Озоносфера

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Целью работы является описание озоносферы – важнейшей составной части атмосферы, влияющей на климат и защищающей все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, является озоносфера. Курсовая работа разделена на 5 глав. Главы характеризуют распределение, процессы образования, функции озоносферы, ее влияние на человека.

Озоносфера  отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, защищает живые организмы  от губительного действия радиации. Именно благодаря образованию озона из кислорода воздуха стала возможна жизнь на суше.

XX в. принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы.

В ряду тревожных  проблем – сдвиги в мировом  климате, истощение лесных, почвенных и водных ресурсов. Возможно, что антарктический озон является предвестником глобальных изменений в озоносфере. Проблемы возникшие в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.

У многих людей  возникают вопросы, связанные с тематикой озоносферы: что такое озон? Почему важен озон в атмосфере Земли? Почему мы говорим про «озоновый слой»? Эти и многие другие вопросы будут рассмотрены в данной курсовой работе.

  Объектом исследования данной курсовой работы является озоносфера. Предметом исследования является распределение озона в атмосфере,

процессы его  образования, местоположение и функции  озонового слоя,

значение озона  в функционировании климатической  системы

источники загрязнения .

Сейчас уже  все понимают, что стратосферный  озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения - ультрафиолета-В.

С конца 70-х годов  ученые стали отмечать неуклонное истощение  озонового слоя. Причиной тому стало проникновение в верхние слои стратосферы озоноразрушающих веществ (ОРВ), используемых в промышленности, молекулы которых содержат хлор или бром. Хлорфторуглероды (ХФУ) или другие  ОРВ, выпущенные человеком в атмосферу, достигают стратосферы, где под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы теряют атом хлора. Агрессивный хлор начинает разбивать одну за другой молекулы озона, сам при этом не претерпевая никаких изменений. Срок существования различных ХФУ в атмосфере от 74 до 111 лет. Расчетным путем доказано, что за это время один атом хлора способен превратить в кислород 100 000 молекул озона.

16 сентября 1987 г.  был принят Монреальский протокол  по веществам, разрушающим озоновый  слой. Впоследствии по инициативе  ООН этот день стал отмечаться как День защиты озонового слоя.

По мнению врачей, каждый потерянный процент озона  в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6% увеличивается количество раковых заболеваний кожи, значительно возрастает число болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека. Наибольшему риску подвержены жители северного полушария со светлой кожей. Но страдают не только люди. Ультрафиолетовое излучение, к примеру, крайне вредно для планктона, мальков, креветок, крабов, водорослей, обитающих на поверхности океана.

Озоновая проблема, первоначально поднятая учеными, вскоре стала предметом политики.

Все развитые страны, за исключением Восточной Европы и бывшего СССР, к концу 1995 г. в  основном завершили поэтапное сокращение производства и потребления озоноразрушающих веществ. С целью оказания помощи остальным государствам был создан Глобальный экологический фонд (ГЭФ).

По данным ООН, благодаря согласованным усилиям  мирового сообщества, предпринятым в последнее десятилетие, производство пяти основных видов ХФУ сократилось более чем вдвое. Темпы прироста озоноразрушающих веществ в атмосфере уменьшились. После этого , полагают ученые, озоновый слой начнет медленно восстанавливаться.

Теоретической основой курсовой работы послужили  литературные источники, представленные в списке литературы, а так же графические данные, полученные из электронных ресурсов.

 

 

1 РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ФУНКЦИИ ОЗОНА В АТМОСФЕРЕ

 

 

Атмосфера состоит  из смеси нескольких газов. Сухой  воздух содержит главным образом  азот, кислород, аргон и углекислый газ. В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 6-10процентов.

 

 

Таблица 1 –  Химический состав сухого воздуха

 

Газ	Объемная  концентрация, %	Молекулярная  масса
Азот	78,08	28,0
Кислород	20,95	32,0
Аргон	0,93	39,9
Углекислый  газ	0,03	44,0

 

 

Озон образуется в верхних слоях атмосферы  из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода. Озоновый «экран» расположен в стратосфере, на высотах от 7-8 км. на полюсах, 17-18 км на экваторе и примерно до 50 км над земной поверхностью. Наибольшая  концентрация озона в слое 22-24 км над Землей [2].

Чтобы рассказать о том, что происходит с атмосферным  озоном, с чем связаны сенсационные сообщения о его скорой гибели и реальные проблемы, волнующие человечество, необходимо сначала дать наиболее общие сведения о распределении озона в атмосфере, о его естественных вариациях в пространстве и во времени и методах его наблюдения [4].

Итак, что же такое озон? Озон - одна из форм существования химического элемента кислорода в земной атмосфере. Озон состоит из азота и кислорода. В приземном воздухе, равно как и во всей атмосфере до высоты около 150 км, и азот, и кислород существуют практически только в форме молекул .Однако на всех высотах в атмосфере идут процессы диссоциации (то есть разрушения молекул), приводящие к появлению атомов N и O.Эти процессы компенсируются быстрыми реакциями обратного соединения атомов в молекулы, поэтому концентрации атомов О и N ниже 100 км очень малы.

С увеличением  высоты скорость процессов диссоциации  растет, а обратных реакций – падает, поэтому относительная концентрация атомарных компонент увеличивается. Но примерно со 100 км атомарный кислород становится одной из основных компонент атмосферы, а на высоте около 150 км концентрации атомов и молекул кислорода сравниваются. На больших высотах кислород существует уже главным образом в виде атомов.

С азотом картина  принципиально та же, но разрушение молекул идет медленнее, чем , поэтому атомы азота начинают доминировать над молекулами лишь выше 300-350 км.

Озон представляет собой третью форму существования  кислорода, когда в молекулу объединены не два, как обычно, а три атома кислорода.

В воздухе всегда присутствует озон, концентрация которого у земной поверхности составляет в среднем 6-10 %. Озон образуется в верхних слоях атмосферы из атомарного кислорода в результате химической реакции под влиянием солнечной радиации, вызывающей диссоциацию молекул кислорода.

Озоновый «экран»  расположен в стратосфере, на высотах от 7-8 км на полюсах, 17-18 км на экваторе и примерно до 50 км над земной поверхностью. Гуще всего озон в слое 22-24 км над Землей.

Слой озона  удивительно тонок. Если бы этот газ сосредоточить у поверхности Земли, то он образовал бы пленку лишь в 2-4 мм толщиной (минимум – в районе экватора, максимум – у полюсов). Однако и эта пленка надежно защищает нас, почти полностью поглощая опасные ультрафиолетовые лучи. Без нее жизнь сохранилась бы лишь в глубинах вод  (глубже 10 м) и в тех слоях почвы, куда не проникает солнечная радиация. Таким образом функции озонового слоя следующие:

1) озон поглощает некоторую часть инфракрасного излучения Земли. Благодаря этому он задерживает около 20 % излучения Земли, повышая отепляющее действие атмосферы;

2) озон – активный газ и может неблагоприятно действовать на человека. Обычно его концентрация в нижней атмосфере незначительна и он не оказывает вредного влияния на человека. Большие количества озона образуются в крупных городах с интенсивным движением автотранспорта в результате фотохимических превращений выхлопных газов автомашин;

3) озон, также,  регулирует жесткость космического излучения. Если этот газ хотя бы частично уничтожается, то, естественно жесткость излучения резко возрастает, а, следовательно, происходят реальные изменения растительного и животного мира;

4) уже доказано, что отсутствие или малая концентрация озона может или приводит к раковым заболеваниям, что самым наихудшим образом отражается на человечестве и его способностью к  воспроизводству [8].

 

2 ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОЗОНА

 

 

Озоносфера (греч. ozo – пахну и sphaira – шар) распространяется в пределах тропосферы, стратосферы и мезосферы до высоты 70 км. Озоносфера имеет огромное климатическое значение. Однако климатическая роль озона в каждой сфере разная. Стратосферный озон сохраняет все живое от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, поглощая волны с длиной короче 0,29 мкм. В тропосфере озон образуется в результате антропогенного загрязнения воздуха и отрицательно воздействует на здоровье людей. В мезосфере озон участвует в образовании ионосферы. Образование озонового слоя на Земле по современным данным датируется 570–400 млн. лет тому назад. Озон ( ) – трехатомный кислород, возникающий в результате расщепления молекул обычного кислорода ( ) и перераспределения его атомов [6].

Озон, водяной  пар и углекислый газ, совместно, образуют парниковый эффект атмосферы. Озон поглощает инфракрасное излучение Земли (9,6 мкм). Увеличение количества озона в тропосфере усиливает парниковый эффект и способствует повышению температуры воздуха. В озоновом слое находится почти 90 % от всего мирового озона, и максимальное количество молекул озона в стратосфере, где концентрация озона самая большая, количество озона составляет 12000 озоновых молекул на каждый 1000000000 молекул воздуха (в т. ч. кислорода и азота).

Концентрация  озона в атмосфере незначительна. Если весь озон осадить около поверхности Земли при нормальном давлении, то толщина слоя составит лишь 2 – 3 мм. Плотность озона распределяется неравномерно как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях [ 9].

В среднем наибольшая плотность озона наблюдается  на высотах 20-25 км. Однако высота максимальной плотности озона зависит от широты и циркуляции атмосферы. В тропиках слой максимальной плотности  располагается наиболее высоко и находится на высоте 25-30 км. Максимум содержания озона приходится на весну, минимум – на осень, причем годовая амплитуда возрастает с широтой. Слой озона (озоновый экран) задерживает большую часть космического излучения. Во внутритропической зоне конвергенции, где сходятся и поднимаются пассаты, наблюдается тонкий с пониженной плотностью слой озона. Это объясняется тем, что при восходящих движениях воздуха, озон попадает в область быстрого распада (25-30 км), где он погибает под воздействием ультрафиолетового излучения. В умеренных широтах слой с максимальной концентрацией озона понижается до высоты 15-20 км, а в полярных – опускается до 13-15 км. Однако в полярных широтах отмечается наибольшая концентрация озона и ее сезонные колебания. Увеличению концентрации озона в полярных широтах способствуют нисходящие движения (погружение) воздуха. Ниже стратосферы озон сохраняется от разрушения. Количество озона, которое присутствует в стратосфере, уравновешивается главным образом химическими реакциями разрушения озона, в основе которых находится способность различных химических веществ связать какую-

 

либо из молекул озона  с тремя атомами кислорода. Однако часть молекул стратосферического озона может и передвигаться  по более низким слоям атмосферы и таким образом увеличивать концентрацию т.н. приземного озона (особенно, в сравнительно незагрязненных регионах Земли) [ 11].

 

 

 

 

Рисунок 1 –  Среднегодовая концентрация озона

 

В тропосфере озон образуется в основном во время гроз и при окислении ряда органических веществ. В свою очередь, количество озона в тропосфере составляет только 20-100 молекул озона на каждый 1 000 000 000 молекул воздуха. Если собрать вместе все молекулы озона – из тропосферы, стратосферы и мезосферы, и равномерно расположить их вокруг Земли, толщина общего слоя озоновых молекул будет меньше 5 мм.

В стратосфере образование  озона осуществляется за счет диссоциации (распада) молекулы кислорода на отдельные атомы: Распад молекулы происходит под воздействием ультрафиолетовых лучей Солнца с длинами волн от 0,18 до 0,24 мкм. Возникшие атомы кислорода О соединяются с молекулярным кислородом и образуют молекулу озона : О + = . Молекула озона гораздо менее устойчива, чем молекулярного кислорода, между ними существует обратимое равновесие. Часть обычных, двухатомных молекул превращается в молекулы озона, в то же самое время озон превращается в молекулярный кислород. Однако, как говорят химики, «равновесие реакции практически полностью сдвинуто влево», это означает, что в озон превращается лишь незначительная часть молекулярного кислорода. Сам по себе молекулярный кислород превращается в озон в количествах, настолько малых, что это превращение можно даже практически не учитывать [12].