуктивность в Мировом океане может уменьшиться на 5% по сравнению с современным уровнем. Необходимо отметить, что любые глобальные изменения в биомассе или в продукции планктонных организмов могут привести к изменению биохимического цикла углерода в океане и нарушению баланса окиси углерода между океаном и атмосферой. [15]

В ходе развития живые организмы выработали различные механизмы защиты от поражающего действия УФ излучения(в том списке 1,92). На молекулярном уровне поражение генетических структур клетки УФ излучением может быть ликвидировано репарационными механизмами. Они особенно важны для одноклеточных организмов в постоянно изменяющихся условиях среды. У растений, особенно произрастающих в горных районах, защитным механизмом является образование пигментов типа антоцианина. Большая разница в дозах УФ излучения между севером и югом привела к выработке в ходе эволюционного развития защитных механизмов и у человека. Одним из них является темный цвет кожи у южных народов (Рис 7.).

Рис. 7 Представитель негроидной расы



4. Меры по борьбе с нарушением озонового слоя

Появление озоновых дыр неизбежно, однако необходимо снизить разрушение озона вследствие антропогенного влияния.

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.[5]

В рамках протокола удалось запретить производство и потребление более 100 видов химикатов, разрушающих озоновый слой. Многие из этих веществ способствуют глобальному потеплению. Что в свою очеpедь приведет к значительному увеличению потока озона из стратосферы, где находится защищающий нас от ультрафиолетовой радиации озоновый слой, в нижние слои атмосферы, что станет пpичиной значительного роста ультрафиолетового излучения на поверхности, писали ученые из университета Торонто в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience. Авторы исследования Михаэла Хегглин и Теодор Шеферд отмечают, что благодаря Монреальскому протоколу, установившему запрет на использование озоноразрушающих веществ, в настоящее время концентрация озона в атмосфере растет, и, как ожидается, к 2020 году достигнет уровня 1960-х годов. [18]

В 1977 году Программой ООН по окружающей среде (UNEP) был принят «План действий по озоновому слою», предусмотревший необходимость научного изучения влияния озонового слоя на здоровье людей. В марте 1985-го в Вене была принята «Конвенция об охране озонового слоя», здесь уже речь шла о потенциально вредных для озонового слоя промышленных газах.[20]

К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекратили производство фреонов, а также разрушающих озоновый слой галогенов и тетрахлорида углерода. Россия - один из крупнейших производителей и потребителей ОРВ (в 1990 г. она выпустила 205 тыс. т этих веществ, что составило около 20% мирового объема) - из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочку на 3 - 4 года.

Следующим этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых в промышленно развитых странах заморожен с 1996 г. Гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г.

С 1990 по 1996 г. производство ОРВ в Росси снизилось более чем в 10 раз (с 205 до 13 тыс. т). Эта тенденция сохраняется.

В 2000 г. правительство России одобрило соглашение с МБРР (Международный банк реконструкции и развития), который предоставляет России грант в размере 26,2 млн.долларов на финансирование проекта «Специальная инициатива по прекращению производства озоноразрушающих веществ (ОРВ) в Российской Федерации». Согласно проекту, к концу 2000 г. Россия должна была прекратить производство ОРВ, хотя до выдачи гранта планировалось сделать это еще в 1996 г.

Обеспокоенные этим обстоятельством 10 стран, включая США, Великобританию и Японию, приняли решение выделить России по линии Глобального экологического фонда грант на финансирование мероприятий по прекращению производства ОРВ. Распоряжаться средствами и курировать проект поручили МБРР, который является членом фонда. [15]

В 1993 г в нашей стране создана Межведомственная комиссия, в задачу которой входит координация деятельности различных организаций по выполнению международных обязательств по охране озонового слоя и прекращению выпуска озоноразрушающих веществ. [11]

Список химических веществ и отходов производства, вредно воздействующих на состояние озонового слоя атмосферы, утверждается специально уполномоченными государственными организациями РФ в области охраны окружающей среды.

С 1996 г. российские холодильники «Бирюса» выпускаются с новыми хладореагентами, не вызывающими разрушение озонового слоя.

В том же году Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО) в городе Долгопрудном под Москвой приступила к составлению и регулярной публикации карт концентрации озона над европейской частью России и рядом стран СНГ. [15]

Сотрудники университета штата Мичиган объявили о том, что им удалось найти бактерию, разлагающую трихлорэтан, способствующий разрушению озонового слоя. Вероятно, бактерия, названная «ТСА-1», впредь будет использоваться для очистки зараженной местности и водоемов.

Физики Института общей физики РАН предложили уничтожать сам источник разрушения озона, организовать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Образовавшаяся плазма избирательно очистит атмосферу от фреонов, не нанося вреда каким-либо другим ее компонентам, не повышая температуру и не вызывая обновления новых соединений.

Для создания в атмосфере плазмы экономически и экологически выгодно использовать мощные микроволновые пушки, уже выпускаемые оборонной промышленностью. По замыслу исследователей, два источника микроволнового излучения устанавливаются на Земле на некотором расстоянии друг от друга, и посылаемые ими импульсы сталкиваются в атмосфере. При столкновении и образуется плазма, а поворачивая излучатели каждый раз под разным углом, можно охватить огромную область. Пока еще не разработана технологическая схема применения этого метода, но вариантов много.

Консорциум «Интерозон», в который входят такие всемирно известные фирмы, как НПО «Энергия» и др., выдвинул оригинальный проект искусственного получения озона в стратосфере. На земную орбиту выводится 20 - 30 спутников, оснащенных лазерами. Лазерные лучи на высоте от 25 до 30 км «раскачают» молекулы кислорода, а дальше с помощью Солнца процесс выработки озона пойдет естественным путем. Идея состоит в том, чтобы произвести 20 млн. т озона - столько, сколько уничтожает техногенная цивилизация. Таким путем можно обеспечить нормальное существование планеты в течение 20 лет - срока, достаточного для того, чтобы возникла цивилизация природоохранительного типа.

Озоновый слой все еще остается истонченным в связи с продолжительным временем жизни ОРВ в атмосфере, произведенных и продолжающимся использоваться. Кроме того, изменение климата, вызванное парниковыми газами способствует усилению истощения озона.

Восстановление озонового слоя, как ожидается, произойдет к середине XXI в. в том случае, если все согласованные меры Монреальского протокола будут полностью осуществлены. Хотя более 80% производства и потребления ОРВ уже прекращено, Международное сообщество должно оставаться бдительным до тех пор, пока оно не будет прекращено полностью. [15].



Заключение

Ухудшение состояния озонового слоя относят к глобальным проблемам человечества, так как именно благодаря ему снижается вредное действие ультрафиолетового излучения на живые организмы. Изложенные результаты показывают, что регистрируется все больше озоновых дыр, из года в год падает количественное содержание озона в атмосфере, что ведет к увеличению статистики заболеваний раком кожи и катарактой. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракт, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи.

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб.

Ученые считают, что полное восстановление озонового слоя произойдет в XXI в.[15] Но пока рано говорить об улучшении состоянии озонового щита, защищающего Землю от опасного ультрафиолетового излучения Солнца. Несмотря на то что темпы разрушения атмосферного озона замедлились.[16]

Выводы

1. В настоящее время продолжается разрушение озонового слоя, фиксирующееся приборами по всему земному шару, однако темпы его разрушения несколько снизились с 1962 г.

2. Причины разрушения озонового слоя имеют естественную (супервулканы и др.) и искусственную (авиатехника, окислы азота, хлорфторуглеродные соединения и др.) природу.

3. Негативные последствия проявляются, в частности, в росте заболеваемости населения. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракт, на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи.

4. В защите озонового слоя играют определяющую роль международные соглашения, такие как Монреальский протокол, «План действий по озоновому слою», «Конвенция об охране озонового слоя»



Список литературы

1. Александров, Э.Л., Израэль, Ю.А. Озон. Озоновый щит Земли и его изменения [Текст] / Э.Л. Александров, Ю.А. Израэль, И. Л. Кароль, А.Х. Хриган. - СПб. : Гидрометиздат, 1992. - 278 с.

2. Биндеман, И. Тайная жизнь супервулканов [Электронный ресурс] / Илья Биндеман // Химия и химики. - 2009. - № 1. - URL: http://chemistry-chemists.com/N1_2009/43-52.pdf.

3. Бланк, Т.В., Гольдберг, Ю.А. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра [Электронный ресурс] / Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг // Физика и техника полупроводников. - 2003. - № 9. - URL: http://journals.ioffe.ru/ftp/2003/09/p1025-1055.pdf.

4. Глушаков, М.М. Откуда берутся озоновые дыры [Текст] / Глушаков М.М. // Экология и жизнь. -2008. - № 12(85)'. - С 51.

5. Гущина, Г.П. Озон в земной атмосфере [Текст] : сборник статей, перевод с англ. / Г.П. Гущина и др. : под ред. Г.П. Гущиной. - СПб. : Гидрометеоиздат, 1966. - 206с.

6. Давиденко, И.В., Кеслер, Я. А. Ресурсы цивилизации [Текст] / И.В. Давиденко, Я.А. Кеслер. - М.: ЗАО «Всеобщие исследования»; Эксмо, 2005. - 544с., ил.

7. Елдышев, Ю.Н. «Дыра» не затягивается, а расползается [Текст] / Ю.Н. Елдышев // Экология и жизнь. - 2008. - №12(85)'. - С 52, 53.

8. Елдышев, Ю.Н. Парниковые газы: эффекты и проекты [Текст] / Ю.Н. Елдышев // Экология и жизнь. - 2009. - № 9(94)'. - С 48.

9. Истощение озонового слоя [электронный ресурс] // 2008. - URL: http://www.un.org/ru/development/progareas/global/ozon.shtml.

10. Киселев, В.Н. Основы экологии : Учеб. Пособие [Текст] / В.Н. Киселев. - Магнитогорск. : Выш. Шк., 2002. - 383с.

11. Коробкин, В.И., Передельский, Л.В., Экология [Текст] / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. - 4-е изд. перераб. и доп.- Ростов н./Д: «Феникс», 2003. - 576с.

12. Кривошеин, Д.А. Экология и безопасность жизнедеятельности [Текст] / Д.А. Кривошеин и др.; под ред. Л.А. Муравья. - М. : Юнити-Дана, 2002. - 447с.

13. Леенсон, И. Озон [Электронный ресурс] / Илья Леенсон // Энциклопедия Кругосвет. - URL: http://www.krugosvet.ru/enc/khimiya/ozon?page=0,2.

14. Миляев, В.А., Котельников С.Н. Ядовитый озон Новая экологическая угроза для россии [Текст] / В.А. Миляев, С.Н. Котельников // 2008. - № 2(75)'. - С 52 - 57.

15. Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. Пособие для вузов, средних школ и колледжей [Текст] / Ю.В. Новиков. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2003. - 560 с.

16. Озоновая дыра замахнулась на рекорд [Электронный ресурс] // 2005. - 20 сент. - URL: http://elementy.ru/news/164815.

17. Озоновый слой, для чего он нужен? [Электронный ресурс] / URL: http://class-fizika.narod.ru/pog2.htm.

18. Оруджев, Р. Азербайджан и озоновый слой планеты [Электронный ресурс] / Р. Оруджев // 2010. - 21 сент. - URL: http://www.zerkalo.az/2010-09-21/society/13036-ozon-protokol-hlor.

19. Сапунов, В.Б. «Глобальный экологический кризис» как продукт околонаучного мифотворчества [Электронный ресурс] / В.Б. Сапунов // КЛЮЧ. - 2009. - № 1. - URL: http://konzeptual.ru/downloadable/548/Almanax1.pdf#page=116.

20. Сывороткин, В. Теоретическая дыра в Монреальском протоколе [Электронный ресурс] / В. Сывороткин // ВОКРУГ СВЕТА. - 2007. - 6 сент. - URL: http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/theory/418/.

21. Юшков, В.А. Исследование состояния озонового слоя в зимне-весенний период 2000 г. с помощью баллонных измерений и наземных наблюдений в Сибири [Электронный ресурс] / В.А. Юшков, Х. Накане, Н.Д. Цветкова и др. // Метеорология и гидрология. - 2002. - № 12. - URL: http://vdor-2008.narod.ru/publ/2002/yushkov-MG-2002.pdf.

Размещено на Allbest.ru

...