Что такое озоновый слой? Какова его роль на планете?
Я очень люблю понежиться на солнышке. К счастью, кожа у меня не слишком светлая, поэтому могу позволить себе провести пару часов на пляже. Но, на самом деле, не дает нам сгореть под солнечными лучами не кожа и не хороший крем для загара, а озоновый слой нашей планеты.
Что такое озоновый слой и для чего он нужен
Озоновый слой очень тонкий. Находится он на высоте 15–50 км над Землей. Высота расположения этого слоя, а также его толщина может меняться в зависимости от широты. Но, в целом, количество озона очень маленькое в атмосфере. Озон — это особый вид молекул кислорода, так как включает в себя три атома — О3. Для того, чтобы он образовался, необходимо воздействие ультрафиолетовых лучей.
Именно благодаря этому тонкому слою озона и возможна жизнь на Земле. Он не дает солнечной радиации поступать в полном объеме, это привело бы к гибели всего живого. Чрезмерное воздействие ультрафиолета очень сильно вредит человеческому здоровью, из-за этого возникают:
- кожные заболевания;
- рак;
- болезни глаз;
- снижение иммунитета.
Никто вам не скажет, когда именно такой защитный слой образовался вокруг нашей планеты. Но, к сожалению, с годами он все больше разрушается, что происходит не без участия человека.
Из-за чего разрушается озоновый слой
Не раз я уже слышала о том, что вокруг Земли имеются озоновые дыры. Это и есть те самые последствия от уничтожения озонового слоя. Самая большая озоновая дыра зафиксирована над Антарктидой.
Озоновый слой уменьшается, в первую очередь, из-за огромного количества выбросов вредных веществ в атмосферу. Губительно на молекулы озона воздействует:
- хлор;
- бром;
- водород и другие продукты сгорания.
Все эти вещества попадают в атмосферу благодаря активной промышленной деятельности. Все заводы, фабрики и ТЭЦ, которые есть практически в каждом городе, принимают участие в разрушении защитного слоя. Кроме этого, ядерные испытания также приводят к уничтожению молекул озона. Для восстановления озонового слоя, если исключить все факторы, которые его уничтожают, потребуется несколько десятков лет.
travelask.ru
Значение озонового слоя для живого вещества на планете
Появление озонового слоя
Атмосфера оказывает определяющее влияние как непосредственно на жизнедеятельность большинства живых организмов, так и опосредовано, через регуляцию среды их обитания. Одним из важнейших атмосферных экологических факторов является ее газовый состав. Около 3-3,5 млрд лет назад атмосфера состояла из азота, аммиака, водорода, метана и водяного пара, а свободный кислород полностью отсутствовал. Именно такой состав был необходим для абиогенного синтеза макромолекул и их химической эволюции, но он же позволял появившимся первым живым организмам существовать только в воде. Из-за отсутствия кислорода еще не было озонового экрана, поэтому ничто не задерживало ультрафиолетовое излучение Солнца.
Со временем за счет абиотических процессов (например, фотолиз воды) в атмосфере планеты стал появляться кислород, который на первых этапах сразу же расходовался на окисление ряда минералов, однако впоследствии, по мере исчерпания их запасов, стал накапливаться и образовывать озоновый слой. Вновь появившись, он образовал на высоте 20-25 км защитный экран, задерживающий губительную для живого вещества коротковолновую радиацию. Поэтому живые организмы получили возможность выйти на мелководье, а затем и на сушу. К их появлению на материках, озоновый слой уже существовал на протяжении многих миллионов лет.
Экологические последствия истощения озонового слоя
В последние несколько десятилетий отмечено интенсивное разрушение озонового слоя.
Проблема впервые была замечена в 1982 году, когда атмосферный зонд, запущенный с британской станции в Антарктиде, зафиксировал на высоте 25-30 километров от земной поверхности резкое уменьшение концентрации озона. Впоследствии над Антарктидой постоянно существует озоновая «дыра» нестабильных форм и размеров, однако имеется постоянная тенденция к ее росту. В настоящее время ее площадь в 1,7 раза превышает площадь самого материка. С середины последнего десятилетия прошлого века она увеличилась незначительно.
Позднее подобная дыра была обнаружена над Канадским арктическим архипелагом, затем над Шпицбергеном, а вскоре озоновые дыры стали появляться не только в приполярных широтах, но и в разных регионах Евразии в умеренном климатическом поясе, в частности, над Воронежем.
Истощение озонового слоя является весьма грозной опасностью для всего живого на Земле, поскольку озон не пропускает опасное излучение из Космоса до поверхности Земли. В случае даже незначительного уменьшения количества озона в верхних слоях атмосферы человечеству грозит увеличение частоты случаев рака кожи и глазных заболеваний. Любое увеличение получаемой организмом дозы ультрафиолетовой радиации ослабляет иммунную систему человека.
По мнению специалистов, уменьшение мощности озонового слоя скажется на растительном и животном мире. Устойчивость к ультрафиолетовому излучению затронет различные виды живых существ в неодинаковой степени. Животные, активные в дневное время, имеют некоторые физиологические механизмы защиты от вредных излучений, которые позволяют им существовать, пока интенсивность этих излучений не превышает пороговую величину, специфичную для каждого вида. Ночные организмы не имеют подобных физиологических адаптаций или оснащены ими в незначительной степени. Однако в силу своей ночной активности, они в первое время меньше пострадают от усиления коротковолновой радиации.
Согласно закону совместного действия факторов, подобное явление может привести к непредсказуемым последствиям, поскольку соотношение приспособленности организмов разных видов изменится, изменив, как следствие, и результаты биотических отношений в экосистемах. Даже слабое воздействие или изменение одного из показателей экосистемы может вызвать большое изменение других или всей системы в целом.
Замечание 1
Закон совокупного действия факторов А. Митчерлиха (1908) — Б. Бауле (1918): величина урожая (продуктивность) определяется совокупностью всех факторов, а не одного, даже лимитирующего.
Изменения в крупных экосистемах относительно необратимы. Эти изменения, проходя по иерархии снизу вверх до биосферы включительно, изменяют глобальные процессы и переводят эволюцию на новый уровень. Ограниченные по интенсивности (подпороговые), но длительные по времени воздействия могут также вывести экосистему из устойчивого равновесия.
Истощение озонового слоя вызвало большое внимание общественности. Было установлено, что озон разрушается хлор — и фторуглеводородами (фреоны), используемыми в холодильных установках. Было также показано вредное воздействие на озоновый слой ракетных двигателей современных самолетов, летающих на больших высотах, и космических кораблей.
Для защиты озонового слоя была составлена Венская Конвенция (1986). Первой страной, которая ее подписала, была Канада. К настоящему времени конвенция ратифицирована 197 государствами.
Озоновый слой, его формирование и значение для жизни на Земле — реферат
Федеральное агентство по
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Южно-Уральский
Озоновый слой, его формирование
и значение для жизни на Земле
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Концепция современного
естествознания»
_____________
______________
Челябинск 2009
АННОТАЦИЯ
Цель реферата — изучить формирование озонового слоя и исследовать гипотезы по его разрушению и предотвращению катастрофы на Земле.
Задачи
реферата: выяснить, как озоновый слой
влияет на жизнь человека и его здоровье,
и получить достоверную информацию о разрушении
озонового слоя и озоновых дырах, выяснить
последствия разрушения озонового слоя
и методы по его защите.
АННОТАЦИЯ………………………………………………………
Газообразный озон, открытый в середине прошлого века, долгое время привлекал внимание ученых лишь своими уникальными химическими и физическими свойствами. Интерес к озону существенно возрос, после того, как выяснилась его распространенность в земной атмосфере и та особая роль, которую он играет в защите всего живого от воздействий опасного ультрафиолетового излучения. Особенно активно атмосферный озон стал изучаться в последние десятилетия. С ним, как ни с одним другим газом, в последние два десятилетия было связано несколько крупных сенсаций. Начиная от появившегося в самом начале 70-х годов прогноза о том, что полеты стратосферной авиации “съедят” слой озона уже к 80-м годам, и, кончая пресловутой “озоновой дырой”, которая будоражит умы людей.
Гипотезы о возможном разрушении стратосферного озона под действием выброса в атмосферу выхлопных газов от двигателей сверх звуковых самолетов, фреонов, использования удобрений, извержений вулканов и т. д. неоднократно описывались в литературе. Поскольку озон задерживает активное излучение солнца, то разрушение озонного слоя может привести к целому ряду негативных последствий для растений, животных и человека.
В
ряду тревожных проблем – сдвиги
в мировом климате, истощение
лесных, почвенных и водных ресурсов,
прогрессирующее опустошение
Озоносфера — одна из поверхностных оболочек планеты. Она является составной частью биосферы Земли, включающей в себя совокупность живых организмов и неорганические вещества, находящиеся в общем круговороте.
К изучению процессов, связанных с атмосферным озоном, привлечены значительные силы ученых у нас в стране и за рубежом. Ведутся наблюдения за количеством озона и его “врагов” – различных загрязняющих веществ, анализируются данные за прошедшие годы, ставятся новые эксперименты.
Однако проблема атмосферного озона к настоящему времени далеко не исчерпана, и ряд важных и интересных разделов этой проблемы ждет своего разрешения, в особенности явления, связанные с влиянием на озоновый слой некоторых естественных факторов и антропогенных воздействий. Для их осмысления необходимо постоянное и всеобъемлющее слежение за состоянием окружающей среды (мониторинг). Для выработки научно обоснованных выводов и прогнозирования изменений в состоянии озоносферы Земли в отдельных регионах и глобальном масштабе нужны регулярные измерения концентрации озона существующими приборами и разработка новых методов и средств наблюдений озона.
Из трех стихий, окружающих человека – тверди, воды и воздуха, -–последняя, является самой уязвимой. И не случайно именно в атмосфере появился первый реальный сигнал бедствия. Этот сигнал – озоновая дыра как вестник возможного глобального уменьшения защитного слоя озона в результате антропогенных загрязнении.
I. ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ: ФУНКЦИИ,ЩИТ ПЛАНЕТЫ
1.1. Озоновый слой в прошлом
С начала 20 века ученые наблюдают за состоянием озонового слоя атмосферы. Сейчас уже все понимают, что стратосферный озон является своего рода естественным фильтром, препятствующим проникновению в нижние слои атмосферы жесткого космического излучения — ультрафиолета-В.
16
сентября 1987 г. был принят Монреальский
протокол по веществам,
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.
По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тысяч дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента 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. УФ-В 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 России, 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.
1.2. Волшебный щит планеты
В популярной литературе слой озона очень часто называют волшебным щитом планеты. Это сравнение связано с оптическими свойствами молекулы озона, которые отличаются от свойств как составляющих его атомов (когда они существуют по отдельности), так и двухатомных молекул O2.
Одной из наиболее важных оптических характеристик, какого–либо вещества является его спектр поглощения – изменение с длинной волны коэффициента поглощения, то есть способности поглощать проходящие через это вещество излучение.
Спектр
поглощения озона обладает несколькими
важными особенностями, главной
из них является способность сильно
поглощать излучение в
Область солнечного спектра (а когда говорят о щите, то имеют в виду именно защиту от излучения Солнца) от 200 до 400нм называют биологически активным ультрафиолетом БАУ. При этом выделяются интервалы 320–400нм (УФ-А) и 200–320нм (УФ-Б).
Излучение с длиной волны l, меньше 200нм, хорошо поглощается молекулами кислорода, которых в атмосферном газе много. Поэтому такое излучение не доходит даже до нижней части стратосферы, “застревая” (т.е. поглощаясь молекулами O2) на больших высотах. С увеличением длины волны коэффициент поглощения молекулярным кислородом быстро падает. Молекулы же азота, которых в атмосфере больше всего, вообще пассивны и в поглощении этого излучения практически участия не принимают.
Вот и получается, что солнечное излучение с длиной волны от 200 – 300нм проникало бы сквозь атмосферу практически до поверхности Земли, если бы не озон. Его коэффициент поглощения k именно в этой области длин волн очень велик и намного превосходит соответствующие значения k для O2 и N2. В результате – излучение УФ-Б не проходит сквозь стратосферу, практически полностью поглощаясь молекулами O3. Не загружая изложение деталями спектральных характеристик озона, приведу лишь один пример. Максимальное значение k для озона приходится на l = 255нм и составляет около 130 см⁻1. Чтобы легче было представить масштаб этой величины, скажу, что, пройдя через слой озона толщиной в 3 мм при нормальном давлении (а это и есть, как я говорила выше, эквивалент “щита”), излучение, с этой длиной волны уменьшится в 10⁻17.
В целом
же эффект волшебного щита именно таков
– очень тонкий (всего 2-3 мм) слой молекул
O3 практически полностью поглощает идущее
от солнца излучение в области УФ-Б. Начиная
примерно с l =320нм солнечное излучение
уже доходит до поверхности, хотя точную
границу по очевидным причинам назвать
невозможно – переход происходит постепенно,
а проникновение излучения зависит от
многих факторов – таких, как высота Солнца
над горизонтом, чистота или запыленность
атмосферы, высота места над уровнем моря
и т.д.
1.3. Озон и климат
В предыдущем пункте я рассмотрела способность озона поглощать ультрафиолетовое излучение с точки зрения роли озонового слоя как нашего защитника – “волшебного щита планеты”. Однако сам процесс такого поглощения не проходит бесследно для земной атмосферы. Энергия, которую несет излучение в указанном диапазоне длин волн, в результате поглощения передается атмосферному газу, вызывая его нагрев. Оценки показывают, что выше примерно 20км и в стратосфере, и в большей части мезосферы этот процесс является основным источником нагрева, определяющим, таким образом температуру – её высотное и широтное распределение.
Распределение температуры контролирует динамические процессы в атмосферном газе. Таким образом, вся система циркуляции в стратосфере, включая и вертикальный перенос газа, зависит от распределения озона. И если под влиянием антропогенных процессов распределение озона заметно изменится, должна измениться вся картина динамических процессов, включая и взаимодействие стратосферы и тропосферы.
Расчеты с помощью атмосферных моделей показывают, что если повсеместно уменьшить концентрацию озона в два раза, то в мезосфере произойдет охлаждение атмосферного газа на 20° С. Это охлаждение в большей части стратосферы (18–40км) составит 6 – 8° С, а на стыке тропосферы и стратосферы (7 – 18км) – 2 – 3° С.
student.zoomru.ru
Озоновый экран Земли
Третьей глобальной экологической проблемой считается нарушение озонового слоя. В 70-х годах этого столетия появилось сообщение о снижении содержания озона (Оз) в стратосфере. Озон (от греческого слова ozon, что означает «пахнущий») — это газ, молекулы которого состоят из трех атомов кислорода 03. Он имеет синий цвет и резкий запах свежести или «запах электричества». Озоновый слой -слой атмосферы между примерно 10 км и 50 км, отличающийся повышенной концентрацией озона. Он практически совпадает со стратосферой атмосферы. Нижняя граница озонового слоя на полюсах опускается до 7-8 км.
Каково значение озонового слоя в тропосфере? Озоновым слоем сильно поглощается ультрафиолетовое излучение. Озоновый слой — это защита всего живого на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Ослабление озонового экрана опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей. Истощение толщины озонового слоя вызывает резкий рост заболеваемости раком кожи и болезни глаз, сокращает количество планктона и ракообразных в океане, неблагоприятно сказывается на сельскохозяйственных культурах.
Озоновые дыры были обнаружены спутниковыми наблюдениями осенью 1985 года над Антарктидой площадью более 10 млн. кв. км, где содержание озона за 80-е годы уменьшилось на 50 %. Наблюдения показали, что ее размеры меняются. Озоновая дыра возникает в середине октября, а к середине ноября исчезает. Позднее «блуждающие» озоновые дыры стали наблюдаться в зонах стойких антициклонов — над Гренландией, Северной Канадой, Якутией и даже Западной Сибирью.
Причины нарушения озонового слоя? Существует несколько гипотез о причинах формирования озоновых дыр. Большинство специалистов склоняются к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора и других активных галогенов.
Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы происходит в виде летучих хлорфторуглеводородов (ХФУ) типа фреонов. В обычных условиях это инертные и нетоксичные газы. Их источниками являются ядерные взрывы в атмосфере, выбросы высотных сверхзвуковых самолетов и при запусках ракет и космических кораблей. Они используются как наполнители в кондиционерах, холодильниках, а также в полиуретановых подошвах обуви, матрацах из вспененной пластмассы и т.д. Атмосфера содержит очень мало хлорных продуктов естественного происхождения. Основная часть их поступает за счет хозяйственной деятельности человека. Под действием ультрафиолетовых лучей в стратосфере они распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона. Хлор выступает как катализатор (т.е. ускоряет реакцию, а сам не расходуется) и живет там 70-100 лет. Каждый атом хлора способен уничтожить до 100 тыс. молекул озона.
Разрушительное действие хлорфторуглеродных соединений (ХФУ) на стратосферный озон было открыто в 1974 г. Американскими учеными — специалистами в области химии атмосферы Ш. Роулендом и М. Молина. В 1996 году за открытия в этой области им была присуждена Нобелевская премия. С тех пор не раз предпринимались попытки ограничить выброс ХФУ в атмосферу. Но по-прежнему ежегодно во всем мире производится около миллиона тонн газообразных веществ, способных разрушать озоновый слой Земли.
Исследования озонового слоя проводятся и в России в Главной Геофизической обсерватории (Санкт-Петербург), а также со спутников. В 1996 году в Копенгагене принято решение прекратить производство фреонов. Будем надеяться, что содержание хлора в стратосфере начнет сокращаться и к середине XXI века придет к норме.
Несмотря на важность трех изложенных глобальных экологических проблем, главным антропогенным изменением на планете является угнетение биосферы и нарушение биотических круговоротов.
eko-priroda.ru