Причины возникновения озоновых дыр в атмосфере. Проблема озоновых дыр
Поскольку на полюсах наблюдаются долгие полярные ночи, в этих местах происходит резкое снижение температуры и образуются стратосферные облака, содержащие ледяные кристаллики. Как следствие, в воздухе накапливается молекулярный хлор, внутренние связи которого разрываются с наступлением весны и появлением солнечного излучения.
Цепочка химических процессов, возникающих при устремлении в атмосферу атомов хлора, приводит к разрушению озона и образованию озоновых дыр. Когда Солнце начинает светить в полную силу, к полюсам направляются воздушные массы с новой порцией озона, благодаря чему дыра затягивается.
Почему появляются озоновые дыры?
Существует множество причин появления озоновых дыр, но важнейшая из них – загрязнение природной среды человеком. Помимо атомов хлора, молекулы озона разрушают водород, кислород, бром и другие продукты сгорания, попадающие в атмосферу из-за выбросов фабрик, заводов, дымовых газовых ТЭЦ.
Не меньшее влияние на слой озона оказывают ядерные испытания: при взрывах выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, которые входят в реакцию с озоном и уничтожают его молекулы. Подсчитано, что только с 1952 по 1971 год при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 миллионов тонн этого вещества.
Возникновению озоновых дыр способствуют и реактивные самолеты, в двигателях которых также образуются окислы азота. Чем выше мощность турбореактивного двигателя, тем выше температура в камерах его сгорания и тем больше азотных окислов попадает в атмосферу. Согласно исследованиям, ежегодные объемы азота, выбрасываемого в воздух, составляют 1 миллион тонн, из них треть приходится на самолеты. Еще одна причина разрушения озонового слоя – минеральные удобрения, которые при внесении в землю вступают в реакцию с почвенными бактериями. В этом случае в атмосферу попадает закись азота, из которой образуются окислы.
К каким последствиям для человечества могут привести озоновые дыры?
В силу ослабления озонового слоя увеличивается поток солнечной радиации, что в свою очередь, может привести к гибели растений и животных. Влияние озоновых дыр на человека выражается прежде всего в увеличении числа раковых заболеваний кожи. Ученые подсчитали, что если концентрация озона в атмосфере упадет хотя бы на 1%, то число больных раком возрастет примерно на 7000 человек в год.
Именно поэтому сейчас экологи бьют тревогу и пытаются предпринять все необходимые меры для защиты озонового слоя, а конструкторы разрабатывают экологически безопасные механизмы (самолеты, ракетные системы, наземный транспорт), выбрасывающие в атмосферу меньшее количество окислов азота
Кислотные дожди
Кисло́тный дождь - все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - при которых наблюдается понижение pH (водородного показателя) дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, обычно оксидами серы и оксидами азота[
Кислотные дожди – один из терминов, который принесла человечеству индустриализация. Неуемное расходование ресурсов планеты, огромные масштабы сжигание топлива, экологически несовершенные технологии – яркие признаки бурного развития промышленности, что в итоге сопровождается химическим загрязнением воды, воздуха и земли. Кислотные дожди – только одно из проявлений таких загрязнений.
Впервые упомянутое в далеком 1872 году, по-настоящему актуальным понятие стало только во второй половине 20 века . В настоящее время кислотные дожди – проблема для многих стран мира, в том числе США и практически всех стран Европы. Карта кислотных дождей, разработанная экологами всего мира, наглядно показывает зоны самого высокого риска опасных осадков.
ПРИЧИНЫ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ
Определенный уровень кислотности имеет любая дождевая вода . Но в нормальном случае этот показатель соответствует нейтральному уровню pH – 5,6-5,7 или несколько выше. Небольшая кислотность объясняется содержанием в воздухе углекислого газа, но считается настолько низкой, что не наносит никакого вреда живым организмам. Таким образом, причины кислотных дождей связаны исключительно с деятельностью человека, и не могут быть объяснены естественными причинами.
Предпосылки для повышения кислотности атмосферной воды возникают, когда промышленные предприятия выбрасывают большие объемы оксидов серы и оксидов азота . Наиболее характерные источники таких загрязнений – это выхлопные газы автомобилей, металлургическое производство и тепловые электростанции (ТЭЦ). К сожалению, современный уровень развития технологий очистки не позволяет отфильтровывать соединения азота и серы, который возникают в результате сгорания угля, торфа, других видов сырья, что используются в промышленности. В итоге такие оксиды попадают в атмосферу, соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света, и выпадают на землю в виде осадков, которые и называют «кислотные дожди».
ПОСЛЕДСТВИЯ КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ
Ученые отмечают, что последствия кислотных дождей очень многомерны, и опасны как для людей и животных, так и растений . В числе главных специалисты называют следующие эффекты:
1. Кислотные дожди заметно повышают кислотность озер, прудов, водохранилищ , в результате чего там постепенно вымирает их естественная флора и фауна. В результате изменения экосистемы водоемов, происходит их заболачивание, засорение, повышенная илистость. Кроме того, в результате таких процессов вода становится непригодной для использования человеком. В ней повышается содержание солей тяжелых металлов и различных токсичных соединений, которые в нормальной ситуации поглощаются микрофлорой водоема.
2. Кислотные дожди приводят к деградации лесов, вымиранию растений . Особенно страдают хвойные деревья, так как медленное обновление листвы не дает им возможности самостоятельно устранять последствия кислотных дождей. Очень подвержены таким осадкам и молодые леса, качество которых стремительно падает. При постоянном воздействии воды с повышенной кислотностью, деревья погибают.
3. В США и Европе кислотные дожди – одна из распространенных причин плохих урожаев , вымирания сельскохозяйственных культур на огромных площадях. При этом причина такого ущерба кроется как в прямом воздействии, которое оказывают кислотные дожди на растения, так и в нарушениях минерализации почвы.
4. Кислотные дожди наносят непоправимый ущерб памятникам архитектуры, здания, сооружениям . Действие таких осадков вызывает ускоренную коррозию металлов, выход из строя механизмов.
5. При текущей кислотности, которую имеют кислотные дожди, в некоторых случаях они могут наносить прямой вред человеку и животных. Прежде всего, люди в зонах повышенной опасности страдают от заболеваний верхних дыхательных путей . Впрочем, не так далек тот день, когда насыщенность вредных веществ в атмосфере достигнет уровня, при котором в виде осадков будет выпадать серная и нитратная кислота достаточно высокой концентрации. В такой ситуации угроза здоровью человека окажется уже значительно более высокой.
КАК БОРОТЬСЯ С КИСЛОТНЫМИ ДОЖДЯМИ?
Бороться с самими осадками практически невозможно . Выпадая на огромных территориях, кислотные дожди наносят значительный ущерб, и конструктивного решения этой проблемы нет.
Другое дело, что в случае с кислотными дождями критически необходимо бороться не с последствиями, а с причинами такого явления . Поиск альтернативных источников добычи энергии, экологически безопасный автотранспорт, новые технологии производства и технологии очистки выбросов в атмосферу – неполный список того, чем обязано озаботиться человечество, чтоб последствия не приобрели катастрофический характер.
Тропические леса - уникальное растительное сообщество, для которого характерно видовое богатство растений и животных. За недоступность, таинственность и опасности, на каждом шагу подстерегающие каждого, кто отважится сюда проникнуть, не случайно снискали этим местам у белых путешественников уважительное название «зелёного ада». К сожалению, эта экосистема, претерпевшая меньше всего изменений за всё время существования суши, сегодня исчезает с угрожающей скоростью, и то, что создавалось природой в течение миллионов лет, человек может уничтожить в считанные десятилетия. Последствия могут стать непредсказуемыми.
Видовое распределение растительности на земном шаре зависит от климата и носит зональный характер. Самая удивительная из таких зон - тропические леса, растущие на территориях с наиболее благоприятными условиями для роста и развития растений. Этому способствуют особенности климата - для этой зоны характерна высокая, но не чересчур, температура и обильные осадки. Суточные и годовые колебания температур невелики, и в результате в тропических лесах нет смен времён года, а все дни похожи друг на друга. Длина светового дня тоже практически не меняется в течение года. Словом, здесь для растений созданы практически идеальные условия для жизни. В тропических лесах органическая жизнь буквально бурлит. Не успевает дерево умереть, как его тут же атакуют полчища грибов, бактерий и насекомых, и в считанные дни лесные гиганты полностью разлагаются на более простые субстанции, являясь пищей для многих других видов. Поэтому почва в тропических лесах необычайно бедна, и по своей продуктивности не идёт ни в какое сравнение с тучными землями умеренной зоны - толщина перегноя под пологом тропического леса едва достигает нескольких миллиметров.
Он и не может быть мощнее, ведь опадающие листья очень быстро разлагаются, а всё, что имеет хотя бы малейшую питательную ценность, тут же поглощается многочисленными желающими. Благодаря интенсивному обороту органической массы за миллионы лет тропические леса выработали идеальное равновесие. Наверняка так продолжалось бы и дальше, но пришёл человек и по-варварски стал эксплуатировать природные ресурсы. А если не будет деревьев, то и без того тонкий слой гумуса быстро истощится. Обжигающие лучи солнца, коснувшись земли, быстро её высушат и уничтожат бактерии, которые разлагают органику, а под тонким живительным гумусом находятся почвы бесплодные, лишённые даже признаков органической жизни. Так место вырубленных деревьев очень быстро занимает безжизненная пустыня. На мировых рынках древесина многих видов тропических деревьев ценится очень высоко, поэтому неудивительно, что крупные торговые компании начали её заготовку любой ценой. Наиболее ценные с точки зрения бизнеса виды деревьев растут вперемежку с другими видами, не создавая отдельно стоящих групп - и, чтобы их добыть, заготовители вынуждены уничтожать большие лесные массивы.
При падении лесные великаны давят другие растения, а тяжелая техника, которая вывозит стволы на переработку, наносит непоправимый ущерб лесу, разрушая гусеницами и колёсами верхний слой почвы. Однако добыча ценных пород деревьев - не единственная угроза экваториальным лесам, которые массово пожирает огонь. Пожары в этих местах бушуют по двум основным причинам: во-первых, иногда вывоз малоценных пород деревьев себя не оправдывает, и лесозаготовители их просто сжигают прямо на месте вырубки; вторая причина - аграрная деятельность человека. В первую очередь речь здесь идёт о первобытных племенах, которые сохранились в тропических лесах до сих пор и расчищают места для своих полей самым примитивным способом - выжигая лес.
Однако с этим ущербом ещё можно было бы смириться, ведь после ухода племени через два-три года относительно небольшие выжженные территории леса, как правило, восстанавливаются.
Но главная опасность в том, что такой примитивный процесс расширения пахотных земель во многих экваториальных странах приобретает государственный масштаб, и экологическая ситуация резко меняется - в глубине тропических лесов всё чаще появляются обширные поля, вокруг которых растут поселения земледельцев. Такая экспансия происходит, например, в Бразилии, где в поисках экономических резервов правительство вкладывает огромные средства на продвижение аграрного сектора в глубь лесов Амазонии. На некоторых участках тропических лесов обнаружены месторождения ценных полезных ископаемых, и если подтверждается экономическая целесообразность их разработок, там очень быстро начинается эксплуатация сырья самым дешёвым открытым способом - один из таких карьеров на территории Амазонии занимает площадь в несколько сот квадратных километров.
В Бразилии приняли правительственную программу по созданию в Амазонии химических и фармацевтических предприятий. Огромные пространства по берегам Амазонки отравлены ртутью, которую используют золотоискатели. При строительстве автострад, прорезающих тропические леса, широкие асфальтовые полосы нарушают единство экосистемы и угрожают жизни животных. В тропических лесах немало рек, которые славятся живописными водопадами. Однако для развития экономики эта естественная красота не имеет никакого значения - цивилизованных визитёров интересует исключительно прибыль, таящаяся в бесплатной энергии, которую могут дать реки. Поэтому в тропических лесах идёт бурное строительство гидроэлектростанций с появлением целой системы плотин - и тогда затапливаются огромные лесные массивы, изменяется баланс наземных и грунтовых вод.
Между тем огромная зелёная масса тропических лесов играет исключительно важную роль в стабилизации земной атмосферы. В процессе фотосинтеза листья поглощают двуокись углерода и вырабатывают кислород, что имеет большое значение для поддержания баланса этих газов в природе и спасает планету от угрожающего ей парникового эффекта. Сокращение же зелёного покрова наполовину можно сравнить с операцией, когда у здорового человека вырезали одно лёгкое. Тропические леса растут в районах с обильными осадками. Но эти осадки в немалой степени возникают именно благодаря влажным лесам, которые в процессе испарения поставляют в атмосферу невероятно большое количество водяного пара. Истребление же лесов ведёт к исчезновению воды и тени, а палящее в этих широтах жаркое солнце очень быстро довершает процесс опустынивания. Учёные подсчитали, что уже сегодня миллиард земледельцев живёт на распаханных территориях, некогда составлявших тропические леса. Климатологи бьют тревогу - если и дальше тропические леса будут истребляться такими же темпами, планете грозит глобальная засуха, повышение температуры и возникновение не утихающих ураганов.
Сокращение ареала тропических лесов таит и такую угрозу, как невосполнимая утрата многих видов флоры и фауны. Установлено, что в первозданных тропических лесах жило 45% всех видов растений, 96% членистоногих, 45% млекопитающих и 30% птиц. С уничтожением лесов исчезли и многие виды, а вместе с тем сократилось и биологическое разнообразие планеты - а с каждым исчезающим видом человечество теряет какую-то часть генетической информации, накопленной на Земле. Кстати, среди гибнущих видов немало таких, которые даже ещё не известны науке, и не исключено, что в листьях, корнях и плодах каких-нибудь неизвестных растений таятся химические соединения, которые могут излечивать, например, от злокачественных опухолей. Гибнут и животные - чаще всего из-за того, что человек изменяет или уничтожает привычную среду обитания.
Судьба тропических лесов волнует тысячи людей и десятки организаций, которые прилагают усилия, чтобы сдержать процесс истребления уникального биоценоза. Защищать природу можно по-разному. Крупные экологические организации в странах Европы и Северной Америки бойкотируют продажу изделий из тропической древесины; в свою очередь, Международное общество по делам торговли тропической древесиной разработало методы рационального использования этого вида сырья.
Всё это делается не только из-за одной любви к природе - есть тут и здравый коммерческий расчет: экономисты подсчитали, что хищническое отношение к лесу рано или поздно приведет к упадку торговли лесом, поэтому некоторые страны начинают создавать плантации ценных видов тропических деревьев. Пользу от этого ощутят лишь будущие поколения - такие деревья растут десятки лет. Но уже сегодня ряду товаров присваивается знак, который свидетельствует, что изделие изготовлено из древесины, выращенной на плантации. Однако самый лучший вариант сохранить тропические леса в их первозданном виде - создать сеть национальных парков. Большое моральное воздействие оказала акция, позволяющая покупать частным лицам небольшие территории тропических лесов - из таких символических покупок в итоге возник национальный парк в Коста-Рике.
Страны, на чьей территории находятся тропические леса, уже понимают, что лучше зарабатывать деньги на богатых туристах, которые собственными глазами хотят увидеть неповторимое разнообразие тропических флоры и фауны, чем уничтожать этот постоянный источник прибыли. Всё больше фирм включаются в программу сбора и вторичной переработки бумаги и картона. Международный валютный фонд выделил финансовую помощь Индонезии, чтобы компенсировать ущерб от ликвидации в этой стране коррумпированного консорциума по торговле древесиной. Мир науки и политики всё чаще проводит конференции о защите «зелёных лёгких Земли». Принесёт ли всё это быстрые результаты - неизвестно. Но остаётся надежда, что уже в ближайшие годы остановится лавинообразное сокращение ареала тропических лесов.
Похожая информация.
ОЗОНОВАЯ ДЫРА - разрыв озоносферы (диаметром св. 1000 км), возникший над Антарктидой и перемещающийся в населенные районы Австралии. Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году в Южном полушарии над Антарктидой группой британских ученых во главе с Джорджем Фарманом.
Озо́новая дыра́ - это локальное падение концентрации озона в озоновом слоеЗемли. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества, мировые учёные доказали, что на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктидой.
Как появляются озоновые дыры? Как их заштопать?
Роуланд и Молина предположили, что атомы хлора могут вызвать разрушение больших количеств озона в стратосфере. Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Поэтому даже такие тяжёлые газы, как инертные или фреоны, равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе и стратосферы.
Ввиду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. В это время полярная область не освещается Солнцем, и там озон не возникает.
Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1912 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы. В 1985 принята Венская конвенция об охране озонового слоя, в 1987 — Монреальский протокол. Часть их способна достигать земной поверхности и через трещины диффундировать в атмосферу.
1992 год ознаменовался для ученых тем, что уже над Северным полушарием в Антарктике образовалась еще одна озоновая дыра, с гораздо меньшим диаметром. А в 2008 году диаметр первого обнаруженного в Антарктиде озонового явления достиг максимальных рекордных размеров – 27-ми миллионов квадратных километров. Так как озоновый слой призван защищать поверхность нашей планеты от переизбытка ультрафиолетового солнечного излучения, то озоновые дыры можно считать реально опасным для живых организмов явлением.
В 20 — 50 километрах над поверхностью Земли в атмосфере находится слой озона. Озон - это особая форма кислорода. Озоновый слойатмосферы очень тонок. Если всем имеющимся в наличии озоном атмосферы равномерно покрыть участок площадью в 45 квадратных километров, то получится слой толщиной в 0,3 сантиметра.
Что такое озоновый слой и почему его разрушение вредно?
В 1978 году, основываясь на данных о действии фреонов на озоновый слой атмосферы, правительство Соединенных Штатов Америки (США) запретило производство и продажу аэрозолей, содержащих фреоны. Правда, производители аэрозолей, а вместе с ними и многие ученые, считают неубедительной теорию разрушения озонового слоя. В 1985 году английские ученые сделали поразительное открытие. Они обнаружили над Антарктидой огромную «дыру» в озоновом слое. Это отверстие площадью с США появляется ежегодно весной.
Площадь так называемой озоновой дыры, ежегодно формирующейся в стратосфере над Антарктидой, в 1,7 раз превышает площадь самого материка, сообщили в национальном метеорологическом управлении Японии. Озоновая «дыра» образовывается в результате разрушения озонового слоя под влиянием таких газов, как фреон, и формируется каждый год в период с августа по декабрь.
Озоновые дыры - причины и последствия
Она появлялась каждый год в августе и прекращала свое существование в декабре-январе. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как йодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере.
Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Так, до сих пор способствуют образованию озонных дыр твердые частицы, попавшие в стратосферу еще в 1991 году при извержении вулкана Пинатубо на Филиппинских островах. Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения Солнца.
История открытия озоновых дыр в атмосфере
Озоновая «дыра» (снижение концентрации озона в атмосфере) постоянно суествует над Антарктикой; зимой увеличивается, к весне — до максимума. И никакого «полного восстановления озонового слоя» не может быть Надо отметить, что озон — газ нестабильный, его молекулы довольно быстро распадаются. Постоянное наблюдение за озоновой дырой Антарктики ведётся с 1987 г.; установлено, что её размеры примерно стабильны — от 21 до30 млн.кв.км.
Озоновый слой располагается в стратосфере на высоте приблизительно 25 километров от земной поверхности. А виноваты в появлении озоновых дыр опять же люди. Нет, конечно, они не изорвали озоновый слой в прямом смысле.
В результате отсутствия солнечного излучения, во время полярных ночей озон не образуется. Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25 % потерь озона в стратосфере. Компания DuPont после обнародования данных об участии фреонов в разрушении стратосферного озона восприняла эту теорию в штыки и потратила миллионы долларов на кампанию в прессе по защите фреонов.
Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это, см. например справа график распределения фреона CFC-11 по высоте. Но это не так. И криптон с атомарной массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют одну и ту же относительную концентрацию, что около поверхности, что до 100 км высоты.
Возникая ежегодно в августе, данная озоновая дыра исчезала в период с декабря по январь. В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере. В месте такого взаимодействия озоновый слой разрушается — исчезает. Впервые озоновую дыру обнаружила в 1985 году группа ученых из Великобритании во главе с Джо Фарменом (Joe Farman).
Существует много гипотез, пытающихся объяснить сокращение концентрации озона. Причины его колебаний в атмосфере Земли связаны:
- · с динамическими процессами, происходящими в атмосфере Земли (внутренние гравитационные волны, Азорский антициклон и др.);
- · с влиянием Солнца (колебания его активности);
- · с вулканизмом, как следствием геологических процессов (истечение из вулканов фреонов, участвующих в разрушении озонового слоя, вариации магнитного поля Земли и др.);
- · с естественными процессами, происходящими в верхних оболочках Земли, включая деятельность азотопродуцирующих микроорганизмов, морские течения (феномен Эль-Ниньо), лесные пожары и др. ;
- · с антропогенным фактором, связанным с хозяйственной деятельностью человека, когда продуцируются в атмосферу значительные объемы озонразрушающих соединений.
В последние десятилетия действие антропогенных факторов резко возросло, что привело к возникновению экологических проблем, которые неожиданно были самими людьми превращены в глобальные: парникового эффекта, кислотных дождей, уничтожения лесов, опустынивания территорий, загрязнения среды вредными веществами, сокращения биологического разнообразия планеты.
Часть ученых считает, что именно хозяйственная деятельность человека во многом увеличила долю галогенового пути распада стратосферного озона, что спровоцировало возникновение озоновых дыр.
Монреальский протокол 1987 г. запретил производство хладогенов, которые в последние полвека позволяли сохранять пищевые продукты и тем самым не только позволили сделать жизнь человека более комфортной, но и спасали жизни многим миллионам людей, страдающим от нехватки продовольствия. По мере запрещения дешёвых хладоагентов слаборазвитые страны оказались не способны приобретать дорогостоящие рефрижераторы. Поэтому они не могут хранить произведенную ими сельскохозяйственную продукцию. Дорогостоящее импортное оборудование, разработанное в странах инициаторов «борьбы с озоновыми дырами», приносит им немалые доходы. Запрещение хладоагентов способствовало повышению смертности населения именно в беднейших странах.
Сегодня можно с уверенностью говорить о том, что нет каких-либо строго научно доказанных свидетельств относительно разрушительного влияния искусственно созданных хлорфлюокарбонных молекул на озоновый слой планеты. Но в научной среде преобладает точка зрения, по которой во второй половине XX века причиной уменьшения толщины озонового слоя является антропогенный фактор, который в виде выделения хлор- и бромсодержащих фреонов привел к значительному утонению озонового слоя.
Фреоны -- фторсодержащие производные насыщенных углеводородов (главным образом метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах. Кроме атомов фтора, в молекулах фреонов содержатся обычно атомы хлора, реже -- брома. Известно более 40 различных фреонов. Большинство из них выпускается промышленностью.
Хладон 22 (Фреон 22) -- относится к веществам 4-го класса опасности. Под действием температур свыше 400°C может разлагаться с образованием высокотоксичных продуктов: тетрафторэтилена (4-й класс опасности), хлористого водорода (2-й класс опасности), фтористого водорода (1-й класс опасности).
Таким образом, полученные данные укрепили вывод многих (но не всех!) исследователей в том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями.
Но согласно другим представлениям образование «озоновых дыр» в значительной мере естественный, периодический процесс, не связанный исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации. Эту точку зрения сегодня разделяют не многие не только по причине отсутствия у них аргументов, а по причине того, что оказалось выгоднее идти в кильватере «глобальных утопий». Многие ученые, в отсутствии средств на научные исследования, стали и становятся жертвами грантов для обоснования идей «глобального экологического шовинизма» и виновности в этом прогресса.
Как указывает Г. Крученицкий, А, Хргиан, крупнейший специалист России по озону, практически первым обратил внимание на то, что образование и исчезновение озоновых дыр в северном полушарии коррелирует с атмосферно-динамическими, а не химическими процессами. Содержание озона может измениться на несколько десятков процентов в течении двух - трех суток. То есть дело не в озоноразрушающих веществах, а в динамике самой атмосферы.
Е. Борисенков, крупный специалист в области изучения атмосферы, на основе обработки данных девяти западноевропейских станций за двадцать три года установил корреляцию между 11-летними циклами солнечной активности и изменениями озона в атмосфере Земли.
Причины возникновения озоновых дыр в большинстве своем связывают именно с антропогенными источниками соединений, проникающими в стратосферный слой атмосферы Земли. Однако есть одна загвоздка. Она состоит в том, что основные источники озоноразрушающих соединений не располагаются в полярных (южных и северных) широтах, а сконцентрированы ближе к экватору и практически целиком находятся в северном полушарии. В то время как наиболее частые явления возникновения утонения мощности озонового слоя (собственно появление озоновых дыр) наблюдаются в Антарктиде (южном полушарии) и реже и Арктической зоне.
То есть источники озоноразрушающих соединений должны быть быстро и хорошо перемешиваться в атмосфере Земли. При этом быстро покидать нижние слои атмосферы, где также должны наблюдаться их реакции с участием озона. Справедливости ради необходимо отметить, что в тропосфере озона значительно меньше, чем в стратосфере. К тому же «срок жизни» этих соединений может достигать нескольких лет. Поэтому они могут достигать стратосферы в условиях доминирующих вертикальных перемещений воздушных масс и тепла. Но здесь появляется трудность. Поскольку основные движения, связанные с тепломассопереносом (тепло + переносимая воздушная масса), осуществляются именно в тропосфере. А поскольку температура воздуха уже на высоте 11-10 км постоянна и составляет около - 50?С, то этот тепломассоперенос тропосферного слоя в стратосферный должен быть замедлен. И участие антропогенных источников, разрушающих озоновый слой, может оказаться не столь значительным, как считается до сих пор.
Следующий факт, который может снизить роль антропогенного фактора в разрушении озонового слоя Земли, это появление озоновых дыр по большей части в весеннее или зимнее время. Но это, во-первых, противоречит допущению о возможности быстрого перемешивания озоноразрушающих соединений в атмосфере Земли и их проникновению в стратосферный слой высокой концентрации озона. Во-вторых, антропогенный источник озоноразрушающих соединений является постоянно действующим. Следовательно, причину появления озоновых дыр именно весной и зимой, да еще в полярных широтах, антропогенной причиной объяснить сложно. Зато наличие полярных зим и естественное уменьшение солнечной радиации в зимнее время удовлетворительно объясняет естественную причину возникновения озоновых дыр именно над Антарктидой и Арктикой. Например, концентрации озона летом в атмосфере Земли варьируют от 0 до 0,07%, а зимой от 0 до 0,02 %.
В Антарктиде и в Арктике механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких широт. Здесь в основном происходит превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды. Реакция протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. В результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами. При этом, за 40-50% ответственен хлор и порядка 20-40% -- бром.
С приходом полярного лета количество озона увеличивается и снова выходит на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой -- сезонные. Это признают все. Но если всё-таки раньше сторонники антропогенных источников озоноразрушающих соединений были склонны утверждать, что в течение года наблюдалась устойчивая динамика уменьшения концентрации озона, то в последующем эта динамика оказалась противоположной. Озоновые дыры начали уменьшаться. Хотя, по их мнению, восстановление озонового слоя должно занять несколько десятилетий. Поскольку считалось, что в атмосфере накопился огромный объём фреонов антропогенных источников, которые имеют время жизни десятки, и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года. Как видим, этот прогноз не оправдался. Зато усилия по снижению объемов производства фреонов были приняты кардинальные.
организм ультрафиолетовый озоновый морской
Около сорока лет назад впервые было обнаружено, что слой озона в земной атмосфере стал истощаться. Первыми это заметили английские учёные, работавшие на исследовательской базе в Антарктиде. Они обнаружили, что над станцией Халли-Бей толщина озона уменьшилась почти в два раза! В то время возможные причины этого явления ещё не были изучены, поэтому всё, что оставалось делать учёным - наблюдать за развитием ситуации. И результаты их совсем не обрадовали - озоновые дыры не только не закрылись, но даже распространились далеко за пределы Южного полюса. Так появилась информация о новой глобальной катастрофе.
Чем же на самом деле являются озоновые дыры?
Озон - это газ, который вырабатывается из кислорода при ультрафиолетовом излучении, поступающем от Солнца. Он, в свою очередь, препятствует прохождению этого излучения, действие которого является губительным для всех живых организмов. Слой этого газа расположен на высоте около двадцати километров над поверхностью и защищает планету от негативного влияния солнечной энергии. Озоновые дыры - это места, в которых толщина газа по каким-либо причинам уменьшается. На данном этапе её ещё хватает для того, чтобы задерживать ультрафиолет, но если человечество ничего не предпримет для изменения ситуации, через некоторое время истощение озонового слоя приведёт к тому, что вредоносное излучение сможет беспрепятственно проникать в атмосферу, и тогда существование жизни на Земле станет попросту невозможным.
Почему возникают озоновые дыры?
Исследование космоса
И всё же, несмотря на большое разнообразие возможных версий, наиболее вероятной из них остаётся антропогенная. Ведь в середине прошлого века происходили многочисленные запуски космических ракет, каждая из которых, взлетая, оставляла «дыру» в атмосфере, прорывая слой озона. Всего за тридцать лет освоения космоса было уничтожено 30% защитного барьера Земли, который формировался на протяжении четырёх миллиардов лет!
Фреон
Губительным веществом для озона является фреон, который широко используется как в быту, так и в промышленности. Он содержался практически во всех газовых баллончиках прошлого века: в лаках для волос, духах, дезодорантах, огнетушителях. Он был даже в холодильниках и кондиционерах! Неудивительно, что с каждым днём появлялись всё новые и новые озоновые дыры, а защитный слой становился всё тоньше и тоньше.
Пути решения
На сегодняшний день проблема остаётся острой и актуальной. Приняты многочисленные соглашения, по которым вредные для озонового слоя вещества запрещены к использованию в производстве и промышленности. Но этого мало, ведь вопрос состоит не только в том, чтобы остановить разрушение озона, но и в том, чтобы восстановить его. А эта задача еще не решена.
Введение
Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в1985 году вЮжном полушарииАнтарктидой группой британских учёных. Каждый август она появлялась, к декабрю или январю прекращая своё существование. НадСеверным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра меньших размеров.
Озоновая дыра́ - локальное падение концентрацииозонаозоновом слоеЗемли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор- и бромсодержащихфреонов привело к значительному утончению озонового слоя, см. например доклад Всемирной метеорологической организации:
Эти и другие недавно полученные научные данные укрепили вывод предыдущих оценок в том, что перевес в пользу научных доказательств свидетельствует о том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор- и бромсодержащими соединениями
Согласно другой гипотезе, процесс образования «озоновых дыр» может быть в значительной мере естественным и не связан исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации.
Механизм образования
К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными веществами антропогенного и природного происхождения, отсутствие солнечного излучения в течение полярной зимы, особо устойчивый полярный вихрь, который препятствует проникновению озона из приполярных широт, и образование полярных стратосферных облаков (ПСО), поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее в виду отсутствия континентальной поверхности, температура выше на несколько градусов, чем в Антарктике, а ПСО менее распространены, к тому же имеют тенденцию к распаду в начале осени. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушению молекул озона, являютсяпростые веществаводород, атомыкислородахлораброма), неорганические (хлороводородмоноксид азота) иорганические соединенияметан, фторхлор- и фторбромфреоны, которые выделяют атомы хлора иброма). В отличие, например от гидрофторфреонов, которые распадаются до атомовфтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют сводой образуя стабильныйфтороводород. Таким образом,фтор не участвует в реакциях распада озона.Йод также не разрушает стратосферныйозон, так как иодсодержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере. Основные реакции, вносящие вклад в разрушение озона приведены в статье проозоновый слой.
Последствия
Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные.
Восстановление озонового слоя
Хотя человечеством были приняты меры по ограничению выбросов хлор- и бромсодержащих фреонов путём перехода на другие вещества, например фторсодержащие фреоны , процесс восстановления озонового слоя займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере фреонов, которые имеют время жизни десятки и даже сотни лет. Поэтому затягивание озоновой дыры не стоит ожидать ранее 2048 года
Заблуждения об озоновой дыре
Существует несколько широко распространённых мифов касательно образования озоновых дыр. Несмотря на свою ненаучность, они часто появляются в СМИ - иногда по неосведомлённости, иногда поддерживаемые сторонниками теорий заговоров . Ниже перечислены некоторые из них.
Основными разрушителями озона являются фреоны
Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. В остальных хлорный цикл ответственен только за 15-25 % потерь озона в стратосфере. При этом необходимо отметить, что 80 % хлора имеет антропогенное происхождение (подробнее про вклад различных циклов см. ст. озоновый слой ). То есть вмешательство человека сильно увеличивает вклад хлорного цикла. И при имевшейся тенденции к увеличению производства фреонов до вступления в действие Монреальского протокола (10 % в год) от 30 до 50 % общих потерь озона в 2050 году обуславливалось бы воздействием фреонов. До вмешательства человека процессы образования озона и его разрушения находились в равновесии. Но фреоны, выбрасываемые при человеческой деятельности, сместили это равновесие в сторону уменьшения концентрации озона. Что же касается полярных озоновых дыр, то здесь ситуация совершенно иная. Механизм разрушения озона в принципе отличается от более высоких широт, ключевой стадией является превращение неактивных форм галогенсодержащих веществ в оксиды, которая протекает на поверхности частиц полярных стратосферных облаков. И в результате практически весь озон разрушается в реакциях с галогенами, за 40-50 % ответственен хлор и порядка 20-40 % - бром.
DuPont инициировал запрет старых и переход на новые типы фреонов потому что у них истекал срок действия патента
DuPont после обнародования данных об участии фреонов в разрушении стратосферного озона восприняла эту теорию в штыки и потратила миллионы долларов на кампанию в прессе по защите фреонов. Председатель DuPont писал в статье в журнале Chemical Week от 16 июля 1975 года, что теория разрушения озона - это научная фантастика, вздор, не имеющий смысла. Кроме DuPont целый ряд компаний во всём мире производил и производит различные типы фреонов без отчисления лицензионных платежей
Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать стратосферы
Иногда утверждается, что так как молекулы фреонов намного тяжелее азота и кислорода, то они не могут достигнуть стратосферы в значительных количествах. Однако атмосферные газы перемешиваются полностью, а нерасслаиваются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно в динамической атмосфере это невозможно. Процессы вертикальногомассопереносаконвекциитурбулентности полностью перемешивают атмосферу нижетурбопаузы намного быстрее. Поэтому даже такие тяжёлые газы, какинертныефреоны, равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе истратосферы. Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это, см. например справа график распределения фреонаCFC-11 по высоте. Также измерения показывают, что требуется порядка пяти лет для того чтобы газы выделившиеся на поверхности Земли достигли стратосферы, см. второй график справа. Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые газы из её состава, какаргонуглекислый газ, образовывали бы на поверхности Земли слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы поверхность Земли необитаемой. К счастью, это не так. Икриптон с атомарной массой 84, и гелий с атомарной массой 4, имеют одну и ту же относительную концентрацию, что около поверхности, что до 100 км высоты. Конечно, всё вышесказанное справедливо только для газов, которые относительно стабильны, как фреоны или инертные газы. Вещества, которые вступают в реакции, а также подвергаются различным физическим воздействиям, скажем, растворяются в воде, имеют зависимость концентрации от высоты.
Основными источниками галогенов являются природные, а не антропогенные
Есть мнение, что природные источникигалогенов, напримервулканыокеаны, более значимы для процесса разрушения озона, чем произведённые человеком. Не подвергая сомнению вклад природных источников в общий баланс галогенов, необходимо отметить, что в основном они не достигают стратосферы ввиду того, что являются водорастворимыми (в основном хлорид-ионы и хлороводород) и вымываются из атмосферы, выпадая в виде дождей на землю. Также природные соединения менее устойчивы, чем фреоны, например метилхлорид имеет атмосферное время жизни всего порядка года, по сравнению с десятками и сотнями лет для фреонов. Поэтому их вклад в разрушении стратосферного озона довольно мал. Даже редкое по своей силе извержение вулканаПинатубо в июне1991 годавызвало падение уровня озона не за счёт высвобождаемых галогенов, а за счёт образования большой массы сернокислых аэрозолей, поверхность которых катализировала реакции разрушения озона. К счастью, уже через три года практически вся масса вулканических аэрозолей была удалена из атмосферы. Таким образом, извержения вулканов являются сравнительно краткосрочными факторами воздействия на озоновый слой, в отличие от фреонов, которые имеют времена жизни в десятки и сотни лет.
Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов
Многие не понимают, почему озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны втропосферестратосфере. В виду малой реакционной способности они практически не расходуются в нижних слоях атмосферы и имеют срок жизни в несколько лет или даже десятилетий. Поэтому они легко достигают верхних слоёв атмосферы. Антарктическая «озоновая дыра» существует не постоянно. Она появляется в конце зимы - начале весны. Причины, по которой озоновая дыра образуются в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Низкие температуры антарктической зимы приводят к образованию полярного вихря. Воздух внутри этого вихря движется в основном по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса. В это время полярная область не освещается Солнцем, и там озон не возникает. С приходом лета количество озона увеличивается и снова выходит на прежнюю норму. То есть колебания концентрации озона над Антарктикой - сезонные. Однако, если проследить усреднённую в течение года динамику изменения концентрации озона и размера озоновой дыры в течение последних десятилетий, то имеется строго определённая тенденция к падению концентрации озона.
Озон разрушается только над Антарктикой
Динамика изменения озонового слоя над Аросой, Швейцария
Это неверно, уровень озона также падает во всей атмосфере. Это показывают результаты долговременных измерений концентрации озона в разных точках планеты. Вы можете посмотреть на график изменения концентрации озона над Аросой в Швейцарии справа.