Озоновый слой в атмосфере земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по экологии

«Озоновый слой в атмосфере, озоновые дыры»

Выполнил: Вариант №6

3-й курс

Группа ОБ-16

Студ. Билет № 11196

Высота озонового слоя составляет от 12 до 50 км над поверхностью Земли. Озон в относительно высокой концентрации (около 8 мл/м 3) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и тем самым защищает живые организмы от губительного излучения. По мнению современных исследователей, лишь существование озонового слоя позволило живым организмам выбраться из океанов, заселить сушу и впоследствии развиться до высокоорганизованных форм, таких как млекопитающие, и в конце концов - человек.

Наиболее плотная часть озонового слоя Земли расположена на высоте около 20--25 км, при этом наибольшая часть в общем объёме наблюдается на высоте 40 км. Толщина озонового слоя Земли измеряется в единицах Добсона (DU). 1 DU - это толщина слоя газа, равная 10 мкм при нормальном атмосферном давлении. Средняя толщина озонового слоя Земли равна 300 DU, то есть, сжатый под давлением в 1 атмосферу стратосферный озон образовал бы слой, толщиной 3 мм.

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

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

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

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

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

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

Слой озона удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум - в районе экватора, максимум - у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация.

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

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

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

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

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

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

Предполагается множество причин ослабления озонового щита.

Во-первых, - это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго.

Во-вторых, самолеты. Особенно, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км. Дают прибавку озона. В городах он - один из составляющих фотохимического смога.

В- третьих - окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.

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

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

в апрельские холода 1997 г. в Москве людей удивляли сводки о жаре на юге Сибири, в газетах проскочило сообщение, что это является частью новых завоеваний всемогущего парникового эффекта. Да, да, именно того, созданного людьми явления, которое стало угрожать цивилизации после превращения атмосферы Земли в "свалку" газообразных и аэрозольных отходов.

Экологическим врагом номер один для цивилизации объявлен излишек углекислого газа. Сжигая ископаемое топливо и сводя леса, люди увеличивают его содержание в атмосфере. И эта прибавка разогревает Землю больше, чем все прочие парниковые газы, такие, как метан, окись азота, фреоны. Такова официальная версия Всемирной метеорологической организации, поддержанная ООН и ее специализированными организациями.

В 1988 г. из-за засухи и жары урожай зерновых в США впервые в истории оказался ниже уровня потребления. Засушливое лето и снижение урожая отмечались в странах-производителях зерна и в предшествовавший год. Эти события, видимо, добавили уверенности сторонникам идеи антропогенного перегрева Земли. В 1992 г. на Международной конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро борьба с потеплением климата объявлена одним из трех главнейших приоритетов; в 1994 г. Россия, вслед за многими развитыми странами, ратифицировала рамочную конвенцию об изменении климата, обязывающую снизить выбросы парниковых газов до уровня 1990 г.

Правда, до сих пор нет никаких подтверждений тому, что людям под силу изменить климат благоприятным для себя образом. Незапланированная попытка такого рода уже была предпринята во время энергетического кризиса в 1970-е годы. Тогда снижение и последующая стабилизация потребления ископаемого топлива почти не сказались на процессе роста СО2 в воздухе. Кроме того, до сих пор неизвестно, какую часть прироста среднепланетарной температуры за последние 120 лет обеспечила цивилизация, а какую - природные причины. Общий прирост составляет около 0,45 градуса Цельсия. Таким образом, ранее сделанные прогнозы о потеплении к 2000 г. в среднем на 1 градус оказались ошибочными.

Хорошее финансирование на Западе проектов по борьбе с потеплением климата позволяет определенным образом ориентировать широкие круги общественности: мол, крупные современные аномалии в системе "атмосфера - земная поверхность" - это результат подогрева Земли антропогенными выбросами парниковых газов.

В действительности списывать все на их действие не следует. Климат Земли поддерживается всей той долей солнечной энергии, которая перехватывается планетой и затем расходуется на нагревание атмосферы и подстилающей поверхности, а также на испарение и ряд других процессов. Мощность процессов в климатической системе огромна. Она почти в сто тысяч раз превосходит мощность всех энергопотоков, создаваемых людьми. Люди могут влиять на климат, только расшатывая природные связи, что и происходит. Но от дестабилизации климатических процессов до управления климатом на глобальном уровне - "дистанция огромного размера".

В последние 12 тыс. лет каждые 900-950 лет потепления сменялись похолоданиями. Полный цикл 1850 лет (цикл Шнитникова) содержит внутри более короткие. Природное похолодание, именуемое малым ледниковым периодом, закончилось в XIX веке. Оно как раз замыкало цикл Шнитникова. Дальнейший прирост среднепланетарной температуры сторонники "рукотворного" потепления отнесли на счет цивилизации. Никто даже не пытался доказать, что не природная изменчивость, а человек оборвал малую ледниковую эпоху. Современное потепление рассматривается только как реакция на прирост в воздухе содержания парниковых газов. Роль антипарниковых факторов оценивается как малосущественная.

Многие ученые возражают против столь однобокой оценки отклика климатической системы на антропогенную нагрузку. Другие занимают выжидательную позицию. Между тем суть решений международных организаций по климату не меняется, хотя прогнозные оценки снижаются, а сроки климатической катастрофы отодвигаются на более отдаленный период.

Раньше, как уже упоминалось, обещали к 2000 г. потепление на один градус, а к 2025 г. - уже на целых три. Теперь - к 2065 г. прочат подъем среднеглобальной температуры на полтора градуса по сравнению со второй половиной XIX века. По другим расчетам, на три градуса теплее станет через сто лет при ошибке прогноза в 50% в обе стороны. Но и в это верится с трудом, ибо тогда потепление в ближайшие два-три года должно сделать рывок и идти без сбоев с учетверенной или еще большей скоростью, и никакие природные причины не в силах будут что-то изменить.

Не проще ли признать, что пока современные модели просто не в состоянии учесть все природные и антропогенные воздействия на климатическую систему? ультрафиолетовый луч озон атмосфера

Конечно, перспектива дальнейшего потепления климата существует, и риск возникновения неблагоприятных процессов надо учитывать. Но следует признать очевидную раздутость проблемы в отношении роли парниковых газов, в особенности применительно к СО2. А вот по отношению к озону ситуация диаметрально противоположна.

В изучении проблемы озонового слоя наука оказалась удивительно недальновидной. Еще с 1975 г. содержание стратосферного озона над Антарктидой в весенние месяцы стало заметно падать. В середине 1980-х годов его концентрация снизилась уже на 40%. Вполне можно было говорить об образовании озоновой дыры. Ее размеры достигли примерно площади США. Тогда же появились еще слабовыраженные - со снижением концентрации озона на 1,5-2,5% - дыры вблизи Северного полюса и южнее. Край одной из них зависал даже над Санкт-Петербургом.

Однако еще в первой половине 1980-х некоторые ученые продолжали рисовать радужную перспективу, предвещая убыль стратосферного озона лишь на 1-2% и то чуть ли не через 70-100 лет.

В 1985 г принята Венская конвенция по защите озонного слоя Земли, которая потом дополнялась Монреальским протоколом в 1987 г. и поправками к нему Лондонской (1990 г.) и Копенгагенской (1992 г.) конференций. Ныне производство агрессивных, по отношению к озоновой оболочке, фреонов запрещено. Однако время пребывания в атмосфере уже попавших туда фреонов оценивается от 60 до 400 лет. По некоторым экспертным оценкам, озона в атмосфере Земли стало меньше на 8%, а скорость убыли ныне достигла 0,5% в год.

Современное ослабление озонового щита планеты выражается в образовании, по меньшей мере, двух гигантских сезонных озоновых дыр. Они разверзаются не только над полюсами и в высоких широтах, но часто достигают и средних.

Нет ничего удивительного в том, что в 1990-е годы природная защита от жесткого ультрафиолетового излучения оказалась существенно ослабленной почти над всей территорией бывшего СССР. Так, в 1995 г. со второй половины января над районами Сибири начала развиваться озоновая аномалия, которая в феврале-марте захватила территорию от Крыма до Камчатки. Для многих сибирских и якутских метеорологических станций в этот период зарегистрированы рекордно низкие среднемесячные значения. В отдельные дни над этими районами понижение концентрации озона достигало 40%. Согласно некоторым источникам в марте 1995 г. озоновый слой в Арктике был истощен на 50%.

Даже если причины возникновения озоновых дыр в Северном полушарии другие, нежели в Антарктиде, то вряд ли от этого легче тем, кто страдает от связанных с ними последствий. Известно, что от избыточной ультрафиолетовой радиации (УФР) растет число людей, болеющих раком кожи, меланомой, катарактой и просто испытывающих ослабление иммунной системы. Избыток УФР негативно влияет на океанические экосистемы.

Нельзя забывать и о других последствиях разрушения озонового слоя над Россией, да и над Землей в целом.

Стратосферный озоновый слой защищает Землю от перегрева. По данным доктора физико-математических наук Ракиповой, количество тепла, поглощаемого озоном (3% приходящей солнечной радиации), - это больше, чем вклад озона в парниковый эффект. В основном озон - антипарниковый газ. Районы в Северном полушарии, где содержание озона максимально, практически совпадают в холодное время года с основными очагами холода в Канаде и Восточной Сибири.

Негативные изменения в стратосфере в последние 15-20 лет не могли не привести к снижению эффективности природного компенсатора парникового эффекта - стратосферного озона. Территория России в силу ее географического положения и размеров страдает больше, чем любая другая страна от перипетий с озоном.

Вот уже не первый год на юге Сибири, а иногда и в центральной части фиксируются необычно ранние волны теплой и жаркой погоды. Их причину ищут в усилении парникового эффекта. Но не парниковый эффект, а ослабление антипарниковой функции озонового слоя больше ответственно за происходящее. Например, можно с большой долей вероятности утверждать, что необычно ранняя сверхтеплая погода на юге Сибири весной 1997 г. - отклик на осязаемое и чрезвычайно неприятное событие.

На карте, по состоянию на 15 апреля 1997 г., видно, что большую часть России поглотила озоновая аномалия, и за ее края выходили в основном лишь большая часть Камчатки, Сахалин, юг Дальнего Востока, а также европейская Россия без Кольского полуострова и бассейнов рек Северная Двина и Печора.

В случае с озоновым слоем Россия щедро платит, как это ни парадоксально, за техническое несовершенство и экологическую безграмотность наиболее продвинутых в промышленном отношении стран. Вполне может быть выявлена Мера ответственности конкретных государств. Медвежью услугу человечеству, особенно России, оказали научные круги, явно раздувавшие опасность грядущего потепления климата. Ныне каждый школьник в Европе и, по-видимому, в США и Японии уверен, что приоритет экологической геополитики состоит в воздействии на климат.

Чрезмерная забота о климате, а точнее, о парниковых газах и в особенности о контроле над СО2, оттеснили на второй план проблему стратосферного озона. Ее явно запоздалое осознание бумерангом ударило по природе.

Похоже на то, что международная наука выпустила пар в гудок по поводу грядущей мезозойской жары. Из-за этого мы прозевали куда более серьезную опасность, связанную с разрушением озонового слоя. А рассчитываться за это больше всех придется, по-видимому, нашей стране.

Количество энергии, получаемое Землей от Солнца, имеет сильную широтную зависимость и определяет радиационный баланс планеты. Тропическая область получает за год в два раза больше, чем остальная часть Земли. Среднегодовой радиационный баланс планеты определяется среднепланетарным альбедо а, равном 0,3. Важную роль при энергетических расчетах играют радиационные характеристики облаков различных типов.

Глобальное распределение водяного пара в атмосфере таково, что количество осажденной воды Q максимально в тропическом поясе: Q = 5,0 г/кв. см и более в обширных районах Бразилии, Индонезии, а летом и в Индии и Вьетнаме, а также вблизи зоны конвергенции (ВТЗК) в Атлантике до 5,9 г/кв.см. Среднее Q по земному шару 2,5 - 3,0 г/кв.см. Отметим, что водяной пар (а не СО2) - главный парниковый газ, обеспечивающий более 70% парникового эффекта в атмосфере.

Таким образом, тропическая зона является значительно более энергонасыщенной, чем внетропические зоны. Циркуляция тропической зоны, охватывающая почти половину земного шара, является большой термодинамической машиной, превращающей тепло океана (в том числе скрытое тепло водяного пара) в кинетическую энергию атмосферы и определяющую в значительной степени термодинамику умеренных и полярных широт. Математическое описание этой машины отсутствует, что и приводит к несовершенству всех климатических и прогностических моделей общей циркуляции атмосферы, т.к. динамика приэкваториального пояса, где необходим учет фазовых переходов и где неприменима теорема о сохранении потенциального вихря и квазигеострофический подход, также не поддается адекватному описанию.

Ясно, что тропики влияют и на внетропические широты, поскольку происходит меридиональный перенос тепла, водяного пара и аэрозоля. Последние могут способствовать образованию облачности, менять альбедо и, следовательно, температуру поверхности.

Известно, что солнечная активность влияет на интенсивность космических лучей, запуская конденсационный механизм, включающий ионизацию верхнетропосферных воздушных масс (8 - 16 км) такими лучами. Это способствует образованию перистой облачности и усиленному развитию высококучевых облаков, изменяющему альбедо, и создающего условия для интенсификации динамических процессов. Максимум концентрации ионов находится на высотах 12 - 20 км в зависимости от широты (геомагнитной), сезона и СА. На средних широтах максимум ионообразования наблюдается на высоте около 12 км, т.е. вблизи тропопаузы. Ионизация на таких высотах способствует образованию множества ядер конденсации, на которых в условиях низких температур (40...-90 С) активно сублимируется водяной пар, растут ледяные кристаллы, и формируется облачность (в основном перистая).

По-видимому, важную роль в конденсационном механизме играет рекомбинация образующихся при ионизации ГКЛ молекул воздуха легких ионов, путем присоединения ионов к малым аэрозольным частицам, т.н. ядрам конденсации или ядрам Айткена, имеющим размер порядка 0,01 мкм. Как было установлено путем проведения серий баллонных измерений концентраций легких ионов в стратосфере в различных геомагнитных широтах (в т. ч. на геомагнитном экваторе) и интенсивности космических лучей (ГКЛ, но также и СКЛ в период вспышек) это основной сток образовавшихся ионов (а не рекомбинация положительных и отрицательных ионов). При действии конденсационного механизма в атмосфере выделяется тепловая энергия, изменяется альбедо системы "земная поверхность - тропосфера" для солнечной коротковолновой радиации, а также ИК-излучение атмосферы. Тем самым конденсационный механизм стимулирует другие физические процессы, интенсифицирующие "усвоение" солнечной энергии. Активизируемый наиболее энергичными ГКЛ конденсационный механизм может также влиять на зарождение и развитие облачности на типичных уровнях в средней и нижней тропосфере (3 - 7 км) и выделение тепла конденсации, которое может генерировать различные типы атмосферных волн, переносящих импульс, энергию и вещество при своем распространении в атмосфере.

Размещено на Allbest.ru