Экологические проблемы. Озоновые дыры

Причины образования “озоновой  дыры”.

Летом и весной концентрация озона повышается, над полярными  областями она всегда выше, чем  над экваториальными. Кроме того, она меняется по 11-летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной  активности. Все это было уже хорошо известно, когда в 1980-х гг. наблюдения показали, что над Антарктикой  год от года происходит медленное, но устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило название «озоновая дыра» (хотя никакой дырки  в собственном значении этого  слова, конечно, не было) и стало внимательно  исследоваться.

Позднее, в 1990-е гг., такое  же уменьшение стало происходить  и над Арктикой. Феномен Антарктической “озоновой дыры” пока не понятен: то ли  “дыра” возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.

 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.

Хлорфторуглероды широко применяются в современных бытовых  и промышленных холодильниках (в  России, их поэтому называют «хладонами»), в аэрозольных баллончиках, как средства химической чистки, а некоторые производные – для тушения пожаров на транспорте. Используются они и как пенообразователи, а также для синтеза полимеров. Мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн т.

Будучи легколетучими  и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, хлорфторуглероды после  использования попадают в атмосферу  и могут находиться в ней до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя  атомарный хлор, который и служит главным «нарушителем порядка» в  озоновом слое. CF2Cl2        CF2Cl+Cl

Последующие реакции CF2Cl с  О2 и h    приводят к отщеплению второго атома хлора.

 Хлор «съедает» и  озон, и атомарный кислород за  счет протекания довольно быстрых  реакций: 

О3 + Сl = О2 + ClO

СlO + O = Cl + O2

Причем последняя реакция  приводит к регенерации активного  хлора. Хлор, таким образом, даже не расходуется, разрушая озоновый слой.

Предполагается, что из-за разрушительного действия хлора  и аналогично действующего брома  к концу 1990-х гг. концентрация озона  в стратосфере снизилась на 10%.

Озоноразрушающий потенциал  некоторых веществ

 

 

Разрушающий потенциал

(усл.ед) Продолжительность жизни

(лет)

CFCl 1 1.0 75

CFCl 2 1.0 111

CFCl 3 0.8 90

CCl 4 1.0 185

C2FCl 5 0.6 380

HCFCl 2 0.05 20

Метилхлороформ  0.10 6.5

Четырехлористый углерод   1.06 50

Венская конвенция. В 1985 году британские ученые обнародовали данные, согласно которым, в предшествующие восемь лет были обнаружены увеличивающиеся  каждую весну озоновые дыры над Северным и Южным полюсами.

Ученые предложили три  теории, объяснявшие причины этого  феномена:

 

• разрушение озонового слоя окисями азота - соединениями, образующимися естественным образом на солнечном свету;

О3+NО   NО2+О2      

• воздушные потоки из нижних слоев атмосферы при движении вверх расталкивают озон;

• разрушение озона соединениями 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.

Сегодня уже разработаны  и выпускаются экологически безопасные фреоны и их заменители, но озоновый слой продолжает находиться в критическом  состоянии:

Установлено, что на содержание озона оказывают влияние азотсодержащие загрязнители воздушной среды.

                                2NО+О2   2NО2           

                                            О2+NО2   NО3+О2  

                                NО3+NО2   N2О5

                                N2О5+Н2О   2НNО3

 

Происхождение NО, ОН и Сl в стратосфере возможно, 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. В любом двигателе  внутреннего сгорания развиваются  настоль высокие температуры, что  из атмосферного кислорода и азота  образуется NО:  N2+О2     2NО

        Источником NО в стратосфере служит также  газ N2О, который устойчив в  тропосфере, а в стратосфере распадается  под действием 

жесткого УФ-излучения

                      N2О+h  (230нм)    N2+О

                      N2O+O    2NO

Разрушение N2О в стратосфере  осуществляется и по реакциям

                   N2О+h  (250нм)    N2+О

                      N2O+O    N2+O2

Пути решения проблем.

       Чтобы  начать глобальное восстановление  нужно уменьшить доступ в атмосферу  всех веществ, которые очень  быстро уничтожают озон и долго  там хранятся.

       Также  мы - все люди должны это понимать  и помочь природе включить  процесс восстановления озонового  слоя, нужны новые посадки лесов,  хватит вырубать лес для других  стран, которые почему-то не  хотят вырубать свой, а делают  на нашем лесе деньги.

        Для  восстановления озонового слоя  его нужно подпитывать. Сначала  с этой целью предполагалось  создать несколько наземных озоновых  фабрик и на грузовых самолетах  «забрасывать» озон в верхние  слои атмосферы. Однако этот проект (вероятно, он был первым проектом «лечения» планеты) не осуществлен.

Иной путь предлагает российский консорциум «Интерозон»: производить  озон непосредственно в атмосфере. Уже в ближайшее время совместно  с немецкой фирмой «Даза» планируется  поднять на высоту 15 км аэростаты  с инфракрасными лазерами, с помощью  которых получать озон из двухатомного кислорода.

Если этот эксперимент  окажется удачным, в дальнейшем предполагается использовать опыт российской орбитальной  станции «Мир» и создать на высоте 400 км несколько космических  платформ с источниками энергии  и лазерами. Лучи лазеров будут  направлены в центральную часть  озонового слоя и станут постоянно  подпитывать его. Источником энергии  могут быть солнечные батареи. Космонавты на этих платформах потребуются лишь для периодических осмотров и  ремонта.

У этого проекта был  предшественник – американская СОИ (стратегическая оборонная инициатива) с планом использования мощных лазеров  для «звездных войн».

Осуществится ли грандиозный  мирный проект, покажет время. Но и  физическая химия, и космонавтика уже  готовы к тому, чтобы начать восстанавливать  комфортное для жизни химическое равновесие на нашей планете.

      

Принимая во внимание чрезвычайность ситуации, необходимо:

расширить комплекс теоретических  и экспериментальных исследований по

 проблеме сохранения  озонового слоя;

провести первую Международную  научную конференцию по проблемам  сохранения озонового слоя активными  способами;

— создать Международный  фонд сохранения озонового слоя активными  способами;

— провести Международный  телемост на тему сохранения озонового  слоя с участием ведущих ученых, политических, религиозных и общественных деятелей;

— организовать Международный  комитет для выработки стратегии  выживания человечества в экстремальных  условиях.

Необходимость решения экологических  проблем очевидна в современном  мире. В развитых странах решению  такого рода проблем уже долгое время  уделяется большое внимание.

К примеру, в Англии большинство  жителей  экологически ответственны и любят помогать природе. Каждой семье выдают по два ярких контейнера – синий   и красный. Британцы в красный контейнер складывают макулатуру, а в синий – всю  пластмассу, стекло и упаковки от различных  напитков. Обычный мусор – пищевые  отходы и всё, что не перерабатывается, складываются в чёрные пакеты, которые  вмещают в себя от 15-40 кг мусора. Средняя  семья в Англии заполняет 2-3 таких  мешка в неделю, затем на специальных  площадках за пределами города вырывают огромные котлованы, в которые городской мусор сваливается в течение нескольких лет. Поскольку все мусорные отходы – органические вещества и при гниении вырабатывают газ (хотя очень тяжёлый, непригодный к немедленному применению), который англичане научились перерабатывать в более лёгкий (газ который можно использовать). Когда котлован заполнен, его бетонируют и сверлят отверстия, затем по всей поверхности слоя проводятся газовые трубы, куда и выходит газ, образовавшийся при гниении отходов. Газ собирается и отправляется на перерабатывающие станции, который впоследствии становится источником электроэнергии. Средняя станция, построенная по такому принципу, обеспечивает энергией около 10 тыс. домов. После того как котлован себя исчерпал, его засыпают и воссоздают на его месте былой ландшафт. Почти вся территория Англии перекопана и заново бережно восстановлена.

В настоящее время усиленно разрабатывается и все шире применяется  такая технология производства, при  которой из сточных вод извлекаются  и используются ценные вещества, а  также осуществляется оборотная  система водоснабжения (повторная  система водоснабжения). В итоге  резко снижается расход воды и  степень загрязненности сточных  вод. Поскольку в ближайшем будущем  не удастся избежать загрязнения  воды в процессе ее технологического использования, большое значение по-прежнему будут иметь различного рода очистные сооружения.

В настоящее время применяют  ряд методов очистки загрязненных сточных вод, к важнейшим из которых  относятся механический (заключается  в механическом удалении из сточных  вод нерастворимых примесей, для  чего применяются специальные сооружения), химический (основан на добавлении в сточные воды таких реагентов, которые, вступая в реакцию с  загрязнителями, способствуют выпадению  нерастворимых коллоидных и частично растворенных веществ) и биологический (состоит в минерализации органических загрязнений сточных вод при  помощи аэробных биохимических процессах).

В России решению экологических  проблем тоже уделяют особое внимание. Вопросы реформирования и развития водопроводного – канализационного хозяйства в нашей стране в  последние годы приобретают актуальность. Основными направлениями работы становятся: охрана природных ресурсов, водоподготовка для пищевых и  промышленных целей, водоснабжение, водоотведение  речных стоков, очистка речных стоков, разработка новых материалов и оборудования, техники и технологий. Со Швецией  и Финляндией 10 июня 2002 года Российская Федерация подписала договоры о  финансировании проекта завершения строительства Юго-Западных очистных сооружений, между Швецией, Финляндией и Санкт-Петербургом.

Радикальным технологическим  решением многих экологических проблем  и сохранения природной среды  заключается в разработке и осуществлении  новой стратегии научно-технического прогресса – создании систем цикличного безотходного производства.

 

 

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. Если бы весь озон атмосферы находился  в приземном слое воздуха, то при  «нормальных условиях» (давления 1 атмосфера  и температура 25 градусов Цельсия) толщина  озонового экрана, защищающего Землю  от жесткого УФ-излучения Солнца, составляла бы всего около 3мм. 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 время не ждет.