Реферат на тему:

Руйнування озонного шару Землі хлорфторвуглеводнями

Руйнування озонного шару Землі хлорфторвуглеводнями

У 1985 р. фахівцями з дослідження атмосфери з Британської антарктичної
служби був представлений разючий факт: весняний вміст озону в атмосфері
над станцією Халлі-Бей в Антарктиді за період з 1977 по 1984 р.
зменшився на 40%. Інші дослідники згодом підтвердили ці висновки. Вони
навіть пішли далі, їм

вдалося довести, що область зниженого вмісту озону виходить за межі
Антарктиди, а за висотою охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну
частину нижньої стратосфери. Літаковий антарктичний озонний експеримент
став найбільш результативним дослідженням озонного шару над Антарктидою.
Протягом усього часу його проведення вченими з 4 країн були зібрані
детальні відомості про область зниженого вмісту озону і про хімічні
процеси, що у ній протікають. Для цього дослідникам довелося кілька
разів підніматися в цю область. Цим було доведено той факт, що в
полярній атмосфері існує озонна «діра». На самому початку 80-х років
подібна діра була знайдена над Арктикою завдяки вимірюванням супутника
«Німбус-7». Втішав лише той факт, що вона була значно меншою, до того ж
падіння рівня озону в ній було не таким великим — близько 9 %. За
підрахунками вчених, у середньому вміст озону на Землі з 1979 по 1990 р.
зменшився на 5 %.

Це відкриття збентежило не тільки дослідників, але й широкі маси
населення 3 нього виразно випливало, шо той шар озону, який оточує нашу
планету, знаходиться в більшій небезпеці, ніж передбачалося раніше.

Стоншення цього шару може призвести до серйозних наслідків для людства.
Вміст озону в атмосфері менший за 0,0001%, однак саме озон повністю
поглинає жорстке ультрафіолетове випромінювання сонця з довжиною хвилі
<280 нм і значно послаблює смугу УФ-Б з 280<1<315 нм, які серйозно уражають клітини живих організмів. Падіння концентрації озону на 1% призводить у середньому до збільшення інтенсивності жорсткого ультрафіолету біля поверхні землі на 2 %. Ця оцінка підтверджується вимірюваннями, проведеними в Антарктиді (правда, через низьке положення сонця, інтенсивність ультрафіолету в Антарктиді все ще нижча, ніж у середніх широтах). За своїм впливом на живі організми жорсткий ультрафіолет близький до іонізуючих випромінювань, однак через більшу, ніж у у-випромінювання, довжину хвилі він не здатен проникати глибоко в тканини, і тому вражає тільки поверхневі органи. Жорсткий ультрафіолет має достатньо енергії для руйнування ДНК й інших органічних молекул, що може викликати рак шкіри, особливо швидкоплинну злоякісну меланому, катаракту й імунну недостатність. Природно, жорсткий ультрафіолет здатен викликати і звичайні опіки шкіри й роговиці. Уже зараз в усьому світі помітним є зростання числа захворювань на рак шкіри, однак значна кількість інших факторів (наприклад, чимала популярність засмаги, яка призводить до того, що люди більше часу проводять на сонці, у такий спосіб одержують велику дозу УФ опромінення) не дозволяє однозначно стверджувати, що це спричинене зменшенням вмісту озону. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому становить велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, який живе в приповерхневому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УФ може серйозно постраждати і навіть загинути повністю. Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських екосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхневих шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорстокого УФ, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно зменшиться, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УФ випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду. Запишемо утворення озону за допомогою рівняння: О2+О?О3. Атомарний кисень, необхідний для цієї реакції, на висоті більш ніж 20 км утворюється шляхом розщеплення кисню завдяки впливу ультрафіолетового випромінювання з К240 нм. 02 + h ? 2О. Фотони нижче цього рівня практично не проникають. У такий спосіб виникають атоми Оксигену завдяки фотодисоціаціі нітроген двооксиду фотонами м'якого ультрафіолету з <400 нм. NO2+h?NO + O Молекули озону починають руйнуватися, коли вони потрапляють на частинки аерозолів або на поверхню землі, але основний стік озону визначають цикли каталітичних реакцій у газовій фазі: 03 + Y?YO + O2, YO + O?Y + O2, де ? = NO, ОН, Сі, Вг. Ще наприкінці 1960-х років була вперше висловлена думка про те, що існує небезпека руйнування озонного шару. Тоді вважалося, що головну небезпеку для атмосферного озону становлять викиди водяної пари й нітроген оксидів . (NOx) із двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Слід, однак, зауважити, що надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося. На цьому етапі з комерційною метою використовується тільки «Конкорд», який робить усього кілька рейсів у тиждень, літаючи між Америкою І Європою. Військові літаки представлені винятково надзвуковими стратегічними бомбардувальниками, такими як В1-В або Ту-160, і розвідувальними літаками типу SR-71. Підраховано, що це не може становити серйозної небезпеки для озонного шару. Викиди нітроген оксидів з поверхні землі як результат спалювання викопного палива і масового виробництва й застосування азотних добрив також становлять собою певну небезпеку для озонного шару. Слід додати, що нітроген оксиди не є стійкими, тому досить легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Ракети зараз також запускають не часто. Однак хлоратні тверді види палива, що використовуються в сучасних космічних системах, наприклад у твердопаливних прискорювачах «Спейс-Шаттл» або «Аріан», можуть завдати серйозної шкоди озонному шару в районі запуску. У 1974 р. М. Моліна і Ф. Роуленд із Каліфорнійського університету в Ірвіні довели, що хлорфторвуглеці (ХФВ) можуть викликати руйнування озону. З цього часу так звана хлорфторвуглецева проблема стала однією з найголовніших у вивченні забруднень атмосфери. Хлорфторвуглеці вже більше 60 років застосовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, пропеленти — для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти — у вогнегасниках, очисниках, для електронних приладів при хімічному чищенні одягу, при виробництві пенопла-стиків. Були часи, коли їх вважали ідеальними хімічними речовинами для практичного застосування, тому що вони неактивні й дуже стабільні, що передбачає нетоксичність. Як це не дивно, саме їхня інертність стає небезпечною для атмосферного озону. У тропосфері ХФВ не можуть швидко розпадатися, як більшість нітроген оксидів. У результаті ХФВ потрапляють у стратосферу, верхня межа якої лежить на висоті приблизно 50 км. Коли ж молекули цих сполук піднімаються до висоти близько 25 км, де концентрація озону найвища, на них дуже сильно впливає ультрафіолетове випромінювання, яке не може опуститися нижче через дію озону, який його екранує. Ультрафіолет руйнує стабільні в звичайних умовах молекули ХФВ, І вони розпадаються на компоненти, що мають високу реактивну здатність, зокрема атомний хлор. Завдяки цьому ХФВ мають можливість переносити хлор з поверхні землі через тропосферу і нижні шари атмосфери (де менш інертні сполуки хлору руйнуються) у стратосферу, де знаходиться найбільша концентрація озону. Слід зауважити, що хлор при руйнуванні озону діє, як каталізатор: у ході хімічного процесу його кількість не зменшується. Через це виходить, що один атом Хлору може зруйнувати до 100 000 молекул озону, перш ніж буде дезактивований або повернеться в тропосферу. На сьогодні викид ХФВ в атмосферу обчислюється мільйонами тонн, однак якщо навіть цілком припинити виробництво й використання ХФВ, неможливо буде досягти негайного позитивного результату. Дія ХВВ, шо потрапили в атмосферу, відчуватиметься протягом декількох десятиліть. Ученими підраховано, що час дії в атмосфері для найпоширеніших ХФВ — фреон-11 і фреон-12 — складає 75 і 100 років відповідно. Нітроген оксиди можуть зруйнувати озон, хоча, проте, можуть і реагувати з хлором. Наприклад: О3+Сl?СlО + О2, СЮ + NO ? NO2 + СІ, N02?NO+O, O2+O?O3 У результаті такої реакції вміст озону не змінюється. Більш значною буде інша реакція: C1 + NO2?C1ONO2. Хлористий нітрозил, що утворюється в результаті подібної реакції, у цьому випадку стає своєрідним резервуаром хлору. Хлор, який у ньому знаходиться, стає неактивним і не може вступати в реакцію з озоном. У підсумку подібна молекула-резервуар поглинає фотон або вступає в реакцію з різними молекулами, шоб вивільнити хлор. При цьому вона навіть може покинути стратосферу. Підрахунки Підтверджують, що при відсутності в стратосфері нітроген оксидів озон руйнувався б набагато швидше. Другим значним резервуаром хлору буде хлористий водень НС1, що утворюється при реакції атомарного хлору й метану СН4 У результаті таких страшних аргументів більшість країн вирішила вжити заходів, спрямованих на скорочення виробництва й використання ХФВ. Уже з 1978 р. у США заборонили використання ХФВ в аерозолях. Однак в інших областях це обмеження не діяло. У вересні 1987 р. 23 провідними країнами світу була підписана в Монреалі конвенція, яка зобов'язувала їх знизити споживання ХФВ. Відповідно до досягнутої домовленості розвинуті країни повинні були до 1999 р. знизити споживання ХФВ до половини рівня 1986 р. Для використання замість пропеленту в аерозолях уже знайдений добрий замінник ХФВ — пропан-бутанова суміш. За фізичними параметрами вона практично не поступається фреонам, однак, на відміну від них, вогненебезпечна. І все-таки подібні аерозолі масово виробляються багатьма країнами. Трохи напруженіше становище склалося з холодильними установками. Вони е другими за величиною споживачами фреонів. Біда в тому, що через полярність молекули ХФВ мають високу теплоту випаровування; і це є головним у холодильниках і кондиціонерах. Найбільш оптимальним з відомих на сьогодні замінників фреонів є аміак, однак він токсичний і до того ж поступається ХФВ за фізичними параметрами. Добрі результати отримані для повністю фторованих вуглеводнів. Чимало країн почали розробки нових замінників, І вони вже досягнули певних практичних результатів. Однак повністю ця проблема ще не вирішена. Фреони як і раніше потрібні, тому ще рано вести мову про стабілізацію рівня ХФВ в атмосфері. Існують дані мережі Глобального моніторингу змін клімату. Вони повідомляють, що у фонових умовах — на берегах Тихого й Атлантичного океанів І на островах, удалині від промислових і густонаселених районів — концентрація фреонів дорівнює 11 і 12, і продовжує зростати зі швидкістю 5—9 % на рік. І навіть вміст у стратосфері фотохімічних активних сполук Хлору зараз удвічі-втричі вищий, якщо порівнювати його з рівнем 50-х років, до масового запуску виробництва фреонів. Сучасні вчені припускають, що прогнози щодо сильного зменшення вмісту озону в атмосфері за умови збереження нинішнього рівня викиду ХФВ були занадто песимістичні. Слід враховувати, що озонова діра над Антарктидою переважно є наслідком метеорологічних процесів. Озон може утворюватися винятково при наявності ультрафіолету, якого немає під час полярної ночі. Під час зимового періоду над Антарктидою виникає стійкий вихор, який не дає багатому на озон повітрю проникати із середніх широт. Через це до початку весни навіть маленька кількість активного хлору може завдати глобальної шкоди озонному шару. Такого вихору немає над Арктикою, завдяки чому в Північній півкулі немає такого глобального падіння концентрації озону. Чимало дослідників дотримується думки, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці хмари частіше спостерігаються над Антарктидою, ніж над Арктикою. Вони утворюються під час зимового періоду в той момент, коли при відсутності сонячного світла і в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди температура в стратосфері падає нижче за 80 °С. Учені припускають, що сполуки Нітрогену конденсуються, замерзають і залишаються зв'язаними з хмарними частинками і тому позбавляються можливості вступити в реакцію з хлором. Правдоподібним є й інше припущення: хмарні частинки здатні каталізувати розпад озону й резервуарів хлору. Це підтверджує той факт, що ХФВ здатен викликати помітне зниження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, а для помітного ефекту в середніх широтах концентрація активного хлору повинна бути набагато вищою. До того ж під час руйнування озонного шару жорсткий ультрафіолет почне проникати глибше в атмосферу. Це підтверджує, що утворення озону буде відбуватися як і раніше, але тільки трохи нижче, в області з великим вмістом кисню. Але в такому випадку озонний шар більшою мірою зазнаватиме впливу атмосферної циркуляції. ' Нехай песимістичні початкові висновки на сьогоднішній момент переглянуті, однак це не може означати, що проблема зникла. Підтвердилося тільки те, що не існує нагальної небезпеки. Відомо одне: при сучасному рівні викиду ХФВ в атмосферу можливі дуже серйозні біосферні порушення уже в другій половині XXI ст. Висновок неминучий: необхідно скорочувати використання ХФВ. Людина постійно впливає на природу, її вплив усе збільшується І вже на сьогодні сягнув такого рівня, коли біосфера може зазнати непоправної шкоди. Уже не раз було так, що ті речовини, які начебто здавалися зовсім нешкідливими, насправді спричиняли справжню катастрофу. Ще років двадцять назад ніхто не припускав, що звичайний аерозольний балончик є чималою небезпекою для нашої планети. На превеликий жаль, учені не завжди можуть вчасно передбачити, наскільки серйозно вплине та або інша сполука на біосферу. І все-таки у випадку з ХФВ це було можливо зробити, тому що ті хімічні реакції, за допомогою яких описуються процеси руйнування озону ХФВ, дуже прості' й усім давно відомі. Однак і після формулювання в 1974 р. проблеми ХФВ єдиною кращою, яка почала хоча б якісь заходи для скорочення виробництва цієї речовини, були США. Але і ці заходи виявилися недостатніми. Потрібна була серйозніша демонстрація небезпеки ХФВ, щоб у світовому масштабі можна було вжити заходів. Проте навіть після того, як була виявлена озонова діра, ратифікація Монреальської конвекції перебувала під загрозою. Хочеться вірити, що проблема ХФВ допоможе людству з великою увагою й обережністю ставитися до всіх речовин, що потрапляють у результаті життєдіяльності людини до біосфери.

Похожие записи