Экологические проблемы. Озоновые дыры

Оглавление

Введение. 3

Озон. 4

Химические процессы в  тропосфере. 5

Источники загрязнения атмосферы. Антропогенный фактор. 6

Геологические источники  загрязнений. 8

Химическое загрязнение  атмосферы. 9

Озоновый слой. 11

Причины образования “озоновой  дыры”. 11

Пути решения проблем. 13

Заключение. 16

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем столетии, и особенно в последнее время, 5 млрд. наших современников оказывают  на природу такое же по масштабам  воздействие, какое могли оказать  люди каменного века, если бы их численность  составила 50 млрд. человек, а количество высвобождаемой энергии, получаемой землёй от солнца.

        С  тех пор как появилось высокоиндустриальное  общество, опасное вмешательство  человека в природу резко усилилось,  расширялся объём этого вмешательства,  оно стало многообразнее и  сейчас грозит стать глобальной  опасностью для человечества.

         Расход невозобновимого сырья  повышается, всё больше пахотных  земель выбывает из экономики,  так как на них строятся  города  и заводы. Биосфера Земли  в настоящее время подвергается  нарастающему антропогенному воздействию.  При этом можно выделить несколько  наиболее существенных процессов,  любой из которых не улучшает  состояние воздушного пространства  нашей планеты.

         Прогрессирует и накопление углекислого  газа в атмосфере. Дальнейшее  развитие этого процесса будет  усиливать нежелательную тенденцию  в сторону повышения среднегодовой  температуры на планете. 

          В результате перед обществом  возникла дилемма: либо бездумно  катиться к своей неизбежной  гибели в надвигающейся экологической  катастрофе, либо сознательно превратить  созданные гением человека могучие  силы науки и техники из  орудия, ранее обращенного против  природы и самого человека, в  орудие их защиты и процветания,  в орудие  рационального природопользования.

          Над миром нависла реальная  угроза глобального экологического  кризиса, понимаемая всем населением  планеты, а реальная надежда  на его предотвращение состоит  в непрерывном экологическом  образовании и просвещении людей.

  Всемирная организация  здравоохранения определила, что  здоровье человека на 20% зависит  от его наследственности, на 20% от  состояния окружающей среды, на 50% от образа жизни и на 10% от  медицины. В ряде регионов России  к 2005 году предполагается  следующая  динамика факторов, влияющих на  здоровье человека: роль экологии  возрастет до 40%, действие генетического  фактора увеличится до 30%, до 25% уменьшится  возможность поддержания здоровья  за счёт образа жизни и до 5% снизится роль медицины.

      Характеризуя  современное состояние экологии, как критическое, можно выделить  главные причины, которые ведут  к экологической катастрофе: загрязнение,  отравление среды обитания, обеднение  атмосферы кислородом, озоновые  дыры.

В своей работе мне хотелось бы подробнее рассмотреть причины  и последствия возникновения  озоновых дыр.

 

 

 

Озон.

Озон (от греч. ózō — пахну), аллотропное видоизменение кислорода, взрывчатый газ синего цвета с  резким характерным запахом. В отличие  от двухатомной молекулы "обычного" кислорода (O2), молекула озона трехатомна (О3). Впервые Озон обнаружил в 1785 голландский физик М. Ван Марум  по характерному запаху (свежести) и  окислительным свойствам, которые  приобретает воздух после пропускания  через него электрических искр. При  нормальных условиях масса 1 л озона 2,1445 г. Плотность газообразного озона  по кислороду 1,5, по воздуху 1,62. tпл — 192,7°С, tkип — 112°С. Ниже tkип озон — темно-синяя жидкость, плотность 1,71 г/см3 (при — 183°С), В газообразном состоянии озон диамагнитен, в жидком — слабо парамагнитен. Растворимость озона в воде 0,394 г/л (при 0°С), т.е. в 15 раз больше, чем у кислорода. Озон образуется по обратимой реакции: 3O2 + 68 ккал (285 кдж)Û2O3.Молекула О3 неустойчива и самопроизвольно превращается в O2 с выделением тепла. При небольших концентрациях (без посторонних примесей) озон разлагается медленно, при больших — со взрывом. Нагревание и контакт озона с ничтожными количествами органических веществ, некоторых металлов или их окислов резко ускоряет превращение. Наоборот, присутствие небольших количеств HNO3 стабилизирует озон, а в сосудах из стекла, некоторых пластмасс или чистых металлов озон. при —78°С практически не разлагается.

Озон — один из наиболее сильных окислителей (гораздо сильнее  обычного кислорода). Он окисляет все  металлы (за исключением Au и платиновых), а также большинство др. элементов. При действии на некоторые неорганические и органические соединения образует озониды. Присутствие озона в  газовой смеси можно установить по реакции:

O3 + 2KI + H2O = I2 + O2 + 2KOH

"Обычный" кислород O2 в реакцию KI не вступает.

В промышленности озон получают из воздуха или кислорода в  озонаторах действием тихого электрического разряда при низких температурах. Сжижается O3 легче, чем O2, и потому их легко разделить.

Сильные окислительные свойства озона позволяют использовать его  при получении многих органических веществ, для отбеливания бумаги, масел и т.д. Озон убивает микроорганизмы, поэтому его применяют для  очистки воды и воздуха (озонирование). Однако в воздухе допустимы лишь очень малые концентрация озона, т.к. он чрезвычайно ядовит (даже более  ядовит, чем угарный газ CO); предельно  допустимая концентрация озона в  воздухе 10–5%.

Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует  довольно большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль. Такая насыщенность озона энергией делает его взрывоопасным. Как же образуется это вещество? Основная реакция – взаимодействие обычного двухатомного кислорода с  атомарным:

О2 + О   О3.

Атомарный кислород – еще  более насыщенное энергией вещество – образуется при электрических  разрядах в кислороде и воздухе, а в стратосфере появляется под 

действием постоянного и  довольно мощного ультрафиолетового  излучения Солнца:

Образование озона происходит непрерывно одновременно с его расходованием:

O2+h    O+O ;                    O+O3   2O2;                         O3+h   O2+O;                     

поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного  времени оставалась постоянной. Процесс  образования и разложение озона  называют циклом Чемпена. Результатом процессов в цикле является переход солнечной энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение температуры на высоте 15 км.

Окислительное действие озона  на органические вещества связанно с  образованием радикалов: RH+ О3   RО2 +OH

       Эти  радикалы инициируют радикально  цепные реакции с биоорганическими  молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми  кислотами), что приводит к гибели  клеток. Применение озона для  стерилизации питьевой воды основано  на его способности убивать  микробы. Озон не безразличен  и для высших организмов. Длительное  пребывание в атмосфере, содержащей  озон (например, в кабинетах физиотерапии  и кварцевого облучения) может  вызвать тяжелые нарушения нервной  системы. Поэтому, озон в больших  дозах является токсичным газом.  Предельно допустимая концентрация  его в воздухе рабочей зоны  – 0,0001 мг/литр. Загрязнение озоном  воздушной среды происходит при  озонировании воды, вследствие его  низкой растворимости.

Химические процессы в  тропосфере.

       В химических  превращениях различных загрязняющих  веществ в тропосфере ключевое  место занимает OH – радикал к  образованию которого ведут несколько  процессов. Основной вклад дают  фотохимические реакции с участие  озона: O3+h    O2+O

                                                                         O+H2O    OH+OH  

В образовании озона в  тропосфере участвуют оксиды озона:

                                  NO2+ h  (L<400нм)   NO+O

                                  O+O2    O3 

О влиянии  фотохимических реакций на содержание озона в  тропосфере свидетельствует 50% уменьшение концентрации озона при солнечном  затмении : O3+NO    NO2+O2                                             O3+NO2    NO3+O2   

В образовании ОН радикалов  на высоте 30 км. участвуют пары воды:         Н2О+h     H+OH

                  H2O+O     2OH

Определённый вклад в  образование  ОН-групп в тропосфере могут давать реакции фоторазложения HNO2, HNO3, H2O2

                             HNO2+h (L<400нм)    NO+OH

                     HNO3+h (L<330нм)     NO2+OH

                     H2O2+h (L<330нм)      2OH

 

В тропосферных процессах  гидроксильный радикал играет ключевую роль в окислении углеводородов:

                       RH+OH    HOH+R

                       R+O2      RO2

                       RO2+HOH      ROOH+OH

Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителем  атмосферы является CH4.Окисление CH4 под действием ОН протекает сопряженно с окисление NO. Соответствующий радикально-цепной механизм включает общую для всех тропосферных процессов стадию инициирования ОН и цикл экзотермических реакций продолжение цепи, характерных для реакции окисления органических соединений:

                          ОН+СН4   Н2О +СН3

                          СН3+О2    СН3О2

                          СН3О2+NО   СН3О+NО2

                                       СН3О+О2    СН2О+НО2   

В результате реакция окисления  СН4  в присутствии NО как катализатора и при  воздействии солнечного света с длиной волны 300-400нм запишется  в виде

                                   СН4+4О2   СН2О+Н2О+2О3

т.е. окисление метана (и  других органических веществ) приводит к образованию тропосферного  озона. Скорость этого процесса тем  больше, чем выше концентрация NО. Расчеты  показывают, что антропогенный выброс NО удваивает приземную концентрацию О3, а рост утечки СН4 многократно  опережающий по темпам роста другие виды загрязнений тропосферы приводит к ещё большему увеличению концентрации О3 по сравнению с переносом О3 из стратосферы.

       Рост  приземной концентрации озона  представляет опасность для зеленой  растительности и животного мира.

       Образующийся  при окислении метана формальдегид  окисляется далее радикалами  ОН с образованием СО. Этот  канал вторичного загрязнения  атмосферы моноксидом углерода  сравним с поступление СО от  неполного сгорания ископаемого  топлива.

                                  ОН+СН2О   Н2О+НСО

                                  НСО+О2      НО2+СО

Источники загрязнения атмосферы. Антропогенный фактор.

Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в  атмосферу больших масс различных  химических соединений. Большинство  антропогенных источников сконцентрировано в городах, занимающих лишь небольшую  часть территории нашей планеты.  В результате движения воздушных  масс с подветренной стороны больших  городов образуется многокилометровый  шлейф загрязнений.

         В развитых странах действует  законодательство, направленное на  защиту воздушного бассейна. В  результате значительно уменьшилась  общая загрязненность воздуха,  однако выбросы, источником которых  является автомобильный транспорт,  возрастают. В США на его долю  приходится 63% выбросов углеводородов.  Можно предполагать, что вклад  транспорта в загрязнение воздуха  будет увеличиваться с ростом  численности автомобилей. 

     Вторым по  мощности источником антропогенных  органических загрязнителей служит  промышленное производство. Базовыми  продуктами основного органического  синтеза являются этилен (на его  основе вырабатывают почти половину  всех органических веществ), пропилен, бутадиен, бензол, толуол, ксилолы и  метанол. Вместе с немногими  производными (этилбензол, стирол, фенол,  винилхлорид, акрилонитрил, фталевый ангидрид и терефталевая кислота) они являются объектами крупнотоннажного производства. Эти полупродукты используются в дальнейшем для выработки широкой номенклатуры других органических соединений (свыше 40 тыс. наименований).

      В выбросах  предприятий химической и нефтехимической  промышленности присутствует широкий  ассортимент загрязнителей: компоненты  исходного сырья, промежуточные,  побочные и целевые продукты  синтеза. Так, в газовых выбросах  заводов синтетических моющих  средств содержатся алканы, а  также  карбонильные соединения, эфиры, карбоновые кислоты. Заводы  синтетического каучука загрязняют  воздух исходными мономерами  и растворителями. Предприятия лесохимической  промышленности выделяют альдегиды,  кетоны, спирты и карбоновые кислоты,  множество терпенов (терпены-углеводороды, продукты, жизнедеятельности растений, молекулы которых построены из  изопреновых звеньев). Целлюлозно-бумажные  комбинаты выбрасывают большие  количества дурно-пахнущих газообразных  веществ (одорантов), таких, как  метил- и диметилсульфиды,  диметилдисульфиды,  а также  формальдегид, спирты  и фенолы.