Озоновые дыры. Экологические проблемы человечества

Введение

“Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы

заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной

шар непригодным для обитания”.

Ж.Б.Ламарк.

С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор,

влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем

столетии и особенно в последнее время. 5 млрд. наших современников

оказывают на природу такое же по маштабам воздействие, какое могли оказать

люди каменного века, если бы их численность составила 50 млрд. человек, а

количество высвобождаемой энергии, получаемой землёй от солнца.

С тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное

вмешательство человека в природу резко усилилось, расширялся объём этого

вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной

опасностью для человечества.

Расход невозобновимого сырья повышается, всё больше пахотных

земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы.

Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному

воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных

процессов, любой из которых не улучшает состояние воздушного пространства

нашей планеты.

Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере.

Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию

в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.

В результате перед обществом возникла дилемма: либо бездумно

катиться к своей неизбежной гибели в надвигающейся экологической

катастрофе, либо сознательно превратить созданные гением человека могучие

силы науки и техники из орудия, ранее обращенного против природы и самого

человека, в орудие их защиты и процветания, в орудие рационального

природопользования.

Над миром нависла реальная угроза глобального экологического

кризиса, понимаемая всем населением планеты, а реальная надежда на его

предотвращение состоит в непрерывном экологическом образовании и

просвещении людей.

Всемирная организация здравоохранения определила, что здоровье человека

на 20% зависит от его наследственности, на 20% от состояния окружающей

среды, на 50% от образа жизни и на 10% от медицины. В ряде регионов России

к 2005 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на

здоровье человека: роль экологии возрастет до 40%, действие генетического

фактора увеличится до 30%, до 25% уменьшится возможность поддержания

здоровья за счёт образа жизни и до 5% снизится роль медицины.

Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно

выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе:

загрязнение, отравление среды обитания, обеднение атмосферы кислородом,

озоновые дыры.

Целью настоящей работы явилось обобщение литературных данных о

причинах и последствиях разрушения озонового слоя, а также способах решения

проблемы образования “озоновых дыр”.

1. Озон и его роль в природе

Химические и биологические особенности озона.

Озон является аллотропной модификацией кислорода. Его молекула

диамогнитна (в отличие от парамагнитной О2 ), имеет угловую форму

О О

¶ связь в молекулу является делокализованной трехцентровой, предполагается

также донорно-акцепторный механизм образования химических связей в озоне:

О О

О О О О

Характер химических связей в озоне обусловливает его неустойчивость (через

определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород: 2О3 —>3О2)

и высокую окислительную способность (озон способен на ряд реакций в которые

молекулярный кислород не вступает). Окислительное действие озона на

органические вещества связанно с образованием радикалов: RH+ О3 RО2 +OH

Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими

молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к

гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на

его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших

организмов. Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (например, в

кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые

нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным

газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны –

0,0001 мг/литр. Загрязнение озоном воздушной среды происходит при

озонировании воды, вследствие его низкой растворимости.

1.2. Условия образования и защитная роль озонового слоя.

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере

на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается

на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается

вверх до высот приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень

низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности

земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется,

когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода

(О2 —> О3).

Больше всего озона в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км,

который называют озоновым. Концентрация озона в этом слое невелика, однако

общее его количество в стратосфере достигает очень внушительной цифры –

более 3 млрд тонн.

Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует довольно

большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль. Такая насыщенность озона

энергией делает его взрывоопасным. Как же образуется это вещество? Основная

реакция – взаимодействие обычного двухатомного кислорода с атомарным:

О2 + О О3.

Атомарный кислород – еще более насыщенное энергией вещество – образуется

при электрических разрядах в кислороде и воздухе, а в стратосфере

появляется под

действием постоянного и довольно мощного ультрафиолетового излучения

Солнца:

Образование озона происходит непрерывно одновременно с его расходованием:

O2+h O+O ; O+O3 2O2; O3+h

O2+O;

поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного времени

оставалась постоянной. Процесс образования и разложение озона называют

циклом Чемпена. Результатом процессов в цикле является переход солнечной

энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение температуры на

высоте 15 км.

Защитная роль озонового слоя. Озон поглощает часть ультрафиолетового

излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200–300

нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение.

Химические процессы в тропосфере.

В химических превращениях различных загрязняющих веществ в

тропосфере ключевое место занимает OH – радикал к образованию которого

ведут несколько процессов. Основной вклад дают фотохимические реакции с

участие озона: O3+h O2+O

O+H2O OH+OH

В образовании озона в тропосфере участвуют оксиды озона:

NO2+ h (L3О2)

Окислительное действие озона на органические вещества связанно с

образованием радикалов: RH+ О3 RО2 +OH

Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими

молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к

гибели клеток.

Озон не безразличен и для высших организмов. Длительное пребывание в

атмосфере, содержащей озон (например, в кабинетах физиотерапии и кварцевого

облучения) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в

больших дозах является токсичным газом. Предельно допустимая концентрация

его в воздухе рабочей зоны – 0,0001 мг/литр.

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере

на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается

на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается

вверх до высот приблизительно равных 50-ти км.

Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует

молекулы кислорода (О2 —> О3).

Больше всего озона в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км,

который называют озоновым.

Озон поглощает часть ультрафиолетового излучения Солнца: причем широкая

полоса его поглощения (длина волны 200–300 нм) включает и губительное для

всего живого на Земле излучение.

Летом и весной концентрация озона повышается; над полярными областями она

всегда выше, чем над экваториальными. Кроме того, она меняется по 11-

летнему циклу, совпадающему с циклом солнечной активности.

устойчивое снижение концентрации стратосферного озона. Это явление получило

название «озоновая дыра» (хотя никакой дырки в собственном значении этого

слова, конечно, не было).

Хлор «съедает» и озон, и атомарный кислород за счет протекания довольно

быстрых реакций.

Большинство антропогенных источников сконцентрировано в городах.

Вторым по мощности источником антропогенных органических загрязнителей

служит промышленное производство и автомобильный транспорт.

В выбросах предприятий химической и нефтехимической промышленности

присутствует широкий ассортимент загрязнителей.

Специфика использования фреонов такова, что 95% их количества попадает в

атмосферу через 1-2 года после производства. Считают, что почти всё

произведённое количество фтортрихлор- и дифтордихлорметана рано или поздно

должно поступить в стратосферу и включиться в каталитический цикл

разрушения озона.

В выбросах вентиляционных систем жилых домов идентифицировано более 40

токсичных и дурнопахнущих веществ.

Принимая во внимание чрезвычайность ситуации, необходимо:

расширить комплекс теоретических и экспериментальных исследований по

проблеме сохранения озонового слоя;

провести первую Международную научную конференцию по проблемам сохранения

озонового слоя активными способами;

— создать Международный фонд сохранения озонового слоя активными способами;

— провести Международный телемост на тему сохранения озонового слоя с

участием ведущих ученых, политических, религиозных и общественных деятелей;

— организовать Международный комитет для выработки стратегии выживания

человечества в экстремальных условиях.