Озоновый слой Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Озоновый слой Земли

Введение

На сегодняшний день проблема озона беспокоит очень многих, о ней наслышаны даже те, кто раньше и не знал о существовании озонового слоя в атмосфере, а помнил о нём только из школьного курса химии. И интерес к этой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Изменения в озоновом слое могут привести к изменению климата на планете в худшую сторону, поднимется уровень мирового океана, возрастёт количество раковых заболеваний из-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца достигающего поверхности планеты. К сожалению опасения людей, об изменении озонового слоя не беспочвенны. Впервые об опасности изменения озонового слоя Земли начали говорить ещё в 70 годы. Но тогда мало, что было сделано, что бы нейтрализовать эту угрозу. Если бы в те годы ввели эффективные методы по предотвращению этой угрозы, то в наше время это проблема не была бы так актуальна. В первую очередь это связано с экономическими интересами.

К разрушению озонового слоя приводят различные химические вещества. Такие как фреоны, использующиеся в холодильной промышленности и в аэрозолях. Окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания реактивных самолётов и ракет. Причём последнее особенно вредно, так как на больших высотах окислы азота живут очень долго. Применение большого количества минеральных удобрений тоже вредит озоновому слою. Дымовые газы электростанций вырабатывают миллионы тонн закиси азота в год.

Таким образом, большая часть воздействия на озоновый слой планеты связана с хозяйственной деятельностью человечества. Поэтому быстрого изменения ситуации ждать не стоит. Ведь человечество не может взять и отказаться от использования минеральных удобрений или быстро перейти на новые технологии производства холодильных установок.

История наблюдений за озоновым слоем

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 озоно-разрушающих 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 % 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.

Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики. Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоно-разрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

По данным ООН, благодаря согласованным усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоно-разрушающих веществ в атмосфере уменьшились.

Причины ослабления озонового слоя

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.

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, 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.

9 февраля 2004 года на сайте Института Земли НАСА появилась новость о том, что учёные Гарвардского Университета нашли молекулу, разрушающую озон. Учёные назвали эту молекулу "димер одноокиси хлора", потому что она составлена из двух молекул одноокиси хлора. Димер существует только в особенно холодной стратосфере над полярными регионами, когда уровни одноокиси хлора относительно высоки. Эта молекула происходит из хлорфторуглеродов. Димер вызывает разрушение озона, поглощая солнечный свет и распадаясь на два атома хлора и молекулу кислорода. Свободные атомы хлора начинают взаимодействовать с молекулами озона, приводя к уменьшению его количества.

Изучение проблемы озонового слоя

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., как уже упоминалось, 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. озоновый ультрафиолетовый радиация

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.

Методы измерения содержания озона

Систематические измерения содержания озона в атмосфере начались в Англии и Швейцарии в 1926 г. Позднее начала формироваться мировая озонометрическая сеть, а в 1960-е гг. она появилась и в нашей стране. К концу 1990-х гг. в мире уже насчитывалось около 120 озонометрических станций, из них около 40 - на территории России.

В первые годы измерение озона осуществляли преимущественно с помощью наземных спектрофотометров Добсона. Этот старейший разработанный Дж. М.Б. Добсоном инструмент стал использоваться с 1931 г. метеорологами для слежения за движением воздушных масс и измерений содержания озона. Принцип данного метода состоит в определении доли ультрафиолетового излучения Солнца, достигающего поверхности Земли. Поскольку О 3поглощает ультрафиолетовые лучи, уменьшение его количества соответствует усилению ультрафиолетового облучения земной поверхности. Точность этого прибора при благоприятных метеоусловиях составляет 1--3%. Этим методом, например, пользовались английские исследователи под руководством Джо Фармана в 1980-е гг. на британской антарктической станции Халли-Бей. В России широко используются фильтровые озоно-метры. Вертикальное распределение концентрации озона исследуют с помощью озонозондов, поднимаемых на аэростатах до высоты 20-35 км.

Глобальное распределение озона изучают также с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли, например на американских серии "Нимбус" или российских серии "Метеор". Так, группа исследователей Дональда Хита из Годдардовского центра космических полетов НАСА использовала спутник "Нимбус-7". Цветные слайды, полученные ими с помощью компьютеров в 1979--1983 гг., показали наличие над Антарктидой озоновой "дыры", о которой заявила английская группа Джо Фармана только в 1985 г.

В России проводятся систематические наблюдения за общим содержанием озона (ОСО) сетью наземных озонометрических станций, а также путем измерений прибором ТОМС со спутника "Метеор-3".

В последнее десятилетие ушедшего века измерения содержания озона проводились с помощью российских стратосферных самолетов, ранее используемых в военных целях. В их числе М-17, созданный под руководством генерального конструктора В.М. Мясищева, и его модификация М-55, разработанная Экспериментальным машиностроительным заводом (ЭМЗ) им. В.М. Мясищева. Эти летательные аппараты представляют собой выдающиеся образцы мировой авиационной техники. Уже в 1990 г. самолетом М-17 "Экологический интернационал" проведены первые исследования состояния атмосферы с целью определения содержания в ней озона. Эта работа проводилась в рамках проекта "Глобальный резерв озона", организаторами которого были объединение "Ноосфера", ЭМЗ им. В.М. Мясищева и Московская патриархия. Самолет М-55 также получил новое назначение и название "Геофизика". В переоборудовании самолета принимали участие ученые Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета и Института космических исследований Российской академии наук (РАН). В 1994 г. комиссия по научно-техническому сотрудничеству между Российской Федерацией и Итальянской Республикой одобрила международный проект создания на базе советского высотного самолета-разведчика М-55 летающей лаборатории для проведения всестороннего мониторинга атмосферы Земли, в частности стратосферного озона. В декабре 1996 г. - январе 1997 г. состоялась первая международная научная экспедиция по изучению озонового слоя в Арктике с помощью самолета-лаборатории М-55 "Геофизика". Создание подобной летающей лаборатории - это вклад России в выполнение ее обязательств по Венской конвенции и Монреальскому протоколу.

Мониторинг озона, как в верхних слоях атмосферы, так и в приземном слое в нашей стране осуществляет Росгидромет и в первую очередь его ведущие институты - Центральная аэрологическая обсерватория (ЦАО), Главная геофизическая обсерватория и Институт прикладной геофизикии имени академика Е.К. Федорова.

Проблемой озонового слоя занимаются также многие научно-исследовательские институты РАН, например Институт космических исследований, Физический институт, Институт химической физики, Институт физики Земли.

Меры по предотвращению истощения озонового слоя, предпринимаемые в РФ

Подписав Монреальский протокол, Россия взяла на себя определенные обязательства по решению проблемы истощения озонового слоя.

Производство в Российской Федерации озоноразрушающих веществ (ОРВ), перечисленных в приложениях А, В и Е к Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, было прекращено в конце 2000 года. К этим веществам относятся: хлорфторуглероды (ХФУ), четыреххлористый углерод (ЧХУ), метилхлороформ (МХФ), галоны и бромистый метил. Именно эти вещества являются основной причиной истощения озонового слоя. В настоящее время перед нашей страной стоит задача выполнения второго этапа Монреальского протокола - обеспечение поэтапного вывода из обращения ОРВ, т.е. - гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ).

Рисунок 1 - Сокращение потребления ГХФУ для Российской Федерации

В конце октября 2009 года в Министерстве природных ресурсов и экологии Российской Федерации прошла конференция, посвященная ограничению оборота веществ, способствующих разрушению озонового слоя Земли. В ее рамках были разработаны предложения к Плану поэтапного сокращения производства и потребления ГХФУ, предусматривавшие внедрение системы квотирования производства и ввоза этих веществ, а также поэтапного сокращения их потребления в ряде секторов российской экономики.

Задержки с утверждением квот на импорт ОРВ и отсутствие собственного производства самого популярного ГХФУ - R22 привели к дефициту этого и других хладонов уже к концу февраля 2010 года.

Отсутствие понимания серьезности проблемы истощения озонового экрана и недостаток доступной информации о перспективах ГХФУ в качестве приемлемого технического решения для многих видов применения привел к тому, что на протяжении последних лет возросли объемы потребления этих хладонов, являющихся, хотя и в меньшей степени, чем ХФУ, причиной разрушения озонового экрана, а кроме того, обладающих большим потенциалом глобального потепления (ПГП). В частности, на территории страны был осуществлен перевод значительной части стратегических хранилищ продовольствия на R22 в многочисленных супер- и гипермаркетах, на продуктовых складах и терминалах было установлено новое холодильное оборудование, заправленное этим хладагентом. То же касается и кондиционеров, особенно бытовых: недорогое в эксплуатации и обслуживании, надежное оборудование на R22 различных производителей (преимущественно - азиатских) ввозилось (и, заметим, ввозится вплоть до настоящего времени) в нашу страну в объеме миллионов единиц. И чем большими запретами такое оборудование обрастало в развитых странах, тем доступнее оно становилось для нашего рынка. В сезон 2010 года, когда лето преподнесло жаркий сюрприз почти на всей Европейской части России, наблюдался рост продаж кондиционирующего оборудования, работающего на R22. Эти же тенденции наблюдались в 2011 году и, по всей видимости, продолжаются в 2012, 2013 и 2014 гг. Необходимость дальнейшего ремонта и сервисного обслуживания холодильного и климатического оборудования, а также обеспечения функционирования мощностей по производству теплоизоляционных изделий и материалов создало предпосылки для нелегального ввоза ГХФУ, чему способствовали отсутствие специальной аппаратуры для обнаружения и идентификации хладонов на таможенных постах и недостаточный уровень подготовки таможенных сотрудников.

К сожалению, универсальной альтернативы самому массовому ГХФУ - R22, способной его заменить во всех видах климатической и холодильной индустрии, нет. Такие хладагенты, как R410А и R134a способны его заменить лишь для ряда видов применения и рассматриваются в качестве временного решения, т.к. гидрофторуглероды (ГФУ) являются мощными парниковыми газами и подпадают под действующие и будущие ограничения в сфере предотвращения глобальных климатических изменений.

Приемлемой с экологической точки зрения (то есть, не способствующей ни деградации озонового слоя, ни возникновению парникового эффекта) альтернативой ГХФУ остаются природные хладагенты, такие, как диоксид углерода, аммиак и углеводороды (пропан, изобутан). Однако у каждого из них есть свои недостатки: углекислотная система требует рабочего давления не ниже 80 бар, аммиак ядовит и горюч, углеводороды взрывоопасны.

В сфере производства вспененных материалов опробованы технологии с использованием альтернативных вспенивающих агентов, практически не уступающих ГХФУ по потребительским свойствам: такие, как диоксид углерода в жидком виде или в смеси с этанолом или водой, пентан и циклопентан, и технологии работы с ними давно отработаны. Проблемы могут возникнуть лишь при техническом перевооружении предприятий, т.к. для его осуществления потребуется замена технологического оборудования и оснастки.

В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ - Минприроды России предполагается оказать содействие ряду промышленных предприятий по выводу ГХФУ из оборота и переходу на безопасные для озонового слоя и климата планеты природные вещества. Для осуществления этой стратегии потребуется реализация целого комплекса мер: конверсия предприятий, обучение и сертификация монтажников и специалистов, создание предприятий для сбора, регенерации и утилизации ГХФУ и других видов ОРВ, составление реестра существующих банков ОРВ и обеспечение функционирования ряда секторов российской экономики в переходный период.

Заключение

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой.

Понимание взаимодействий между озоном и изменением климата, и предсказание последствий изменения требует громадных вычислительных мощностей, надежных наблюдений, и здравых диагностических способностей. Способности сообщества науки быстро развились за прошлые десятилетия, но все же некоторые фундаментальные механизмы работы атмосферы все еще не ясны. Успех будущего исследования зависит от общей стратегии, с реальным взаимодействием между наблюдениями ученых и математическими моделями.

Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И, занеся ногу для очередного шага, следует внимательно посмотреть, куда наступишь. Пропасти и топкие болота роковых ошибок уже не прощают человечеству бездумной жизни.

Список литературы

1. Никитин Д.П., Новяков Ю.В. Окружающая среда и человек. Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 1980 г.,460 с.

2. Реймерс Н.Ф. "Экология". - М.: Журнал "Россия Молодая", 1994 г.

Размещено на Allbest.ru