реферат экология. Анализ современной ситуации с истощением озонового слоя в атмосфере
 Скачать 30.24 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» Филиал ФГБОУ ВО УГНТУ в г. Стерлитамаке Кафедра ОХТ Доклад по дисциплине «Прикладная экология» на тему: «Анализ современной ситуации с истощением озонового слоя в атмосфере.» Выполнил: студент гр. БТС-20-31 Илишев И.К., Тимербаев Г.Р Проверил: Кандидат технических наук, доцент Асфандиярова Л.Р. 2022 Содержание Введение…………………………………………………………………………...2 Причины разрушения озонового слоя…………………………………………...4 Негативные последствия разрушения озонового слоя…………………………5 Мифы об озоновых дырах………………………………………………………..6 Пути решения проблемы разрушения озонового слоя…………………………9 Заключение……………………………………………………………………….11 Введение Озоновый слой — это часть стратосферы Земли, защищающая планету от воздействия космической радиации. Причины и возможные последствия разрушения озонового слоя недостаточно изучены, но изменения в стратосфере определённо вызваны деятельностью человека. Формирование защитного слоя началось 1,85 млрд лет назад и медленно продолжается до сих пор. Фотоны (частицы электромагнитного излучения Солнца) сталкиваются с молекулами кислорода в атмосфере. В результате молекула теряет атом кислорода, который затем присоединяется к другой молекуле О2. Озон (O3) в нормальном состоянии представляет собой голубоватый газ. Он ослабляет воздействие солнечной радиации на поверхность планеты в 6500 раз. Расположение и расстояние до планеты Озоновый слой находится в диапазоне от 20 (полярные широты) до 30 км (тропики) от уровня моря. Озоновые дыры Под действием природных и антропогенных факторов антирадиационная защита планеты слабеет в некоторых районах. Молекулы озоны в них не исчезают, но происходит истощение озонового слоя. На поверхность Земли проникает больше солнечной радиации. История обнаружения В 1840 году немец X. Ф. Шёнбейн описал новое вещество — озон. Существование слоя из этого вещества доказали в 1912 году, проведя спектроскопические измерения атмосферы. Истончения озонового слоя обнаружили только в 1970-х годах. С тех пор проблема разрушения естественной антирадиационной защиты стала обсуждаться в научных кругах. Механизм образования Из-за выбросов ТЭЦ, заводов и фабрик в воздух попадают разрушающие озоновый слой вещества: азот и его окислы; фреон; бром; хлор. Озон, находящийся на высоте около 25 км от земной поверхности, пребывает в состоянии динамического равновесия. Он представляет собой слой повышенной концентрации толщиной около 3 мм. Стратосферный озон поглощает жесткую ультрафиолетовую радиацию Солнца и этим защищает все живое на Земле. Озон также поглощает инфракрасное излучение Земли и является одним из обязательных условий сохранения жизни на нашей планете. 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. В результате многих внешних воздействий озоновый слой начинает истончаться по сравнению со своим естественным состоянием, а при некоторых условиях над определенными территориями и вовсе исчезать – появляются озоновые дыры, чреватые необратимыми последствиями. Сначала они наблюдались ближе к южному полюсу Земли, но недавно были замечены и над азиатской частью России. Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи и ряд других тяжёлых болезней. Также от повышенного уровня излучения страдают растения и животные. Хотя человечеством были приняты различные меры по восстановлению озонового слоя (например, под давлением экологических организаций многие промышленные предприятия пошли на дополнительные затраты для установки различных фильтров для уменьшения вредных выбросов в атмосферу), этот сложный процесс займёт несколько десятилетий. Прежде всего, это обусловлено огромным объёмом уже накопленных в атмосфере веществ, способствующих его разрушению. Поэтому я считаю, что проблема озонового слоя остаётся актуальной и в наше время. 1. Причины разрушения озонового слоя В 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причём относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб озоновому экрану, причём это влияние буде продолжаться неопределённо долго, так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно. Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды, представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу. Хлорфторуглероды (ХФУ) очень летучи и нерастворимы в воде. Следовательно, они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который, собственно, и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в роли переносчиков атомов хлора в стратосферу. Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты. Более того, будучи газами при комнатной температуре, они ожигаются при небольшом давлении в выделении тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и охлаждаются. Эти свойства позволили применять их в следующих целях. 1)Хлорфторуглероды используются практически во всех холодильниках, кондиционерах воздуха и тепловых насосах как хлорагенты. Поскольку эти приспособления рано или поздно ломаются и выбрасываются, содержащиеся в них ХФУ обычно попадают в атмосферу. 2) Вторая важнейшая область их применения – производство пористых пластмасс. ХФУ подмешивают в жидкие пластмассы при повышенном давлении (они растворимы в органических веществах). Когда давление понижают, они вспенивают пластмассу, как углекислый газ вспенивает содовую воду. И при этом улетучиваются в атмосферу. 3)Третья основная область их применения – электронная промышленность, а именно очистка компьютерных микросхем, которая должна быть весьма тщательной. И опять же, хлорфторуглероды попадают в атмосферу. Наконец, в большинстве стран, кроме США их, до сих пор используют как носители в аэрозольных баллончиках, которые распыляют их в воздухе. Ряд промышленных стран (например, Япония) уже объявили об отказе от использования долгоживущих фреонов и переходе на короткоживущие, время жизни которых существенно меньше года. Однако в развивающихся странах такой переход (требующий обновления ряда областей промышленности и хозяйства) встречает понятные трудности, поэтому реально вряд ли можно ожидать полного прекращения в обозримые десятилетия выброса долгоживущих фреонов, а значит, и проблема сохранения озонового слоя будет стоять очень остро. В.Л.Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород — «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли. Разрушение озона происходит также из-за воздействия ультрафиолетовой радиации, космических лучей, соединений азота, брома. Деятельность человека, приводящая к разрушению озонового слоя, вызывает наибольшую тревогу. Поэтому многие страны подписали международное соглашение, предусматривающее сокращение производства озоноразрушающих веществ. Однако озоновый слой разрушает также реактивная авиация и некоторые пуски космических ракет. Предполагается множество других причин ослабления озонового щита. Во-первых, – это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Когда-то предполагалось, что эти «дыры» затягиваются. Оказалось, нет. Они существуют довольно долго. Во-вторых, самолеты, летящие на высотах в 12-15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но, в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона. В городах он – один из составляющих фотохимического смога. В-третьих – окислы азота. Их выбрасывают те же самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений. Очень важную роль в разрушении озона играет пар. Эта роль реализуется через молекулы гидроксила OH, которые рождаются из молекул воды и в конце превращаются в них. Поэтому от количества пара в стратосфере зависит скорость разрушения озона. Таким образом, причин разрушения озонового слоя немало, и несмотря на всю его важность, большинство их – это результат человеческой деятельности. 2. Негативные последствия разрушения озонового слоя В настоящее время наблюдаются угнетение роста и снижение урожайности растений в тех регионах, где истончение озонового слоя выражено наиболее сильно, солнечные ожоги листвы, гибель рассады томатов, сладкого перца, заболевания огурцов. Снижается численность фитопланктона, лежащего в основе пищевой пирамиды Мирового океана. В Чили зарегистрированы случаи потери зрения рыбами, овцами и кроликами, отмечается гибель ростовых почек у деревьев, синтез водорослями неизвестного красного пигмента, вызывающего отравления морских животных и человека, а также «пуль дьявола» – молекул, которые при низких концентрациях в воде оказывают мутагенное действие на геном, а при более высоких – эффект, сходный с радиационным поражением. Они не подвергаются биодеградации, нейтрализации, не разрушаются кипячением – словом, защиты от них нет. В поверхностных слоях почвы отмечаются ускорение изменчивости, изменение состава и соотношения между сообществами обитающих там микроорганизмов. У человека угнетается иммунитет, растет число случаев заболевания аллергозами, наблюдается ускоренное старение тканей, особенно глаз, чаще образуется катаракта, повышается заболеваемость раком кожи, а также озлокачествляются пигментные образования на коже. Замечено, что к этим негативным явлениям нередко приводит пребывание в солнечный день на пляже в течение нескольких часов. Разрушение озонового слоя, сигнализирующее, между прочим, и об уменьшении его подпитывания кислородом, происходит весьма интенсивно и в 1995 г. достигло 35 % (над Сибирью) и 15 % (над Европой). Кроме описанного выше изменения спектра и интенсивности различных излучений с присущими им биологическими эффектами это влечет за собой нарушение параметров электромагнитного поля планеты, наслаивающееся на глобальное и региональное (например, при катастрофах типа Чернобыльской) увеличение мощности ионизирующего излучения. При усилении частоты колебаний магнитного поля наблюдается изменение некоторых функций головного мозга. Создаются предпосылки для возникновения неврозов, психопатизации личности, энцефалопатий, неадекватного реагирования на окружающую действительность, вплоть до эпилептоидных приступов необъяснимого происхождения с точки зрения традиционных представлений об их причинах. То же самое отмечается в зоне прохождения линий электропередач (ЛЭП) сверхвысокого напряжения. Эти негативные последствия будут нарастать, так как если даже, согласно требованиям Монреальского протокола 1987 г., перейти на использование в холодильных установках и аэрозольных упаковках веществ, не разрушающих озон, действие уже накопившихся фреонов будет сказываться еще многие годы, и к середине XXI в. озоновый слой истончится еще на 10–16 %. Расчеты показывают, что если бы поступление фреонов в атмосферу прекратилось в 1995 г., то к 2000 г. концентрация озона понизилась бы на 10 %, что в течение десятилетий приносило бы ущерб всему живому. Если же этого не произойдет, а именно так и есть на сегодня, то к 2000 г. концентрация озона понизится на 20 %. А это уже чревато куда более серьезными последствиями. Собственно говоря, именно так и происходит, ибо в 1996 г. не выполнено ни одно международное решение о прекращении производства фреонов. Правда, требования Венской конвенции 1987 г. и Монреальского протокола выполнить не так уж и просто, тем более что нет эффективной системы контроля за их выполнением, не налажены промышленные технологии выпуска пропан-бутановых смесей и т. д. К этому нужно добавить, что если по Монреальскому протоколу страны, его подписавшие, обязались к 2000 г. сократить на 50 % производство хладонов, то последовавшая в 1990 г. Лондонская конференция потребовала к этому сроку полностью запретить их производство, а в 1992 г. в Копенгагене редакция этой резолюции ужесточилась, и закрытие озон-разрушающих производств должно быть осуществлено к 1996 г. под страхом различных санкций. Положение действительно критическое, но большинство стран к этому не готовы. Не говоря уже о странах-членах космического клуба, чьи ракеты терзают озоновый слой ничуть не меньше, чем хлорфторуглероды. Космические ракеты не только разрушают озон. Они загрязняют атмосферу несгоревшим и крайне токсичным топливом («Циклон», «Протон», «Шаттл», ракеты Индии, Китая) ничуть не меньше, чем наземный автотранспорт, так что самое время вводить на их запуски международные квоты. Во всяком случае, разрушение озонового слоя происходит в настоящее время неослабевающими темпами, а концентрация в атмосфере озонразрушающих веществ возрастает на 2 % ежегодно, хотя в середине 80-х годов темпы их прироста составляли 4 % в год. 3.Мифы об озоновых дырах Несмотря на то, что истончение озонового слоя — вполне реальная проблема, чреватая реальными проблемами, нужно признать: для многих людей, не проявляющих особенного внимание к науке, она может казаться мифичной и абстрактной. Как результат — множество ненаучных теорий, созданных конспирологами и невнимательными журналистами, охотно их подхватывающих в попытке раздуть «сенсацию». Вот лишь некоторые из подобных теорий: 1. Фреоны не влияют на образование озоновых дым, потому что они слишком тяжёлые и не могут достичь стратосферы. Да, фреоны действительно тяжелее кислорода и азота, однако нужно понимать, что газы в атмосфере расположены не слоями, а перемешиваются вместе. Как результат — и фреоны, и тяжёлые инертные газы, и прочие загрязняющие вещества равномерно распределяются в атмосфере, достигая и стратосферы, — примерно, за пять лет, как показывают эксперименты и исследования. Вот самый очевидный аргумент, с которым сторонники этой теории поспорить не могут: если бы в атмосфере нашей планеты газы не смешивались, входящие в её состав углекислый газ и аргон образовали бы слой толщиной в несколько десятков метров. Такие условия лишили бы Землю возможности стать обитаемой. 2. Урон озоновому слою от хлорфторуглеродов (ХФУ) — вымысел, пролоббированный промышленниками, которым выгодно продавать более дорогие хладагенты. Токсичные хлорфторуглероды — довольно дешёвое вещество, которое активно использовали (а некоторые продолжают использовать) при создании аэрозолей, изоляционных материалов, пенопласта, хладагентов для холодильников. Приведённое выше утверждения легко опровергается простой исторической справкой и логикой. В семидесятых были опубликованы первые данные о вредоносном воздействии фреонов на стратосферу нашей планеты. Вскоре, в июле 1975-го года, глава крупной американской компании DuPont написал для журнала Chemical Week статью, в которой резко критиковал приведённые данные, называя теорию о разрушении озонового слоя «научной фантастикой» и «бессмысленным вздором». Нетрудно угадать, что бытовые хладагенты из хлорфторуглеродов изготавливала, в том числе, DuPont. На самом деле, альтернативой ХФУ стали куда более дешёвые газы природного происхождения, которые не нужно было синтезировать в дорогостоящих лабораторных условиях: в аэрозолях стали использовать бутан и пропан, в качества хладагента для холодильников — углеводород, а для теплоизоляции — циклопентан. 3. Озоновая дыра должна находиться не над Антарктикой, а над населёнными территориями, — там, где активно используют фреоны. И снова нам стоит вернуться к физическим свойствам атмосферы и вспомнить, что газы в ней перемешиваются. Фреоны перемешиваются вместе с другими газами в стратосфере и тропосфере и из-за низкой реакционной способности могут находиться там годами, а то и десятилетиями, перемещаясь и распространяясь над всей территорией планеты. Нужно понимать, что озоновая дыра — это не «дыра» в прямом смысле, у неё нет чётких территориальных границ. Это абстрактное явление, подразумевающее сниженную концентрацию озона. Обычно его замечают в Антарктике, но лишь потому, что только здесь бывает полярная ночь, когда долго нет солнца и тепла, из-за чего уровень озона падает до рекордно низких значений. 4. Пути решения проблемы разрушения озонового слоя Осознание опасности приводит к тому, что международной общественностью предпринимаются все новые и новые шаги в защиту озонового слоя. Рассмотрим некоторые из них. 1) Создание различных организаций по охране озонового слоя (ЮНЕП, КОСПАР, МАГА) 2) Проведение конференций. а) Венская конференция (сентябрь 1987г.). На ней был обсужден и подписан Монреальский протокол: – необходимость постоянного контроля за изготовлением, продажей, и применением наиболее опасных для озона веществ (фреоны, бромсодержащие соединения и др.) – использование хлорфторуглеводородов по сравнению с уровнем 1986 г. должно быть уменьшено на 20% к 1993 г. и в два раза к 1998г. б) В начале 1990г. ученые пришли к выводу, что ограничения Монреальского протокола недостаточны и были внесены предложения о полном прекращении производства и выбросов в атмосферу уже в 1991–1992гг. тех фреонов, которые ограничиваются Монреальским протоколом. Согласно расчетам ученых, если бы не было Монреальского протокола и не были проведены мероприятия по охране озонового слоя, разрушение озонового слоя в 2050 году в северной части Земного шара достигло бы как минимум 50 %, а на юге – 70 %. Достигающее Землю ультрафиолетовое излучение в северной части удвоилось бы, а на юге – увеличилось в четыре раза. Объем эмитированных в атмосферу веществ, разрушающих озоновый слой, увеличился бы в 5 раз. Чрезмерное ультрафиолетовое излучение вызвало бы более чем 20 миллионов случаев заболеваний раком, 130 миллионов случаев заболеваний катарактой глаз и т.д. Сегодня под воздействием Монреальского протокола почти на все технологии, в которых используются вещества, разрушающие озоновый слой, найдены альтернативы, и производство этих веществ, торговля ими и их использование стремительно уменьшается. Например, в 1986 году объем потребленных хлорофторуглеродов в мире составил примерно 1 100 000 тонн, а в 2001 году общий объем – только 110 000 тонн. Как следствие, концентрация веществ, разрушающих озоновый слой, в нижних слоях атмосферы уменьшается и ожидается, что в ближайшие годы она начнет уменьшаться и в верхних слоях атмосферы, в т.ч., в стратосфере (на высоте 10-50 км), где находится озоновый слой. Ученые прогнозируют, что если будут соблюдаться проводимые сегодня мероприятия по охране озонового слоя, то примерно в 2060 году озоновый слой может быть обновлен, и его «толщина» будет близка к нормальной. Так же, научная общественность высказывает озабоченность разрушением озонового слоя Земли и требует сокращения использования фторхлорметанов в качестве распылителей аэрозолей. В настоящее время принято международное соглашение по сокращению производства аэрозольных баллонов, содержащих в качестве пропеллентов фторхлоруглероды, поскольку установлено, что они плохо влияют на озоновый слой Земли. Среди них знаки на аэрозольных препаратах, отражающие отсутствие веществ, приводящих к разрушению озонового слоя вокруг Земли, знаки на предметах потребления (в основном, на предметах из пластиков и чаще — полиэтилена), отражающие возможность их утилизации с наименьшим вредом для окружающей среды, и др. Отдельно стоит специальная маркировка материалов, в частности, упаковочных, в рамках мероприятий по обращению с отходами, которая, в принципе, направлена на сбережение ресурсов и охрану природы. Проблема сохранения озонового слоя относится к глобальным проблемам человечества. Поэтому она обсуждается на многих форумах самого разного уровня вплоть до российско-американских встреч на высшем уровне. Остается лишь верить в то, что глубокое осознание грозящей человечеству опасности подвигнет правительство всех стран на принятие необходимых мер по уменьшению выбросов вредных для озона веществ. Однако по мере того, как продолжается мониторинг озонового слоя, обнаруживается, что процесс восстановления может быть не таким простым, как хотелось бы. Исследование, проведенное в начале 2018 года, показало, что с 1998 года содержание озона в нижнем слое стратосфере по каким-то причинам резко сократилось. Результаты другого исследования указали на возможные нарушения Монреальского протокола. Мир все еще не полностью отказался от охлаждающих жидкостей, выделяющих вредные газы. Все еще используются некоторые заменители, которые менее вредны, но все-таки разрушительно влияют на озоновый слой. Развивающиеся страны нуждаются в финансировании Многостороннего фонда Монреальского протокола для отказа от наиболее широко используемого хладагента R-22. При этом хладагенты нового поколения – гидрофторуглероды (ГФУ) – не разрушают озон, но являются мощными парниковыми газами, которые задерживают тепло, способствуя изменению климата. Хотя ГФУ составляют лишь небольшую долю выбросов по сравнению с диоксидом углерода и другими парниковыми газами, для регулирования их эффекта на потепление планеты в 2016 году к Монреальскому протоколу была добавлена Кигалийская поправка. Поправка, вступившая в силу в январе 2019 года, направлена на сокращение использования ГФУ более чем на 80% в течение следующих трех десятилетий. Тем временем компании и ученые работают над безопасными для климата альтернативами, включая новые охлаждающие жидкости и технологии, менее зависимые от химических веществ. Заключение Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе. Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Понимание взаимодействий между озоном и изменением климата, и предсказание последствий изменения требует громадных вычислительных мощностей, надежных наблюдений, и здравых диагностических способностей. Способности сообщества науки быстро развились за прошлые десятилетия, но все же некоторые фундаментальные механизмы работы атмосферы все еще не ясны. Успех будущего исследования зависит от общей стратегии, с реальным взаимодействием между наблюдениями ученых и математическими моделями. Нам нужно все знать о мире, который нас окружает. И, занеся ногу для очередного шага, следует внимательно посмотреть, куда наступишь. Пропасти и топкие болота роковых ошибок уже не прощают человечеству бездумной жизни. На самом деле, сделать свой вклад в защиту озонового слоя может каждый из нас, достаточно лишь следовать нескольким простым (и известным) правилам: при возможности — переходить на экологически чистые виды топлива и правильно утилизировать токсичные отходы (батарейки, бытовая химия). Если каждый (или хотя бы большинство) из нас будет помнить, каковы причины и последствия разрушения озонового слоя, а крупные промышленники — следовать международным договоренностям, то уже к 60-м годам 21-го века экологическая проблема истощение озонового слоя может быть закрыта навсегда. Список использованных источников 1. Болбас М.М. Основы промышленной экологии. Москва: Высшая школа, 1993. 2. Владимиров А.М. и др. Охрана окружающей среды. Санкт-Петербург: Гидрометеоиздат 1991. 3. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 3. С. 4-16. 4. Основы экологического права. Учебное пособие (Под. Ред. Кандидата юридических наук, доцента И.А. Еремичева. – М.: Центр юридической литературы «Щит», 2005. – 118с. 5. Ерофеев Б.В. Экологическое право: Учебник для вузов. – М.: Новый Юрист, 2003. – 668с. |