«Распространенные заблуждения об «озоновых дырах

Муниципальное образовательное бюджетное учреждение
«Алешинская СОШ»
301126, Россия, Тульская область,
Ленинский район, село Алёшня, ул. Фабричная, д.1, тел. 8(4876)79-61-25,
E-mail: aleshja@rambler.ru
Реферат
«Распространенные заблуждения об
«озоновых дырах»
Выполнила: Золотухина Анастасия,
13 лет
Руководитель: Григорьева Е.С.,
учитель технологии
Алёшня, 2014
Содержание.
Введение
3
1
Озон и атмосфера
4
2
Озоновые дыры и причины их возникновения
5
3
«Распространенные заблуждения об «озоновых дырах»
7
Гипотеза №1 Основными разрушителями озона являются
7
3.1
фреоны
3.2
Гипотеза №2 Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать
9
стратосферы
3.3
Гипотеза №3 Основные источники галогенов – природные, а не
10
антропогенные.
3.4
Гипотеза №4 Озоновая дыра должна находиться над
12
источниками фреонов
3.5
Гипотеза №5 Озон разрушается только над Антарктикой
13
Заключение.
14
Использованные источники информации
15
2
Введение
Уже не для кого, не секрет, что защита озонового слоя является одной из
важнейших проблем современности. Озоновый слой является согласно
действующему законодательству одним из важных природных объектов,
подлежащих правовой охране. Он назван в Законе «Об охране окружающей
природной среды» (ст. 4) в числе природных объектов, подлежащих охране от
загрязнения, повреждения, истощения, разрушения.
Статья 54 Закона специально посвящена охране озонового слоя Земли. В
ней сказано: «Охрана озонового слоя атмосферы от экологически опасных
изменений
обеспечивается
использования
соответствии
веществ,
с
посредством
регулирования
разрушающих
международными
озоновый
договорами
слой
производства
и
атмосферы,
в
Российской
Федерации,
общепризнанными принципами и нормами международного права, а также
законодательством Российской Федерации».
Обязанность по охране озонового слоя Земли предусматривается не
только российским законодательством, но и международными соглашениями,
одним из важнейших среди них является Монреальский протокол 1987 года, в
соответствии с которым устанавливается контроль за производством и
использованием
фреонов
и
хлор-
и
фторуглеводородов,
пагубно
сказывающихся на состоянии озонового слоя.
Нашумевшие в свое время «озоновые дыры» и сейчас продолжают
будоражить воображение, как исследователей, так и простых обывателей.
Озон поглощает УФ излучение солнца, губительное для жизни на нашей
планете. Что будет, если он пропадет?
Хотелось бы понять, что является истинной причиной разрушения этой
Земной оболочки.
3
1. Озон и атмосфера
Озоновый слой Земли - это верхний слой атмосферы, расположенный на
высоте 7-8 километров (на полюсах), 17-18 километров (на экваторе). Это
тончайший слой атмосферы, всего около 3мм, выполняющий, однако,
важнейшую роль в обеспечении жизнедеятельности на нашей планете.
1. Он защищает ее от ультрафиолетового излучения, пагубно влияющего
на все живое на Земле.
2.Большое
значение
озоновый
слой
имеет
и
для
поддержания
температурного баланса на Земле.
Борьба с глобальным потеплением, происходящим в настоящее время в
результате антропогенной деятельности, - насущная задача всех стран,
особенно промышленно развитых, в том числе и России.
Озон состоит из трех атомов кислорода – О3
– и образуется при воздействии УФ излучения на
кислород О2. Молекула О2 распадается на два
атома
кислорода
присоединяется
атмосферы,
в
О,
к
каждый
целой
котором
из
которых
молекуле.
находится
этот
Слой
газ,
называется озоносферой.
Надо сказать, что сам озон, как сильнейший окислитель, вреден для здоровья
людей и животных, способен наносить ущерб растениям.
Конечно, озон, образующийся после грозы, не способен сильно
навредить, он даже полезен, так как убивает болезнетворных микробов, но в
больших количествах этот газ отравляет не только микробов. Именно поэтому
тропосферный озон называют также «плохим» - в отличие от «хорошего»
стратосферного. Увы, первого становится все больше из-за выбросов
промышленных отходов в атмосферу. К сожалению, перейти в озоносферу он
не может – его молекулы просто не способны подняться так высоко.
4
Озоновый слой окружает всю землю, но его толщина на разных широтах
не одинакова. Тоньше всего он на экваторе, а на полюсах толще. И хотя озон
перемещается воздушными течениями, и его количество в значительной
степени зависит от времени года (летом и осенью его больше, а зимой и весной
– меньше), это неравномерное распределение сохраняется.
Распространение озонового слоя в атмосфере.
2. Озоновые дыры и причины их возникновения
Впервые вопрос угрозы озоновому слою Земли поднялся еще в далеких
1960-х годах. Тогда считалось, что сверхзвуковые самолеты, выбрасывающие
при полете выхлопные газы, состоящие из оксидов азота и водяных паров,
могут серьезно повредить озоносфере. Также определенная опасность
приписывалась
азотным
незначительными.
удобрениям.
Сверхзвуковая
Но
авиация
обе
не
эти
нашла
угрозы
оказались
такого
широкого
применения, как предполагалось, и в настоящее время представлена только
«Конкордом», совершающим рейсы над Атлантикой несколько раз в неделю, и
военными
самолетами. Азотные же удобрения
нестойки и
успевают
5
разложиться прежде, чем достигнут стратосферы.
Однако
в
середине
70-х
на
первый
план
вышла
проблема
хлорфторуглеродов, чья опасность для озонового слоя оказалась неожиданно
высокой. Те самые фреоны, используемые в холодильных установках и
аэрозолях, огнетушителях, для очистки электронных приборов, при химической
чистке одежды и еще во многих областях.
В 1985 г был впервые опубликован доклад о том, что над Антарктикой
имеется зона, испытывающая дефицит в озоне,
причем зона эта растет уже с 1980 г. Это
моментально стало сенсацией, и в прессе впервые
возник термин «озоновая дыра». Он, конечно же,
некорректный, так как и речи идти не может,
чтобы какая-либо область на Земле полностью
оказалась без озоновой защиты. «Озоновая дыра»
означает
лишь,
что
ежегодное
весеннее
уменьшение количества озона над Антарктидой превысило норму.
Таким образом, озоновая дыра – локальное падение концентрации
озона в озоновом слое Земли.
Из-за чего же возникают озоновые дыры? Где они появляются? Вокруг
проблемы истощения озонового слоя существует множество мифов. Несмотря
на свою очевидную антинаучность, эти мифы чрезвычайно популярны –
особенно в среде журналистов, всюду ищущих следы очередного мирового
заговора. Существует несколько гипотез, проверим самые популярные и
попытаемся разобраться, верны ли они.
6
3. Распространенные заблуждения об «озоновых дырах
3.1 Гипотеза №1 Основными разрушителями озона являются фреоны
Фреоны
(хладоны),
фторсодержащие
насыщенные
углеводороды
(главным образом производные метана и этана), используемые как хладагенты
в холодильных машинах. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов
содержатся обычно атомы хлора, реже — брома. Известно более 40 различных
фреонов большинство из них выпускается промышленностью.
В
1930
г.
инженер
хлорфторуглеводороды
в
Т.
Мидгли
качестве
предложил
нетоксических
использовать
компонентов
при
производстве домашних холодильников. Торговое название их — фреоны
(DuPont). Они отличались рядом уникальных свойств: были негорючими
компонентами, не вызывали коррозии металлов. Но самое главное, они кипели
при комнатной температуре и легко переходили из жидкого состояния в
газообразное и обратно. В силу этих свойств, фреоны быстро заменили
ядовитый аммиак и диоксид серы, которые применялись в качестве
охлаждающих жидкостей (хладоагентов).
Помимо холодильной техники, фреоны широко применяются при
производстве
аэрозолей
(пропелленты),
вспенивающих
веществ
при
производстве пенополиуретанов, в электронной промышленности для очистки
деталей электронного оборудования.
Фреоны — долгоживущие молекулы (в атмосфере могут находиться до
нескольких сотен лет), не растворимы в воде, летучи.
7
В области экватора из-за наличия мощных
восходящих потоков воздуха фреоны могут
попадать в стратосферу. Там под действием УФИ
от фреонов отделяется атомарный хлор, который,
взаимодействуя
с
молекулярный
кислород
Взаимодействие
озоном,
и
последнего
образует
активный
с
СЮ.
атомарным
кислородом приводит к образованию кислорода
и вновь атома хлора, который продолжает
процесс разрушения озона. Расчеты показывают, что один атом хлора способен
разрушить до 10 тыс. молекул озона.
Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В
остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25 % потерь озона в
стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80 % хлора имеет
антропогенное происхождение. То есть вмешательство человека сильно
увеличивает вклад хлорного цикла. До вмешательства человека процессы
образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны,
выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в
сторону уменьшения концентрации озона.
Что же касается полярных озоновых дыр, то здесь ситуация совершенно
иная. Механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких
широт,
ключевой
стадией
является
превращение
неактивных
форм
галогенсодержащих веществ в оксиды, которая протекает на поверхности
частиц полярных стратосферных облаков. И в результате практически весь озон
разрушается в реакциях с галогенами, за 40-50 % ответственен хлор и порядка
20-40 % — бром.
Попадая в атмосферу, все эти изначально неопасные соединения
медленно поднимаются вверх, пока не достигают озонового слоя, где
оказываются под воздействием УФ излучения. Разлагаясь и высвобождая
атомы хлора, брома, азота, они вступают во взаимодействие с озоном. При этом
8
каждый атом хлора или брома разрушает молекулу озона, присоединяя атом
кислорода.
Взаимодействие происходит по формуле:
O3+Y=YO+O2
YO+O=Y+O2
где Y=NO, OH, Cl, Br
Схема реакции галогенов в стратосфере, включающая реакции
галогенов с озоном.
Вывод: разрушителями озонового слоя являются не только фреоны,
но и галогеносодержащие вещества
3.2 Гипотеза №2 Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать
стратосферы
Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее
азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных
количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а не
расслаиваются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для
диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч
лет. Конечно, в динамической атмосфере это невозможно. Процессы
вертикального
массопереноса,
конвекции
и
турбулентности
полностью
перемешивают атмосферу ниже турбопаузы намного быстрее. Поэтому даже
такие тяжёлые газы, как инертные или фреоны, равномерно распределяются в
атмосфере, достигая, в том числе, и стратосферы. Экспериментальные
9
измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это, например, справа
график распределения фреона CFC-11 по высоте. Также измерения показывают,
что требуется порядка пяти лет для того чтобы
газы выделившиеся на поверхности Земли
достигли
стратосферы.
Если
бы
газы
в
атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые
газы из её состава как аргон и углекислый газ
образовывали бы на поверхности Земли слой в
несколько
десятков
метров
толщиной,
что
сделало бы поверхность Земли необитаемой. К
счастью это не так. И криптон с атомарной
массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют
одну и ту же относительную концентрацию, что
около поверхности, что до 100 км высоты.
Конечно, всё вышесказанное справедливо только для газов, которые
относительно стабильны, как фреоны или инертные газы. Вещества, которые
вступают
в
реакции,
а
также
подвергаются
различным
физическим
воздействиям, скажем, растворяются в воде, имеют зависимость концентрации
от высоты.
Вывод: процессы, происходящие в атмосфере, приводят к полному
перемешиванию и равномерному распределению всех частиц, что
позволяет даже таким тяжелым газам, как фреоны достигать высот
стратосферы за счет их большой стабильности.
3.3 Гипотеза №3 Основные источники галогенов – природные, а не
антропогенные.
Есть мнение, что природные источники галогенов, например вулканы или
океаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые
человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий
баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают
10
стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлоридионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на
землю. Поэтому они не принимают участия в разрушении стратосферного
озона. Даже редкое по своей силе извержение вулкана Пинатубо в июне 1991
года вызвало падение уровня озона не за счёт высвобождаемых галогенов, а за
счёт образования большой массы сернокислых
аэрозолей, поверхность которых катализировала
реакции разрушения озона. К счастью, уже через
три года практически вся масса вулканических
аэрозолей
была
удалена
из
атмосферы.
извержения вулканов являются сравнительно
краткосрочными факторами воздействия на озоновый слой, в отличие от
фреонов, которые имеют времена жизни в десятки и сотни лет.
Источники хлора в
стратосфере
натуральные
антропогенные
20%
80%
Вывод:
извержения
вулканов
являются
сравнительно
краткосрочными факторами воздействия на озоновый слой, в отличие от
фреонов, которые имеют времена жизни в десятки и сотни лет.
11
3.4 Гипотеза №4 Озоновая дыра должна находиться над источниками
фреонов
Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике,
когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в
том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере. В виду
малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних
слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий.
Поэтому они легко достигают верхних слоёв атмосферы. Антарктическая
«озоновая дыра» существует не постоянно. Она появляется в конце зимы —
начале весны. Причины, по которой озоновая дыра образуются в Антарктике,
связаны
с
особенностями
местного
климата.
Низкие
температуры
антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри
этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг Южного
полюса. В это время полярная область не освещается Солнцем, и там озон не
возникает. С приходом лета количество озона увеличивается и снова выходит
на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой —
сезонные. Однако, если проследить усреднённую в течение года динамику
изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних
десятилетий,
то
имеется
строго
определённая
тенденция
к
падению
концентрации озона.
Вывод: образование озоновых дыр над Антарктидой и Арктикой в
силу их географического и климатического расположения.
12
3.5 Гипотеза №5 Озон разрушается только над Антарктикой
Это неверно, уровень озона также падает во всей атмосфере. Это
показывают результаты долговременных измерений концентрации озона в
разных
точках
планеты.
Это
показывают результаты долговременных
измерений концентрации озона над росой в Швейцарии.
Вывод: исследования показывают, что уменьшение концентрации озона
происходит над всей планетой.
13
Заключение.
Все глобальные экологические проблемы взаимосвязаны, и ни одна из
них не должна рассматриваться в изоляции от других.
Казалось бы, количество озона в атмосфере очень велико – около 3
миллиардов тонн. Это, однако, ничтожная доля от всей атмосферы. Вместе с
тем эффективность озонового слоя очень велика. В частности, специалистами
рассчитано, что снижение содержания озона на 1% ведет к такому повышению
интенсивности уф-облучения поверхности, в результате которого количество
смертей от рака кожи возрастет на 6-7 тысяч человек в год.
Необходимо срочно принимать меры к охране озонового слоя:
разрабатывать безвредные хладагенты, способные заменить фреоны в
промышленности и быту, экологически безопасные двигатели самолетов и
космических ракетных систем, разрабатывать технологии, уменьшающие
выбросы окислов азота в промышленности и на транспорте. Существующие
международные соглашения по озону, венская международная конвенция по
охране озонового слоя и Монреальский протокол, обязывающий подписавшие
его государства вести работу в конкретных направлениях, пока недостаточно
эффективны. Еще недостаточно осознана людьми опасность, еще мало
талантливых исследователей и инженеров работают в этой области.
А вот если представить, что у нас есть две совершенно одинаковые
планеты Земля1 и Земля2, но на одной в атмосферу попадает хлор в связи с
производством и использованием хлор-содержащих фреонов, а на второй не
попадает, так как там сразу некая промышленная компания использовала
другой хладагент. При прочих равных условиях, на какой планете будет воздух
чище и озоновый слой толще?
А время не ждет.
14
Использованные источники информации
1. HTTP://WWW.RG.RU/2002/01/12/OXRANASREDY-DOK.HTML
2. HTTP://WWW.BIBLIOTEKAR.RU/ECOLOGICHESKOE-PRAVO4/103.HTM
3. HTTP://WWW.ZOOPAGE.RU/STAT.PHP?IDSTAT=76
4. HTTP://WWW.OZONEPROGRAM.RU/OZON_SLOI/OZON_DIRI/
5. HTTP://SLOVARI.YANDEX.RU/%D1%87%D1%82%D0%BE%20%D1%82
%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%B5%20%D1%84%D1%80%D0%B5%D
0%BE%D0%BD%D1%8B/%D0%91%D0%A1%D0%AD/%D0%A4%D1%80
%D0%B5%D0%BE%D0%BD%D1%8B/
15