Проблема глобального потепления климата и разрушения озонового слоя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВО «КГТУ»)

Институт отраслевой экономики и управления

Кафедра ихтиологии и экологии

Контрольная работа по дисциплине

«Экология и природопользование»

Тема: «Проблема глобального потепления климата и разрушения озонового слоя»

Работу выполнил

студент группы 15-ЗЭК Гусев В.Г.

Калининград 2017

Содержание

Введение

1. Проблема глобального потепления климата

2. Проблема разрушения озонового слоя

Заключение

Список использованных источников

Введение

Актуальность настоящей темы контрольной работы определяется тем обстоятельством, что антропогенная деятельность приводит к выбросам парниковых газов в атмосферу. Так диоксид углерода выделяется в тех случаях, когда ископаемое топливо используется для получения энергии и когда вырубаются и сжигаются леса. Выбросы метана и закиси азота обусловлены сельскохозяйственной деятельностью, изменениями в землепользовании и другими источниками. Искусственные химикаты под названием галоидуглероды (ХФУ, ГФУ, ПФУ) и другие долгоживущие газы, такие как гексафторид серы (SF6), выбрасываются в процессе производственной деятельности. Озон в нижних слоях атмосферы образуется вследствие косвенного воздействия выхлопных газов, выбрасываемых автотранспортными средствами и другими источниками.

Повышение уровня парниковых газов уже приводит к изменению климата. Поглощая инфракрасное излучение, эти газы влияют на естественную циркуляцию энергетических потоков в климатической системе. В ответ на антропогенные выбросы климат стал «подстраиваться» к более «плотному покрову» парниковых газов, стремясь сохранить баланс между солнечной энергией и энергией, исходящей обратно в космос. Данные наблюдения показывают, что в течение XX века глобальная температура повысилась примерно на 0,60C. Существуют новые и более убедительные факты, свидетельствующие о том, что наблюдаемое за последние 50 лет потепление вызвано глав ным образом антропогенной деятельностью.

Согласно климатическим моделям, к 2100 году глобальная температура повысится на 1,4 5 5,8°C. Это изменение будет самым масштабным из всех изменений климата, которые когда либо происходили на нашей планете, по меньшей мере за последние 10000 лет. Эти прогнозы основываются на целом ряде допущений, касающихся основных факторов, которые будут обуславливать будущие выбросы (таких, например, как рост численности населения и технический прогресс), однако они строятся без учета действий по сокращению выбросов, предпринимаемых как отклик на проблему изменения климата. Масштабы и воздействия изменения климата, в особенности на региональном уровне, характеризуются множеством неопределенностей. Вследствие задерживающего эффекта океанов, поверхностная температура не будет сразу же реагировать на выбросы парниковых газов, поэтому изменение климата будет продолжаться еще в течение многихсотен лет после того, как концентрация атмосферных газов стабилизируется.

В свою очередь, разрушение озона обусловлено поступлением в стратосферу ХФУ, (фреонов-хладонов), оксидов азота. Образование озона ускоряется, выделяющимися в тропосферу при сжигании топлива. Следовательно, образование озона происходит, главным образом, в тропосфере, а разрушение - стратосфере. Но даже если эти противоположные процессы компенсируют друг друга, то вследствие перемещения озона из одного слоя атмосферы в другой могут происходить нарушения естественного равновесия, последствия которого пока неизвестны. Однако весьма вероятно, что этим разрушается защитный экран Земли.

Последствия разрушения озонового слоя можно проиллюстрировать примерами. Так, предполагают, что 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи, а также приводит к возникновению инфекционных, вирусных, паразитарных и др. заболеваний. Рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генетические изменения у флоры и фауны, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана.

На основании изложенного целью контрольной работы является рассмотрение проблем глобального потепления климата и разрушения озонового слоя.

1. Проблема глобального потепления климата

Глобальное потепление -- процесс постепенного роста средней годовой температуры поверхностного слоя атмосферы Земли и Мирового океана, вследствие всевозможных причин.

Рисунок 1 - Сущность глобального потепления

Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия.

Причины изменений климата остаются неизвестными, однако среди основных внешних воздействий выделяют:

- изменения орбиты Земли

- солнечной активности

- взаимодействия между Солнцем и планетами Солнечной системы

- вулканические выбросы

- парниковый эффект.

По данным прямых климатических наблюдений, средние температуры на Земле повысились.

Одной из наиболее широко обсуждаемых причин является антропогенный парниковый эффект.

Парниковый эффект в атмосфере нашей планеты вызван тем, что поток энергии в инфракрасном диапазоне спектра, поднимающийся от поверхности Земли, поглощается молекулами газов атмосферы, и излучается обратно в разные стороны, в результате половина поглощенной молекулами парниковых газов энергии возвращается обратно к поверхности Земли, вызывая её разогрев.

Парниковые газы играют роль плёнки или стекла теплицы (парника), они свободно пропускают солнечные лучи к поверхности Земли и задерживают тепло, покидающее атмосферу планеты. Основными парниковыми газами являются: диоксид углерода (С02), метан (СН4), закись азота (N20), тропосферный озон (03) и водяной пар (Н20). Наибольшая роль отводится водяному пару и углекислому газу. На их долю приходится более 95% всего парникового эффекта.

Таблица 1 - Основные парниковые газы

Итак, на климат Земли оказывает влияние постоянный приток солнечной энергии. Эта энергия, как правило, поступает в форме видимого света. Около 30% энергии сразу же отражается обратно в космос, но остальная, бoльшая ее часть (70%) проникает сквозь атмосферу и нагревает земную поверхность.

Земля отдает обратно в космос эту энергию в форме инфракрасного излучения. Будучи намного холоднее Солнца, Земля не испускает энергию в форме видимого света. Вместо этого, она выделяет инфракрасное или тепловое излучение. Это излучение аналогично теплу, которое отдает электрический камин или мангал, до того как его прутья раскалятся докрасна.

«Парниковые газы» в атмосфере задерживают инфракрасное излучение, не позволяя ему сразу же уйти в космос с поверхности Земли. Инфракрасное излучение не может непосредственно пройти через воздух как видимый свет. Вместо этого, большая часть исходящей энергии уносится потоками воздуха с поверхности Земли и, в конечном счете, достигнув высот, расположенных за пределами самых плотных слоев «покрова» из парниковых газов, уходит в космос.

Основные парниковые газы представляют собой водяной пар, диоксид углерода, озон, метан, закись азота, галоидуглероды и другие промышленные газы. Все эти газы, за исключением промышленных, имеют естественное происхождение. Все вместе они составляют менее 1% атмосферы. Однако этого достаточно, чтобы создать «естественный парниковый эффект», который позволяет сохранить на планете температуру примерно на 30oC выше той, которая была бы в случае его отсутствия, - что исключительно важно для жизни на Земле в той форме, в которой мы ее знаем.

Уровни основных парниковых газов (возможно, за исключением водяных паров) повышаются вследствие антропогенной деятельности. Выбросы диоксида углерода (преимущественно при сжигании угля, нефти и природного газа), метана и закиси азота (главным образом, обуславливаемые сельским хозяйством и изменениями в землепользовании), озона (образующе гося под действием выхлопных газов, выбрасываемых автотранспортом и другими источниками) и долгоживущих промышленных газов, таких как ХФУ, ГФУ, ПФУ, изменяют способность атмосферы поглощать энергию. Уровень водяных паров может также повышаться вследствие действия «положительной обратной связи». Все это происходит с беспрецедентной скоростью. В результате мы имеем «усиленный парниковый эффект».

Климатическая система должна “приспосабливаться” к повышению уровня газов, с тем чтобы сохранить глобальный “энергетический баланс”. В долгосрочном плане Земля должна освобождаться от энергии с такой же скоростью, с которой она ее получает от Солнца. Поскольку более плотный покров парниковых газов помогает сократить утечку энергии в космос, климат должен как то изменяться с тем, чтобы восстановить баланс между поступающей и исходящей энергией.

«Процесс приспособления» будет представлять собой «глобальное потепление» поверхности Земли и нижних слоев атмосферы. Но это лишь часть общего процесса. Потепление является наиболее простым способом для климата избавиться от излишков энергии. Однако даже небольшое повышение температуры будет сопровождаться многими другими изменениями, например, изменением облачного покрова и характера ветров. Некоторые из этих изменений могут воздействовать на потепление в качестве усиливающих факторов (положительная обратная связь), другие - противодействовать ему (отрицательная обратная связь).

В то же время, искусственные аэрозоли обладают всеобщим охлаждающим эффектом. Выбросы серы из тепловых электростанций, работающих на угле и нефти, и горение органических материалов приводит к образованию микроскопических частиц, которые способны отражать назад в космос солнечный свет, а также воздействовать на облака. Возникающий в результате процесс охлаждения частично противодействует потеплению, вызванному парниковым эффектом.

Однако эти аэрозоли находятся в атмосфере относительно недолго по сравнению со стойкими парниковыми газами, поэтому их охлаждающее воздействие носит локальный характер. Они также являются причиной кислотных дождей и низкого качества воздуха, т.е. определенных проблем, которые необходимо решать. Это значит, что нам не следует всецело полагаться на охлаждающий эффект аэрозолей.

Согласно климатическим моделям, глобальная средняя температура повысится к 2100 году примерно на 1,4 - 5,8°C (2,5 - 10,4°F) в год. В этом прогнозе 1990 год используется в качестве базового и вводится допущение о том, что никакие меры, имеющие целью свести к минимуму изменение климата, не принимаются. В нем также учтены ответная реакция климата и эффект аэрозолей на нынешнем уровне понимания этих явлений.

Прошлые выбросы уже предопределили некоторые климатические изменения. Климат не может незамедлительно реагировать на выбросы. Поэтому он будет продолжать изменяться в течение сотен лет даже после того, как выбросы парниковых газов будут сокращены и их атмосферный уровень стабилизируется. Некоторые важные воздействия, вызванные изменением климата, такие как прогнозируемое повышение уровня моря, будут полностью осознаны по прошествии еще более длительного периода времени.

Сегодня существуют новые и еще более убедительные факты, свидетельствующие о том, что изменение климата уже началось. Климат изменяется естественным образом, усложняя работу по определению воздействий, вызванных увеличением концентрации парниковых газов. Тем не менее, все больший и больший объем данных наблюдений дает нам сегодня общую картину повышения температуры на нашей планете. Например, характер температурных тенденций за последние несколько десятков лет имеет сходство с характером парникового потепления, предсказанного на основе моделей. Маловероятно, что эти тенденции обусловлены исключительно известными источниками естественной изменчивости. Впрочем, остается еще много неопределенностей, в частности, каким образом изменение облачного покрова будет влиять на изменение климата в будущем.

Увеличение средней годовой температуры поверхностного слоя атмосферы будет сильнее ощущаться над материками, чем над океанами, что в будущем вызовет коренную перестройку природных зон материков.

Зона вечной мерзлоты уже сместилась к северу на сотни километров. Некоторые учёные утверждают, что вследствие быстрого таяния вечной мерзлоты и повышения уровня Мирового океана, в последние годы Ледовитый океан наступает на сушу со средней скоростью 3-6 метров за лето.

Глобальное потепление затронет и места обитания человека и животных. Смена ареалов обитания живых организмов уже отмечается во многих уголках Земного шара. Особенно сильно заметно потепление арктических океанических вод. Теперь многие промысловые рыбы встречаются там, где их раньше не было.

Повышение температуры создаёт благоприятные условия для развития болезней, чему способствуют не только высокая температура и влажность, но и расширение ареала обитания ряда животных - переносчиков болезней. Усиленное развитие микрофлоры и нехватка чистой питьевой воды будет способствовать росту заболеваний. Быстрое размножение микроорганизмов в воздухе может увеличить заболеваемость астмой, аллергией и различными респираторными болезнями. Непредсказуемые последствия повлечёт за собой таяние мерзлоты, которое может сопровождаться значительными разрушениями. Большие территории могут стать не пригодными для жизни человека.

Есть мнение, что человек в будущем попытается взять климат Земли под свой контроль, насколько это будет успешно, покажет время.

Предлагаются такие оригинальные способы предотвращения глобального потепления, как выведение новых сортов растений и деревьев, листья которых обладают более высоким альбедо, покраска крыш в белый цвет, установка зеркал на околоземной орбите, укрытие от солнечных лучей ледников и т.д.

Много усилий тратится на замену традиционных видов энергии, основанной на сжигании углеродного сырья, на не традиционные, такие как производство солнечных батарей, ветряков, строительство ПЭС, ГЭС, АЭС. Немалое внимание уделяется рациональному использованию энергоресурсов. В будущем планируется улавливать парниковые газов при производстве электроэнергии, а также из атмосферы путём захоронения растительных организмов, использования хитроумных искусственных деревьев, закачки углекислого газа на глубину океана. Но большинство перечисленных способов «нейтрализации» CO2 очень дороги.

Особое внимание уделяется разработке законодательных нормативов, направленных на снижение выброса парниковых газов. В настоящее время многими странами мира были приняты Рамочная конвенция ООН об изменении климата (1992) и Киотский протокол (1999). Последний не был ратифицирован рядом стран, на которые приходится львиная доля выброса CO2. Так на долю США приходится около 40% от всех выбросов. К сожалению, пока человек во главу угла будет ставить собственное благосостояние, прогресса в решении вопросов глобального потепления не предвидится.

2. Проблема разрушения озонового слоя

Озоновый слой расположен в стратосфере на высоте от 12 до 50 км (наибольшая плотность на высоте около 23км). И, несмотря на то, что концентрация озона в атмосфере меньше 0.0001%, озоновый слой полностью поглощает губительное для всего живого коротковолновое ультрафиолетовое излучение.

Образование вследствие фотодиссоциации молекул кислорода:

О2 + hн > 2О.

О2 + O. > О3

Нарастание концентрации фреонов, диоксидов азота, метана и других углеводородов, поступающих в дополнение к естественным составляющим атмосферы из техногенных источников способно уменьшить концентрацию озона.

Разрушение озона обусловлено поступлением в стратосферу ХФУ, (фреонов-хладонов), оксидов азота.

Образование озона ускоряется, выделяющимися в тропосферу при сжигании топлива. Следовательно, образование озона происходит, главным образом, в тропосфере, а разрушение - стратосфере. Но даже если эти противоположные процессы компенсируют друг друга, то вследствие перемещения озона из одного слоя атмосферы в другой могут происходить нарушения естественного равновесия, последствия которого пока неизвестны. Однако весьма вероятно, что этим разрушается защитный экран Земли.

Фреоны способны находиться в атмосфере, не разрушаясь 70 -100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 миллион тонн озоноразрушающих веществ.

Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% - на страны ЕС, 10 -12% - Японию, 7 -10% - Россию. Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов, как основных постановщиках кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов.

Итак, самой главной причиной разрушения озонового слоя является фреоны. Фреоны - это газы, не вступающие у поверхности планеты ни в какие хим. реакции. При медленной диффузии в стратосферу они достигают области распространения фотонов высоких энергий и при фотохимических превращениях способны разлагаться.

CFCl3 + hн > CFCl2 + Cl.

Cl.+ O3 > ClO + O2

ClO + O. > Cl. + O2.

О3 + O. > 2О2

Хлор может находиться в атмосфере до 120 лет, и за это время способен разрушить до 100 тысяч молекул озона. Аналогично действует и оксид азота NО. Главными источники N2О в атмосферу являются двигатели ракет, самолетов и автомобилей, горения углеводородного топлива.

Азотный цикл (NOx)

N2O + O. (1D) > NO + NO,

О3 + NO > NO2 + О2,

NO2 + О. > NO + О2.

Кислородный цикл

O3 + hv > О2 + О.

О3 + О. > 2O2

Водородный цикл (HOx)

HО. + О3 > НО2.+ О2,

НО2. + О3 > HО. + 2О2.

С учетом сложившегося в настоящее время газового состава стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70 % озона разрушается по азотному циклу, 17 - по кислородному, 10 - по водородному, около 2 % по хлорному и около 1-2 % поступает в тропосферу.

Активную роль в образовании и разрушении озона играют тяжелые металлы (медь, железо, марганец). Поэтому общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов, в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических реакций.

Последствия разрушения озонового слоя можно проиллюстрировать примерами. Так, предполагают, что 1%-ное сокращение озонового слоя вызывает 4%-ный скачок в распространении рака кожи, а также приводит к возникновению инфекционных, вирусных, паразитарных и др. заболеваний. Рост губительного воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генетические изменения у флоры и фауны, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана.

Хотя человечеством были приняты меры по ограничению фреонов путём перехода на другие вещества, процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года.

Так, причины появления озоновых дыр объясняют по-разному. Возможно, это связано с естественными циклами в природе, на которые раньше не обращали внимания.

Первоначально основной причиной разрушения озонового слоя считали воздействие сверхзвуковых транспортных самолетов, которые загрязняют стратосферу водой и оксидами азота, способными разрушать озон. Но высокая стоимость таких полетов настолько замедлила развитие сверхзвуковых перевозок, что теперь они не представляют существенной угрозы для озонового экрана. Однако в одном ученые сходятся: фреоны (хлорфторуглеводороды - ХФУ ) и бромсодержащие холоны способствуют разрушению озонового слоя. Эти химические вещества, созданные человеком, широко используются в качестве аэрозолей, хладагентов, растворителей, в огнетушителях. Попадая в стратосферу, под действием высокоэнергетической ультрафиолетовой радиации хлорфторуглеводороды разрушаются, а атомы хлора, выделяющиеся при этом, взаимодействуют с озоном.

Образовавшийся монооксид хлора взаимодействует с атомами кислорода и восстанавливает хлор. Затем возникает цепная реакция разрушения озона. Один атом хлора может превратить до 100 тыс. молекул, в молекулы. Атомы брома, выделяемые из холонов, также превращают озон в кислород. Производство хлорфторуглеводородов в мире высоко: только в США дают ежегодно половину всего количества - 800 - 900 тыс. Хлор и фторзамещенные углеводороды не только воздействуют на озон, но и отражают инфракрасное излучение, что может усугублять парниковый эффект. Кроме того, ученые осознали, что хлор и фторзамещенные углеводороды и сверхзвуковая авиация вовсе не единственные факторы, наносящие ущерб озоновому слою.

В последнее время ученые высказывают предложение о существенном вкладе природных явлений в процессы разрушения озона и возникновении «озоновых дыр». К таковым относятся, например, 11 - летние циклы солнечной активности, выход озоноразрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходящих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеиванию озона.

потепление озоновый атмосфера климатический

Список использованных источников

1. Гаврилов В. Сценарий похолодания // НГ-Энергия. - 2014. - № 5. - С. 12-16.

2. Гейнц Е. Изменения климата в истории времени //Экология и жизнь. - 2017. - №1. - С. 52-54.

3. Егоров Н.П. Современные экологические проблемы.- Н.Новгород: ННГУ, 2015.- 130 с.

4. Никонов А., Хомяков П. Глобальное потепление - шанс для России // НГ-Наука. - 2016. - № 1. - С. 15- 17.

5. Экология, охрана природы, экологическая безопасность. Под общей ред. А.Т. Никитина, С.А. Степанова. - М.: Изд-во МНЭПУ, 2015. - 648 с.

Размещено на Allbest.ru