Озоновые дыры
 Скачать 87.02 Kb.
|
|
Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (ДВГУПС) Факультет среднего профессионального образования – Хабаровский техникум железнодорожного транспорта (ФСПО-ХТЖТ) Индивидуальный проект по физике на тему «Озоновые дыры» Выполнил: Студент 411. Крицкий Д.В Проверил преподаватель: Гаранькова Инна Александрова Работа допущена к защите «_____» _______________ 201____г. Подпись эксперта ____________________(__________________) Содержание Введение 3 1.История обнаружения «озоновых дыр» 4 2.Образование «озоновых дыр» 4 2.1 Причины разрушения озонового слоя 9 2.2.Антропогенные факторы 9 2.3.Естественные процессы разрушения озонового слоя 12 3.Последствия возникновения озоновых дыр 13 4.Заблуждения об «озоновых дырах» и «озоновом слое» 13 5.Пути решения проблемы озоновых дыр 16 6.Угроза населению России от озоновых дыр 16 Заключение 19 Список используемой литературы 19 Введение До открытий в прошлом веке, люди просто не знали роли озона для окружающего мира. Ученые выяснили , что озоновый слой разрушается, становится в некоторых местах тоньше или же менее насыщенным. Данное явления назвали «Озоновая дыра» Объект исследования: «Озоновые дыры». Цель :Изучить появления «зоновых дыр»,значение для человека, разобрать заблуждения об «озоновых дыр» и пути решения их проблем Задачи проекта: 1.Познакомиться с «озоновым слоем» и понятием «озоновая дыра» 2.Собрать и проанализировать имеющуюся информацию о проблеме «озоновых дыр» 3.Выявить причины образования, вред, пути решения проблем озоновых дыр 1.История обнаружения «озоновых дыр» Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году, на Южном полушарии, над Антарктидой, группой британских учёных: Дж. Шанклин, Дж. Фармен , Б. Гардинер ,опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature. Каждый август она появлялась, а в декабре — январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества, мировые ученые доказали, что на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктикой. 2. Образование «озоновых дыр» Озон - О3, аллотропная форма кислорода, являющаяся мощным окислителем химических и других загрязняющих веществ, разрушающихся при контакте. В отличие от молекулы кислорода, молекула озона состоит из трех атомов и имеет более длинные связи между атомами кислорода. Физические свойства озона: Озон может существовать во всех трех агрегатных состояниях. При нормальных условиях озон-газ голубоватого цвета. Температура кипения озона -1120C, а температура плавления составляет — 1920C. Благодаря своей химической активности озон имеет очень низкую предельно допустимую концентрацию в воздухе (соизмеримую с ПДК боевых отравляющих веществ) 5·10-8% или 0.1мг/м3, что в 10 раз больше обонятельного порога для человека. Химические свойства озона: Следует отметить прежде всего два основных свойства озона: Озон в отличие от атомарного кислорода является относительно устойчивым соединением. Он самопроизвольно разлагается при высоких концентрациях, при этом чем выше концентрация, тем выше скорость реакции разложения. При концентрациях озона 12-15 % озон может разлагаться со взрывом. Следует также отметить, что процесс разложения озона ускоряется с ростом температуры, а сама реакция разложения 2О3>3О2 + 68 ккал экзотермична и сопровождается выделением большого количества тепла. O3->О+О2 О3+О->2О2 О2+E-->О2- Озон является одним из сильнейших природных окислителей. Окислительный потенциал озона составляет 2,07 В (для сравнения у фтора 2,4 В, а у хлора 1,7 В). Озон окисляет все металлы , доокисляет оксиды серы и азота, окисляет аммиак с образованием нитрита аммония. Озон активно вступает в реакцию с ароматическими соединениями с разрушением ароматического ядра. В частности озон реагирует с фенолом с разрушением ядра. Озон активно взаимодействует с насыщенными углеводородами с разрушением двойных углеродных связей. Взаимодействие озона с органическими соединениями находит широкое применение в химической промышленности и в смежных отраслях. Реакции озона с ароматическими соединениями легли в основу технологий дезодорации различных сред, помещений и сточных вод. «Озо́новый слой» – часть стратосферы на высоте от 20 до 25 км (в тропических широтах 25— 30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20), с наибольшим содержанием озона (вещества, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода, O3), образующегося в результате воздействия ультрафиолетового излучения Солнца на молекулярный кислород (O2). При этом с наибольшей интенсивностью, именно благодаря процессам диссоциации кислорода, атомы которого затем образуют озон, происходит поглощение ближней (к видимому свету) части ультрафиолета солнечного спектра. Кроме того, диссоциация озона под воздействием ультрафиолетового излучения приводит к поглощению наиболее жёсткой его части. Около 90% атмосферного озона находится в стратосфере, главным образом на высоте от 20 до 40 км над поверхностью Земли. Его концентрация в стратосфере составляет от 2 до 8 частей на миллион. Общее количество озона в атмосфере таково, что если бы можно было весь его переместить на уровень моря и сконцентрировать до атмосферного давления при температуре 0° C, он занял бы слой высотой всего 3 мм . Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20—25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, в атмосфере, сжать, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Озо́новая дыра́ — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлора и бром содержащих фреонов привело к значительному утончению озонового слоя, см., например, доклад Всемирной метеорологической организации.  (Изображение антарктической озоновой дыры, сентябрь 2000года) К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главными из которых является гибель молекул зона 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 , поверхность частиц которого катализируют реакции распада озона. Эти факторы особенно характерны для Антарктики, в Арктике полярный вихрь намного слабее ввиду 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 разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород HCl , монооксид азота NO) и органические соединения (метан, фторхлор- и фтор бром фреоны,которые выделяют атомы хлора и брома).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 происхо- ждение. Фреоны (хладоны) — техническое название группы насыщенных али- фатических фторсодержащих углеводородов, применяемых в качестве хлада- гентов, пропеллентов, вспенивателей, растворителей. Летом и весной концентрация озона повышается. Над полярными областя ми 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» Среди версий образования озоновых дыр можно назвать: -влияние частиц, выбрасываемых при атомных взрывах; -полеты ракет и высотных самолетов -реакции с озоном некоторых веществ, производимых химическими заводами. Это в первую очередь хлорированные углеводороды и особенно фреоны – хлор фтор углероды, или углеводороды, в которых все или большая часть атомов водорода, заменены атомами фтора и хлора. Хлор фтор углероды широко применяются в современных бытовых и промышленных холодильниках (поэтому их называют «хладонами»),в аэро- зольных баллончиках, как средства химической чистки, для тушения пожаров на транспорте, как пенообразователи, для синтеза полимеров. Мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн. т/год. Хлор фтор углероды 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 2.1 Причины разрушения озонового слоя Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов: -естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха); -антропогенные (обусловленные влиянием человека) 2.2.Антропогенные факторы Деятельность человекасильно влияет на истощение озонового слоя и появление в нем дыр. Например, они образуются при запуске ракет. Самолеты, летающие на высоте 12-16 также способствую разрушению слоя. В том числе и парниковый эффект, массовое скотоводство, производственные выбросы вредных веществ и т.п. Выброс фреонов в атмосферу. Если говорить о веществах, способствующих разрушению озонового слоя, то фреоны — самые "действенные" из них. Фреоны– хладоны, фторсодержащие насыщенные углеводороды (главным образом производные метана и этана), используемые как хладагенты в холодильных машинах .Кроме атомов фтора, в молекулах Ф. Содержатся обычно атомы хлора, реже — брома. Известно более 40 различных Ф.; большинство из них выпускается промышленностью. Считалось, что одной из причин уменьшения озона в стратосфере иобразование озоновых является производство и применение хлор- и бромсодержащих фреонов.Попадая после использования в атмосферу, они разлагаются под воздействием ультрафиолетового излучение солнца бодившиеся компоненты активно взаимодействуют с озоном в галогеновом цикле распада атмосферного озона. Подписание и ратификация странами ООН Монреальского протокола привело к уменьшению производства озоноразрушающих фреонов. В связи с пагубным влиянием озоноразрушающего фреона R-22, его использования год от года сокращается в США и Европе, где с 2010 года официально запрещено применять этот фреон. В России c 2011 года прекращен импорт холодильного оборудования,в том числе кондиционеров промышленного и полу-промышленного класса, однако сам фреон пока производится в стране. На замену фреону R-22 должен прийти фреон R-410A, а также ретрофиты R-407C, R-422D.ф В автомобильных кондиционерах до 1992 года применялся тип фреона R-12, но считалось, что он вреден для озонового слоя, поэтому был разработан и стали применять R-134, который считается безопасным для озонового слоя Земли. NО образуется в двигателях внутреннего сгорания. Соответственно запуск ракет и сверх звуковых самолетов приводит к разрушению озонового слоя. Источником NО в стратосфере служит также газ N2О, который устойчив в тропосфере, а в стратосфере распадается под действием жесткого ультрафиолетового излучения. 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. Общая загрязненность воздуха возрастает, источником которого является автомобильный транспорт.Источник антропогенных органических загрязнителей служит промышленное производство. В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности широкий ассортимент загрязнителей: компоненты исходного сырья, промежуточные, побочные и целевые продукты синтеза. 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 газообразных веществ (одорантов), таких, как метил- и диметилсульфиды, диметилдисульфиды, а также формальдегид, спирты и фенолы. Заметным источником органических загрязнителей атмосферы становится коммунальное хозяйство городов (жилые и общественные здания, предприятия тепло- и водоснабжения, химчистки, свалки). Хотя вклад этого источника в суммарную антропогенную эмиссию невелика,отсюда поступают основные количества опасных долгоживущих загрязнителей (например, диоксидов), поэтому они участвуют в формировании глобального фона некоторых органических экотоксикантов. Будучи химически активными, молекулы озона могут реагировать со многими неорганическими и органическими соединениями. Главными веществами, вносящими вклад в разрушение молекул озона, являются простые вещества (водород, атомы кислорода, хлора, брома), неорганические (хлороводород, моноксид азота) и органические соединения (метан, фтор хлор и фтор бром фреоны, которые выделяют атомы хлора и брома). В отличие от например от гидро фтор фреонов, которые распадаются до атомов фтора, которые, в свою очередь, быстро реагируют с водой образуя стабильный фтороводород. Таким образом, фтор не участвует в реакциях распада озона. Йод также не разрушает стратосферный озон, так как йод содержащие органические вещества почти полностью расходуются ещё в тропосфере 2.3.Естественные процессы разрушения озонового слоя В земной коре заключено большое количество газов в несвязанном состоянии, сорбированные различными породами или растворённых в воде. Доля таких газов способны достигать поверхности Земли, двигаясь по разло- мам и трещинам, и высвобождаться в атмосферу. Существование углеводородного дыхания земной коры доказывает увеличенное содержание СН4 в слое воздуха. При изучении вулканов обнаружили наличие в газах вулканов значительное содержание фтор углеводорода. Присутствие фреонов в воздухе возле кратеров вулканов подтвердились экспериментально, путем отбора проб. Галоген углеводороды есть и в газах гидротермальных источниках. Данные выводы потребовали доказательств того, что открытые фтор углеводороды не обладают антропогенного происхождения. Содействуют ослаблению озонового экрана и формированию озонных дыр твердые частицы, оказавшиеся в стратосфере при извержениях вулкана. Данные частицы сообщают хлору, который поступает в атмосферу вслед ствие антропогенного вмешательства, высокую результативность в процессах разрушения ими озонового слоя. Также содействуют уменьшению озонового слоя вулканические сульфатные частицы над Южным полушарием Земли. Так, по данным наблюдения, процессы разрушения увеличивались примерно на 3% 3.Последствия возникновения озоновых дыр Каждый потерянный процент содержания озона в стратосфере приводит к увеличению интенсивности воздействия ультрафиолетовой, солнечной радиации на 1,5-2 процента, по данным Агентства по охране окружающей среды США. Для человека увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения, прежде всего опасно воздействием солнечной радиации на кожу и глаза. Радиация с длиной волн в спектре от 280 до 320 нанометров - УФ лучи, которые частично блокируются озоном, могут вызвать преждевременное старение и рост числа раковых заболеваний кожи, а также поражение растений и животных. Сейчас подписано международное соглашение ООН об уменьшении использования озон разрушающих веществ. Но даже если перестать их использовать чтобы закрыть дыры понадобиться более 100 лет. 4.Заблуждения об «озоновых дырах» и «озоновом слое» 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: 1) Основными разрушителями озона являются фреоны. Это утверждение справедливо для средних и высоких широт. 2) Фреоны слишком тяжелы, чтоб достигать стратосферы. 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 не расслаиваются или сортируются по весу. Оценки требуемого времени для диффузионного расслоения газов в атмосфере требуют времён порядка тысяч лет. Конечно в динамической атмосфере это невозможно. Поэтому даже такие тяжёлые газы, как инертные или фреоны,равномерно распределяются в атмосфере, достигая в том числе и стратосферы. Экспериментальные измерения их концентраций в атмосфере подтверждают это. Если бы газы в атмосфере не перемешивались, то такие тяжёлые газы из её состава как аргон и углекислый газ образовывали бы на поверхности Земли слой в несколько десятков метров толщиной, что сделало бы поверхность Земли необитаемой. К счастью это не так. 3) Основными источниками галогенов являются природные, а не антропогенные. Природные источники галогенов,например вулканы или океаны, 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. 4) Озоновая дыра должна находиться над источниками фреонов Озоновая дыра образуется в Антарктике, когда основные выбросы фреонов происходят в Северном полушарии. Дело в том, что фреоны хорошо перемешаны в тропосфере и стратосфере. 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. 5) Озон разрушается только над Антарктикой 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 (Швейцария) 5.Пути решения проблемы озоновых дыр. Так как причины образования озоновых дыр кроются в невнимательном отношении человека к природе, способ решения проблемы очевиден – переход на более экологичный образ жизни. Если удастся на мировом уровне сократить число транспорта, использую-щего в качестве топлива бензин, а вместо этого увеличить производство электроавтомобилей; сократить площади скотоводческих ферм; решить проблему парникового эффекта; установить очистительные технологии на территории заводов, загрязняющих своими отходами воздух, то, безусловно, проблема дыр в озоновом экране будет решена. Уменьшить доступ озоноразрушающих веществ в атмосферу заменить фреоны на другие хладагенты, не содержащие хлора произвести новые посадки лесов снизить выбросы оксида азота 6.Угроза населению России от озоновых дыр Самая сложная пожароопасная обстановка в Сибири за всю историю наблюдений, наблюдавшаяся в апреле, в очередной раз «совпала» по времени с небывалым разрушением озоносферы над этой территорией. Почему так происходит из года в год практически со 100%-ной вероятностью? Потому что разрушение озонового слоя атмосферы и усиление лесных пожаров имеют общий механизм — водородно-метановую дегазацию планеты. Среднемесячная потеря ОСО в центре аномалии составила 40%! Центр имел форму эллипса, вытянутого в Северном Ледовитом океане от Таймыра до Гренландии над рифтовыми структурами подводных хребтов Ломоносова и Гаккеля. Для нас важно то, что своей северо-восточной частью аномалия накрывала всю Сибирь от побережья СЛО до Амура. Разрушение озонового слоя приводит к нагреву приземного воздуха и снижению атмосферного давления. Таким образом, создается градиент давления между воздушными массами под аномалией ОСО и расположенными к югу от Сибири субтропическими антициклонами, которые смещаются в средние широты под озоновые дыры, принося сюда аномально (для средних широт) разогретый воздух. В метеорологии этот процесс называется усилением меридионального переноса. Такова причина аномально теплой погоды в Сибири в прошедшем апреле. В Сибирь неожиданно пришло настоящее лето. В некоторых регионах столбики термометра поднялись до 30 градусов. Обычно в апреле в омских парках только начинает таять снег. А во вторник ранним утром в городе уже было плюс 25 градусов по Цельсию. В ближайшие дни аналогичная температура ожидается в Новосибирской, Томской и Кемеровской областях. А жарче всего, по прогнозам синоптиков, будет в Алтайском крае, где 23−24 апреля ожидается свыше 30 градусов по Цельсию. Мощный вынос тепла над Западной Сибирью объясняется пересечением двух циклонов. Потоки воздушных масс несут теплые ветры из Китая и Средней Азии. Аномальная жара в апреле может привести к еще одной серьезной проблеме — массовым лесным пожарам. Во всех сибирских регионах установлен особый противопожарный режим. Жителям запрещено выезжать в лес, разводить костры и сжигать мусор. За контролем над удаленными массивами установлено спутниковое наблюдение, которое мгновенно вычисляет термические точки. Однако бороться с пресловутым «человеческим фактором» непросто. Запреты нарушаются повсеместно. В Новосибирской области общая площадь ландшафтных пожаров уже превысила 250 тысяч гектаров. Заключение: За последние несколько десятков лет, в процессе глобального и современного изучения мира, были выявлены явления резкого уменьшения концентрации озонового слоя в атмосфере, в следствии чего появлялись явления, которые названия-«озоновая дыра». В настоящее время ученные всего мира борются с проблемой образования «озоновых дыр», но если полностью убрать воздействия на озоновый слой человеком, произойдут серьезные последствия. Произойдет угроза для населения , так как промышленность резко остановиться, что приведет к упадку экономики. В заключении хочется дополнить, что озоновые дыры являются отрицательным фактором для жизни человека и окружающей среды. Озоновый слой важный фактор для жизни, но на определенных нормах. Также не стоит забывать, что людям в области ослабления озонового слоя, лучше не выходить на улицу или же быть защищенными от солнечных лучей. Список используемой литературы Озоновый слой — Википедия (wikipedia.org) Словари и энциклопедии на Академике (academic.ru) . Озоновые Дыры (2)-Изображение нарушение озонового слоя (slideshare.net) Портал РФФИ (rfbr.ru) Апрель 2020 года Сибирь провела на дне огромной озоновой дыры - ИА REGNUM Ларин И.К. Химическая физика озонового слоя. - М.: ГЕОС, 2013. Озон, физико-химические свойства, применение (proektm.ru) |