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.
В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых организмов.
Под действием ультрафиолетового излучения молекулы кислорода распадаются на свободные атомы, которые в свою очередь могут присоединяться к другим молекулам кислорода с образованием озона. Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддерживается равновесие.
Однако загрязнение типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.
Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999г. Должно сократиться примерно на 50%.
Озон
Озон (О3) - агрессивный газ с сильным окислительным действием. В переводе с греческого ozon означает «пахнущий», так как он имеет острый резкий запах. Этот запах можно ощутить после грозы.
Озон образуется в атмосфере при действии на кислород высоких энергий коротковолновых ультрафиолетовых лучей и электрических разрядов. Высокая энергия расщепляет кислород на отдельные атомы, которые связываются с молекулярным кислородом, образуя озон.
Молекулы озона очень неустойчивы и легко разлагаются, поэтому эта реакция является обратимой.
Экологическая роль озона двояка.
Образуясь у поверхности Земли как компонент фотохимического смога, озон является чрезвычайно вредным, поскольку имеет сильные окислительные свойства и раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. У поверхности Земли озон образуется при грозовых разрядах и в результате фотохимических реакций между окислами азота и летучими углеводородами, выделяющимися с выхлопными газами автомобилей. Кроме озона в результате этих реакций образуется еще целый ряд агрессивных веществ. Они также являются сильными окислителями, имеют раздражающее действие, некоторые из них канцерогенны. Совокупность этих веществ называют фотохимическим смогом.
Образуясь в верхних слоях стратосферы, озон формирует озоновый слой, который защищает организмы Земли от действия коротковолновых ультрафиолетовых лучей. На реакции синтеза озона расходуется до 98% энергии коротковолновых ультрафиолетовых лучей Солнца, благодаря чему они не достигают поверхности Земли и не оказывают губительного действия на организм. За это озоновый слой называют «защитным экраном» Земли. Без него на поверхности Земли не могла бы существовать жизнь.
Образование озонового слоя стало возможным, когда концентрация кислорода в атмосфере достигла 1% от современного уровня. Появление озонового слоя позволило жизни выйти на сушу, тогда как раньше жизнь могла существовать только в океане.
Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.
Озоновый слой выполняет в атмосфере две важнейшие функции:
- Защищает организмы от вредного действия ультрафиолетовых лучей, которые вызывают солнечные ожоги, рак кожи, катаракту (помутнение хрусталика глаза), ослабление иммунитета;
- Формирует стратосферу - слой атмосферы, в котором температура нарастает с высотой, чем ограничивает процессы формирования погоды пределами тропосферы: верхние нагретые слои атмосферы препятствуют поднятию более холодного приземного воздуха. Если бы не озоновый слой, то температура атмосферы постепенно снижалась бы, с высотой и температурный режим Земли был бы совсем иным.
Нарушение озонового слоя
В середине 1960-х гг. ученые пришли к выводу, что в атмосфере имеются факторы разрушающие озон. Такими факторами являются свободные радикалы из водяного пара и окислы азота, выделяемые в стратосферу с выхлопами сверхзвуковых самолетов и поступающие из нижних слоев тропосферы.
В 1973г.американские химики Ф. Роуленд и М. Молина установили, что озон разрушают хлорфторуглеводороды, известные под названием «фреоны». За это открытие Ф. Роуленду и М. Молине в 1996г. была присуждена Нобелевская премия.
В 1984г. группа американских ученых под руководством Д. Фармана опубликовала данные исследований, проведенных в Антарктиде. Они показали, что в течение весны 1983г.содержание озона над Антарктидой снизилось до 40%. По словам Д. Фармана, «небо над Антарктидой буквально пустело, и это было ужасно» (Роун Ш., 1993).
Снижение концентрации озона над Антарктидой назвали «озоновой дырой». В настоящее время размеры «дыры» почти равны площади этого материка.
Резкое снижение концентрации озона над Антарктидой объясняют несколькими причинами:
- Образование озона возможно только при наличии ультрафиолетовых лучей, оно не идет во время полярной ночи;
- Низкие температуры способствуют образованию над Антарктидой ледяных стратосферных облаков, на частицах которых ускоряются реакции разрушения озона;
- Циркуляция воздушных масс над Антарктидой имеет некоторые особенности: весной над ней формируются восходящие вихревые потоки, засасывающие в эту область воздух из тропосферы с низким содержанием озона и препятствующие притоку богатого озоном воздуха из средних широт.
Главная причина снижения концентрации озона над Антарктидой образование над ней ледяных стратосферных облаков, на частицах которых активизируются процессы разрушения озона хлором.
После открытия «озоновой дыры» над Антарктидой были проведены научные исследования по изучению влияния концентрация озона в атмосфере на биологические объекты. Было установлено, что при снижении концентрации озона на 1% степень проникновения в атмосферу ультрафиолетовых лучей возрастает на 1.5 - 2%. Это способствует повышению частоты возникновения рака кожи, катаракты, снижению иммунитета организмов и др.
Ученые пришли к выводу о том, что повышенные дозы ультрафиолетового излучения снижают качество семян, устойчивость растений к засухе, заболеваниям, уменьшают продукцию антарктического фитопланктона и выживаемость мальков рыб, что может катастрофически повлиять на мировое рыболовство. При снижении содержания озона в атмосфере на 25% продукция фитопланктона могла бы уменьшиться на 35%.
С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние десять лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на 3%-в летнее.
В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защитить все живое на Земле от жестокого ультрафиолетового излучения (УФ - радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергия даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания раком кожи и др. Так, например, по мнению ученых-экологов, к 2030году в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболевают раком кожи дополнительно 6 млн.человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д.
Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т.д.
Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественная, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона.
По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглередов (фреонов) являются США - 30.85%, Япония - 12.42%, Великобритания - 8.62% и Россия - 8.0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7млн.кв.км., Япония - 3млн.кв.км., что в 7 раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и в ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.
Оценив объемы производства хлорфторуглеродов и их поступления в атмосферу, ученые пришли к выводу, что это ведет к неизбежному разрушению озонового слоя.
По вопросам снижения выбросов хлорфторуглеродов в атмосферу проведены международные совещания и подписаны ряд соглашений. В 1989г. на Международной конференции в Хельсинки 81 страной была достигнута договоренность о прекращении производства всех видов хлорфторуглеродов к 2000г.
Согласно протоколу Монреальской конференции (1990г.), пересмотренному затем в Лондоне (1991г.) и в Копенгагене (1992г.), предусматривалось снижение выбросов хлорфторуглерода к 1998 г. на 50%. Согласно ст. 56 Закона Российской Федерации об охране окружающей природной среды, в соответствии с международными соглашениями, все организации и предприятия обязаны сократить и в последующем полностью прекратить производство и использование озоноразрушающих веществ. Закон предусматривает следующий комплекс мер по охране озонового слоя:
- Организацию наблюдений за изменением озонового слоя под воздействием хозяйственной деятельности и иных процессов;
- Соблюдение нормативов предельно допустимых выбросов веществ, вредно воздействующих на состояние озонового слоя;
- Регулирование производства и использование химических веществ, разгружающих озоновый слой.
В 1993году в нашей стране создана Межведомственная комиссия, в задачу которой входит координация деятельности различных организаций по выполнению международных обязательств по охране озонового слоя и прекращению выпуска озоноразрушающих веществ к 2000году. Ведется также интенсивная разработка и внедрение мероприятий по резкому сокращению выбросов соединений серы, оксидов азота и других опаснейших загрязнителей атмосферного воздуха.
Даже если протокол будет выполнен всеми странами, необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ - радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет.
В настоящее время озоновый слой истощается со скоростью 0.5 - 0.7% в год.
Мерами по уменьшению разрушения озонового слоя являются:
- Глобальное запрещение использования хлорфторуглеродов в тех сферах, где возможна их замена другими веществами;
- Утилизация хлорфторуглеродов из отработавших свой срок холодильников и кондиционеров;
- Полное запрещение производства хлорфторуглеродов, галлонов, хлороформа и четыреххлористогоуглерода.
Однако проблемой уменьшения озонового слоя не сводится только к разрушающему воздействию хлорфторуглеродов и галлонов. Как и все другие биосферные процессы, концентрация озона в атмосфере зависит от множества факторов, соотношения между всеми механизмами его образования и разрушения. В частности, на концентрацию озона влияют:
- Интенсивность ультрафиолетовой радиации - зависит от активности Солнца, который имеет 11 - летние и более длительные циклы;
- Содержание в атмосфере кислорода - зависит от продукции О2 растениями. Его снижают сведение человеком лесов, распашка почв, при которой ускоряются процессы разложения органики, сжигание ископаемого топлива;
- Извержения вулканов - вносят в атмосферу огромные количества пыли, задерживающей солнечный свет, окислы азота и серы;
- Загрязнения атмосферы промышленными выбросами (окислами азота, пылью, аэрозолями серной кислоты) - капли кислот являются центрами конденсации паров воды, а значит, причиной образования облаков.
Ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения они видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.
Атмосфера Земли содержит несколько слоев, располагающихся на разных высотах. Одним из самых важных является озоновый слой, находящийся в стратосфере. Для того чтобы выяснить, что такое озоновая дыра, нужно понимать функцию этого слоя и важность его существования для жизни на планете.
Описание
Высота расположения озонового слоя разнится в зависимости от температурного режима той или иной местности, например, в тропиках он находится в диапазоне между 25 и 30 км, а на полюсах - от 15 до 20 км. Газ озон возникает при воздействии солнечного излучения на молекулы кислорода. Процесс диссоциации озона приводит к поглощению большей части опасного ультрафиолета, излучаемого Солнцем.
Толщину слоя принято измерять в единицах Добсона, каждая из которых равна прослойке озона в 10 микрометров, при условии нормального давления и температуры. Минимальной толщиной, ниже которой слой перестает существовать, считается 220 ед. Добсона. Наличие озонового слоя было установлено французскими физиками Шарлем Фабри и Анри Буиссоном в начале ХХ века при помощи спектроскопического анализа.
Озоновые дыры
Есть множество версий насчет того, что именно провоцирует истончение озонового слоя планеты. Некоторые ученые обвиняют в этом антропогенные факторы, другие же считают это естественным процессом. Озоновые дыры - это уменьшение или полное исчезновение данного газа из стратосферы. Впервые это явление было зафиксировано в 1985-м году, оно располагалось на площади около 1 тыс. кв км в антарктическом регионе.
Появление этой дыры было цикличным, она возникала в августе и исчезала в декабре. В то же время в арктическом регионе появилась еще одна дыра, немного меньшего размера. С развитием технологий стало возможно фиксировать образование разрывов озонового слоя в режиме реального времени, и теперь ученые могу с уверенностью утверждать, что их на планете несколько сотен. Самые крупные расположены на полюсах.
Причины и последствия озоновых дыр
Существует теория, согласно которой озоновые дыры возникают по естественным причинам. Согласно ей, поскольку превращение кислорода в озон происходит в результате воздействия солнечным излучением, то при его отсутствии во время полярной зимы этот газ не вырабатывается. Во время продолжительной ночи уже образовавшийся озон вследствие своей большой массы опускается в нижние слои атмосферы, где разрушается от давления. Эта версия прекрасно объясняет появление дыр над полюсами, но никак не проясняет образование их масштабных аналогов над территориями Казахстана и России, где полярные ночи не наблюдаются.
В последнее время научное сообщество сошлось во мнении, что существуют как естественные, так и спровоцированные человеческой деятельностью причины разрывов озонового слоя. К антропогенному фактору относится повышение концентрации определенных химических веществ в атмосфере Земли. Озон разрушают реакции с хлором, водородом, бромом, хлороводородом, монооксидом азота, метаном, а также фреоном и его производными. Причины и последствия озоновых дыр пока еще не установлены окончательно, но практически каждый год приносит новые открытия в этой сфере.
Чем опасны озоновые дыры?
Озон поглощает чрезвычайно опасное солнечное излучение, не позволяя ему достигать поверхности планеты. Когда слой этого газа истончается, все находящееся на Земле подвергается обычному радиоактивному облучению. Это провоцирует рост раковых заболеваний, преимущественно локализированных на коже. Для растений исчезновение озона также губительно, в них происходят разнообразные генетические мутации и общее снижение жизненного тонуса. В последнее время человечество все лучше понимает, чем опасны озоновые дыры для жизни на Земле.
Заключение
Осознав опасность уничтожения озона международное сообщество приняло ряд мер, направленных на уменьшение негативного воздействия на атмосферу. В 1987 году в Монреале был подписан протокол, который обязывает свести к минимуму использование фреона в промышленности, так как именно этот газ провоцирует возникновение дыр вне полярных областей. Тем не менее, на разложение уже выпущенного в атмосферу фреона уйдет около сотни лет, так что в ближайшее время количество озоновых дыр в атмосфере Земли вряд ли уменьшится.
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.
Озоновый слой - это широкий атмосферный пояс, простирающийся на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли. Химически озон - это молекула, состоящая из трех атомов кислорода (молекула кислорода содержит два атома). Концентрация озона в атмосфере очень мала, и небольшие изменения количества озона приводят к серьезным изменениям интенсивности ультрафиолета, достигающего земной поверхности. В отличии от обычного кислорода озон неустойчив, он легко переходит в двухатомную, устойчивую форму кислорода. Озон - гораздо более сильный окислитель, чем кислород, и это делает его способным убивать бактерии, подавлять рост и развитие растений. Впрочем, из-за его низкой в обычных условиях концентрации в приземных слоях воздуха эти его особенности практически не влияют на состояние живых систем.
Гораздо важнее его другое свойство, делающее этот газ совершенно необходимым для всей жизни на суше. Это свойство - способность озона поглощать жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца. Кванты жесткого УФ обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей, поэтому его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого рода, рентгеновское и гамма-излучение, оно вызывает многочисленные нарушения в клетках живых организмов. Озон образуется под воздействием высокоэнергетичной солнечной радиации, стимулирующей реакцию между О2 и свободными атомами кислорода. Под воздействием умеренной радиации он распадается, абсорбируя энергию этой радиации. Таким образом, этот цикличный процесс "съедает" опасный ультрафиолет.
Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральные, т.е. не несут электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на распределение озона в атмосфере. Верхний слой атмосферы - ионосфера, практически совпадает с озоновым слоем.
В полярных зонах, где силовые линии магнитного поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина малого содержания озона в области полюсов - малая интенсивность солнечного облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к горизонту, а во время полярной ночи отсутствуют вовсе. Площадь полярных «дыр» в озоновом слое - надежный показатель изменений общего содержания озона в атмосфере.
Содержание озона в атмосфере колеблется вследствие многих естественных причин. Периодические колебания связаны с циклами солнечной активности; многие компоненты вулканических газов способны разрушать озон, поэтому повышение вулканической активности ведет к снижению его концентрации. Благодаря высоким, сверураганным скоростям воздушных потоков в стратосфере разрушающие озон вещества разносятся на большие площади. Переносятся не только разрушители озона, но и он сам, поэтому нарушения концентрации озона быстро разносятся на большие площади, а локальные небольшие «дыры» в озоновом щите, вызванные, например, запуском ракеты, сравнительно быстро затягиваются. Только в полярных областях воздух малоподвижен, вследствие чего исчезновение там озона не компенсируется его заносом из других широт, и полярные «озонные дыры», особенно на Южном полюсе, весьма устойчивы.
Источники разрушения озонового слоя. Среди разрушители озонного слоя можно выделить:
1) Фреоны.
Озон разрушается под воздействием соединений хлора, известных как фреоны, которые, также разрушаясь под воздействием солнечной радиации, освобождают хлор, «отрывающий» от молекул озона «третий» атом. Хлор в соединения не образовывает, но служит катализатором «разрыва». Таким образом, один атом хлора способен «погубить» много озона. Считается, что соединения хлора способны оставаться в атмосфере от 50 до 1500 лет (в зависимости от состава вещества) Земли. Наблюдения за озоновым слоем планеты проводились антарктическими экспедициями с середины 50-х.
Озоновая дыра над Антарктидой, увеличивающаяся по весне и уменьшающаяся к осени, была обнаружена в 1985 году. Открытие метеорологов вызвало цепь последствий экономического характера. Дело в том, что в существовании «дыры» была обвинена химическая промышленность, производящая вещества, содержащие фреоны, способствующие разрушению озона (от дезодорантов до холодильных установок).
В вопросе о том насколько человек повинен в образовании «озоновых дыр» - единого мнения нет.
С одной стороны - да, безусловно повинен. Производство соединений, приводящих к разрушению озона, следует свести к минимуму, а лучше и вообще прекратить. То есть отказаться от целого сектора промышленности, с оборотом в многие миллиарды долларов. А если не отказаться - то перевести ее на «безопасные» рельсы, что тоже стоит денег.
Точка зрения скептиков: человеческое влияние на атмосферные процессы, при всей его разрушительности в локальном плане, в планетарном масштабе - ничтожно. Антифреоновая кампания «зеленых» имеет вполне прозрачную экономическую и политическую подоплеку: с ее помощью крупные американские корпорации (Дюпон, например), душат своих зарубежных конкурентов, навязывая соглашения по "охране окружающей среды" на государственном уровне и насильно вводя новый технологический виток, который более слабые в экономическом отношении государства выдержать не в состоянии.
2) Высотные самолёты.
Разрушению озонного слоя способствуют не только фреоны, выделяющиеся в атмосферу и попадающие в стратосферу. К разрушению озонного слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей высотных самолётов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, т. е. чем больше мощность двигателя.
Важна не только мощность двигателя самолёта, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающие озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.
Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в 1 млрд. т. Примерно треть этого количества выбрасывается самолётами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолётов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолётов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонного слоя.
3) Минеральные удобрения.
Озон в стратосфере может уменьшаться и за счет того, что в стратосферу попадает закись азота N2O, которая образуется при денитрификации связанного почвенными бактериями азота. Такую же денитрификацию связанного азота производят и микроорганизмы в верхнем слое океанов и морей. Процесс денитрификации напрямую связан с количеством связанного азота в почве. Таким образом, можно быть уверенным в том, что с ростом количества вносимых в почву минеральных удобрений будет в такой же мере увеличиваться и количество образованной закиси азота N2O. Далее, из закиси азота образуются окислы азота, которые и приводят к разрушению стратосферного озона.
4) Ядерные взрывы.
При ядерных взрывах выделяется очень много энергии в виде тепла. Температура, равная 60000 К устанавливается уже через несколько секунд после ядерного взрыва. Это энергия огненного шара. В сильно нагретой атмосфере происходят такие преобразования химических веществ, какие при нормальных или не происходят, или протекают очень медленно. Что касается озона, его исчезновения, то наиболее опасными для него являются образующиеся при этих преобразованиях окислы азота. Так, за период с 1952 по 1971 г. в результате ядерных взрывов в атмосфере образовалось около 3 млн т. окислов азота. Дальнейшая судьба их такова: они в результате перемешивания атмосферы попадают на разные высоты, в том числе и в атмосферу. Там они вступают в химические реакции с участием озона, приводя к его разрушению. озоновый дыра стратосфера экосистема
5) Сжигание топлива.
Закись азота обнаруживается и в дымовых газах электростанций. Собственно, о том, что окись и двуокись азота присутствуют в продуктах сгорания, было известно давно. Но эти высшие окислы не влияют на озон. Они, конечно, загрязняют атмосферу, способствуют образованию в ней смога, но довольно быстро удаляются из тропосферы. Закись же азота, как уже говорилось, опасна для озона. При низких температурах она образуется в таких реакциях:
N2 + O + M = N2O + M,
2NH3 + 2O2 =N2O = 3H2.
Масштаб этого явления очень значителен. Таким путём в атмосфере ежегодно образуется примерно 3 млн т. закиси азота! Эта цифра говорит о том, что этот источник разрушения озона существенный.
Озоновая дыра над Антарктикой
О значительном уменьшении общего содержания озона над Антарктикой впервые было сообщено в 1985 г. Британской антарктической службой на основании анализа данных озонометрической станции Хэлли-Бей (76 гр. ю. ш.). Уменьшение озона наблюдалось этой службой и на Аргентинских островах (65 гр. ю. ш.).
С 28 августа по 29 сентября 1987 г. было выполнено 13 полётов самолёта-лаборатории над Антарктикой. Эксперимент позволил зарегистрировать зарождение озонной дыры. Были получены её размеры. Исследования показали, что наибольшее уменьшение количества озона имело место на высотах 14 - 19 км. Здесь же приборы зарегистрировали наибольшее количество аэрозолей (аэрозольные слои). Оказалось, что, чем больше имеется аэрозолей на данной высоте, тем меньше там озона. Самолёт - лаборатория зарегистрировал уменьшение озона, равное 50%. Ниже 14 км. изменений озона было несущественным.
Уже к началу октября 1985 г. озонная дыра (минимум количества озона) охватывает уровни с давлением от 100 до 25 гПа, а в декабре диапазон высот, на которых она наблюдается, расширяется.
Во многих экспериментах измерялось не только количество озона и других малых составляющих атмосферы, но и температуры. Была установлена самая тесная связь между количеством озона в стратосфере и температурой воздуха там же. Оказалось, что характер изменения количества озона тесно связан с тепловым режимом стратосферы над Антарктидой.
Образование и развитие озонной дыры в Антарктиде наблюдали английские учёные и в 1987 г. Весной общее содержание озона уменьшилось на 25%.
Американские исследователи проводили измерения в Антарктике зимой и ранней весной 1987 г. озона и других малых составляющих атмосферы (HCl, HF, NO, NO2, HNO3, ClONO2, N2O, CH4) c помощью специального спектрометра. Данные этих измерений позволили очертить область вокруг Южного полюса, в которой количество озона уменьшено. Оказалось, что эта область совпадает практически в точности с крайним полярным стратосферным вихрем. При переходе через край вихря резко менялось количество не только озона, но и других малых составляющих, оказывающих влияние на разрушение озона. В пределах озонной дыры (или, другими словами, полярного стратосферного вихря) концентрация HCl, NO2 и азотной кислоты была значительно меньше, чем за пределами вихря. Это имеет место потому, что хлорины в продолжении холодной полярной ночи разрушают озон в соответствующих реакциях, выступая в них как катализаторы. Именно в каталитическом цикле с участием хлора происходит основное уменьшение концентрации озона (по крайней мере 80% этого уменьшения).
Эти реакции протекают на поверхности частиц, составляющих полярные стратосферные облака. Значит, чем больше площадь этой поверхности, т. е. чем больше частиц стратосферных облаков, а значит, и самих облаков, тем быстрее в конце концов распадается озон, а значит, тем эффективнее образуется озонная дыра.