.

Разрушение озонового слоя Земли хлорфторуглеводородами

Язык: русский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
87 791
Скачать документ

ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ

Разрушение озонового слоя Земли хлорфторуглеводородами

Реферат по химии ученика 9»в» класса

Калмынина Кирилла

Г. Санкт-Петербург

2004 г.

ОЗОН (от греч. ozon — пахнущий) – Оз, аллотропная модификация кислорода.
Газ синего цвета с резким запахом, t кипения — 112 °С, сильный
окислитель. При больших концентрациях разлагается с взрывом. Образуется
из кислорода (О2) при электрическом разряде (напр., во время грозы) и
под действием ультрафиолетового излучения (напр., в стратосфере под
действием ультрафиолетового излучения Солнца). Основная масса озона (Оз)
в атмосфере расположена в виде слоя — озоносферы — на высоте от 10 до 50
км с максимумом концентрации на высоте 20-25 км. Этот слой предохраняет
живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой
ультрафиолетовой радиации Солнца. В промышленности О3 получают действием
на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и
воздуха.

1

Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы
превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды
главным образом благодаря тому огромному влиянию, которое она по всей
вероятности будет оказывать на мировое сообщество.

Многие ученые – естественники рассматривают термин “окружающая среда”
как синоним слову “природа”. Однако природа становится окружающей средой
только тогда когда рассматривается в социальном контексте: человеческое
общество зависит от природы и, взаимодействуя с ней, изменяет её в
различных пространственно-временных масштабах.

В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской
Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее
содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде
уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод
подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область
пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по
высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней
стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над
Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озоновый
Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в
область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее
размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это
означало, что в полярной атмосфере имеется озоновая “дыра”. (Озоновая
дыра – разрыв озоносферы диаметром св. 1000 км, возникший над
Антарктидой и перемещающийся в населенные районы Австралии. Озоновая
дыра возникла предположительно в результате антропогенных воздействий,
в т. ч. широкого использования в промышленности и быту хлорсодержащих
хладонов (фреонов), разрушающих озоновый слой. Озоновая дыра
представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой
защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения
Солнца. В 1985 принята Венская конвенция об охране озонового слоя, в
1987 — Монреальский протокол. Озоновая дыра была обнаружена английским
исследователем Дж. Фарманом в 1982. В 1992 озоновая дыра открыта также
над Арктикой.)

В начале 80-х по измерениям со спутника “Нимбус-7”
аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала
значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так
велико – около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона
упало на 5%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую
общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий
нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее.
Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для
человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно
озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с
длиной волны l

@

B

D

heF

B*

j heF

B*

j heF

B*

ph™3 heF

 B*

j heF

hBOB*

heF

B*

ph™3 heF

B*

ph™3 heF

hBOB*

ph™3 heF

h o/B*

ph™3 heF

B*

ph™3- heF

B*

heF

h_[aB*

heF

AB*

! heF

B*

heF

B*

heF

B*

EHueyph™3 heF

B*

ph™3 heF

AB*

???????? ?о озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое
атмосферы, который простирается от поверхности земли до высоты 10 км),
как это происходит, например, с большей частью окислов азота, и, в конце
концов, проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается
на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно
25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному
воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие
высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает
устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на
компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности
атомный хлор. Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности земли
через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения
хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией
озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно
катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается.
Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул
озона, прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас
выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить,
что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и
использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие
уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий.
Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко
используемых ХФУ фреон-11 (CFCl3) и фреон-12 (CF2Cl2) составляет 75 и
100 лет соответственно.

Оксиды азота способны разрушать озон, однако, они могут реагировать и с
хлором. Например:

O3+Cl=ClO+O2

ClO+NO=NO2+Cl

NO2=NO+O

O2+O=O3

в ходе этой реакции содержание озона не меняется. Более важной является
другая реакция:

ClO+NO2=ClONO2

образующийся в ее ходе хлористый нитрозил является так называемым
резервуаром хлора. Содержащийся в нем хлор неактивен и не может вступить
в реакцию с озоном. В конце концов, такая молекула-резервуар может
поглотить фотон или вступить в реакцию с какой-нибудь другой молекулой и
высвободить хлор, но она также может покинуть стратосферу. Расчеты
показывают, что если бы в стратосфере отсутствовали оксиды азота, то
разрушение озона шло бы намного быстрее. Другим важным резервуаром хлора
является хлористый водород HCl, образующийся при реакции атомарного
хлора и метана СH4.

3

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры
направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в
США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению,
использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987
г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их
снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые
страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986
г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден
неплохой заменитель ХФУ – пропанобутановая смесь. По физическим
параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них,
огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих
странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными
установками – вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что
из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень
важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим
известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен
и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты
получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах
ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие
практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации
уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга
изменений климата, в фоновых условиях – на берегах Тихого и
Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и
густонаселенных районов – концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее
время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере
фотохимические активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза
выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства
фреонов.

4

Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при
сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание
озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком
пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является
следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно
только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой
над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку
богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже
небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб
озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому
в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше.
Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают
влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые
гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются
зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях
метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает
ниже -80°. Можно предположить, что соединения азота конденсируются,
замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются
возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные
частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Все
это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение
концентрации озона только в специфических атмосферных условиях
Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация
активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении
озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу.
Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но
только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда,
в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию
атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в
коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее, что стало ясно нет
серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки
предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные
биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать
использование ХФУ по-прежнему необходимо.

5

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже
достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый
ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось
совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет
двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный
аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в
целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то
или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с
ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс
разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже
после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной
страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ были
США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно
серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты
серьезные меры в мировом масштабе.

Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры,
ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под
угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской
относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате
деятельности человечества.

АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на природу, различные формы влияния
деятельности человека на природу. Антропогенные воздействия охватывают
отдельные компоненты природы и природные комплексы. Количественной и
качественной характеристикой антропогенных воздействий является
антропогенная нагрузка. Антропогенные воздействия могут носить как
позитивный, так и негативный характер; последнее вызывает необходимость
в применении специальных природоохранных мер.

ХЛАДОНЫ (фреоны) – техническое название группы насыщенных
алифатических галогенсодержащих углеводородов, применяемых в качестве
хладагентов; газы (напр., CCl2F2, t кип — 29,8 °C) или летучие жидкости
(напр., CCl3F, t кип 23,7 °C). Нетоксичны, не образуют взрывоопасных
смесей с воздухом, не реагируют с большинством металлов. Используются
как пропелленты, растворители и др. Некоторые хладоны разрушающе
действуют на озоновый слой атмосферы Земли, в связи, с чем объем их
производства сокращается.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020