1.3 Причини руйнування озонового шару. 6
2. Фізичний сенс освіти озонових дір. 8
3. Методи боротьби з виснаженням запасів озону. 11
Список літератури. 14
Озон, що знаходиться на висоті близько 25 км від земної поверхні, перебуває в стані динамічної рівноваги. Він являє собою шар підвищеної концентрації товщиною близько 3 мм. Стратосферний озон поглинає жорстку ультрафіолетову радіацію сонця і цим захищає все живе на Землі. Озон також поглинає інфрачервоне випромінювання Землі і є одним з обов'язкових умов збереження життя на нашій планеті.
XX століття принесло людству чимало благ, пов'язаних з бур-ним розвитком науково-технічного прогресу, і в той же час поставив життя на Землі на грань екологічної катастрофи. Зростання населення, інтенсифікація видобутку і викидів, забруднюючих-няющих Землю, приводять до корінних змін у природі і відображаються на самому існуванні людини. Частина з таких змін надзвичайно сильна і настільки широко поширенням країн, що виникають глобальні екологічні проблеми.
В результаті багатьох зовнішніх впливів озоновий шар починає стоншується в порівнянні зі своїм природним станом, а за деяких умов над певними територіями і зовсім зникати - з'являються озонові діри, чреваті незворотними наслідками. Спочатку вони спостерігалися ближче до південного полюса Землі, але недавно були помічені і над азіатській частиною Росії. Ослаблення озонового шару підсилює потік сонячної радіації на землю і викликає у людей зростання числа ракових утворень шкіри і ряд інших важких хвороб. Також від підвищеного рівня випромінювання страждають рослини і тварини.
Хоча людством були прийняті різні заходи по відновленню озонового шару (наприклад, багато промислових підприємств пішли на додаткові витрати для установки різних фільтрів для зменшення шкідливих викидів в атмосферу). Цей складний процес займе кілька десятиліть. Перш за все, це обумовлено величезним обсягом вже накопичених в атмосфері речовин, що сприяють його руйнуванню.
1.1 Природа озонового екрану
Ми захищені від агресивного впливу ультрафіолетового випромінювання, так як більша його частина (понад 99%) поглинається шаром озону в стратосфері. Цей шар зазвичай називають озоновим екраном. Однак деякі антропогенні речовини, зокрема парникові гази, його руйнують.
При поглинанні ультрафіолету в атмосфері утворюється свого роду суміш, в якій переважають вільні електрони, нейтральні атоми кисню, позитивні іони молекул кисню. При їх взаємодії і утворюється озон. Взаємодія ультрафіолетового випромінювання з киснем відбувається по всій висоті атмосфери - є відомості, що в мезосфері, на висоті від 50 до 80 кілометрів, вже спостерігається процес утворення озону, який триває в стратосфері (від 15 до 50 км) і в тропосфері (до 15 км ). Разом з тим верхні шари атмосфери, зокрема мезосфера, схильні до такого сильного впливу короткохвильового ультрафіолету, що іонізуются і розпадаються молекули всіх складових атмосферу газів. Не може не розкладатися і тільки що утворився там озон, тим більше, що для цього потрібно майже така ж енергія, як і для молекул кисню. Проте, руйнується він не повністю - частина озону, який в 1,62 рази важче повітря, опускається в нижні шари атмосфери до висоти 20-25 кілометрів, де щільність атмосфери дозволяє йому перебувати в стані рівноваги. Там молекули озону створюють шар підвищеної концентрації, тобто озоновий шар.
Шар озону дивно тонкий. Якщо цей газ зосередити у поверхні Землі, то він утворив би плівку лише в 2-4 мм завтовшки (мінімум - в районі екватора, максимум - у полюсів). Однак і ця плівка надійно захищає нас, майже повністю поглинаючи небезпечні ультрафіолетові промені. Без неї життя збереглася б лише в глибинах вод (глибше 10 м) і в тих шарах грунту, куди не проникає сонячна радіація. Більш того, якщо б не озоновий шар, то життя не змогла б взагалі вибратися з океанів і високорозвинені форми життя типу ссавців, включаючи людину, не виникли б.
Озон поглинає деяку частину інфрачервоного випромінювання Землі. Завдяки цьому він затримує близько 20% випромінювання Землі, підвищуючи отепляющее дію атмосфери.
Озон, також, регулює жорсткість космічного випромінювання. Якщо цей газ хоча б частково знищується, то, природно жорсткість випромінювання різко зростає, а, отже, відбуваються реальні зміни рослинного і тваринного світу. На думку лікарів, кожен втрачений відсоток озону в масштабах планети викликає до 150 тисяч додаткових випадків сліпоти через катаракти, на 2,6 відсотка збільшується кількість ракових захворювань шкіри, значно зростає кількість хвороб, викликаних ослабленням імунної системи людини. Найбільшому ризику піддаються жителі північної півкулі зі світлою шкірою. Але страждають не тільки люди. Ультрафіолетове випромінювання, наприклад, вкрай шкідливо для планктону, мальків, креветок, крабів, водоростей, що мешкають на поверхні океану.
1.2 Руйнування озонового шару
Озон в стратосфері (див. Рис.1) - це продукт впливу самого ультрафіолету на молекули кисню. В результаті деякі з них розпадаються на вільні атоми, а ті в свою чергу можуть приєднуватися до інших молекул кисню з утворенням озону. Однак весь кисень не перетворюється в озон, так як вільні атоми кисню, реагуючи з молекулами озону, дають дві молекули О2.
Мал. 1. Озоновий шар в стратосфері
Руйнування озонового шару - це поділ молекул озону, яке викликають зустрічаються в стратосфері речовини, що руйнують озоновий шар, що виникають в результаті природних процесів (наприклад, виверження вулканів) або вивільнені в результаті діяльності людини і містять хлор або бром, а також метан або оксид азоту.
Найсуттєвіші етапи руйнування озонового шару:
1) Емісії. В результаті діяльності людини, а також в результаті природних процесів на Землі вивільняються гази, що містять галогени (бром і хлор), тобто речовини, що руйнують озоновий шар.
2) Акумулювання. Емітовані гази, що містять галогени, накопичуються в нижніх атмосферних шарах, і під впливом вітру, а також потоків повітря переміщаються в регіони, які не перебувають в прямій близькості з джерелами такої емісії газів.
3) Переміщення. Акумульовані гази, що містять галогени, за допомогою потоків повітря переміщаються в стратосферу.
4) Перетворення. Велика частина газів, що містять галогени, під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця в стратосфері перетворюється в легко реагують галогенні гази, в результаті чого в полярних регіонах Земної кулі руйнування озонового шару відбувається порівняно активніше.
5) Хімічні реакції. Легко реагують галогенні гази викликають руйнування озону стратосфери; фактор, що сприяє реакціям - полярні стратосферні хмари.
6) Видалення. Під впливом повітряних потоків легко реагують галогенні гази повертаються в тропосферу, де через присутню в хмарах вологості і дощів поділяються, і таким чином з атмосфери повністю видаляються.
1.3 Причини руйнування озонового шару
У 1970-ті роки вчені припустили, що вільні атоми хлору каталізують процес поділу озону. А люди щорічно поповнюють склад атмосфери вільним хлором і іншими шкідливими речовинами. Причому відносно невелика їх кількість може завдавати значної шкоди озоновому екрану, причому цей вплив буде тривати невизначено довго, так як атоми хлору, залишають стратосферу дуже повільно.
Хлорфторвуглеці дуже летючі і нерозчинні у воді. Отже, вони не вимиваються з атмосфери і, продовжуючи поширюватися в ній, досягають стратосфери. Там вони можуть розкладатися, вивільняючи атомарний хлор, який власне і руйнує озон. Таким чином, хлорфторвуглеці завдають шкоди, виступаючи в ролі переносників атомів хлору в стратосферу.
Ряд промислових країн (наприклад, Японія) вже оголосили про відмову від використання довгоживучих фреонів і переході на короткоживучі, час життя яких істотно менше року. Однак в країнах, що розвиваються такий перехід зустрічає зрозумілі труднощі, тому реально навряд чи можна очікувати повного припинення в доступні для огляду десятиліття викиду довгоживучих фреонів, а значить, і проблема збереження озонового шару буде стояти дуже гостро.
В.Л.Сивороткін розробив альтернативну гіпотезу, згідно з якою озоновий шар зменшується з природних причин. Відомо, що цикл руйнування озону хлором не єдиний. Існують також азотний і водневий цикли руйнування озону. Саме водень - "головний газ Землі". Основні його запаси зосереджені в ядрі планети і через систему глибинних розломів надходять в атмосферу. За приблизними оцінками, природного водню в десятки тисяч разів більше, ніж хлору в техногенних фреонах. Однак вирішальним фактором на користь водневої гіпотези Сивороткін В.Л. вважає те, що осередки озонових аномалій завжди розташовуються над центрами водневої дегазації Землі.
Руйнування озону відбувається також через вплив ультрафіолетової радіації, космічних променів, сполук азоту, брому. Діяльність людини, яка веде до руйнування озонового шару, викликає найбільшу тривогу.
Передбачається безліч інших причин ослаблення озонового щита. По-перше, - це запуски космічних ракет. Згоряє паливо «випалює» в озоновому шарі більші діри. Колись передбачалося, що ці «діри» затягуються. Виявилося, немає. Вони існують досить довго.
По-друге, літаки, що летять на висотах в 12-15 км. Викиди ними пар та інші речовини руйнують озон. Але, в той же час літаки, що літають нижче 12 км, дають надбавку озону. У містах він - один зі складових фотохімічного смогу.
По-третє - оксиди азоту. Їх викидають ті ж літаки, але найбільше їх виділяється з поверхні ґрунту, особливо при розкладанні азотних добрив.
Дуже важливу роль в руйнуванні озону грає пар. Ця роль реалізується через молекули гідроксиду ОН, які народжуються з молекул води і в кінці перетворюються в них. Тому від кількості пари в стратосфері залежить швидкість руйнування озону.
Таким чином, причин руйнування озонового шару чимало, і не дивлячись на всю його важливість, більшість їх - це результат людської діяльності.
Якби до проблеми поставилися більш серйозно з самого початку, все було б простіше. Вона стала б попередженням про те, що пасивно чекати розвитку подій дуже небезпечно. Серйозні порушення біосфери можуть відбуватися катастрофічно, раптово. У 1987 році озонова діра була більше, ніж будь-коли. Вчені виявилися безсилі передбачити те, що вони дізналися згодом: частинки хмар, що формуються при дуже низьких температурах, стимулюють вивільнення атомів хлору з хлорфторуглерода. Таким чином, під час холодної антарктичної зими, накопичується велика їх кількість, а потім весняне сонце призводить до руйнування озону активним хлором.
Однак, існує й інша точка зору. Звідки озонові діри далеко від техногенних регіонів, наприклад, в Якутії, Тибеті і над безлюдними територіями Сибіру? Існує думка, що зміни циркуляції атмосфери викликані стаціонарними планетарними хвилями, які проникають в стратосферу в зимово-весняний період, сильно впливаючи на розподіл озону та інших її складових в середніх і високих широтах. Одне з джерел цих хвиль - різні температури над поверхнями континентів і океанів, тому зміни температури океанської поверхні позначаються на хвильової активності. При тривалому ж ослабленні хвильової активності посилюються західні вітри в стратосфері, охолоджується її нижня частина, формуються полярні стратосферні хмари і, тим самим, умови для руйнування озону. Циркуляція в стратосфері за останні 20 років могла сильно змінитися. Так що основною причиною озонової "дірки" в Антарктиці цілком може бути тривале ослаблення хвильової активності стратосфери, пов'язане з дуже повільними процесами в Світовому океані.
За даними міжнародної екологічної організації «Грінпіс», основними постачальниками хлорфторвуглеців є США - 30,85%, Японія -12,42; Великобританія - 8,62 і Росія - 8,0%.
США пробили в озоновому шарі дірку площею 7 млн. Км 2. Японія - 3 млн. Км 2. що в сім разів більше, ніж площа самої Японії. Останнім часом в США та низці західних країн побудовані заводи по виробництву нових видів хладореагентов (гідрохлорфторвуглеводів) з низьким потенціалом руйнування озонового шару.
Згідно з документами, що діють в даний час, передбачається контроль викидів близько 100 хімічних речовин, в тому числі галогенів, гідрохлорофторуглеродов, галогенованих бромфторуглеродов, тетрахлорида вуглецю та ін.
Ряд вчених продовжують наполягати на природне походження озонової діри. Причини її виникнення одні бачать в природної мінливості озоносфери, циклічної активності Сонця, інші пов'язують ці процеси з рифтогенезом і дегазацією Землі, т. Е. З проривом глибинних газів (водень, метан, азот і ін.) Через рифтові розломи земної кори.
Одними з методів боротьби з виснаженням озону можуть бути:
1) Продовжувати спостереження за озоновим шаром, щоб оперативно відстежувати непередбачені зміни; забезпечити виконання країнами прийнятих угод;
2) Продовжувати роботу по визначенню причин змін озонового шару і оцінювати шкідливі властивості нових хімікатів щодо руйнування озону і впливу на зміну клімату в цілому;
3) Продовжувати надавати інформацію про технології та заміщають з'єднаннях, що дозволяє використовувати холодильну техніку, кондиціювання повітря і теплоізоляційні піноматеріали, не завдаючи шкоди озоновому шару.
Останнім часом поява озонових дір спостерігається періодично і над всією поверхнею землі. Крім того, стоншується сам озоновий шар Землі. Для людини це загрожує підвищенням ракових утворень шкіри. Але якщо людина може захистити себе від ультрафіолетового випромінювання, то тваринний і рослинний світ залишається перед ним беззахисним.
Вченими ведуться пошуки шляхів відновлення озонового шару. На початку для цієї мети пропонувалося створення фабрик по виробництву озону, після чого доставляти його на літаках в атмосферу. Іншим варіантом є створення аеростатів оснащених лазерами, що мають живлення від сонячних батарей, які будуть використовувати кисень для створення озону. Найбільш же реальним виходом з цієї ситуації є скорочення вирубки лісів, і збільшенням зелених насаджень.