Озоновые дыры. Экологические проблемы человечества

                                   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 

1.4. 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|Продолжительнос|

|                        |                     |ть жизни       |

|                        |(усл.ед)             |(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 
 

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   которого   является

автомобильный транспорт  возрастают.  В  США  на  его  долю  приходится  63%

выбросов  углеводородов.  Можно  предполагать,  что   вклад   транспорта   в

загрязнение воздуха  будет увеличиваться с рос-том 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 дурнопахнущих газообразных веществ (одорантов), таких, как метил-

 и диметилсульфиды,  диметилдисульфиды,  а также   формальдегид,  спирты  и