Истощение озонового слоя атмосферы – глобальная угроза жизни

Федеральное агентство по образованию

 

Российский государственный торгово-экономический  университет

Дмитровский филиал

 

 

Специальность  080507  Менеджмент организации

 

 

 

                                                                           

 

 

 

Контрольная работа

по дисциплине: «концепции современного естествознания»

на тему:

«Истощение  озонового слоя атмосферы – глобальная угроза жизни»

 

 

 

 

 

         Выполнил: Перфильев А.Н.                                               .

                                                                      I   курс  408 группа 

                                                                      «___»_________200_г.______________

                                                                                    Проверил: доцент Маслобойщиков В.С.

 

                                                                       «__»_________200_г._______________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дмитров 2009 г.

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Конец ХХ века характеризуется мощным рывком научно технического прогресса, ростом социальных противоречий, резким демографическим взрывом,  ухудшением состояния окружающей человека природной среды.

Поистине, наша планета никогда раньше не подвергалась таким физическим и политическим перегрузкам, какие она испытывает на рубеже ХХ –ХХI веков. Человек никогда ранее не взимал с природы столько дани и не оказывался столь уязвимым перед мощью, которую сам же  и создал.

XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы.

Защита озонового слоя атмосферы является одной из наиболее острых глобальных экологических проблем современности. На сегодняшний день проблема озона беспокоит очень многих, о ней наслышаны даже те, кто раньше и не знал о существовании озонового слоя в атмосфере, а помнил о нём только из школьного курса химии. И интерес к этой проблеме понятен, ведь речь идёт о будущем человечества. Изменения в озоновом слое могут привести к изменению климата на планете в худшую сторону, поднимется уровень мирового океана, возрастёт количество раковых заболеваний из-за увеличения ультрафиолетового излучения Солнца достигающего поверхности планеты.

К разрушению озонового  слоя приводят различные химические вещества, такие как фреоны, использующиеся в холодильной промышленности и в аэрозолях и оксиды азота, которые образуются при ядерных взрывах и в камерах сгорания реактивных самолётов и ракет. Причём последнее особенно вредно, так как на больших высотах окислы азота живут очень долго. Применение большого количества минеральных удобрений тоже вредит озоновому слою. Дымовые газы электростанций вырабатывают миллионы тонн закиси азота в год. Таким образом, большая часть воздействия на озоновый слой планеты связана с хозяйственной деятельностью человечества. Поэтому быстрого изменения ситуации ждать не стоит. Ведь человечество не может взять и отказаться от использования минеральных удобрений или быстро перейти на новые технологии производства холодильных установок.

 

Озон, содержание озона в атмосфере и его  роль

Озон – это разновидность  кислорода. Озон был открыт в 1839 году немецким химиком Шенбейном, а в 1873г. его обнаружили в приземной атмосфере. Спустя 8 лет английский химик Гартли обнаружил озон в верхних слоях атмосферы.

Озон представляет собой  едкий, слегка голубоватый газ. Его  молекула состоит из трех атомов кислорода, так что озон является «химическим родственником» более стабильного и изобилующего в атмосфере вещества, необходимого для дыхания человека, состоящего из двух атомов кислорода.

Озон образуется из кислорода  под воздействием ультрафиолетового  излучения Солнца с длиной волн до 185 нм¹: в результате фотохимической реакции молекулярный кислород О₂ соединяется с атомарным кислородом О. Более длинные волны (200-300 нм), напротив, способствуют распаду молекул озона. Образование и распад озона в атмосфере находятся в динамическом равновесии.

Процесс образования  озона под действием ультрафиолетового  излучения называется фотолизом. Под воздействием солнечных лучей ежесекундно в атмосфере образуется 5 – 6 т озона, но процесс его разрушения идет быстрее. Общая масса озона составляет всего 3 млрд. т, т.е. его содержание в атмосфере невелико. Около 90% общего количества озона содержится на высотах от 10 – 17 до 50 км (в зависимости от широты и времени года). Этот слой атмосферы называют озоновым слоем, или озоносферой. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте 20 – 25 км. Таким образом, основная доля озона в атмосфере приходится на стратосферу и лишь небольшое количество – на тропосферу.

Тропосферный («плохой») озон опасен для живых организмов, обитающих на Земле. Он является основным компонентом токсичного смога. В растениях озон разрушает клеточные мембраны листьев и игл, что приводит к вымиранию лесов. Его негативное воздействие проявляется и в потере урожаев сельскохозяйственных культур. Особенно неблагоприятно озон влияет на водоросли, находящиеся в основе пищевых цепей водных экосистем. У человека и животных озон отрицательно воздействует на дыхательные пути, вызывает головные боли, усталость, раздражение глаз и слизистых оболочек, снижает сопротивляемость инфекционным заболеваниям легких и верхних дыхательных путей. Поэтому при повышении концентрации озона в зоне дыхания людей возникает опасность, в связи с которой людям, страдающим аллергическими заболеваниями, сердечно-сосудистой недостаточностью, пожилым людям и детям рекомендуется в дневные часы избегать физических нагрузок и не находится на открытом воздухе.

Стратосферный («хороший») озон выполняет защитную функцию и этим приносит огромную пользу. Озоновый слой защищает от коротковолновой ультрафиолетовой солнечной радиации.

Озон отличается высокой  окислительной способностью, которая  выражается, в частности, в сильном стерилизующем действии: в озоне гибнут не только бактерии, но и грибы, и вирусы. Таким образом, озоновый слой является мощным санитарным барьером для защиты земных организмов от космического влияния.

Озон выполняет еще одну важную функцию, влияя на тепловой режим стратосферы. Озоновый слой поглощает часть инфракрасного излучения Земли, в результате чего стратосферный воздух нагревается, и в стратосфере поддерживается определенная равновесная температура. В свое время, когда озоновый слой был более мощным, он задерживал до 20% теплового излучения Земли. Уменьшение озонового слоя в настоящее время ведет к изменению теплового равновесия в атмосфере в целом. К тому же концентрация озона в слое стала крайне неравномерной, вследствие чего он прогревается неравномерно, а перепады температуры, даже очень небольшие, способствуют перемещению огромных масс воздуха с образованием атмосферных фронтов, циклонов и т.д.

 

Причины разрушения озонового слоя

 

Основной причиной создающегося дисбаланса между содержанием  озона в атмосфере и у поверхности  Земли являются антропогенные выбросы  определенных загрязняющих веществ в атмосферу – так называемых озоноразрущающих веществ (ОРВ), в число которых входят молекулы, содержащие хлор, фтор, бром: хлорфторуглероды (ХФУ), бромфторуглероды (галоны), четыреххлористый углерод, метилбромид, гидрохлорфторуглероды (фреоны).

Фреоны  –это собирательное название целой группы химических веществ   появившихся  на свет ещё в  20  годы.  Фреоны  являются  производными   от   метана,   этана   и циклобутана. В этих соединениях  содержится  фтор  или  хлор  или  оба  этих элемента. Хотя они мало токсичны, всё же  при  их  высокой  концентрации их токсичность высока.

Основные категории  продуктов, содержащих ОРВ:

• жесткие пенопласты - используются в качестве изоляционных и упаковочных материалов;
• поролон - используется в мебельном производстве, в матрасах и автомобильных сидениях;
• холодильники - для охлаждения продуктов питания в быту и торговле;
• кондиционеры - в автомобилях и домах;
• растворители - для промывания электронных плат, металлических частей и соединений;
• больничные стерилизаторы;
• огнетушители.

 

Эти вещества применялись  и сейчас применяются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков, в растворителях, пестицидах и пропеллентах для аэрозольных смесей.

Выпущенные в атмосферу, эти вещества разрушаются очень  медленно, иногда годами, и постепенно из тропосферы переходят в стратосферу. Там они разрушаются интенсивными ультрафиолетовыми лучами с высвобождением молекул хлора и брома, которые, в свою очередь, разрушают «хороший» озон. Посредством этого повторяющегося процесса одна молекула хлора может разрушить тысячи молекул озона, прежде чем сама будет нейтрализована. Это свойство ХФУ и выделяемого ими хлора делает фреоны очень опасными для озонового слоя стратосферы.

Даже если мы уменьшим или прекратим использование  этих озоноразрушающих веществ (ОРВ), те, что уже выпущены в прошлом, по-прежнему будут воздействовать на защитный озоновый слой.

Ещё один фактор, приводящий к уменьшению озонового слоя – это высотные самолёты и запуски  космических  кораблей.  Высокая  температура  в  камерах сгорания реактивных двигателей, приводит  к  образованию  окислов  азота  из находящихся там азота и кислорода.  Причём  скорость  образования  азота  напрямую зависит от температуры, то есть мощности двигателя. Но  ещё  и  очень важно,  на  какой  высоте  находится  двигатель  и  выпускает  в   атмосферу разрушающие озон окислы азота.  Чем  выше,  тем  хуже  для  озона.  Так  при запуске ракет типа «Атлас» в атмосферный  газ выбрасывается большое число молекул воды, в дальнейшем разрушающих  озоновый  слой,  а  в  ионосфере  на высоте 200-300 км образуются огромные дыры  диаметром  в  сотни  километров. Например, двигатели «Олимпус-593,» которые  были  установлены  на  самолетах «Конкорд» выделяли 18 г азота на 1 кг топлива. Наиболее вредными  для  озона являются выбросы военных самолётов. Так как их очень много и  они  летают  в основном на высотах озонового слоя. На  вооружении  большинства  стран  мира имеются  боевые  твёрдотопливные  ракеты.  В  состав   их   топлива   входит окислитель – перхлорат  аммония.  Когда  он  сгорает,  выделяются  вещества, содержащие хлор.

Ядерные взрывы тоже способствуют истощению озонового слоя. При  сильном нагреве, а температура ядерного взрыва  около 60000  градусов.  Происходят  такие преобразования  химических  веществ,  которые   при  нормальных   условиях протекают вяло или вообще не протекают. Особо  опасным  является  появление окиси азота NO. Это происходит таким образом. При повышении  температуры  до 60000 градусов молекулярный кислород практически весь  превращается  в атомный.  И если при нормальной температуре окиси азота в воздухе  практически  нет,  то при ядерном взрыве он составляет 1,5%. Излучение при взрыве тоже приводит  к образованию окиси азота, это происходит, прежде всего, потому что  излучение производит ионизацию атомов и молекул атмосферного газа. Затем  образованные ионы вступают в реакции с другими составляющими атмосферы и образуют  окиси азота.

Закись азота  обнаруживается также и в  дымовых  газах  электростанций. Это очень сильный источник влияния  на  атмосферу.  Таким  путём  образуется примерно 3 млн. т. закиси азота.

Очень важную роль в разрушении озона играет пар. Эта  роль  реализуется через молекулы гидрооксила OH, которые рождаются из молекул воды и  в  конце превращаются в  них.  Поэтому  от  количества  пара  в  стратосфере  зависит скорость разрушения озона.

Таким образом, на истощение озона в атмосфере  оказывают влияние различные факторы, но так или иначе все они могут привести к пагубным последствиям для человека и биосферы в целом.

 

Последствия истощения озонового слоя

Особое внимание к проблеме сокращения озонового  слоя было привлечено в 1980 году. С этого  времени отмечено его ежегодное  уменьшение. Выяснено, что уже при потере 15-20% начинаются необратимые процессы в природе. В результате разрушения озонового слоя ультрафиолетовое излучение на поверхности Земли увеличивается, что может привести к пагубным последствиям для человека и биосферы в целом.

Когда живые  организмы подвергаются воздействию ультрафиолетового излучения, одним из возможных результатов является рак. Почти все случаи рака кожи человека проявляются на частях тела, подверженных действию солнечных лучей. Связь рака кожи с солнечной радиацией выявлена абсолютно достоверно. При солнечном воздействии у организма возникает защитная реакция. Клетки поверхностного слоя кожи начинают быстро и беспорядочно делиться, чтобы сделать свой верхний слой толще и не пропускать ультрафиолетовое излучение в более глубокие слои кожи. В этих условиях возникает большая вероятность появления клеток-мутантов – видоизмененных клеток, которые могут развиться в раковую опухоль. Ученые экспериментально доказали, что ультрафиолетовый свет разрушительно влияет на ДНК клеток кожной ткани. Даже небольшая его доза вызывает серьезные повреждения генетического материала. Пострадавший рискует впоследствии заболеть раком кожи.

Случаи заболевания  раком распространены среди людей, проводящих с незащищенной кожей значительное время на солнце. Наивысший уровень заболеваемости раком кожи отмечается в Австралии: при сегодняшних темпах распространения заболеваний два из каждых трех австралийцев могут заболеть одним из видов рака кожи и каждый шестидесятый — наиболее опасной его разновидностью: злокачественной меланомой. По оценкам ученых, уменьшение толщины озонового слоя на 1% повысит интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли на 2%, что увеличит уровень заболеваемости раком кожи у людей на 3-6%.