Озоновые дыры

Озоновые  дыры. Экологические  проблемы человечества

“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            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  (L<400нм)   NO+O

                                  O+O2    O3

О влиянии  фотохимических реакций на содержание озона в  тропосфере

свидетельствует 50% уменьшение концентрации озона при  солнечном затмении :

O3+NO    NO2+O2                                             O3+NO2

NO3+O2

В образовании  ОН радикалов на высоте 30 км. участвуют пары воды:

Н2О+h     H+OH

                  H2O+O     2OH

Определённый вклад  в образование  ОН-групп в тропосфере могут давать

реакции фоторазложения HNO2, HNO3, H2O2

                             HNO2+h (L<400нм)    NO+OH

                     HNO3+h (L<330нм)     NO2+OH

                     H2O2+h (L<330нм)      2OH 

В тропосферных процессах  гидроксильный радикал играет ключевую роль в

окислении углеводородов:

                       RH+OH    HOH+R

                       R+O2      RO2

                       RO2+HOH      ROOH+OH

Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителем атмосферы

является CH4.Окисление CH4 под действием ОН протекает  сопряженно с

окисление NO. Соответствующий  радикально-цепной механизм включает общую для

всех тропосферных процессов стадию инициирования  ОН и цикл экзотермических

реакций продолжение  цепи, характерных для реакции  окисления органических

соединений:

                          ОН+СН4   Н2О +СН3

                          СН3+О2    СН3О2

                          СН3О2+NО   СН3О+NО2 

                          СН3О+О2    СН2О+НО2 

В результате реакция  окисления СН4  в присутствии NО как катализатора и при

 воздействии солнечного света с длиной волны 300-400нм запишется в виде

                                   СН4+4О2   СН2О+Н2О+2О3

т.е. окисление  метана (и других органических веществ) приводит к

образованию тропосферного  озона. Скорость этого процесса тем  больше, чем

выше концентрация NО. Расчеты показывают, что антропогенный выброс NО

удваивает приземную  концентрацию О3, а рост утечки СН4 многократно