Озонові діри в атмосфері. Причини виникнення та екологічні наслідки. Причини руйнування озонового шару

Міністерство освіти і науки України

Національний університет харчових технологій

Кафедра біохімії та

екологічного контролю

Реферат на тему:

 «Озонові діри в атмосфері. Причини виникнення та екологічні наслідки»

Виконала: студентка факультету БКЦВ

                                                                               групи ТБ-2-3

Київ 2014

Природній щит

Енергія Сонця надходить до Землі у вигляді променів видимого світла, інфрачервоних (теплових) та ультрафіолетових променів. Ультрафіолетове випромінювання несе в собі найбільшу енергію і розподіляється на три види в залежності від довжини хвилі (400-315 мм, 315-280 мм і менше 280 мм), які приводять до розриву молекул білків і загибелі живих клітин. Основним захистом від таких «жорстких ультрафіолетових» променів є озоновий щит Землі.

В стратосфері за рахунок молекул двохатомного кисню 0₂, який поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання, а енергія витрачається на фотохімічну реакцію, утворюється озон, що захищає Земну поверхню від цих променів.

Основна маса озону перебуває на висотах від 10 до 50 км, а його максимум – на 18-26 км. Усього в стратосфері втримується 3,3 трильйони тон озону. У шарі озоносфери озон перебуває в дуже розрідженому стані.

Роль озону у збереженні біологічного життя на Землі винятково велика. Молекули озону поглинають тверде ультрафіолетове випромінювання Сонця саме в тій спектральній області, що є найбільш руйнівною для біологічних систем. Органічні молекули руйнуються ультрафіолетовим (УФ)-випромінюванням. Це стосується також і молекул ДНК, що відповідають, як відомо, за передачу спадкових ознак. Озоновий шар не тільки оберігає живу речовину від прямого руйнування, але й забезпечує хід еволюції.[3].

Причини руйнування озонового шару

Існує велика кількість причин ослаблення озонового щита, викликаного антропогенною діяльністю. Загалом їх можна об’єднати у дві групи.

1. Викиди висотних літаків і ракет

По-перше, – це запуски космічних ракет. Паливо, що згорає, «випалює» в озоновому шарі великі діри. Колись передбачалося, що ці «діри» затягуються. Виявилося, ні. Вони існують досить довго.

По-друге, – літаки. Особливо ті, що летять на висотах в 12-15 км. Пара, що викидається ними, й інші речовини руйнують озон. Але, у той же час літаки, що літають нижче 12 км, дають збільшення озону.

По-третє, – окиси азоту. Їх викидають ті ж літаки, але найбільше їх виділяється з поверхні ґрунту, особливо при розкладанні азотних добрив.

Оскільки на сьогодні польоти на надзвукових літаках здійснюються не дуже часто, вони не наносять істотної шкоди озоновому шару. Запуски ракет відбуваються також не занадто часто, але вони можуть наносити дуже серйозний збиток озоновому шару. Так, при загальній масі орбітального корабля «Спейс Шатл» 143,5 тонни в процесі підйому до висоти 50 км твердопаливна ракетна система викидає 187 тонн Cl₂ і його сполук, 7 тонн оксидів азоту й знищує за політ 10 000 000 тонн озону. Це дуже багато, тому що в земній атмосфері втримується всього 3 000 000 000 тонн озону. Підраховано, що 300 запусків "Спейс Шатлів" підряд могли б цілком зруйнувати весь озоновий шар Землі.

Оксиди азоту відіграють важливу роль у формуванні й руйнуванні озону, причому в стратосфері відбувається каталітичне руйнування озону, а в тропосфері – каталітичне формування.

2. Хлорофторовуглеці (ХФВ), або фреони

Колись фреони розглядалися як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні й неактивні, а виходить, не токсичні. Як це не парадоксально, але саме інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, що простирається від поверхні землі до висоти 10 км), як це відбувається, наприклад, зі здебільшого окислів азоту, і зрештою проникають у стратосферу, верхня границя якої розташовується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФВ піднімаються до висоти приблизно 25 км, де концентрація озону максимальна, вони піддаються інтенсивному впливу ультрафіолетового випромінювання (рис. 2), що не проникає на менші висоти через екрануючу дію озону. Ультрафіолет руйнує стійкі у звичайних умовах молекули фреонів, які розпадаються на компоненти, що мають високу реакційну здатність, зокрема, атомний хлор. Таким чином, ХФВ переносить хлор з поверхні землі через тропосферу й нижні шари атмосфери, де менш інертні сполуки хлору руйнуються, у стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: у ході хімічного процесу його кількість не зменшується. Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 100 000 молекул озону перш ніж буде дезактивований або повернеться в тропосферу. Зараз викид фреонів в атмосферу обчислюється мільйонами тонн, але варто помітити, що навіть у гіпотетичному випадку повного припинення виробництва й використання ХФВ негайного результату досягти не вдасться: дія фреонів, які вже потрапили в атмосферу, буде тривати кілька десятиліть. Вважається, що час життя в атмосфері для двох найбільш широко використовуваних ХФВ: фреон-11 (CFCl₃) і фреон-12 (CF₂Cl₂) становить 75 і 100 років відповідно.

Один з найбільш вражаючих доказів того, що хлор дійсно є агентом, відповідальним за появу озонової діри, з’явився у вересні 1987 р., коли вчені пролетіли на літаку з Південної Америки прямо до Південного полюса, у зону озонової діри. Збільшення й зменшення концентрації озону є майже точним дзеркальним відбиттям зменшення й збільшення концентрації хлору. Більш того, концентрація Cl у самій озоновій дірі в сотні разів перевищує будь-який рівень, який можна було б пояснити з погляду атмосферної хімії. Це явище часто називають «димовою рушницею». Навіть виробники ХФВ переконалися в тому, що озонову діру не можна вважати нормальним явищем. Це свідчення глибоких змін в атмосфері, викликаних штучними хлоровмісними забруднювачами.[4].

Виникнення озонових дір