Озоновый слой. Современные представления

Размещено на http://www.allbest.ru/

РГПУ им. А.И. Герцена

Реферат

Озоновый слой. Современные представления

Выполнила

Студентка 2 курса, 6 группы,

факультета биологии

Лобанова Анастасия

Санкт-Петербург 2012 год

Содержание

Введение

1. Из истории

2. Местоположение и функции озонового слоя

3. Причины разрушения озонового слоя

4. Озоновый слой над Россией

5. Международные соглашения

Заключение

Список литературы

Введение

Озоновый слой атмосферы - предмет пристального внимания исследователей, поскольку именно он защищает экосистемы Земли от пагубного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца. В последние десятилетия уменьшение озонового слоя наблюдалось главным образом в Антарктиде. Однако весной нынешнего года зафиксировано самое значительное за всё время наблюдений снижение концентрации озона в Арктике.

Измерения проводились на 30 станциях баллонного зондирования в арктическом и субарктическом регионах, включая станцию Росгидромета в Салехарде. Работу станций координировал Институт полярных и морских исследований им. А. Вегенера (AWI) в Германии. Анализ данных показал, что по отношению к климатической норме марта общее содержание озона уменьшилось более чем на 40%. Баллонные измерения подтверждены и данными, полученными европейским космическим аппаратом «Энвисат» .

XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы. Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий. Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию (ее определяют через техногенную нагрузку и плотность населения) превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.

1. Из истории

В принципе озон это разновидность кислорода. Озон был открыт в 1839 году немецким химиком Шенбейном, а в 1873г. его обнаружили в приземной атмосфере. Спустя 8 лет английский химик Гартли обнаружил озон в верхних слоях атмосферы.

Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.

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.

Предположение, что озоновый слой атмосферы разрушают вещества, содержащие хлор и бром, долгое время подвергавшееся критике со стороны как производителей аэрозолей и хладагентов, так и некоторых ученых, получило практическое подтверждение в 1985 году, когда были проанализированы результаты наблюдений за состоянием антарктической атмосферы. В 1996 году ученые Ш. Роуланд, М. Молина из Калифорнийского университета в США и П. Крутцен из Института химии им. Макса Планка в Германии были удостоены Нобелевской премии за установление причин снижения концентрации стратосферного озона. Это они доказали, что основными разрушителями озона являются атомы хлора или брома, отделившиеся под действием солнечной радиации от молекул, синтезированных человеком химических веществ, относящихся к классу галоидированных углеводородов.

Довольно долго, за 120 - 130 лет до новой эры и до приблизительно середины 19-го века, общее содержание озона в атмосфере менялось незначительно. Это показала реконструкция газового состава атмосферы, осуществленная на основании исследования пузырьков воздуха, содержащихся в антарктических ледовых кернах.

На снижение общего содержания стратосферного озона (ОСО), и, что существенно, не равномерное, а избирательное, обратили внимание в начале 80-х годов. Оказалось, что весной 1986 - 1991 гг. ОСО над Антарктидой было ниже его весенних значений в 1967 - 1971 гг. на 30 - 40%, а в 1993 году ОСО снизилось более, чем на 60%. Рекордно низкое значение ОСО, почти в 4 раза ниже нормы, было зафиксировано в 1987 и 1994 гг.

Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих 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 (хлорфторуглеводородов) сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. После этого, полагают ученые, озоновый слой начнет медленно восстанавливаться.

Измерения озона проводились, например, с советского спутника “Космос-65” и “Космос-121” 17-18 июня 1966 года. Детальная разработка полученных материалов помогла выяснить многие новые особенности распределения озона. Было обнаружено убывание озона над тропическими линиями конвергенции воздушных потоков (пассатов) под 5 градусом южной и 15-18 градусами северных широт и еще более резкое уменьшение над жаркими областями материков, например, над севером Африки.

2. Местоположение и функции озонового слоя

Озоновый слой -- часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25--30 км, в умеренных 20--25, в полярных 15--20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О2, образуя озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/мі) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20--25 км, наибольшая часть в общем объёме -- на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

Запах озона.

Если вы когда-нибудь ощущали резкий чистый запах в воздухе после грозы или электрический запах после того, как проехал поезд метро, значит: вы почувствовали запах озона. В больших объемах запах озона неприятен: он раздражает глаза и воздействует на легкие.

В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 10-6 %. Озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20% излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы.

Было достоверно установлено, что повышение интенсивности УФ-излучения затрудняет процесс фотосинтеза у растений и ведет к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, от ультрафиолета гибнет фитопланктон - кормовая база обитателей Мирового океана, последствия разрушения озона, скорее всего, будут включать рост заболеваемости раком кожи, генетические мутации, и , возможно, трагические последствия для мирового климата, поэтому необходимо принять меры по сокращению ХФУ.

Так как озоновый слой поглощает ультрафиолетовое излучение, то его разрушение приведет к более высоким уровням ультрафиолетового излучения на поверхности земли. Это, в свою очередь, вызовет увеличение случаев рака кожи. Другим следствием повышенного уровня ультрафиолетового излучения станет разогрев поверхности земли и, вследствие этого, изменение температурного режима, режима ветров и дождей и повышение уровня моря.

Иная проблема, связанная с озоном, но не связанная с разрушением озонового слоя - это фотохимический смог. Озон в нижних слоях атмосферы (тропосфере) является загрязняющим веществом. Он образуется на свету при реакции оксидов азота с углеводородами. Озон в тропосфере снижает продуктивность сельскохозяйственных культур. Он замедляет фотосинтез в растениях и ослабляет их.

Время от времени появляются сообщения о том, что над тем или иным районом земного шара, например над Швейцарией или озером Иссык-Куль, обнаруживаются очередные "озоновые дыры" различного размера и с различной продолжительностью жизни. Причины их возникновения в определенных районах, несмотря на значительные усилия ученых, нельзя считать полностью установленными, хотя есть некоторые антропогенные воздействия, которые однозначно вызывают появление "озоновых дыр". Так, при запуске космических ракет или иных летательных аппаратов, "пронзающих" озоновой слой, возникают "озоновые дыры" диаметром несколько сотен километров, которые могут мигрировать от места возникновения.

озон кислород стратосфера смог

3. Причины разрушения озонового слоя

Озоновый слой защищает жизнь на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. В 1974 году всемирное сообщество узнало о гипотезе двух ученых из Калифорнийского университета в Ирвине, что озоновый слой может находиться под угрозой в результате непрерывных выбросов хлорфторуглеродов (ХФУ) - широко распространенного комплекса промышленных химикатов.

В своей статье, опубликованной в июне 1974 года в журнале «Нейчур», Ф. Шервуд Роуленд и Марио Молина высказали теоретическое предположение о том, что когда обычно стабильные ХФУ попадают в стратосферу, то под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца они начинают разлагаться. Высвобожденные из соединений атомы хлора, ранее содержавшиеся в индифферентных ХФУ, начинают процесс цепной реакции, которая разрушает значительный объем стратосферного озона - Роуленд и Молина высказали предположение, что 1 атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона. Они также высказали мнение о том, что уровень ХФУ, высвобождаемого в окружающую среду, находится за пределами устойчивости и что если его не понизить, все это может привести к значительному сокращению озона в стратосфере.

Разрушение озона происходит также из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, некоторых газов: соединений азота, хлора и брома . Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу.

Предполагается множество причин ослабления озонового щита.

Во-первых, - это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры.

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

В - четвертых, это выбросы авиации, азотосодержащие взрывчатые вещества создают химические соединения, способные разрушать озоновый слой. Эти соединения способны накапливаться в атмосфере и воздействовать на озоновый слой в течение длительного времени. Особенно много этих химических соединений создается во время войн. Дымовые газы электростанций также вырабатывают миллионы тонн закиси азота в год.

Ученые пришли к заключению, что соединения хлора, которые широко использовались в промышленности и в быту, несут ответственность за разрушение озонового слоя земли. Некоторые виды хлорфторуглеродов использовались в качестве охладителей в холодильных установках и кондиционерах. Другие ХФУ применялись для производства поролонов и пенопластов - материалов, широко используемых во многих потребительских товарах, начиная от одноразовой пенопластовой посуды и заканчивая изоляционными материалами. Хлорфторуглероды нашли широкое применение в баллонах для распыления аэрозолей и в качестве веществ для промывания электрооборудования.

Немало было проведено изучений озонового слоя над Антарктидой.

Так, анализ данных, собранных в рамках программы Антарктического управления Великобритании, показал, что значение наименьшей концентрации озона, обычно наблюдаемой в стратосфере над Антарктидой в середине октября, за период с 1975 по 1984 годы снизилось на 40%. Постепенно были установлены некоторые закономерности этого явления. В Южном полушарии сентябрь и октябрь -- первые весенние месяцы, в это время солнце после долгой полярной зимы появляется над горизонтом и инициирует множество фотохимических реакций между молекулами озона и атомами хлора и брома, выделившихся из попавших в стратосферу органических соединений природного и антропогенного происхождения.

Ниже приведен озоноразрушающий потенциал некоторых веществ.

4. Озоновый слой над Россией

В полярной части Земли, арктической, значительные и устойчивые "озоновые дыры" пока не образуются. Обычно общее содержание озона (ОСО) в январе над Скандинавией и над Северо-Западом России бывает ниже, чем над Северо-Восточной Сибирью и Камчаткой на 20 - 25%. Однако в последние годы снижение ОСО стало наблюдаться и над другими областями России. Было обнаружено снижение ОСО над Западно-сибирской равниной и Среднесибирским плоскогорьем на 15 - 20%, в то время как над Северо-Западом России ОСО было ниже нормы на 10 - 15%.

По данным наземной озонометрической сети значения ОСО в начале XXI века заметно превосходят средние значения, наблюдаемые в середине 1990-х гг. Признаки восстановления озонового слоя отмечаются практически всеми специалистами, хотя и интерпретируются по-разному. Диапазон оценок долговременных изменений глобального озонового слоя к настоящему времени по сравнению с серединой 1970-х гг. в различных моделях составляет от практически необнаружимых до 8-10 %. Существуют убедительные свидетельства, что в умеренных и высоких широтах Северного полушария около половины наблюдаемых изменений озонового слоя могут быть соотнесены с изменениями Североатлантического (или Арктического) колебания, которое считается климатообразующим. Изменения его параметров являются одним из проявлений наблюдаемых климатических изменений. Также установлены связи изменений ОСО и высоты тропопаузы, которая во внетропических широтах Северного полушария за последние 30 лет заметно выросла (на большинстве станций аэрологического и озонного зондирования - на несколько сот метров). Данные наблюдений однозначно свидетельствуют о связи между изменениями параметров озонового слоя и климатических факторов. Если бы наблюдаемые изменения содержания в атмосфере так называемых «озоноразрушающих» соединений антропогенного происхождения -хлорфторуглеродов (фреонов) являлись основной причиной изменений озонового слоя, то они, несомненно, вызвали бы ощутимые изменения климата уже сейчас. Отсутствие заявлений о наблюдаемых воздействиях эмиссий хлорфторуглеродов на изменения климата может рассматриваться как косвенное свидетельство того, что произошедшие изменения озонового слоя в основном не были вызваны антропогенными факторами.

Исследования Центральной аэрологической обсерватории (Долгопрудный) показали, что озоновый слой Земли окреп; в Северном полушарии его параметры вернулись к уровню 70-х годов прошлого века, когда озоновый слой был невозмущенным. Озоновый слой над европейской Россией, включая и ее северную часть, пока не истощается.

5. Международные соглашения

В 1977 году, через три года после того, как М. Молина высказал свою гипотезу о роли ХФУ, в Вашингтоне представители 32 стран выработали первый план действий по защите озонового слоя. В результате в США, а затем в Швеции, Норвегии и Канаде было запрещено использование ХФУ в аэрозольных упаковках.

В марте 1985 года в Вене была провозглашена концепция сохранения озонового слоя, а обязательства стран, одобривших эту концепцию, были сформулированы в международном соглашении, названном Венской конвенцией по защите озонового слоя (ВК); СССР присоединился к ВК в 1986 году. Эти обязательства означали для каждой страны, подписавшей ВК, формирование национальной политики и реализацию мер, направленных на снижение негативного воздействия на озоновый слой. ВК не предусматривала конкретных сроков реализации мероприятий по защите озонового слоя и каких-либо санкций для государств, недостаточно эффективно их реализующих.

Следующий шаг был сделан в октябре 1987 года в Монреале, когда 36 стран (СССР в 1988 году) подписали Протокол по веществам, разрушающим озоновый слой, иначе называемый Монреальским протоколом (МП). Это международное соглашение предусматривало замораживание на уровне 1986 года производство пяти наиболее широко применяемых ХФУ, а затем сокращение их производства на 20% к 1993 году и на 30% - к 1998 году.

К июню 1995 года почти 150 стран подписали МП, а на юбилейной встрече в Монреале в сентябре 1997 таких стран было уже 163.

Все государства-члены ООН призваны посвятить 16 сентября каждого года пропаганде на национальном уровне конкретной деятельности в соответствии с задачами и целями, изложенными в Монреальском протоколе и поправках к нему, которые направлены на защиту озонового слоя, фильтрующего солнечные лучи и предупреждающего пагубное воздействие ультрафиолетового излучения на поверхность Земли, тем самым сохраняя жизнь на планете.

В ООН также констатируют, что за 20 лет действия Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, мировое производство и потребление этих веществ (в т.ч. хлорфторуглерода, гидрохлорфторуглерода) свернуто более чем на 80%. Из года в год отмечается прогресс в глобальных усилиях по восстановлению озонового слоя.

По прогнозам экспертов, полное восстановление озонового слоя в средних широтах и Арктике произойдет примерно к 2049 году - на пять лет позже, чем предполагалось ранее. В Антарктике это случится примерно к 2065 году - на 15 лет позже, чем думали раньше.

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, перечисленных в приложении C к Монреальскому протоколу, т.е. - гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ).

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.

Встречи сторон МП на уровне министров происходят ежегодно. Они сопровождаются проверкой выполнения сторонами МП их обязательств, кроме этого на таких встречах, как правило, принимаются новые поправки к МП, все более повышающие обязательства сторон. Так, в июне 1990 года в Лондоне 92 государства (в том числе и наша страна) подписали дополнение к МП, предусматривающее полное прекращение производства ХФУ к 2000 г.

Согласно некоторым источникам, в мире давно ведутся споры о причастности фреона к озоновым дырам. Некогда одна американская фирма DuPont инициировала запрет старых и переход на новые типы фреонов не из-за подозрений на их вредоносность, а лишь потому, что у компании истекал срок действия патента. Между тем полная «невиновность» фреона в образовании озоновой дыры давно доказана: фреон способен разрушать озон только в лабораторной пробирке, поскольку он в четыре раза тяжелее воздуха, соответственно, попав в атмосферу, он не поднимается на высоту в 30 км, где находится озоновый слой, а опускается в низины. Помимо того, абсолютно неясно, из-за чего дыра образуется над Антарктидой, в которой никаких выбросов фреона нет и не может быть по определению, а над большими городами, где фреона витает тонны, никаких дыр не замечено. Так же считается, что инициатором создания Монреальского протокола была та самая компания DuPont. Этим хитрым шагом фирма быстро обанкротила большое количество мелких конкурентов, занимавшихся производством фреона; заставила почти весь мир менять холодильники и кондиционеры, утилизируя фреоновые и покупая «экологически чистые». И Россия, в соответствии с Монреальским соглашением, не производит фреон уже с 1996 года, а покупает его заменители у все тех же DuPont.

Заключение

Несмотря на многие попытки человечества предотвратить сокращение озонового экрана, факт остается фактом - для обеспечения сохранности озонового слоя для нынешнего и будущих поколений понадобятся дополнительные меры и усилия. Необходимо искать альтернативы веществам, которые будут более безвредными для озона.

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. Кроме того, с увеличением объема наблюдений, позволяющих все более подробно описывать состояние озонового слоя, появляются новые свидетельства того, что происходящие изменения связаны не только с антропогенными воздействиями, но, и в значительной степени, с изменениями циркуляции атмосферы.

Во все звенья природной системы проникли несовместимые с ней чужеродные вещества, наносящие ей вред. Возникла необходимость принятия мер сокращения истощения естественных природных ресурсов и ограничения применения вредных для природы веществ.

Но это не означает, что техника, химия, хозяйственная деятельность и экономика должны вернуться к каменному веку; наоборот, это означает необходимость продвижения к новым научным достижениям, опирающимся на познание.

Истощение озонового слоя может непредсказуемо изменить климат Земли. Озоновый слой задерживает тепло, рассеивающееся с поверхности Земли. По мере уменьшения количества озона в атмосфере температура воздуха снижается, изменяется направление господствующих ветров и меняется погода. Результатом могут стать засухи, неурожаи, нехватка продовольствия и голод. Некоторые ученые подсчитали, что даже если будут приняты меры и прекратится всякая деятельность, разрушающая озоновый слой, то на восстановление его в полном объеме уйдет 100 лет. Поэтому нельзя бездумно тратить ресурсы Земли и нужно действовать в пользу сохранения природы, ведь от этого зависит и наша жизнь, и жизнь всего живого.

Полный отказ от использования ХФУ займет много времени. Прежде всего промышленным предприятиям следует разработать безопасные способы замены ХФУ, которые используются при производстве такой важной продукции, как холодильники. Однако не у всех стран есть средства на то, чтобы использовать заменители.

Список литературы

1)Журнал” Наука и жизнь”

2) http://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru/chto-takoe-ozonovyj-sloj-i-pochemu-ego-razrushenie-vredno/

3) http://www.anofdi.narod.ru/ozon.htm

4) http://www.ng.ru/science/2010-03-10/15_planet.html

5) http://geo.tsu.ru/resources/meteo_res/dynamic.pdf

6) http://www.km.ru/nauka/2011/10/10/issledovaniya-rossiiskikh-i-zarubezhnykh-uchenykh/nad-rossiei-obrazovalas-ogromnaya

7) http://www.murman.ru/ecology/comitet/report99/part1_1_5.html

8) http://www.nkj.ru/search/article/

9) http://www.ozoneprogram.ru/ozon_sloi/ozon_dira/

10) http://ozone.unep.org/new_site/en/Information/Information_Kit/russian/Success%20in%20the%20making-R.pdf

11) http://www.bestreferat.ru/referat-4268.html

12) http://www.un.org/ru/youth/tunza/ozone.shtml

13) http://chemistry.narod.ru/razdeli/eco/7.htm

14) http://www.un.org/ru/development/progareas/global/ozon.shtml

15) http://class-fizika.narod.ru/pog2.htm

16) http://file.liga.net/holiday/3056-mejdynarodnii_den_ohrani_ozonovogo_sloya.html

17) http://ruswww.com/ru/blog/istoriya-izucheniya-ozonovogo-sloya/

18) http://www.ozoneprogram.ru/ozon_sloi/ozon_rossija/

Размещено на Allbest.ru