Озоновый слой, его формирование и значение для жизни на Земле

              Федеральное агентство по образованию  Российской Федерации 

   Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования 

                       «Южно-Уральский государственный  университет» 

                                Факультет «Экономика и управление»

                                Кафедра «Экономика, управление  и инвестиции»         
 

                     Озоновый слой, его формирование

                   и значение для жизни на Земле 

              РЕФЕРАТ

                    по дисциплине «Концепция современного естествознания» 
 

                                                                                 Проверил

                                                                                А.В. Сенин

                                                                                _____________                    

                                                                               Автор работы:

                                                                               студент группы ЭиУ-263             

                                                                               Н.В. Маслова

      _____________ 

                                                                               Реферат защищен

                                                                               с оценкой

      ______________ 
 

                                                      
 

                                                    Челябинск 2009

                                            АННОТАЦИЯ                    

                                                                 Маслова Н.В. Озоновый слой, его

                                                                 Формирование и значение для  жизни  

                                                                 на Земле. Челябинск: ЮУрГУ, ЭиУ-263                                                        

                                                                 30с., библеогр. список – 6 наим. 

     Цель  реферата - изучить формирование озонового слоя и исследовать гипотезы по его разрушению и предотвращению катастрофы на Земле.

     Задачи  реферата: выяснить, как озоновый слой влияет на жизнь человека и его здоровье, и получить достоверную информацию о разрушении озонового слоя и озоновых дырах, выяснить последствия разрушения озонового слоя и методы по его защите. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                       ОГЛАВЛЕНИЕ

АННОТАЦИЯ……………………………………………………………………..2

 
 
 

                                                   ВВЕДЕНИЕ

     Газообразный  озон, открытый в середине прошлого века, долгое время привлекал внимание ученых лишь своими уникальными химическими и физическими свойствами. Интерес к озону существенно возрос, после того, как выяснилась его распространенность в земной атмосфере и та особая роль, которую он играет в защите всего живого от воздействий опасного ультрафиолетового излучения. Особенно активно атмосферный озон стал изучаться в последние десятилетия. С ним, как ни с одним другим газом, в последние два десятилетия было связано несколько крупных сенсаций. Начиная от появившегося в самом начале 70-х годов прогноза о том, что полеты стратосферной авиации “съедят” слой озона уже к 80-м годам, и, кончая пресловутой “озоновой дырой”, которая будоражит умы людей.

     Гипотезы  о возможном разрушении стратосферного озона под действием выброса в атмосферу выхлопных газов от двигателей сверх звуковых самолетов, фреонов, использования удобрений, извержений вулканов и т. д. неоднократно описывались в литературе. Поскольку озон задерживает активное излучение солнца, то разрушение озонного слоя может привести к целому ряду негативных последствий для растений, животных и человека.

     В ряду тревожных проблем – сдвиги в мировом климате, истощение  лесных, почвенных и водных ресурсов, прогрессирующее опустошение планеты  – находится и проблема разрушения озонового слоя. Возможно, что антарктический озон является предвестником глобальных изменений в озоносфере.

     Озоносфера - одна из поверхностных оболочек планеты. Она является составной частью биосферы Земли, включающей в себя совокупность живых организмов и неорганические вещества, находящиеся в общем круговороте.

     К изучению процессов, связанных с  атмосферным озоном, привлечены значительные силы ученых у нас в стране и за рубежом. Ведутся наблюдения за количеством озона и его “врагов” – различных загрязняющих веществ, анализируются данные за прошедшие годы, ставятся новые эксперименты.   

     Однако проблема атмосферного озона к настоящему времени далеко не исчерпана, и ряд важных и интересных разделов этой проблемы ждет своего разрешения, в особенности явления, связанные с влиянием на озоновый слой некоторых естественных факторов и антропогенных воздействий. Для их осмысления необходимо постоянное и всеобъемлющее слежение за состоянием окружающей среды (мониторинг). Для выработки научно обоснованных выводов и прогнозирования изменений в состоянии озоносферы Земли в отдельных регионах и глобальном масштабе нужны регулярные измерения концентрации озона существующими приборами и разработка новых методов и средств наблюдений озона.

     Из  трех стихий, окружающих человека – тверди, воды и воздуха, -–последняя, является самой уязвимой. И не случайно именно в атмосфере появился первый реальный сигнал бедствия. Этот сигнал – озоновая дыра как вестник возможного глобального уменьшения защитного слоя озона в результате антропогенных загрязнении.

 

      I. ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ:  ФУНКЦИИ,ЩИТ ПЛАНЕТЫ

          1.1. Озоновый слой в прошлом

      С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.

     16 сентября 1987 г. был принят Монреальский  протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. Впоследствии по инициативе ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.

     С конца 70-х годов ученые стали отмечать неуклонное истощение озонового  слоя. Причиной тому стало проникновение  в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.

     По  мнению врачей, каждый потерянный процент  озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно  возрастает  число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. УФ-В излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

     Озоновая  проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики.

     Все развитые страны, за исключением Восточной  Европы и России, к концу 1995 г. в основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

     По  данным ООН, благодаря согласованным  усилиям мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились.  

     1.2. Волшебный щит планеты

     В популярной литературе слой озона очень  часто называют волшебным щитом планеты. Это сравнение связано с оптическими свойствами молекулы озона, которые отличаются от свойств как составляющих его атомов (когда они существуют по отдельности), так и двухатомных молекул O2.

Одной из наиболее важных оптических характеристик, какого–либо вещества является его спектр поглощения – изменение с длинной волны коэффициента поглощения, то есть способности поглощать проходящие через это вещество излучение.

     Спектр  поглощения озона обладает несколькими  важными особенностями, главной  из них является способность сильно поглощать излучение в интервале  длин волн 200–320нм.

     Область солнечного спектра (а когда говорят  о щите, то имеют в виду именно защиту от излучения Солнца) от 200 до 400нм называют биологически активным ультрафиолетом БАУ. При этом выделяются интервалы 320–400нм (УФ-А) и 200–320нм (УФ-Б).

     Излучение с длиной волны l, меньше 200нм, хорошо поглощается молекулами кислорода, которых в атмосферном газе много. Поэтому такое излучение не доходит даже до нижней части стратосферы, “застревая” (т.е. поглощаясь молекулами O2) на больших высотах. С увеличением длины волны коэффициент поглощения молекулярным кислородом быстро падает. Молекулы же азота, которых в атмосфере больше всего, вообще пассивны и в поглощении этого излучения практически участия не принимают.

     Вот и получается, что солнечное излучение с длиной волны от 200 – 300нм проникало бы сквозь атмосферу практически до поверхности Земли, если бы не озон. Его коэффициент поглощения k именно в этой области длин волн очень велик и намного превосходит соответствующие значения k для O2 и N2. В результате – излучение УФ-Б не проходит сквозь стратосферу, практически полностью поглощаясь молекулами O3. Не загружая изложение деталями спектральных характеристик озона, приведу лишь один пример. Максимальное значение k для озона приходится на l = 255нм и составляет около 130 см⁻¹. Чтобы легче было представить масштаб этой величины, скажу, что, пройдя через слой озона толщиной в 3 мм при нормальном давлении (а это и есть, как я говорила выше, эквивалент “щита”), излучение, с этой длиной волны уменьшится в 10⁻¹⁷.

В целом  же эффект волшебного щита именно таков – очень тонкий (всего 2-3 мм) слой молекул O3 практически полностью поглощает идущее от солнца излучение в области УФ-Б. Начиная примерно с l =320нм солнечное излучение уже доходит до поверхности, хотя точную границу по очевидным причинам назвать невозможно – переход происходит постепенно, а проникновение излучения зависит от многих факторов – таких, как высота Солнца над горизонтом, чистота или запыленность атмосферы, высота места над уровнем моря и т.д.   

     1.3. Озон и климат

     В предыдущем пункте я рассмотрела  способность озона поглощать  ультрафиолетовое излучение с точки зрения роли озонового слоя как нашего защитника – “волшебного щита планеты”. Однако сам процесс такого поглощения не проходит бесследно для земной атмосферы. Энергия, которую несет излучение в указанном диапазоне длин волн, в результате поглощения передается атмосферному газу, вызывая его нагрев. Оценки показывают, что выше примерно 20км и в стратосфере, и в большей части мезосферы этот процесс является основным источником нагрева, определяющим, таким образом температуру – её высотное и широтное распределение.

     Распределение температуры контролирует динамические процессы в атмосферном газе. Таким образом, вся система циркуляции в стратосфере, включая и вертикальный перенос газа, зависит от распределения озона. И если под влиянием антропогенных процессов распределение озона заметно изменится, должна измениться вся картина динамических процессов, включая и взаимодействие стратосферы и тропосферы.

     Расчеты с помощью атмосферных моделей  показывают, что если повсеместно уменьшить концентрацию озона в два раза, то в мезосфере произойдет охлаждение атмосферного газа на 20° С. Это охлаждение в большей части стратосферы (18–40км) составит 6 – 8° С, а на стыке тропосферы и стратосферы (7 – 18км) – 2 – 3° С.