ФИО педагога, руководителя Макиян Ирина Владимировна

ФИО
педагога,
руководителя Макиян Ирина Владимировна
ученического проекта
ФИО участника (или нескольких Платонова Яна Юрьевна
участников)
Регион
Ставропольский край
Полное название ОУ
Государственное
бюджетное
образовательное
учреждение
дополнительного образования детей
«Краевой центр экологии, туризма и
краеведения»
ФИО руководителя ОУ
Зима Татьяна Михайловна
Почтовый адрес (с индексом) 355042, Ставропольский край, г.
педагога, руководителя проекта
Ставрополь, ул. Доваторцев, д. 63/1
кв.30
Электронный
адрес
педагога, [email protected]
руководителя проекта (e-mail)
Название номинации
Номинация 1. «Биосфера»: проблемы
природных экосистем
Тема проекта
Озоновый слой
Аннотация
Проблема сохранения озонового слоя – это одна из глобальных проблем
современности. Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как
образовался охранный озоновый слой планеты, прикрывший ее от жестокого
ультрафиолетового излучения. Мы предлагаем: 1) Информировать население через
средства массовой информации о причинах разрушения озонового слоя Земли;
2) предоставлять информацию в СМИ о технологиях, позволяющих использовать
холодильную
технику,
кондиционирование
воздуха
и
теплоизоляционные
пеноматериалы, не нанося ущерба озоновому слою; 3) продолжать наблюдения за
озоновым слоем, чтобы оперативно отслеживать непредвиденные изменения.
ГБОУ ДОД «КРАЕВОЙ ЦЕНТР ЭКОЛОГИИ, ТУРИЗМА И КРАЕВЕДЕНИЯ»
МБОУ СОШ №7 г. СТАВРОПОЛЯ
Номинация 1. «Биосфера»: проблемы природных экосистем
ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ
Автор: Платонова Яна Юрьевна,
учащаяся 7 класса МБОУ СОШ №7
г. Ставрополя, воспитанница ГБОУ
ДОД «КЦЭТК»
Руководитель:
Макиян Ирина Владимировна, педагог
дополнительного образования
ГБОУ ДОД «КЦЭТК»
Ставрополь, 2013
2
Содержание
Введение ....................................................................................................................... 3
1. Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли................... 4
2. Формирование и разрушение озонового слоя........................................................ 8
3. Причины разрушения озонового слоя..................................................................... 9
4. Озоновые дыры и их влияние................................................................................... 11
5. Пути решения проблем............................................................................................. 14
Заключение..................................................................................................................... 16
Список литературы....................................................................................................... 17
3
Введение
Озоновый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в
тропических широтах 25-30 км, в умеренных 20-25, в полярных 15-20), в которой
под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород
(О2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами
О2, образуя озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³)
поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от
губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла
бы вообще выбраться из океанов (Ларин, 2000) и высокоразвитые формы жизни
типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность
озона встречается на высоте около 20-25 км, наибольшая часть в общем объёме —
на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в
атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой,
покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая
под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.
4
1. Озон в атмосфере. Озоновый слой - ультрафиолетовый щит Земли
Озон содержится в атмосфере до высот 100 км, но в ничтожно малом
количестве (до 0,001 %), однако без него жизнь на земле была бы совсем не такой,
какой мы наблюдаем её сейчас. Молекула озона О3 образуется соединением
молекулы О2 и атома О, когда они вместе встречаются еще с одной молекулой М,
которой может быть любая частица, в том числе и молекула азота N2. Она
необходима, чтобы поглотить энергию, которая выделяется при образовании О 3.
Нижняя граница слоя атмосферы, где образуется большое количество озона,
находится на высоте 10–15 км, а верхняя – на высоте около 50 км. Этот слой
называется озоносферой. Максимум концентрации молекул озона соответствует
высоте около 25 км, однако, даже здесь имеется не более 5–10 молекул озона на
миллион молекул воздуха. Озон, образующийся выше 8–12 км, часто называют
стратосферным озоном, чтобы отличить его от тропосферного озона, который
образуется в результате других процессов в приземном слое атмосферы.
Количество тропосферного озона не превышает 10% от общего содержания озона в
атмосфере. Общее содержание озона в вертикальном столбе атмосферы, если его
привести к нормальному давлению (760 мм.рт. ст.) и температуре (0°С), и собрать в
слой, то высота этого слоя составит около 3 мм.
Озоновый слой охватывает всю Землю, но его толщина сильно меняется,
возрастая от экватора к полюсу. Озон образуется в течение всего года в
стратосфере над экваториальным поясом. Благодаря переносу его воздушными
течениями он перемещается в направлении полярных широт. На планете четко
выделяется тропическая область недостаточно малого содержания озона от 35° с.ш.
до 35° ю.ш., где средняя приведенная толщина слоя О3 около 2,6 мм. К северу и
югу от нее толщина слоя больше – 3,5 мм. Озон испытывает значительные
вариации в течение года, причем они минимальны над тропиками и максимальны в
5
высоких широтах. Максимальные значения содержания озона на всех широтах
наблюдается в конце зимы и весной, минимальные - осенью и начале зимы. С
увеличение широты происходит сдвиг времени наступления максимума на более
поздние месяцы. Так, в Алма-Ате максимум толщины слоя озона наблюдается в
феврале, в Санкт-Петербурге – в марте, на о. Диксон – в мае [9].
На процессы разрушения озонового слоя, как выяснилось, может
существенное влияние оказывать человек. В середине семидесятых годов, стало
известно, что некоторые вещества могут вызывать уменьшение содержания
стратосферного озона. Это - фреоны (газы, используемые в холодильниках и
аэрозольных баллончиках) и продукты, возникающие при полетах высотной
авиации, при запусках ракет, а также многие другие азотистые вещества,
используемые на поверхности земли.
Фреоны и другие азотистые вещества, высвобожденные около земной
поверхности, медленно поднимаются и, в конце концов, через 10-20 лет достигают
верхней
границы
озонового
слоя,
где
оказываются
под
воздействием
ультрафиолетового излучения Солнца. К сожалению, под действием которого
молекулы этих веществ расщепляются с образованием хлора и азота, которые с
свою очередь могут реагировать с озоном и уменьшать его содержание в
атмосфере [9].
В 1985 г. английские ученые опубликовали статью, в которой утверждалось,
что каждой весной, начиная с 1980 г., над Антарктидой образуются значительные
области уменьшения общего содержания озона. Этот результат журналисты
превратили в сенсацию, объявив о существовании "озоновой дыры" над
Антарктидой. Этот термин условный, т.к. речь идет не о каких-то областях в
атмосфере, где вообще отсутствует озоновый слой, единственный защитник
живого на Земле от губительной ультрафиолетовой радиации Солнца, а
рассматривается
явление
весеннего
уменьшения
6
содержания
озона
над
Антарктидой. Сегодня принято аномалии озона относить к "озоновым дырам",
если дефицит озона превышает 30%.
Причина образования озоновой дыры над Антарктидой связана, прежде
всего, с систематическим увеличением в стратосфере Земли окислов хлора,
и
других озоноразрушающих веществ. Глубина и пространственные размеры этой
дыры имеют тенденцию к увеличению. Так, в первой половине 90-х годов площадь
озоновой дыры составляла 15 млн. кв. км и продолжительность её существования
изменялась в пределах 32-63 дня, в 1995 году она превышала 20 млн. кв. км и
продолжительность составляла 71 день. В конце 1999 года появилась информация
о том, что площадь озоновой дыры достигла 25 млн. кв. км, и периферия её
располагается уже у берегов Новой Зеландии. При этом было зарегистрировано
самое минимальное количество озона (начиная 1985 года), и которое уменьшилось
примерно в три раза по сравнению с уровнем озона над Антарктидой в 70-х годах.
В октябре 2000 года, новозеландские ученые посчитавшие современные размеры
озоновой дыры (29,53 млн. кв. км), указали, что в зону её действия уже попал город
Пунта-Аренас (Чили), а в скором, отдельные сегменты озоновой дыры начнут
угрожать Аргентине, Австралии и ЮАР (рис 1) [9].
Рис. 1. "Озоновая дыра" над Антарктидой
7
Сейчас площадь озоновой дыры сравнима с размерами Северной Америки.
Пока, ученые не решаются говорить об уменьшении размеров озоновой дыры.
Скорее, они заявляют о её стабилизации, т.к. уже третий год (1999-2001 гг.) дыра
не превосходит границ 30 млн. кв. км. При сохранении современного уровня
выбросов разрушающих озон веществ в атмосферу размер озоновой дыры начнет
уменьшаться только через 50-60 лет [9].
В последние годы области дефицита озона были зарегистрированы и над
Северным
полушарием.
Площадь
этих
областей
существенно
меньше
антарктической озоновой дыры и они могут наблюдаться над различными
регионами Северного полушария, их принято называть локальными озоновыми
дырами.
Одна из таких локальных озоновых дыр наблюдается над Центральной
Азией, которая первый раз бала замечена в августе 1984 г. В дальнейшем, она
наблюдалась в апреле 1985 г., в апреле 1988 г., с апреля по июнь 1990 г., в апреле
1992 г., с января по июнь 1993 г., с февраля по июнь 1995 г., с марта по май 1997 г.
Максимальное истощение озонового слоя над горным регионом Центральной Азии
было зарегистрировано в апреле 1997 года и составило 18%. Эти данные были
получены в результате многолетних, круглогодичных, ежесуточных наблюдений
параметров атмосферы над горным регионом Центральной Азии. Наблюдения
проводились на уникальной научной станции Иссык-Куль, которая расположена на
берегу озера Иссык-Куль, в 10 км западнее города Чолпон-Ата.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в конце ХХ столетия не
только в Южном, но и в Северном полушарии, появление озоновых дыр с
дефицитом озона в 10–40%, т.е. в 2,5 - 9 раз превышающий максимальный уровень
естественных колебаний, стало обыденным явлением. Проблема утраты озонового
слоя может привести к возрастанию ультрафиолетовой радиации Солнца, что будет
8
оказывать влияние не только на все население планеты, но и на все живое на Земле
(Быковская, 2010).
2. Формирование и разрушение озонового слоя
Как уже было сказано, озон в стратосфере – это продукт воздействия самого
ультрафиолета (УФ) на молекулы кислорода (О2). В результате некоторые из них
распадаются на свободные атомы, а те в свою очередь могут присоединяться к
другим молекулам кислорода с образованием озона (О3). Однако весь кислород не
превращается в озон, так как свободные атомы О, реагируя с молекулами озона,
дают две молекулы О2. Таким образом, количество озона в стратосфере не
статично; оно представляет собой результат равновесия между этими двумя
реакциями. Разрушение озонового слоя – это разделение молекул озона, которое
вызывают встречаемые в стратосфере вещества, разрушающие озоновый слой
(OSNV), возникающие в результате природных процессов (например, извержения
вулканов) или эмитированные (высвобожденные) в результате деятельности
человека, и содержащие хлор (Cl) или бром (Br); а также метан или оксид азота (I)
– (N2O) [6].
Самые существенные этапы разрушения озонового слоя:
1)Эмиссии: в результате деятельности человека, а также в результате
природных процессов на Земле эмитируются (высвобождаются) газы, содержащие
галогены (бром и хлор), т.е. вещества, разрушающие озоновый слой.
2)Аккумулирование
аккумулируются
(эмитированные
(накапливаются)
в
газы,
нижних
содержащие
атмосферных
слоях,
галогены,
и
под
воздействием ветра, а также потоков воздуха перемещаются в регионы, которые не
находятся в прямой близости с источниками такой эмиссии газов).
3)Перемещение
(аккумулированные
газы,
содержащие
помощью потоков воздуха перемещаются в стратосферу).
9
галогены,
с
4)Преобразование (бóльшая часть газов, содержащих галогены, под
воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере преобразуется в
легко реагирующие галогенные газы, в результате чего в полярных регионах
Земного шара разрушение озонового слоя происходит сравнительно активнее).
5)Химические реакции (легко реагирующие галогенные газы вызывают
разрушение озона стратосферы; фактор, способствующий реакциям – полярные
стратосферные облака).
6)Удаление (под воздействием воздушных потоков легко реагирующие
галогенные газы возвращаются в тропосферу, где из-за присутствующей в облаках
влажности и дождей разделяются, и таким образом из атмосферы полностью
удаляются) [6].
3. Причины разрушения озонового слоя
В 1970-е годы учёные предположили, что свободные атомы хлора
катализируют процесс разделения озона. А люди ежегодно пополняют состав
атмосферы свободным хлором и прочими вредными веществами. Причём
относительно небольшое их количество может наносить значительный ущерб
озоновому экрану, причём это влияние буде продолжаться неопределённо долго,
так как атомы хлора, например, покидают стратосферу очень медленно.
Большая часть хлора, используемая на земле, например, для очистки воды,
представлена его растворимыми в воде соединениями ионами. Следовательно, ни
вымываются из атмосферы осадками задолго до того, как попасть в стратосферу.
Хлорфторуглероды (ХФУ) очень летучи и нерастворимы в воде. Следовательно,
они не вымываются из атмосферы и, продолжая распространяться в ней, достигают
стратосферы. Там они могут разлагаться, высвобождая атомарный хлор, который
10
собственно и разрушает озон. Таким образом, ХФУ наносят ущерб, выступая в
роли переносчиков атомов хлора в стратосферу.
Хлорфторуглероды относительно инертны химически, негорючи и ядовиты.
Более того, будучи газами при комнатной температуре, они ожигаются при
небольшом давлении в выделением тепла, а испаряясь, вновь его поглощают и
охлаждаются. Эти свойства позволили применять их в следующих целях.
1)Хлорфторуглероды используются практически во всех холодильниках,
кондиционерах воздуха и тепловых насосах как хлорагенты. Поскольку эти
приспособления рано или поздно ломаются и выбрасываются, содержащиеся в них
ХФУ обычно попадают в атмосферу.
2) Вторая важнейшая область их применения – производство пористых
пластмасс. ХФУ подмешивают в жидкие пластмассы при повышенном давлении
(они растворимы в органических веществах). Когда давление понижают, они
вспенивают пластмассу, как углекислый газ вспенивает содовую воду. И при этом
ХФУ улетучиваются в атмосферу.
3)Третья основная область их применения – электронная промышленность,
а именно очистка компьютерных микросхем, которая должна быть весьма
тщательной. И опять же, хлорфторуглероды попадают в атмосферу. Наконец, в
большинстве стран, кроме США их, до сих пор используют как носители в
аэрозольных баллончиках, которые распыляют их в воздухе.
Ряд промышленных стран (например, Япония) уже объявили об отказе от
использования долгоживущих фреонов и переходе на короткоживущие, время
жизни которых существенно меньше года. Однако в развивающихся странах такой
переход (требующий обновления ряда областей промышленности и хозяйства)
встречает понятные трудности, поэтому реально вряд ли можно ожидать полного
прекращения в обозримые десятилетия выброса долгоживущих фреонов, а значит,
и проблема сохранения озонового слоя будет стоять очень остро.
11
4. Озоновые дыры и их влияние
Озоновая дыра — локальное падение концентрации озона в озоновом слое
Земли. До недавнего времени состояние слоя озона не внушало опасений.
Тревожные сигналы начали поступать 20 лет назад. С началом космических
исследований атмосферы Земли
осенью 1985 года обнаружено нарушение
озонового слоя над Антарктидой. Оказалось, что во время антарктической весны
уровень озона в атмосфере там значительно ниже нормы. Ежегодно в одно и то же
время количество озона уменьшалось — иногда в большей степени, иногда в
меньшей.
В последующие годы ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра.
Когда солнце прячется и начинается долгая полярная ночь, происходит резкое
падение температуры, и образуются высокие стратосферные облака, содержащие
кристаллики льда. Появление этих кристалликов вызывает серию сложных
химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора (молекула
хлора состоит из двух соединенных атомов хлора). Когда появляется солнце и
начинается антарктическая весна, под действием ультрафиолетовых лучей
происходит разрыв внутримолекулярных связей, и в атмосферу устремляется поток
атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения
озона в простой кислород. В результате этих реакций молекулы озона (O3)
превращаются в молекулы кислорода (O2), причем исходные атомы хлора остаются
в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе (каждая молекула хлора
разрушает миллион молекул озона до того, как они удалятся из атмосферы под
действием других химических реакций). Вследствие этой цепочки превращений
озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру.
Однако вскоре, с потеплением, антарктические вихри разрушаются, свежий воздух
(содержащий новый озон) устремляется в этот район, и дыра исчезает.
12
В феврале 1989 года ученые исследовали стратосферу над Арктикой и
обнаружили присутствие тех же самых химических факторов. Они пришли к
выводу, что и тут содержание озона может резко сократиться. Это будет зависеть
только от конкретных погодных условий очередного года. Если над Арктикой
образуется озоновая дыра, то последствия будут гораздо более серьёзными, т.к. там
гораздо больше организмов, которые могут пострадать. Даже периодическое
раскрытие такой дыры над Антарктидой чревато значительными потерями
морского фитопланктона. А это, в свою очередь, сильно повлияет практически на
всех антарктических животных от пингвинов до китов, так как фитопланктон –
основа почти всех пищевых цепей данного региона. Если нынешние выбросы ХФУ
в атмосферу сохранятся, то можно ожидать лишь расширения и «углубления»
озоновых дыр над полюсами. Естественно, это повлечёт за собой разрежение
озонового слоя над всей планетой, что совершенно недопустимо как для животного
мира, так и для всего человечества в целом.
Однако, существует и другая точка зрения. Откуда озоновые дыры вдали от
техногенных регионов, например, в Якутии, Тибете и
над безлюдными
территориями Сибири? Существует мнение, что изменения циркуляции атмосферы
вызваны
стационарными
планетарными
волнами,
которые
проникают
в
стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и
других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих
волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому
изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой
активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются
западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются
полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона.
Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что
основной причиной озоновой "дыры" в Антарктике вполне может быть длительное
13
ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными
процессами в Мировом океане.
Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания
озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности
отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за
меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась
циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой "дыры".
В последнее время появление озоновых дыр наблюдается периодически и
над всей поверхностью земли. Кроме того, истончается сам озоновый слой Земли.
Для человека это грозит повышением раковых образований кожи. Но если человек
может защитить себя от ультрафиолетового излучения, то животный и
растительный мир остаётся перед ним беззащитным.
14
5. Пути решения проблем
Учеными ведутся поиски путей восстановления озонового слоя. В начале
для этой цели предлагалось создание фабрик по производству озона, после чего
доставлять его на самолетах в атмосферу. Другим вариантом является создание
аэростатов оснащенных лазерами, имеющих питание от солнечных батарей,
которые будут использовать кислород для создания озона. Наиболее же реальным
выходом из этой ситуации является сокращение вырубки лесов, и увеличением
зеленых насаждений.
Все выше сказанное натолкнуло нас на проведение опроса среди
одноклассников и родителей. Нас интересовало, знают ли одноклассники о
существовании озонового слоя Земли, о причинах его разрушения, а также готовы
ли они отказаться от использования озоноразрушающих веществ?
30
25
20
да
15
нет
10
Столбец2
5
0
вопрос 1
вопрос 2
вопрос 3
Опрос:
Вопрос 1. Волнует ли вас разрушение озонового слоя Земли?
Вопрос 2. Знаете ли вы что, разрушает озоновый слой?
Вопрос 3. Готовы ли вы отказаться от использования озоноразрушающих веществ?
15
Всего нами было опрошен 31 респондент (из них 4 взрослых и 27
школьников).
По итогам опроса мы получили следующие результаты: 52% опрошенных
волнует разрушение озонового слоя, 81% – не знают, что является причиной
разрушения
озонового
слоя
и
58%
опрошенных
готовы
отказаться
от
использования озоноразрушающих веществ.
Исходя из всего выше сказанного мы предлагаем:
1) Информировать чаще население через средства массовой информации о
причинах разрушения озонового слоя Земли;
2) предоставлять информацию в СМИ о технологиях, позволяющих
использовать
холодильную
технику,
кондиционирование
воздуха
и
теплоизоляционные пеноматериалы, не нанося ущерба озоновому слою;
3) Продолжать наблюдения за озоновым слоем, чтобы оперативно
отслеживать непредвиденные изменения;
4) Продолжать работу по определению причин изменений озонового слоя и
оценивать вредные свойства новых химикатов в отношении разрушения озона и
влияния на изменение климата в целом.
16
Заключение
Проблема сохранения озонового слоя – это одна из глобальных проблем
современности. Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как
образовался охранный озоновый слой планеты, прикрывший ее от жестокого
ультрафиолетового излучения. Именно поэтому в цели защиты озонового экрана
созывались множество различных конференций и симпозиумов.
Однако проблема не так проста, как может показаться на первый взгляд.
Дело в том, что в уже выпущенных холодильниках и кондиционерах накоплено
слишком много ХФУ: по мере их обычного выхода из строя количество вредных
газов в атмосфере будет продолжать увеличиваться ещё многие годы даже в случае
полного и немедленного запрещения производства.
Спасение планеты – дело каждого землянина!
17
Список литературы
1. http://www.anofdi.narod.ru/ozon.htm
2. http://www.coolreferat.com/Озоновые_дыры_3.
3. http://www.cross.ru/soc/parn.shtml
4. http://www.germany.org.ru/ger_10.html
5. http://www.meteo.lv/public/27110.htm
6. Быковская
Т.Г.
Разрушение
озонового
слоя.
–
Воронеж,
2010.
-
http://www.coolreferat.com/Разрушение_озонового_слоя_2
7. Ларин И.К. Химия озонового слоя и жизнь на Земле // Химия и жизнь — XXI
век. — 2000. — № 7. — С. 10–15..
8. Озоновая дыра. Материал из Википедии — свободной энциклопедии
http://ru.wikipedia.org/wiki/%CE%E7%EE%ED%EE%E2%E0%FF_%E4%FB%F0%E0
9. Павлова
И.А.,
к.г.н.,
ст.
преподаватель
http://www.planet.elcat.kg/?cont=wclim&id=2
18
кафедры
МЭО
КРСУ,