Озоновый слой атмосферы разрушается. Озоновый слой Земли пронзили озоновые дыры: грозит ли человечеству глобальная катастрофа? Восстановление озонового слоя
В последнее время газеты и журналы пестрят статьями о роли озонового слоя, в которых людей запугивают возможными в будущем проблемами. От ученых можно услышать о предстоящих климатических изменениях , которые отрицательно повлияют на все живое на Земле. Действительно ли такими ужасающими событиями обернется для всех землян далекая от людей потенциальная опасность? Какие последствия разрушения озонового слоя ожидают человечество?
Процесс формирования и значение озонового слоя
Озон является производной кислорода. Пребывая в стратосфере, молекулы кислорода подвергаются химическому воздействию ультрафиолетового излучения, после чего распадаются на свободные атомы, которые, в свою очередь, обладают способностью соединяться с прочими молекулами. При таком взаимодействии молекул и атомов кислорода с третьими телами происходит возникновение нового вещества — так и образуется озон.
Будучи в стратосфере, он влияет на тепловой режим Земли и здоровье ее население. Являясь планетарным «стражником» озон занимается поглощением излишнего ультрафиолета. Однако при попадании в нижние слои атмосферы в больших количествах, он становится достаточно опасным для человеческого вида.
Досадное открытие ученых – озоновая дыра над Антарктидой
Процесс разрушения озонового слоя стал предметом многих дискуссий ученых по всему миру, начиная с конца 60-х годов. В те годы экологи стали поднимать проблему выбросов в атмосферу продуктов сгорания в виде водяного пара и оксидов азота, которые производили реактивные двигатели ракет и авиалайнеров. Беспокойство вызвало свойство оксида азота, выбрасываемого воздушными судами на 25-километровой высоте, что является областью формирования земного щита, разрушать озон. В 1985 году Британской антарктической службой было зафиксировано уменьшение на 40 % концентрации озона в атмосфере над их базой «Халли Бей».
После британских ученых эту проблему осветили и многие другие исследователи. Им удалось очертить район с пониженным содержанием озона уже за пределами южного материка. Из-за этого стала подниматься проблема образования озоновых дыр. Вскоре после этого выявили еще одну озоновую дыру теперь уже в Арктике. Однако та была меньше по размерам, с утечкой озона до 9%.
По итогам исследований, ученые подсчитали, что в 1979-1990 годах концентрация этого газа в земной атмосфере снизилась примерно на 5%.
Разрушение озонового слоя: появление озоновых дыр
Толщина озонового слоя может составлять 3-4мм, его максимальные значения находятся на полюсах, а минимумы располагаются по экватору. Самую большую концентрацию газа можно обнаружить на 25 километре в стратосфере над Арктикой. Плотные слои порой встречаются на высотах до 70 км, обычно в тропиках. Тропосфера не обладает большим количеством озона, поскольку она имеет большую подверженность сезонным изменениям и загрязнениям различного характера.
Как только концентрация газа уменьшается на один процент, тут же на 2% происходит увеличение интенсивности ультрафиолета над земной поверхностью. Влияние ультрафиолетовых лучей на планетарную органику сравнивают с ионизирующим излучением.
Истощение озонового слоя может стать причиной катастроф, которые будут связаны с чрезмерным нагреванием, ростом скорости ветров и циркулирования воздуха, что может привести к возникновению новых пустынных областе, и снизит урожайность в сельском хозяйстве.
Встреча с озоном в повседневной жизни
Порой после дождя, особенно в летнюю пору, воздух становится необычайно свежим, приятным, а в народе говорят, что «пахнет озоном». Это совершенно не образная формулировка. В действительности, какая-то часть озона степени проходит до нижних слоев атмосферы с потоками воздушных масс. Эта разновидность газа считается так называемым полезным озоном, который и вносит в атмосферу ощущение необыкновенной свежести. В основном такие явления наблюдаются вслед за грозовыми ливнями.
Однако встречается еще и весьма вредоносная, чрезвычайно опасная для людей разновидность озона. Он вырабатывается выхлопными газами и промышленными выбросами, и при попадании под влияние лучей Солнца, вступает в фотохимическую реакцию. Вследствие этого происходит формирование так называемого приземного озона, который чрезвычайно вреден для здоровья людей.
Вещества, разрушающие озоновый слой: действие фреонов
Учеными было доказано, что фреоны, которыми в массовом порядке заряжают холодильники и кондиционеры, а также многочисленные аэрозольные баллончики, становятся причинами разрушения озонового слоя. Таким образом, получается, что практически каждый человек прикладывает руку к разрушению озонового слоя.
Причины возникновения озоновых дыр заключаются в том, что молекулы фреона вступают в реакцию с молекулами озона. Солнечная радиация принуждает фреоны к выделению хлора. В результате происходит расщепление озона, вследствие чего образуются атомарный и обычный кислород. В местах, где происходят такие взаимодействия, случается проблема истощения озонового слоя, и возникают озоновые дыры.
Конечно же, наибольший вред озоновому слою приносят промышленные выбросы, но и бытовое использование препаратов, в которых содержится фреон, так или иначе тоже оказывает свое влияние на уничтожение озона.
Защита озонового слоя
После того как учеными документально было подтверждено, что озоновый слой все-таки разрушается, и возникают озоновые дыры, политики задумались над его сохранением. По всему миру были проведены консультации и совещания по этим вопросам. В них участвовали представители всех государств с хорошо развитой промышленностью.
Так, в 1985 году приняли Конвенцию об охране озонового слоя. Подписались под этим документом представители от сорока четырех государств-участников конференции. Годом позднее подписали еще один немаловажный документ, именуемый Монреальским протоколом. В соответствии с его положениями должно было произойти существенное ограничение мирового производства и потребления веществ, приводящих к нарушению озонового слоя.
Тем не менее, некоторые государства не желали подчиняться таким ограничениям. Тогда для каждого государства определили конкретные квоты по опасным выбросам в атмосферу.
Защита озонового слоя в России
В соответствии с действующим российским законодательством правовая охрана озонового слоя является одним из важнейших и приоритетных направлений. Законодательством, связанным с охраной окружающей среды, регламентируется перечень защитных мероприятий, направленных на охрану этого природного объекта от разного рода повреждений, загрязнений, разрушений и истощений. Так, статья 56 Законодательства описывает некоторые мероприятия, связанные с охраной озонового слоя планеты:
- Организации наблюдения за эффектом озоновой дыры;
- Постоянный контроль над изменением климата;
- Строгое соблюдение нормативной базы по вредным выбросам в атмосферу;
- Регулирование производства химических соединений, которые разрушают озоновый слой;
- Применение штрафных санкций и наказаний за нарушение законодательства.
Возможные решения и первые результаты
Следует знать, что озоновые дыры - явление непостоянное. С сокращением количества вредных выбросов в атмосферу начинается постепенное затягивание озоновых дыр - активизируются молекулы озона из соседних участков. Однако при этом происходит зарождение другого фактора риска — соседние участки лишаются значительного количества озона, слои становятся тоньше.
Ученые всего мира продолжают заниматься исследованиями и запугивают безрадостными умозаключениями. Они высчитали, что если наличие озона уменьшится всего лишь на 1% в верхнем слое атмосферы, то произойдет увеличение кожных онкологических заболеваний до 3-6%. Более того, большое количество ультрафиолетовых лучей отрицательно отразится на иммунной системе людей. Они станут более уязвимыми к самым разнообразным инфекциям.
Не исключено, что собственно этим и можно объяснить тот факт, что в XXI веке увеличивается количество злокачественных опухолей. Повышение уровня ультрафиолета к тому же отрицательно влияет и на природу. Происходит разрушение клеток в растениях, начинается процесс мутации, вследствие чего вырабатывается меньшее количество кислорода.
Справится ли человечество с грядущими вызовами?
Согласно последним статистическим данным статистики, человечеству грозит глобальная катастрофа. Однако наука располагает и оптимистическими докладами. После принятия Конвенции об охране озонового слоя уже все человечество занялось проблематикой сбережения озонового слоя. Вслед за разработкой целого ряд запретительных и предохранительных мер ситуацию удалось немного стабилизировать. Таким образом, некоторые исследователи утверждают, что если все человечество будет заниматься промышленным производством в разумных пределах, проблема озоновых дыр может быть успешно решена.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Живые организмы на Земле защищены от коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, которое губительно для всего живого, озоновым экраном (озоновым слоем).
Озоновый экран — это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере), состоящий из особой формы кислорода — озона (рис. 1).
Толщина озонового слоя в масштабе атмосферы — не больше листа бумаги в объеме домашней библиотеки.
Озон имеет существенное эколого-биологическое значение и является важнейшим компонентом атмосферы, несмотря на то что процентное содержание его невелико — менее 0,0001 %. Связано это с тем, что именно озон активно поглощает УФ-излучение.
Озон — форма молекулярного кислорода (0 3). Основное его количество сосредоточено в стратосфере на высоте 15-25 км (верхняя граница — 45-50 км). Парадокс, но те же самые молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы) представляют собой опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека. Однако здесь озона весьма мало, и образуется он лишь во время грозовых разрядов.
Начало образования озона в стратосфере связано с реакцией расщепления молекулярного кислорода коротковолновым (X < 242 нм) УФ-излучением Солнца:
0 2 + hv -> О + О
Рис. 1. Озоновый экран: а — озон (0 3) в стратосфере поглощает УФ-лучи Солнца; б — озон формируется в стратосфере, когда под действием УФ-лучей молекулы 0 2 распадаются на свободные атомы, способные присоединяться к другим его молекулам
О + О 2 + м -> О 3 + М
Специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической службы в 1985 г. сообщили о неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось с 1977 по 1984 г. на 40 %! Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, также показавшие, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означает, что в полярной атмосфере имеется озоновая «дыра». В начале 80-х гг. XX в. спутник «Нимбус-7» обнаружил аналогичную дыру в Арктике, правда, она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико — около 9 %. В среднем с 1979 по 1990 г. содержание озона снизилось на 5 %.
Так что же представляет собой слой озона в атмосфере? Теоретически, если весь озон «сжать» до плотности воды и разместить на поверхности Земли, то он образовал бы пленку всего 2-4 мм толщиной, причем минимум пришелся бы на экватор, а максимум оказался бы у полюсов. Высотное же распределение озона таково, что максимум концентрации отмечается на высоте 25 км. Но она повышается также и на высоте 70 км. Большая часть озона находится в стратосфере, и этот слой в Арктике обычно расположен низко, тогда как в тропической зоне — высоко. Что касается тропосферы, то здесь озона меньше, к тому же он в большей мере подвержен как сезонным, так и другим изменениям, в частности вызванным загрязнениями.
Утончение слоя озона может привести к серьезным последствиям для человечества. Уменьшение концентрации озона на 1 % вызывает увеличение интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности Земли в среднем на 2 %. По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако из-за большей, чем у у-излучения, длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул.
Жесткие ультрафиолетовые лучи способны вызвать у человека рак кожи, в частности быстротекущую злокачественную мела- ному, а также катаракту и иммунную недостаточность, не говоря уже об обычных ожогах кожи и роговицы. Они наносят вред животным и растениям, в частности морским экосистемам, поскольку плохо поглощаются водой.
Впервые мысль об опасности разрушения озонового слоя была высказана в конце 1960-х гг. Большую тревогу со стороны экологов вызвало негативное влияние водяного пара и оксидов азота (NO x), которые выбрасываются реактивными двигателями сверхзвуковых самолетов и ракет на высоте 20-25 км. Именно на этой высоте находится защитный слой озона, задерживающий жесткое ультрафиолетовое излучение космоса. Такие опасения основаны на свойстве оксида азота разрушать озон:
2NO + 0 3 = N 2 0 +20 2
В 1974 г. ученые установили, что вызывать разрушение озонового экрана могут хлорфторуглероды (ХФУ) (рис. 2). Начиная с этого времени так называемая «хлорфторуглеродная проблема» стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. К хлорфторуглеродам относятся, в частности, фреоны — химически инертные на поверхности Земли вещества. Они уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей (в бытовых аэрозольных баллончиках), иенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластиков.
Почти весь производимый в мире фреон (или фторорганические соединения) в конечном счете поднимается в верхние слои атмосферы и разлагается там под влиянием ультрафиолетовых лучей, которые разрушают устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ. Последние распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. В ходе фотохимического разложения фреона в стратосфере ион хлора выступает как агент разрушения озона. Таким образом, ХФУ переносят хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Осколки фреоновых молекул разрушительно действуют на слой атмосферного озона. ХФУ уже разрушили от 3 до 5 % озонового слоя атмосферы.
Рис. 2. Схема разрушения озонового экрана
Очень важно, что при разрушении озона хлор действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона, прежде чем он будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выбросы ХФУ в атмосферу исчисляются миллионами тонн, но следует заметить, что даже в случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться еше несколько десятилетий.
Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ — пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками — вторыми по величине потребителями фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей, но полностью эта проблема еще не решена.
Уменьшение плотности озонового щита планеты влечет за собой снижение урожаев сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства, резкое уменьшение биологической продуктивности приповерхностного слоя Мирового океана, а следовательно, уловов рыбы, существенный рост заболеваемости людей раком кожи. Ясно, что без знания общих экологических законов дальнейший прогресс человечества и поступательное развитие экономики невозможны.
Разрушение озонового слоя
Находится в атмосфере между 15 и 40 км над поверхностью Земли. Этот слой выполняет роль экрана смертоносной ультрафиолетовой радиации, ослабляя ее примерно в 6500 раз. В атмосфере озон образуется из кислорода под действием электрических разрядов и космической радиации (рис. 3).
Разрушение озонового слоя на 50% увеличило бы УФ-радиацию в 10 раз, что повлияло бы на зрение человека и животных и могло бы оказать другие губительные воздействия на живые организмы.
Исчезновение же озонового слоя привело бы к непредсказуемым последствиям — вспышкам рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира.
Впервые появление озоновой «дыры» над Антарктидой было зафиксировано еще в 1970-е годы. Как показали измерения со спутников, озона в этой «дыре» было на 30-50% меньше нормы. Подобное явление в Антарктиде наблюдается осенью, тогда как в другие времена года содержание озона колеблется около нормы. Позднее выяснилось, что толщина озонового слоя изменяется также в средних и высоких широтах Северного полушария, особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Японией и Восточной Сибирью. Причинами разрушения озонового слоя могли быть: сверхзвуковые самолеты, запуск космических кораблей, большие масштабы производства фреонов.
Рис. 3. Механизмы образования озонового слоя (внизу) и его роль в атмосфере (вверху)
На основании научных исследований было выяснено, что основной причиной являются фреоны, широко используемые в холодильной технике и в аэрозольных баллончиках.
Международным сообществом был принят ряд мер, направленных на предотвращение разрушения озонового слоя. В 1977 г. в Программе ООН по окружающей среде был принят план действий по озоновому слою, а в 1985 г. в Вене состоялась конференция, принявшая Конвекцию по охране озонового слоя. Был установлен список веществ, отрицательно влияющих на озоновый слой, и принято решение о взаимном информировании государств о производстве и использованию этих веществ и о принимаемых мерах.
Таким образом, было официально заявлено о пагубном воздействии изменений озонового слоя на здоровье людей и окружающую среду, и что меры по охране озонового слоя требуют международного сотрудничества.
Решающим стало подписание Монреальского протокола в 1987 г., в соответствии с которым устанавливался контроль за производством и использованием фреонов. Протокол подписало большинство стран мира, в том числе и Россия. По этим соглашениям производство фреонов должно было быть прекращено к 2010 г. Однако соглашение и к 2011 г. полностью не выполнено. Озоновая же дыра над Арктикой в 2011 г., по последним данным, составляет 2 млн км 2 . Но до конца не ясно; только ли за счет антропогенных факторов она появляется!
наступившая эра активного исследования космоса, а именно запуски космических ракет . Вещества, из которых состоит истекающая реактивная струя (за счет которой движется ракета), интенсивно разрушают озон. Таким образом, в месте запуска ракеты-носителя в озоновом слое появляется большая «дыра», которая, как выяснилось, затягивается очень долго. И с каждым годом таких «просверленных в атмосфере дырочек» становится все больше и больше. Что неизбежно ведет к истощению озонового слоя Земли.
Вторая причина разрушения озонового слоя Земли -
интенсивное развитие высотной авиации (самолеты, летающие на высоте свыше 12 км). Продукты сгорания топлива этих машин также разрушают молекулы озона, приводя к истощению озонового слоя Земли. Озоноактивными компонентами выхлопных газов являются оксиды азота и в меньшей степени оксид углерода. Учеными проанализированы пути снижения оксида азота в продуктах сгорания реактивного топлива. Однако, на сегодняшний день результаты исследований неутешительны. Снижение оксида азота, разрушающего стратосферный озон, невозможно ни путем модернизации существующих двигателей, ни переходом на «экологически чистые» виды топлива (сжиженный природный газ и сжиженный или сжатый водород). Снижение эмиссии веществ, разрушающих озоновый слой Земли, будет возможно только с созданием принципиально новых двигателей. Но до этого еще далеко…
Третья причина разрушения озонового слоя Земли -
применение в сельском хозяйстве азотных удобрений. Разлагаясь, они выделяют окислы азота, которые поднимаются в стратосферу и… разрушают молекулы озона, вызывая истощение озонового слоя Земли, конечно же.
Четвертая причина разрушения озонового слоя Земли -
широкое применение в хозяйственной деятельности человека фреонов (в качестве распылителей, в холодильной промышленности). У поверхности земли эти газы практически безвредны, так как не вступают ни в какие химические реакции. Но, оказавшись в стратосфере, фреоны под воздействием солнечного излучения вступают в фотохимические реакции, выделяя атомарный хлор. А один атом хлора, как уже было сказано выше, за время своей долгой жизни способен уничтожить до ста тысяч молекул озона. Вот такой вот один воин в поле. А количество фреонов в атмосфере растет год от года, увеличиваясь примерно на 8-9% ежегодно.
Мы рассмотрели причины разрушения озонового слоя Земли. Грустно подытожим: деятельность человека губит планету. Как раз пора перейти к следующему пункту этой статьи. Чем же нам грозит истощение озонового слоя Земли?
Последствия разрушения и истощения озонового слоя Земли.
Разрушение озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю.
По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает:
до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты,
на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи,
значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека.
Но страдают не только люди. Ультрафиолетовое излучение также крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана, и других организмов биосферы.
Проблема разрушения озонового слоя была обнаружена давно, но к 1980-м годам ученые забили тревогу. Если озон значительно сократится в атмосфере, земля утратит нормальный температурный режим и перестанет охлаждаться. В результате было подписано огромное количество документов и соглашений в различных странах, чтобы сократить изготовление фреонов. Кроме того, была изобретена замена фреонам – пропан-бутан. По своим техническим параметрам это вещество имеет высокие показатели, может использоваться там, где и применяются фреоны.
Сегодня проблема разрушения озонового слоя является весьма актуальной. Несмотря на это, продолжается использование технологий с применением фреонов. В данный момент люди думают, как сократить количество выбросов фреонов, ведут поиски заменителей, чтобы сохранить и восстановить озоновый слой.
20. Кислотные дожди: причины, механизмы возникновения, влияние на растительный и животный мир, строения.
Кислотными дождями принято называть любые атмосферные осадки (дождь, снег, град), содержащие какое-либо количество кислот. Наличие кислот приводит к снижению уровня рН. Водородный показатель (рН) – величина, отображающая концентрацию ионов водорода в растворах. Чем ниже уровень рН, тем больше ионов водорода в растворе, тем более кислой является среда.
Для дождевой воды среднее значение рН равно 5,6. В случае, когда рН осадков меньше 5,6 – говорят о кислотных дождях. Соединениями, приводящими к снижению уровня рН осадков, являются оксиды серы, азота, хлористый водород и летучие органические соединения (ЛОС).
Причины кислотных дождей
Кислотные дожди по природе своего происхождения бывают двух типов: естественные (возникают в результате деятельности самой природы) и антропогенные (вызываются деятельностью человека).
Естественные кислотные дожди
Причин возникновения кислотных дождей естественным путем немного:
деятельность микроорганизмов, вулканическая деятельность, грозовые разряды, горение древесины и другой биомассы.
Антропогенные кислотные дожди
Основной причиной кислотных дождей является загрязнение атмосферы. Если лет тридцать назад в качестве глобальных причин, вызывающих появление в атмосфере соединений, «окисляющих» дождь, назывались промышленные предприятия и тепловые электростанции, то сегодня этот список дополнился автомобильным транспортом.
Теплоэлектростанции и металлургические предприятия «дарят» природе около 255 млн. тонн оксидов серы и азота.
Твердотопливные ракеты также внесли и вносят немалый вклад: запуск одного комплекса «Шаттл» приводит к выбросу в атмосферу более 200 тонн хлористого водорода, около 90 тонн оксидов азота.
Антропогенными источниками оксидов серы являются предприятия, производящие серную кислоту и перерабатывающие нефть.
Выхлопные газы автомобильного транспорта – 40% оксидов азота, попадающего в атмосферу.
Основным источником ЛОС в атмосфере, конечно, являются химические производства, нефтехранилища, бензозаправки и бензоколонки, а также различные растворители, применяемые как в промышленности, так и в быту.
Итоговый результат следующий: человеческая деятельность поставляет в атмосферу более 60% соединений серы, около 40-50% соединений азота и 100% летучих органических соединений.
Оксиды, попадая в атмосферу, реагируют с молекулами воды, образуя кислоты. Оксиды серы, попадая в воздух, образуют серную кислоту, оксиды азота – азотную. Следует учитывать и такой факт, что в атмосфере над крупными городами всегда содержатся частицы железа и марганца, выступающие катализаторами реакций. Поскольку в природе существует круговорот воды, то вода в виде осадков рано или поздно попадает на землю. Вместе с водой попадает и кислота.
Последствия кислотных дождей
Окисление водных ресурсов. Наиболее чувствительными оказываются реки и озера. Происходит гибель рыб. Несмотря на то, что некоторые виды рыб могут выдерживать незначительное подкисление воды, они тоже погибают из-за утраты кормовых ресурсов. В тех озерах, где уровень рН менее 5,1, не было поймано ни одной рыбы. Объясняется это не только тем, что погибают взрослые экземпляры рыб – при рН равном 5,0, большинство не может вывести мальков из икринок, в результате происходит сокращение числового и видового состава популяций рыб.
Вредное воздействие на растительность. Кислотные дожди действуют на растительный покров прямо и косвенно. Прямое воздействие происходит в высокогорных районах, где кроны деревьев оказываются в прямом смысле погруженными в кислотные облака. Излишне кислая вода разрушает листья и ослабляет растения. Косвенное воздействие происходит за счет снижения уровня питательных веществ в почве и, как следствие, увеличение доли токсичных веществ.
Разрушение творений рук человека. Фасады зданий, памятники культуры и архитектуры, трубопроводы, машины – все подвергается воздействию кислотных дождей. Было проведено много исследований, и все они говорят об одном: за последние три десятилетия процесс воздействия кислотных дождей значительно вырос. В результате под угрозой оказываются не только мраморные скульптуры, витражные стекла старинных зданий, но и изделия из кожи и бумаги, имеющие историческую ценность.
Здоровье человека. Сами по себе кислотные дожди не оказывают непосредственного воздействия на здоровье человека – попав под такой дождь или поплавав в водоеме с подкисленной водой, человек ничем не рискует. Угрозу для здоровья представляют соединения, которые образуются в атмосфере из-за попадания в нее оксидов серы и азота. Образующиеся сульфаты переносятся воздушными потоками на значительные расстояния, вдыхаются многими людьми, и, как показывают исследования, провоцируют развитие бронхитов и астмы. Другим моментом является то, что человек питается дарами природы, гарантировать нормальный состав продуктов питания могут не все поставщики.
21. Смоги: виды, механизм образования
Смог – это смесь дыма, тумана и некоторых загрязняющих веществ.
Расположенный на высоте от 7 до 18 км (на экваторе до 50 км), отличающийся повышенной концентрацией молекул озона и защищающий биосферу от ультрафиолетового излучения солнца. Озоновый слой образовался на земле, по современным данным, 570-400 млн. лет назад. В слое озоносферы озон находится в очень разреженном состоянии.
Количество озона в атмосфере определяется балансом реакций его образования и разложения. В среднем в атмосфере земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т озона.
Почему так важно поглощение озоном жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Биологические эффекты, вызывающие изменения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, пока не до конца изучены, однако общеизвестно, что живые организмы на любом уровне организации обладают высокой чувствительностью нуклеиновых кислот, которые могут разрушаться, что приводит к гибели клеток или возникновению мутаций.
Резкое усиление научного и общественного интереса к проблеме озонового слоя началось в начале 70 годов. С этого времени не утихает вопрос, касающийся проблемы зависимости озонового слоя от хозяйственной деятельности человека. С 1985 г мир узнал о существовании глобальных экологических проблем “озоновых дыр”, в частности, что содержание озона над Антарктидой систематически уменьшается.
Ответить на вопрос о причине появления “озоновых дыр” не просто. Но главным виновником ее появления является попадание в верхние слои атмосферы хлорфторуглеродных соединений и других загрязнителей атмосферы, оксидов азота или соединений хлора и др.
Источниками этих веществ - виновников разрушения озонового слоя, в первую очередь, являются все более развивающиеся гражданская авиация и химическая промышленность. Применение азотных удобрений в сельском хозяйстве, хлорирование питьевой воды, широкое использование фреонов в холодильных установках, огнетушителях, растворителей и аэрозолей привело к тому, что миллионы тон хлорфторметанов поступают в нижние слои атмосферы в виде бесцветного нейтрального газа. Распространяясь вверх, хлорфторметаны под действием ультрафиолетового излучения разрушаются, выделяя фтор и хлор, которые активно вступают в процесс разрушения озона.
Развитие альтернативных видов энергетики (ветровой, солнечной, геотермальной);
Всемирная экономия энергии.
На конференции в Рио-де-Жанейро в 1922 г. принята Конвенция ООН об изменении климата, основным положением которой являются международная координация и объединение усилий в борьбе с изменениями климата и его неблагоприятными последствиями для планеты.
Озоновый слой - часть атмосферы, которая защищает нашу планету и ее обитателей от вредного влияния ультрафиолета, исходящего от Солнца. В районах с пониженным содержанием озона наблюдается рост кожных заболеваний и снижение способности растений осуществлять процесс фотосинтеза. Нарушение озонового слоя как глобальная экологическая проблема уже давно беспокоит ученых. Рассмотрим, чем оно вызвано, каковы его последствия.
Истощение защитной оболочки
Озоновый слой расположен на высоте 30 км от поверхности Земли. Он выполняет защитную функцию и поглощает излишнее ультрафиолетовое излучение, за счет чего обитатели планеты получают дозированную его порцию, безопасную для здоровья.
В конце 60-х ученые обнаружили, что выбросы ракет и самолетов, продукты сгорания негативно влияют на озоновый слой и частично его разрушают. Затем были обнаружены озоновые дыры - в областях отмечалось резкое снижение концентрации защитного вещества. Их появление сопровождалось вспышками рака кожи у людей, проживающих в этих регионах.
Озоновые дыры способны менять место расположения. Самая большая по площади дыра впервые была обнаружена в Антарктиде, затем их наблюдали над Канадой, Якутией, Гренландией.
За последние 25 лет количество озона в атмосфере уменьшилось примерно на 5%.
Причины нарушения целостности
На сегодняшний день ученые до конца не установили причины, вызывающие разрушение озонового слоя. Существует гипотезы на тему того, что озон уничтожают фреоны и окиси азота - они образуются в результате деятельности человека.
Выделяют три основных версии негативного влияния антропогенного характера:
- хлорфторуглероды - возникают при производстве и эксплуатации бытовой техники, продуктов химической промышленности и косметики;
- выброс газов реактивных двигателей ракет и самолетов;
- вырубка лесов и лесные пожары;
- полеты на большой высоте - 25 км.
Существует версия о естественной природе образования озоновых дыр. К ним относятся:
- Полярная ночь - защитный слой Земли разрушается под воздействием холода. Особенно он уязвим в периоды, когда температурные значения опускаются до низких показателей, солнце не появляется на протяжении долгого времени.
- Полярные вихри - вызывают химические реакции в стратосфере, которые уничтожают озоновый слой.
- Перламутровые облака - конденсационные образования, возникающие в нижних слоях стратосферы. Оказывают такой же эффект, как и полярные вихри.
При наличии естественных причин разрушения озонового слоя гораздо больший вред ему наносят антропогенные факторы.
Фреон
Жизнь человека немыслима без холодильников, кондиционеров, огнетушителей. Косметические компании регулярно выпускают средства для тела и волос в аэрозольных баллончиках. Объединяет эти вещи одна составляющая - фреон.
Это насыщенный углеводород с содержанием фтора, производная метана и этана. Его используют в быту и промышленности - охлаждающие вещества в кондиционерах и холодильниках, краска в баллончиках.
Фреоны нетоксичны, но способны легко перемещаться под воздействием воздушных потоков. Таким образом, они попадают в стратосферу, где происходит их распад под воздействием ультрафиолета. Вещества, выделяемые в процессе распада, вступают в химические реакции, в результате чего начинается снижение концентрации озона.
Хлорфторуглероды считают главной причиной разрушения озонового слоя. На их распад уходит от 20 до 120 лет. Эти вещества не возвращаются на землю с кислотными дождями - они задерживаются в атмосфере и стабильно уничтожают озон.
В 1987 году несколько стран подписали Монреальский протокол. Его основная тема - запрет веществ, которые разрушают озон. В протоколе прописан их перечень. Он ограничивает производство и потребление озоноразрушающих веществ. В данный момент на многих предприятиях используются хладореагенты нового поколения, практически не влияющие на целостность озона.
Влияние авиатранспорта
Выхлопные газы воздушного транспорта вносят определенный вклад в образование озоновых дыр. Оксиды азота, которые образовываются при сгорании топлива, вступают в реакцию с озоном в стратосфере, разрушая его.
Негативное влияние на защитную оболочку планеты оказывает запуск реактивных ракетных установок. Во время запуска космического корабля в атмосфере возникает проем диаметром до 2000 км. Исчезает он только через полтора часа. В этот период нарушается целостность озонового слоя. Наиболее опасны запуски многоразовых систем, таких как Шаттл.
По примерным расчетам ученых, запуск 125 аналогичных ракет одновременно способен полностью разрушить озоновую оболочку. Похожее влияние на защитный слой оказывает стратосферная авиация - сверхзвуковые самолеты Они выбрасывают большое количество оксидов азота и серной кислоты. Эти вещества уничтожают озон.
Способы решения проблемы
Разрушение озонового слоя рассматривается как глобальная экологическая проблема. С момента подписания Монреальского протокола стали приниматься первые шаги по сохранению целостности защитной оболочки планеты.
Первый пункт - запрет на выброс фреонов.
Затем была утверждена Венская конвенция. Ее положения предусматривают охрану озонового слоя и предотвращение его разрушения. В них входят следующие моменты:
- совместные исследования стран на тему того, что вызывает негативные изменения в озоновом слое;
- регулярный контроль его состояния;
- создание технологий, способных снизить ущерб, причиняемый озоновой оболочке;
- строгий контроль деятельности, которая вызывает появление дыр;
- обмен знаниями и технологиями.
Согласно протоколу, страны обязаны снизить производство фторхлоруглеродов или вовсе отказаться от него.
Серьезной проблемой стала замена фреона в холодильных установках. Разработки требовали огромных денежных вливаний, в связи с чем возник фреоновый кризис. Со временем ученые выявили вещества, которые можно безопасно использовать вместо фреона.
Существуют и другие способы, которые позволят снизить негативное влияние на защитный экран:
- замена транспортного топлива на экологически чистые и безопасные варианты;
- использование альтернативных источников энергии;
- помощь природе в естественном восстановлении озона - минимизация вырубок лесов и активные посадки деревьев;
- ручная подпитка - распыление искусственно созданного озона на специальных фабриках в верхних слоях атмосферы.
Многие кардинальные пути решения проблемы сталкиваются с препятствием в виде огромных затрат на их осуществление. Большинство разработанных и протестированных проектов откладывается на потом по причине нехватки средств.
Разрушение озонового слоя - серьезная проблема. Озоновые дыры приводят к повышению активности солнечной радиации, что негативно влияет на обитателей планеты - людей, животных, растения и микроорганизмы. При снижении концентрации озона даже на 1% резко вырастет количество заболевших раком кожи. По этой причине ученые принимают меры по сохранению целостности озоновой оболочки и разрабатывают механизмы, безопасные для экологии.
