Озоновые дыры

Слайд 3ВведениеПричины образования озоновых дырОзоновые дыры.Пути решения проблемыРазрушители озонового слоя.ФреоныВысотные самолеты и

озон

Сначала предполагали, что на озон влияют частицы, выбрасываемые при атомных взрывах; пытались объяснить изменение концентрации озона полетами ракет и высотных самолетов. В конце концов было четко установлено, что причина нежелательного явления – реакции с озоном некоторых веществ, производимых химическими заводами. Это в первую очередь хлорированные углеводороды и особенно фреоны – хлорфторуглероды, или углеводороды, в которых все или большая часть атомов водорода, заменены атомами фтора и хлора.В 1987 г. был принят Монреальский протокол, по которому определили перечень наиболее опасных хлорфторуглеродов, и страны-производители хлорфторуглеродов обязались снизить их выпуск. В июне 1990 г. в Лондоне в Монреальский протокол внесли уточнения: к 1995 г. снизить производство фреонов вдвое, а к 2000 г. прекратить его совсем.Установлено, что на содержание озона оказывают влияние азотсодержащие загрязнители воздушной среды., которые появляются как в результате естественных процессов, так и в результате антропогенных загрязнений.Так, NО образуется в двигателях внутреннего сгорания. Соответственно запуск ракет и сверх звуковых самололетов приводит к разрушению озонового слоя.

История озонового слоя

Минеральные удобрения и озон

Ядерные взрывы

Сжигание топлива и озон

Озоновая дыра над Антарктидой

Заключение

Список литературы

Способы решения проблемы

Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.

Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:

• усовершенствование очистительных конструкций на заводских трубах;
• сокращение применения минеральных удобрений;
• создание транспортных средств, работающих не на горючем топливе, а на электричестве и иных источниках энергии.

Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.

Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.

Технический прогресс и озоновые дыры

Озоновая дыра (или аномалия) – это снижение концентрации озона в стратосфере над определенным районом планеты. Наиболее известна антарктическая озоновая дыра. Когда после полярной ночи здесь наступает весна, над значительной частью Антарктиды наблюдается снижение общего содержания озона до 220, иногда даже до 80 единиц Добсона. Одновременно с этим в нижних слоях стратосферы наблюдаются температуры ниже –80 градусов и стратосферные полярные облака. Ученые полагают, что на поверхности этих облаков происходят реакции, разрушающие озон. Катализаторами этого процесса выступают фтор- и хлорсодержащие вещества.

Вещества, разрушающие озон, попадают в воздух из выбросов теплоэлектростанций, заводов, фабрик. Молекулы О3 ввиду своей активности могут реагировать с ними. Таким образом, деятельность человека способствует истощению слоя этого газа.

В осенний и зимний период над Арктикой также образуются озоновые дыры. Однако они имеют меньшую площадь. Время их «жизни» – не более недели.

История обнаружения

Вред, наносимый озоновому экрану хлорфторуглеродами, гирохлорфторуглеродами был обнаружен случайно. В 1974 г. химики Марио Молина и Фрэнк Роланд, работающие в Калифорнийском университете, высказали предположение, что хлорфторуглероды способны разрушать озон. С подобной гипотезой выступил П. Крутцен, исследуя свойства закиси азота.

Но такая связь человеческой деятельности и разрушения озонового слоя была на то время неочевидной. Более того, производители фреонов жестко критиковали ученых. Доказательства о существовании озоновых дыр и связи с ними человеческой деятельности были получены в 1985 г.

В этом году впервые группой британских ученых была обнаружена озоновая дыра над Антарктидой диаметром более 1 тыс. км. Тогда же была опубликована статья об этом в журнале Nature. Дыра появлялась каждый август, а в декабре «затягивалась». Вскоре были установлены некоторые закономерности этого процесса.

Результаты исследований оказались пугающими. Американские ученые, проводившие спутниковые исследования, подтвердили наличие озоновой аномалии. В дальнейшем обнаружено ее увеличение. Стало очевидно, что на решение проблемы разрушения озонового слоя могут уйти десятилетия, и то при условии, что использование озоноразрушающих веществ полностью прекратится.

 Механизм образования

Во время полярной ночи озон не образуется, потому что ультрафиолет не может воздействовать на молекулы кислорода. В свою очередь молекулы озона опускаются и разрушаются, потому что являются неустойчивыми в нормальных условиях. Препятствовать проникновению озона из приполярных широт могут полярные вихри и образование стратосферных облаков. Все это – естественные механизмы образования озоновых дыр.

Это – антропогенный фактор в разрушении озонового слоя.

 Антарктическая озоновая дыра

Эта озоновая аномалия образуется в течение продолжительных полярных ночей. Однако в результате техногенных выбросов площадь озоновой дыры заметно увеличилась. Впервые ученые с тревогой заговорили о ней в середине 1980-х гг.

В последние годы размеры антарктической озоновой дыры значительно увеличился. В октябре 2020 года ее площадь составила примерно 24 млн. км2. Это тревожная тенденция: дальнейшее истощение озоновой защиты грозит жизни на Земле.

Распространенные мифы

В результате этого появились многочисленные ненаучные мифы, поддерживаемые конспирологами. Вот наиболее распространенные заблуждения относительно озоновых дыр.

1. Фреоны тяжелые, а поэтому не достигают стратосферы. Действительно, они тяжелые, однако они в результате постоянного движения воздушных потоков равномерно распределяются в атмосферной оболочке, достигая за определенное время стратосферы. Если бы эта теория была правильной, то, к примеру, углекислота, являющаяся тяжелее воздуха, образовала бы мощный приземный слой, и жизнь на планете была бы невозможной.
2. Вред от фреонов – вымысел, поддерживаемый производителями более дорогих хладагентов. В то же время фреоны дешевые, и их можно активно использовать в технологическом процессе. Этот миф легко опровергается результатами научных исследований.
3. Озоновые дыры должны быть не над Антарктидой, а над промышленными центрами. Это было бы правильно, если бы воздух в атмосфере не перемешивался бы.

История открытия

Только в XIII веке ученые смогли предположить, а затем в начале XX века доказать наличие озона в слоях земной атмосферы. Все началось в 1785 году, когда нидерландский физик Мартин Ван Марум обнаружил озон во время одного из своих опытов. Он построил машину, через которую пропускал электрические искры. Характерный запах вместе с доказанным наличием окислительных свойств, образующихся при пропуске электрического заряда, позволили в дальнейшем открыть трехатомную модификацию кислорода – озон.

Открытие вещества с описанием его свойств совершил Кристиан Фридрих Шенбейн в 1839 году. Немецкий химик получил его лабораторным путем, а также написал книгу, выпущенную в 1844 году, – «Получение озона химическими способами». Название озону дано по греческому слову, обозначающему «пахну» – это связано с резким запахом.

Существование озонового слоя в атмосфере Земли было открыто в 1912 году французскими физиками Шарлем Фабри и Анри Буиссоном. Ученые производили измерения солнечного излучения, заметив, что до земной поверхности не доходят ультрафиолетовые лучи конца светового спектра длиной менее 315 нанометров.

Существенный вклад в точные измерения озонового слоя, располагающегося на разной высоте относительно земной поверхности, внес британский метеоролог Гордон Миллер Борн Добсон. Ученый изобрел озоновый спектрометр (Добсонометр), необходимый для измерения количество озона прямо с поверхности земли. Для этого в течение 1928-1958 годов по всему миру была создана сеть станций, функционирующая по сей день. А содержание озона в атмосфере выражается с помощью Единицы Добсона, учитывающая содержание озоновых молекул на квадратный сантиметр.

Мнения ученых относительно срока формирования озонового слоя расходятся: от 400 миллионов до почти 2 миллиардов лет назад. Именно в этот период произошло насыщение поверхности Земли кислородом, позволившее развиваться растениям, а также подняться животным из воды на сушу.

История обнаружения и причины возникновения озоновых дыр

В 1974 году химики из Калифорнийского университета Марио Молина и Фрэнк Шервуд Роланд предположили, что долгоживущие галогеносодержащие соединения, такие, как повсеместно использовавшиеся в то время хлорфторуглероды (ХФУ), попадая в атмосферу, могут разрушать стратосферный озон. Незадолго до этого с похожей гипотезой, касающейся, правда, другого вещества – закиси азота – выступил голландский физик Пол Крутцен.

К тому времени были накоплены данные, согласно которым количество поступающего на Землю ультрафиолетового излучения значительно возросло по сравнению с 1925 годом. Опасность ультрафиолета для живых организмов уже была хорошо изучена. 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; негативно влияет интенсивное УФ-излучение и на человека – растет восприимчивость к болезням, изменяется структура и пигментация кожи, повышается вероятность возникновения болезней глаз, раковых заболеваний, повреждения молекул ДНК.

Рис 1. Опасность озоновых дыр. Уязвимость человека для солнечного ультрафиолета

Однако связь этих воздействий с разрушением озона вследствие человеческой деятельности казалась неочевидной. Более того, производители хладагентов и часть ученых выступили с жесткой критикой гипотезы, предполагавшей такую связь, отрицая само существование проблемы озоновых дыр.

Доказательства правоты Крутцена, Роланда и Молины были получены в 1985 году.

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. Так гипотеза, высказанная десятью годами ранее, получила практическое подтверждение. То, что проблема озоновых дыр в атмосфере Земли действительно существует, было доказано полевыми исследованиями.

Фарман в общих чертах разработал химическую теорию, объяснявшую результаты наблюдений, и связал спады содержания озона с увеличением концентрации ХФУ, а Гардинер провел необходимый контроль качества данных.

Результаты исследований оказались пугающими и в некоторой степени невероятными для ученых США, проводивших мониторинг озонового слоя при помощи сложных спутниковых систем. Первоначально проведенный ими анализ не показал никаких изменений в озоновом слое, но после повторного изучения данных со спутников его истощение было подтверждено.

Термин «озоновая дыра» — условный, стратосферный озоновый щит сохраняет свою целостность, и на поверхности Земли нет места, которое совершенно не было бы прикрыто этим естественным защитным экраном. Дырой называют область с содержанием озона ниже 220 единиц Добсона. 1 единица Добсона соответствует слою озона толщиной 10 мкм при стандартных условиях, или содержанию 2,69·10^16 молекул озона в атмосферном столбе с площадью основания в 1 квадратный сантиметр поверхности Земли (0,447 миллимоля на квадратный метр).

Уже в начале 1980-х ученым стало понятно: чтобы из атмосферы исчезли озоноразрушающие вещества и проблема озоновых дыр на Земле была бы решена, потребуются десятилетия, поскольку процессы разложения ОРВ идут медленно: так, срок жизни в атмосфере хладагента R12, одного из самых распространенных ХФУ, — около 100 лет. Ждать окончательного подтверждения этой теории было слишком опасно, и осознание этого побудило международное сообщество к принятию незамедлительных мер.

Озоновые дыры

В течение XX века на планете формировалась сеть метеорологических станций, одна из задач которой заключается в проведении спектрологических измерений.

В результате наблюдений к середине 80-х годов было обнаружено существенное снижение содержания озона над территорией Антарктиды, составлявшее 40%. Диаметр обнаруженной дыры составил 1000 километров. По последним измерениям площадь крупнейшей дыры составляет 20 миллионов квадратных километров.

Подобное снижение содержания озона было обнаружено и на другом конце планеты – в Арктике. Там снижение составило 5-9%, площадь дыры регулярно меняется, причем в настоящее время она снижается. Регулярные наблюдения осуществляются только над состоянием Антарктической дыры. Третья обнаруженная крупнейшая дыра – Тибетская. По некоторым оценкам ее площадь может составлять до 2,5 миллионов квадратных километров.

Основные причины их появления

Возникновение озоновых дыр в атмосфере связано с действиями факторов двух групп:

• антропогенными;
• естественными.

Обнаружение озоносферы произошло в тот же период, что и развитие массового промышленного производства. Из-за этого невозможно точно оценить воздействие антропогенных факторов относительно прежних временных промежутков. Ученые связывают возникновение разрывов в озоновой оболочке с выбросами фреонов, содержащих бром и хлор. Подобные вещества содержатся в следующих предметах:

• холодильные установки;
• кондиционеры;
• аэрозоли.

По оценкам ученых на подобные источники приходится до 80% разрушенного озонового экрана. Разрушение происходит за счет поднятия фреона в верхние слои, во время чего выделяется хлор. В верхних слоях хлор взаимодействует с озоном, расщепляя его. Разрушение озоносферы происходит за счет воздушного транспорта: самолетов и космических ракет. При выбросах газа в атмосферу попадают элементы, способствующие уничтожению озона в стратосфере. К таким соединениям относятся: хлор, оксиды азота, двуокиси углерода. Кроме того, оксиды азота выделяются при применении сельскохозяйственных удобрений.

Крупнейшие озоновые дыры Земли расположены вокруг полюсов: Северного и Южного. Такая особенность связана с наличием полярных ночей, когда прекращается поступление ультрафиолетовых лучей, а значит – формирование озона. В это же время происходит истощение уже сформированного слоя за счет вихрей и движения облаков.

Возможные последствия

Постепенное разрушение озоновой защиты приводит к глобальным изменениям климата на Земле. За счет защитной оболочки на планете поддерживаются следующие условия:

• удерживается тепло;
• развиваются биологические процессы внутри защитной оболочки.

Истощение озонового слоя повлечет смену направлений ветра, понижение температуры, засуху, остановит развитие живых организмов на поверхности, ограничив ареол обитания только водными просторами.

Снижение толщины озоновой оболочки приведет к проникновению опасных коротковолновых ультрафиолетовых лучей и их влиянию на человека. Хватит нескольких минут, чтобы эти лучи привели к ожогам, нарушению работы дыхательных и кровеносных сосудов.

Пути решения проблемы в мире и России

После обнаружения гигантской озоновой дыры над Антарктидой ООН собрала мировую общественность для решения проблемы. По итогам встречи был принят Монреальский протокол, регулирующий промышленные выбросы фреона и других химических элементов, способных разрушать озон. Согласно протоколу, запрещено применение хлорфторуглерода в аэрозолях. Меры по защите включают замену фреона на другие вещества:

• углекислый газ;
• нетоксичный пропан;
• аммиак;
• изобутан.

Россия, как приграничная с Арктикой страна, оказывает существенное влияние на защиту озонового слоя. Для этого в федеральном законе № ФЗ-7 «Об охране окружающей среды» предусмотрена отдельная статья 54.

Места появления дыр

Дж. Фарменом в составе исследовательской группы в 1985 году была обнаружена самая большая ОД над Антарктидой. При этом появлялась эта аномалия летом, в августе. Зимой же, в декабре-январе, газ начинал уплотняться и затягивал образовавшееся летом отверстие настолько, что оно полностью исчезало. Продолжив исследование, ученые нашли множество других небольших ОД. Дыры локализовались над Арктикой, существовали примерно 7 дней, после чего оболочка восстанавливалась.

Сейчас карта озоновых дыр постоянно меняется, что обусловлено временем года. Чаще всего они образуются в теплые периоды. Критические точки, где наблюдается истончение оболочки, находятся на высоте 19 км над Землей.

Меры по восстановлению озонового слоя

Когда данные о дыре над Антарктидой подтвердились, в 1985 году провели Венскую конвенцию по охране озонового слоя. Спустя два года был подготовлен Монреальский протокол. Этот документ стал основой законодательного регулирования воздействия на озоновый слой.

Монреальский протокол

Договор соблюдается 197 странами. Государства-участники обязались сократить объёмы производства хлорфторуглеродов. Изначально предполагалась заморозка производства ХФУ на уровне 1986 года. К 1993 году планировали сократить их производство на 20%, а к 1998 году — на 30%. Вводились ограничения на импорт и экспорт разрушающих озоновый слой веществ.

Для развивающихся стран были предусмотрены субсидии и послабления для облегчения перехода промышленности на экологически безопасные технологии.

По итогам первых лет действия договора выяснилось, что он не точен. Были внесены поправки расчётных коэффициентов вывода опасных веществ из производства.

Варианты с производством озона

Генераторы этого вещества называются озонаторами. Теоретически возможно замедлить разрушение озонового слоя, запустив множество озоновых фабрик по всему земному шару. Озон вырабатывают различными способами:

• воздействием искусственного ультрафиолета;
• направленными электрическими разрядами;
• электролизом, где электролитом служит раствор хлорной кислоты;
• химической реакцией, например, окислением пинена.

Недостатки этих способов — малая производительность, дороговизна, высокое энергопотребление. По некоторым оценкам, для реализации этого проекта в мировом масштабе понадобится минимум 10 гигаватт энергии, что эквивалентно 1/3 мощности атомной электростанции.

Использование экологически чистого топлива

Работающие на переработанной нефти ДВС способствуют увеличению концентрации в воздухе веществ, разрушающих озоновый слой. Повсеместное внедрение электротяги (особенно создание пассажирских электролётов) уменьшит негативное влияние на атмосферу.

Перспективные разработки вроде биодизелей и двигателей, работающих на отходах жизнедеятельности — потенциальный ключ к решению проблемы. Их выбросы менее токсичны, чем продукты, образующиеся после сгорания бензина или солярки. Чтобы решить проблему, подобные разработки следует внедрить и на предприятиях.

Использование экологически безопасного топлива в ракетах-носителях пока остаётся фантастикой. Современные технологии не позволяют выводить на орбиту аппараты, не прибегая к сжиганию десятков тонн токсичного горючего.

Высадка лесов

Создание зелёных насаждений в городах и на месте вырубок — перспективный способ борьбы не только

с разрушением озонового слоя, но и с загрязнением атмосферы.

Деревья выделяют кислород, который затем под воздействием УФ-излучения Солнца превращается в озон.

Источники

• https://cleanbin.ru/terms/ozone-layer
• https://medru.su/ekologiya/ozonovyj-sloj.html
• https://kipmu.ru/chto-takoe-ozonovyj-sloj-i-pochemu-ego-razrushenie-vredno/
• https://bezotxodov.ru/jekologija/istoshhenie-ozonovogo-sloja
• https://cleanbin.ru/problems/ozone-layer-destruction
• https://bezotxodov.ru/jekologija/znachenie-ozonovogo-sloja

Способы предотвращения и устранения озоновых дыр

Озоновые дыры являются серьезной проблемой для здоровья и окружающей среды. Ниже представлены некоторые способы предотвращения и устранения озоновых дыр:

1. Ограничение использования вредных веществ – одним из основных способов предотвращения озоновых дыр является ограничение использования химических веществ, таких как хлорфторуглероды (ХФУ). ХФУ входят в состав пропеллентов спреев и холодильников. Замена этих веществ более экологически безопасными альтернативами может значительно снизить их отрицательное влияние на озоновый слой.
2. Создание международных соглашений – государства могут сотрудничать и заключать международные соглашения для снижения выбросов вредных веществ, например Монреальского протокола. Эти соглашения помогают координировать усилия по борьбе с озоновыми дырами и обязывают участников снизить использование и выбросы химических веществ, вредных для озонового слоя.
3. Промышленные инновации и технологии – разработка и использование новых технологий и инноваций может помочь в снижении вредных воздействий на озоновый слой. Например, внедрение систем охлаждения, не использующих ХФУ, или использование альтернативных источников энергии могут значительно снизить отрицательное влияние на окружающую среду.
4. Образование и информирование – осведомленность общественности о проблеме озоновых дыр и значение их предотвращения играют важную роль. Проведение образовательных программ и информационных кампаний способствует повышению осведомленности о причинах и последствиях озоновых дыр, а также о возможных способах их предотвращения.

Эти способы в сочетании могут помочь в устранении озоновых дыр и защите озонового слоя, который играет важную роль в защите Земли от вредного ультрафиолетового излучения.

Последствия и влияние озоновых дыр. Чем они опасны?

Последствия уничтожения озонового слоя для человека и окружающей среды разрушительны.

Истощение озона вызывает появление повышеного уровня УФ – излучения на поверхности Земли, что наносит ущерб здоровью человека. Отрицательные эффекты включают распространение некоторых видов рака кожи, катаракты глаз и иммунодефицитных состояний.

УФ – излучение также становяться причиной изменения роста пищевых цепей и биохимических циклов. Водная жизнь непосредственно под поверхностью воды, являющаяся основой пищевой цепи, особенно сильно страдает от высоких уровней УФ – излучения.

УФ – лучи также влияют на рост растений, снижая продуктивность сельского хозяйства. Это может привести к замедлению роста растений, меньшему размеру листьев, слабому цветению и фотосинтезу растений, ухудшению качества урожая для человека. А снижение продуктивности растений, в свою очередь, повлияет на эрозию почвы и углеродный цикл.

Планктон и зоопланктон сильно страдают от воздействия УФ – лучей. Они стоят на первых звеньях водной пищевой цепи. Если численность планктона уменьшится, это, вероятно, будет иметь далеко идущие последствия для всей морской жизни в низших звеньях пищевой цепи.