Содержание

Озоноразрушающие вещества и экологически безопасные альтернативы

До тех пор, пока не было обнаружено, что озоновый слой разрушается вследствие выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ), эти вещества активно использовались в холодильной и климатической технике.

В 1990-х годах в холодильном и климатическом оборудовании, а также в производстве пеноматериалов стали активно применяться гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), рассматривавшиеся в то время в качестве вполне приемлемой переходной альтернативы ХФУ. Эти озоноразрушающие вещества были включены в Приложение С к Монреальскому протоколу, и для них были установлены меры регулирования. Предполагалось, что использование ГХФУ, являющихся, как и ХФУ, озоноразрушающими веществами, но имеющих значительно меньший, чем у ХФУ, озоноразрушающий потенциал (ОРП), будет временной мерой, а в последующем их производство и потребление также будет ликвидировано в рамках Монреальского протокола. Однако опасность ГХФУ заключается не только в их способности разрушать озоновый слой, но и в том, что они обладают высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), и на основании этого отнесены к парниковым газам.

Парниковыми газами являются и гидрофторуглероды (ГФУ), рассматривавшиеся ранее в качестве озонобезопасной замены ГХФУ, и их использование способно принести заметный вред окружающей среде. В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ по поэтапному выводу из оборота ГХФУ предполагается исключить данные озоноразрушающие вещества из производства и осуществить переход на альтернативные холодильные и вспенивающие агенты, не обладающие ПГП.

Подробнее об озоноразрушающих веществах:

  • Классификация озоноразрушающих веществ
  • Озоноразрушающие вещества (ХФУ и галоны) в Российской Федерации: ХФУ 11, ХФУ 12, ХФУ13, ХФУ 113, ХФУ 115, Галон 2402, Галон 1211, Галон 1301
  • Переходные озоноразрушающие вещества или гидрохлорфторуглероды: ГХФУ 21, ГХФУ 22, ГХФУ 141b, ГХФУ 142b
  • Применение ХФУ и ГХФУ в различных секторах потребления

Экологически безопасные альтернативы:

Аммиак (R717)

Аммиак не является газом, разрушающим озоновый слой (ОРП = 0), он также не вносит прямого вклада в увеличение парникового эффекта (ПГП = 0). По термодинамическим свойствам аммиак – один из лучших хладагентов: по объемной холодопроизводительности он значительно превышает R12, R11, R22 и R502, имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, что позволяет применять в теплообменных аппаратах трубы меньшего диаметра.

Пары аммиака легче воздуха, он хорошо растворяется в воде (один объем воды может растворить 700 объемов аммиака, что исключает замерзание влаги в системе).

Из-за резкого запаха аммиака появление течи в холодильной системе легко обнаруживается органолептически обслуживающим персоналом. Кроме того, хладагент R717 имеет низкую стоимость, т.к. объемы его производства (для иных нужд) значительны.

Особенность аммиака как хладагента – более высокое значение температуры нагнетания по сравнению с R22 и R12. В связи с этим предъявляются жесткие требования к термической стабильности холодильных масел, используемых в сочетании с аммиаком в течение длительного времени при эксплуатации установки. Конденсатор должен иметь развитую поверхность теплообмена, в результате чего возрастает его металлоемкость.
Кроме того, следует учитывать, что аммиак вреден для здоровья человека, предельно допустимая концентрация в воздухе – 0,02 мг/дм 3, что соответствует объемной доле 0,0028%. В соединении с воздухом при объемной доле 16…26,8% и наличии открытого пламени аммиак взрывоопасен. Температура воспламенения с воздухом 651oС.

Диоксид углерода (R744)

Углекислый газ (СО 2) – дешевое нетоксичное, негорючее и практически экологически чистое вещество (ОРП = 0, ПГП = 1). Его преимущества: низкая цена, простое обслуживание, совместимость с минеральными маслами, электроизоляционными и конструкционными материалами. Вместе с тем, при использовании диоксида углерода требуется водяное охлаждение конденсатора холодильной машины, увеличивается металлоемкость холодильной установки (по сравнению с металлоемкостью установок, работающих на галоидопроизводных хладагентах). Перспективно применение диоксида углерода в низкотемпературных двухкаскадных установках и системах кондиционирования воздуха автомобилей и поездов, а также в бытовых холодильниках и тепловых насосах.

Кроме того, диоксид углерода (в жидком виде и в смеси с водой) может применяться для получения эластичных и эластомерных пен.

Пропан (R290)

Пропан нетоксичен, характеризуется низкой стоимостью, имеет хорошие экологические характеристики (ОРП = 0, ПГП = 3). При использовании данного хладагента не возникает проблем с выбором конструкционных материалов деталей компрессора, конденсатора и испарителя. Пропан хорошо растворяется в минеральных маслах.

Принципиальный недостаток пропана – пожароопасность. Кроме того, габариты компрессора при использовании пропана будут больше, чем у компрессора аналогичной холодопроизводительности на R22.

Пропан можно сразу же запускать в систему, где до этого применялся озоноопасный хладагент. Он работает с теми же минеральными маслами, требует такой же электроизоляции, тех же уплотняющих материалов, труб того же диаметра. Как показали исследования, в этом случае теряется до 10% холодопроизводительности, если в системе ранее был R22, и 15% – если R502. Процедура сервисного обслуживания практически не изменяется.

Изобутан (R600a)

Этот природный газ не является разрушителем озона и озонового слоя (ОРП = 0) и не способствует появлению парникового эффекта (ПГП = 0,001). Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно сокращается (примерно на 30%). Изобутан хорошо растворяется в минеральном масле, имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, что приводит к снижению энергопотребления.

При этом изобутан горюч, легко воспламенятся и взрывоопасен в соединении с воздухом при объемной доле хладагента 1,3…8,5%. Температура возгорания равна 460oС.

В настоящее время R600a широко применяется в бытовой холодильной технике. В частности, компрессоры, работающие на изобутане, выпускает международный концерн Electrolux. Холодильные агрегаты с R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре хладагента.

Также изобутан может применяться в качестве вспенивающего агента для получения полиуретановых пен.

Циклопентан

Использование циклопентана в качестве вспенивающего агента при получении жестких полиуретановых изоляционных пенопластов началось в 90-х годах. Переход на циклопентан обусловлен его экологичностью. Однако из-за более высокой температуры кипения и худшего коэффициента теплопроводности он уступает по эффективности R11. Уменьшение прочности при сжатии готовых пенопластов обычно приводит к повышению плотности изделий и трудностям при формовании. Увеличение веса пены, высокая стоимость циклопентана, затраты на переоборудование предприятия, связанные с безопасностью работы с горючими вспененными агентами, приводят к росту издержек производства. Кроме того, такие летучие органические соединения, как циклопентан, могут способствовать образованию фотохимического смога, в котором проходят реакции, приводящие к образованию тропосферного озона – третьего по степени влияния на климат парникового газа.

Презентации и программное обеспечение

Дополнительные материалы

Перейти к странице «Европейский опыт F-регулирования»

Озоноразрушающие вещества и экологически безопасные альтернативы

До тех пор, пока не было обнаружено, что озоновый слой разрушается вследствие выбросов в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ), эти вещества активно использовались в холодильной и климатической технике.

В 1990-х годах в холодильном и климатическом оборудовании, а также в производстве пеноматериалов стали активно применяться гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), рассматривавшиеся в то время в качестве вполне приемлемой переходной альтернативы ХФУ. Эти озоноразрушающие вещества были включены в Приложение С к Монреальскому протоколу, и для них были установлены меры регулирования. Предполагалось, что использование ГХФУ, являющихся, как и ХФУ, озоноразрушающими веществами, но имеющих значительно меньший, чем у ХФУ, озоноразрушающий потенциал (ОРП), будет временной мерой, а в последующем их производство и потребление также будет ликвидировано в рамках Монреальского протокола. Однако опасность ГХФУ заключается не только в их способности разрушать озоновый слой, но и в том, что они обладают высоким потенциалом глобального потепления (ПГП), и на основании этого отнесены к парниковым газам. Парниковыми газами являются и гидрофторуглероды (ГФУ), рассматривавшиеся ранее в качестве озонобезопасной замены ГХФУ, и их использование способно принести заметный вред окружающей среде.

В рамках Проекта ЮНИДО/ГЭФ по поэтапному выводу из оборота ГХФУ предполагается исключить данные озоноразрушающие вещества из производства и осуществить переход на альтернативные холодильные и вспенивающие агенты, не обладающие ПГП.

Экологически безопасные альтернативы:

Аммиак (R717)

Аммиак не является газом, разрушающим озоновый слой (ОРП = 0), он также не вносит прямого вклада в увеличение парникового эффекта (ПГП = 0). По термодинамическим свойствам аммиак – один из лучших хладагентов: по объемной холодопроизводительности он значительно превышает R12, R11, R22 и R502, имеет более высокий коэффициент теплоотдачи, что позволяет применять в теплообменных аппаратах трубы меньшего диаметра.

Пары аммиака легче воздуха, он хорошо растворяется в воде (один объем воды может растворить 700 объемов аммиака, что исключает замерзание влаги в системе).

Из-за резкого запаха аммиака появление течи в холодильной системе легко обнаруживается органолептически обслуживающим персоналом. Кроме того, хладагент R717 имеет низкую стоимость, т.к. объемы его производства (для иных нужд) значительны.

Особенность аммиака как хладагента – более высокое значение температуры нагнетания по сравнению с R22 и R12. В связи с этим предъявляются жесткие требования к термической стабильности холодильных масел, используемых в сочетании с аммиаком в течение длительного времени при эксплуатации установки. Конденсатор должен иметь развитую поверхность теплообмена, в результате чего возрастает его металлоемкость. Кроме того, следует учитывать, что аммиак вреден для здоровья человека, предельно допустимая концентрация в воздухе – 0,02 мг/дм 3, что соответствует объемной доле 0,0028%. В соединении с воздухом при объемной доле 16…26,8% и наличии открытого пламени аммиак взрывоопасен. Температура воспламенения с воздухом 651oС.

Диоксид углерода (R744)

Углекислый газ (СО 2) – дешевое нетоксичное, негорючее и практически экологически чистое вещество (ОРП = 0, ПГП = 1). Его преимущества: низкая цена, простое обслуживание, совместимость с минеральными маслами, электроизоляционными и конструкционными материалами. Вместе с тем, при использовании диоксида углерода требуется водяное охлаждение конденсатора холодильной машины, увеличивается металлоемкость холодильной установки (по сравнению с металлоемкостью установок, работающих на галоидопроизводных хладагентах). Перспективно применение диоксида углерода в низкотемпературных двухкаскадных установках и системах кондиционирования воздуха автомобилей и поездов, а также в бытовых холодильниках и тепловых насосах.

Кроме того, диоксид углерода (в жидком виде и в смеси с водой) может применяться для получения эластичных и эластомерных пен.

Пропан (R290)

Пропан нетоксичен, характеризуется низкой стоимостью, имеет хорошие экологические характеристики (ОРП = 0, ПГП = 3). При использовании данного хладагента не возникает проблем с выбором конструкционных материалов деталей компрессора, конденсатора и испарителя. Пропан хорошо растворяется в минеральных маслах.

Принципиальный недостаток пропана – пожароопасность. Кроме того, габариты компрессора при использовании пропана будут больше, чем у компрессора аналогичной холодопроизводительности на R22.

Пропан можно сразу же запускать в систему, где до этого применялся озоноопасный хладагент. Он работает с теми же минеральными маслами, требует такой же электроизоляции, тех же уплотняющих материалов, труб того же диаметра. Как показали исследования, в этом случае теряется до 10% холодопроизводительности, если в системе ранее был R22, и 15% – если R502. Процедура сервисного обслуживания практически не изменяется.

Изобутан (R600a)

Этот природный газ не является разрушителем озона и озонового слоя (ОРП = 0) и не способствует появлению парникового эффекта (ПГП = 0,001). Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно сокращается (примерно на 30%). Изобутан хорошо растворяется в минеральном масле, имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, что приводит к снижению энергопотребления.

При этом изобутан горюч, легко воспламенятся и взрывоопасен в соединении с воздухом при объемной доле хладагента 1,3…8,5%. Температура возгорания равна 460oС.

В настоящее время R600a широко применяется в бытовой холодильной технике. В частности, компрессоры, работающие на изобутане, выпускает международный концерн Electrolux. Холодильные агрегаты с R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре хладагента.

Также изобутан может применяться в качестве вспенивающего агента для получения полиуретановых пен.

Циклопентан

Использование циклопентана в качестве вспенивающего агента при получении жестких полиуретановых изоляционных пенопластов началось в 90-х годах. Переход на циклопентан обусловлен его экологичностью. Однако из-за более высокой температуры кипения и худшего коэффициента теплопроводности он уступает по эффективности R11. Уменьшение прочности при сжатии готовых пенопластов обычно приводит к повышению плотности изделий и трудностям при формовании. Увеличение веса пены, высокая стоимость циклопентана, затраты на переоборудование предприятия, связанные с безопасностью работы с горючими вспененными агентами, приводят к росту издержек производства. Кроме того, такие летучие органические соединения, как циклопентан, могут способствовать образованию фотохимического смога, в котором проходят реакции, приводящие к образованию тропосферного озона – третьего по степени влияния на климат парникового газа.

Причины разрушения озонового слоя

Вопреки распространённому мнению, человек — не единственный виновник возникновения озоновых дыр, к этому явлению приводят и некоторые природные факторы. Прежде всего — газы, заключённые в земной коре, в породах или в воде, в растворённом виде. Относительно недавно учёные установили, что, к примеру, во время извержения вулкана, из пород поднимается большой объём газа, содержащего фторуглеводороды, расщепляющие озон.

Современная наука, однако, считает главной причиной появления озоновых дыр всё-таки антропологический фактор, то есть человека. Озон — неустойчивый газ, и он легко разрушается, взаимодействуя со многими веществами, который человек выбрасывает в воздух в результате своей жизнедеятельности: бром, хлор, фреоны, водород.

Главными источниками подобных выбросов являются:

  • Промышленные предприятия — фабрики и заводы без очистных сооружений;
  • Минеральные удобрения;
  • Теплоэлектростанции;
  • Ядерные взрывы;
  • Запуск ракет в космос;
  • Реактивные самолёты.

Тем не менее, основная причина разрушения озонового слоя — фреоны (хлорфторуглероды или ХФУ), на которых стоит остановиться подробнее. Это целая группа веществ-хладагентов, которые используются, в первую очередь, при изготовлении холодильников и морозильных камер, — раньше для этих задач использовали токсичные вещества вроде аммиака или сернистого газа. Кроме того, хлорфторуглероды используются при изготовлении аэрозолей, растворителей, вспенивателей, а также в парфюмерии и пищевой промышленности.

При всей своей полезности фреоны наносят вред озоновому слою: при воздействии солнечной радиации они разлагаются на вещества, которые расщепляют озон, превращая его в кислород. Когда учёные заметили эту реакцию и забили тревогу, ООН по окружающей среде вместе со Всемирной Метеорологической Организацией организовали подписание так называемого Монреальского протокола. Промышленники, дипломаты, политики и учёные со всего мира собрались в канадском городе Монреаль и подписали договорённость о том, что в их странах начнётся постепенный отказ от фреонов и поиск новых, безопасных ему альтернатив. Протокол был подписан в 1987-м году, начал действовать — два года спустя, в 1989-м.

Презентации и программное обеспечение

  • Практический опыт использования углеводородов в бытовых системах кондиционирования (индийская компания Godrej group). Сравнение пропана и R22
  • Альтернативные холодильные агенты для различных секторов потребления ГХФУ в Российской Федерации
  • Альтернатива ГХФУ- и ГФУ-хладагентам с учетом особенностей РоссийскойФедерации
  • Switch to DuPont™ ISCEON® ensures environmental compliance at BT data centre. Replacement of R-22 in precision climate control systems
  • Хладагент DuPont™ ISCEON® МО99 пример применения. Замена R-22 в системах с жестким климат-контролем
  • Substitution of HCFC in foaming equipment: state of the art and new technologies
  • Путь к хладагентам нового поколения. Перспективы по мнению ведущего производителя
  • Практическое сотрудничество химических предприятий России и ЮНИДО в рамках создания производств озонобезопасных хладонов
  • Энергоэффективность и экология. Инновационные решения в области хладагентов, пеноматериалов, аэрозолей и растворителей
  • HCFC-Refrigerant Phase-Out in Russia. …and what to do?
  • Общий обзор деятельности компании DuPont и ее бизнеса хладагентов на русском языке
  • Общий обзор деятельности компании DuPont и ее бизнеса хладагентов на английском языке
  • Хладагенты DuPont™ Suva®, DuPont™ ISCEON® и DuPont™ Opteon®
  • Обзор хладагентов Honeywell Solctice
  • Презентация компании Honeywell и линейки предлагаемых озонобезопасных хладагентов на 4 июля 2013 года
  • Хладагент R-407F от компании Honeywell и его сравнительный анализ с другими хладагентами
  • Компьютерная программа GenePro для подбора хладагентов Honeywell
  • Хладагенты. Описание, заменители ГХФУ-22, новое поколение хладагентов с низким ПГП / Refrigerants Technology
  • Гидрофторолефины (ГФО) с низким ПГП. Снижение воздействия на климат / Low gWP hydrofluoroOlefins (HFO). Reducing the impact on climate change
  • Вспенивающие вещества / Blowing Agent Technology
  • Пропелленты и рабочие жидкости. Компоненты аэрозолей с незначительным воздействием на климат / Propellant and Performance Fluid: Low Environmental Impact Products for Aerosol Formulation
  • Рабочая жидкость Solstice™ / Solstice™ Performance Fluid

Распространенные мифы об озоновых дырах

В жёлтой прессе озоновые дыры порой называют одной из главных угроз существования жизни. Иногда высказывается прямо противоположное мнение. Истончение антирадиационного экрана называют сугубо природным явлением, а шумиху вокруг него и фреона считают хитрым маркетинговым ходом производителей дорогих хладагентов.

Противоречивое отношение появляется из-за непонимания механизма формирования дыр и недостаточной изученности вопроса.

Есть 4 главных мифа об озоне:

  1. «Главный виновник — используемый в холодильниках фреон». На самом деле он лишь одно из веществ, влияющих на разрушения слоя. Если убрать фреон, угроза останется из-за окислов азота, соединений хлора и прочих опасных субстанций, попадающих в атмосферу из выхлопных труб автомобилей, реактивных двигателей самолётов и труб ТЭЦ.
  2. «Природные факторы преобладают над антропогенными». Естественное истончение озонового слоя возможно (например, полярными ночами), но затем он восстанавливается до нормальных значений. Главная угроза — это промышленные выбросы опасных веществ (фреонов, окислов азота и т.д.) в атмосферу.
  3. «Фреоны слишком тяжёлые, поэтому не могут влиять на атмосферу». В атмосфере все вещества перемешиваются, и тяжесть молекул фреона не играет большой роли. Углекислый газ тоже тяжелее воздуха, но он поднимается в атмосферу, доказательством чего служит парниковый эффект.
  4. «Единственный проблемный регион — Антарктида». Концентрация газа падает во всей атмосфере, в Антарктиде это просто заметнее всего.

Дополнительные материалы

  • 20 лет успеха углеводородной технологии Greenfreeze
  • Циклопентан: основные принципы перевооружения
  • Эксперты обсудили перспективы прекращения использования озоноразрушающих веществ в медицинских дозированных ингаляторах
  • ROLS ISOMARKET: стабильное качество каждый день
  • Введение в технологии
  • Энергоэкологические парадигмы холодильных агентов
  • Использование аммиака в холодильной отрасли России: проблемы и перспективы
  • Китай – планы по масштабному производству кондиционеров на углеводородах
  • Midea получила европейские сертификаты на R32 и R290
  • Хладагенты и окружающая среда
  • О природных хладагентах
  • Природные хладагенты в Северной Америке. Продовольственное снабжение
  • Природные хладагенты в Северной Америке. Город и здания
  • Природные хладагенты в Северной Америке. Транспорт
  • Природные хладагенты в Северной Америке. Промышленность и особые сферы применения
  • Разрешите представить: метилформиат
  • Конференция IIAR 2014: победное шествие CO2 по Бразилии
  • ЕРА предлагает разрешить использование 4 углеводородных хладагентов в новых сферах применения
  • ГФУ сегодня и завтра
  • НАСА: забытое ОРВ остается в атмосфере
  • Окончательный регламент ЕРА (США) «Перечень альтернативных хладагентов для использования в климатическом и холодильном оборудовании и пересмотр запрета на выпуск некоторых альтернатив в атмосферу»
  • CO2 в двух люксовых моделях Volkswagen
  • Разрешите представить: метилформиат
  • Альтернативы ГХФУ и ГФУ в жарких развивающихся странах
  • Остерегайтесь альтернативного хладагента R-22a

Перейти к странице «Европейский опыт F-регулирования»

Пути решения проблемы разрушения озонового слоя

К счастью, однако, описанная выше ситуация — это антиутопия, вряд ли ждущая человечество в действительности. Начиная с семидесятых годов, силами активистов и некоммерческих компаний, во всём мире начали активно бороться за защиту озонового слоя. Значительно снижено потребление и производство веществ и соединений, негативно влияющей на озоносферу. Им были найдены безопасные природные альтернативы: пропан, изобутан, аммиак, углекислый газ. Удивительно, но практически все страны мира согласились с необходимостью подобных мер и вот уже несколько десятилетий неукоснительно им следуют. Один из немногих случаев серьёзного нарушения был зафиксирован в 2018-м году в Китае, где 18 фабрик признались в использовании фреонов.

В России охрана озонового слоя и контроль за его истончением закреплены на законодательном уровне. Регламентированы такие защитные мероприятия по охране озонового слоя:

  • Организация постоянного наблюдения за состоянием озонового слоя;
  • Постоянный контроль за изменениями климата;
  • Контроль за соблюдением промышленными предприятиями нормативов по выбросам вредных веществ в атмосферу;
  • Контроль и регуляция производства химических веществ и соединений, оказывающих вредоносное влияние на озоновый слой;
  • Применение санкций (штрафов и проч. ) в случае несоблюдения описанных выше требований.

На самом деле, сделать свой вклад в защиту озонового слоя может каждый из нас, достаточно лишь следовать нескольким простым (и известным) правилам: при возможности — переходить на экологически чистые виды топлива и правильно утилизировать токсичные отходы (батарейки, бытовая химия). Если каждый (или хотя бы большинство) из нас будет помнить, каковы причины и последствия разрушения озонового слоя, а крупные промышленники — следовать международным договоренностям, то уже к 60-м годам 21-го века экологическая проблема истощение озонового слоя может быть закрыта навсегда.

Кислотные дожди

Кислотные дожди вызывают примерно те же выбросы парниковых газов, что способствуют развитию озоновых дыр.

Хлорфторуглероды, распадаясь оставляют углерод, который соединяясь с водой образует угольную кислоту, хотя она оказывает лишь малую долю влияния на образование кислотных дождей. Основную роль играют выбросы азота и серы. Они образуются в результате сжигания топлива. Сера в качестве загрязнения присутствует примерно в 70 процентах топлива, угля и нефти, сжигаемой на планете. Азот и сера, соединяясь с кислородом в атмосфере образуют сначала оксиды, а потом соединяясь уже с водой кислоты, которые и выпадают в осадок в виде дождя.

Чем это грозит человечеству? Изменением условий существования. Баланс необходим и в окружающих веществах. Вся природа заточена под существование в нейтральной среде и рост кислотности дождевой воды приведет к изменению состава грунта, а значит изменению всего биологического сообщества Земли. Конкретно для человека это означает изменение условий земледелия. Все многовековые труды по разработке методик севооборота пойдут прахом, и мы снова вернемся к подсечно-огневому методу. И это при положительном развитии событий, поскольку кислотные дожди обжигают не привыкшие к ним листья, и неизвестно сколько еще литров отравленной воды вынесет то или иное растение.

Иммунитет человека тоже не в восторге от такого изменения состава дождя. Только в России из-за таких осадков почти вдвое увеличилось количество заболевающих астмой. А это новый рост промышленности, только связанный уже с медикаментами.

Матрасы

То, что приносит комфорт человеку, может быть совсем не безопасно для окружающей среды. Вспененные полимеры используются для производства матрасов. Тем не менее, и в этой отрасли от вредных для озона ХФУ отказываются, заменяя их на безвредные для озона альтернативы.

О наполнителях матрасов читайте ЗДЕСЬ

.

Следите за новостями, подписывайтесь

на рассылку.

При цитировании данного материала активная ссылка на источник

обязательна.

Разрушение озонового слоя Земли — презентация онлайн

1. Разрушение озонового слоя

Выполнила Мамонтова Яна. Ф19/9-2

2. Что такое озоновый слой

Озоновый слой — это самый легкий и тонкий слой в
атмосфере, который содержит относительную концентрацию
озона (до 0,001%). Озоновый слой защищает нашу планету от
опасного ультрафиолетового излучения, которое способно
причинить значительный ущерб жизни на Земле.
Однако озоновый слой не только покрывает нашу планету.
Его также можно найти и на поверхности земли — он
используется для таких целей, как отбеливание бумажной
целлюлозы, обеззараживание питьевой воды и удаление
неприятных запахов из продуктов.

3. Где находится озоновый слой

Озоновый слой находится на высоте от 10 до 50 км над
поверхностью Земли, в верхних слоях атмосферы.
Озоносфера (или озоновый экран) в разных широтах
планеты находится на разных уровнях. В тропических
широтах озоновый слой находится на расстоянии от 25 до
30 км, в умеренных — от 20 до 25 км, в полярном круге
расстояние еще меньше — от 15 до 25 км.

4. Причины истощения озонового слоя

Много веков люди не подозревали о существовании озона, но
их деятельность пагубно повлияла на состояние атмосферы.
В данный момент ученые говорят о такой проблеме, как
озоновые дыры. Истощение модификации кислорода
происходит по множеству причин:
запуск ракет и спутников в космос;
функционирование авиатранспорта на высоте 12-16
километров;
выбросы фреонов в воздух.

5. Появление озоновых дыр

Толщина озонового слоя может составлять 3-4мм, его максимальные
значения находятся на полюсах, а минимумы располагаются по экватору.
Самую большую концентрацию газа можно обнаружить на 25 километре в
стратосфере над Арктикой. Плотные слои порой встречаются на высотах
до 70 км, обычно в тропиках. Тропосфера не обладает большим
количеством озона, поскольку она имеет большую подверженность
сезонным изменениям и загрязнениям различного характера.
Истощение озонового слоя может стать причиной катастроф, которые
будут связаны с чрезмерным нагреванием, ростом скорости ветров и
циркулирования воздуха, что может привести к возникновению новых
пустынных областей, и снизит урожайность в сельском хозяйстве.

6. Действие фреонов

Учеными было доказано, что фреоны, которыми в массовом порядке заряжают
холодильники и кондиционеры, а также многочисленные аэрозольные баллончики,
становятся причинами разрушения озонового слоя. Таким образом, получается, что
практически каждый человек прикладывает руку к разрушению озонового слоя.
Причины возникновения озоновых дыр заключаются в том, что молекулы фреона
вступают в реакцию с молекулами озона. Солнечная радиация принуждает фреоны
к выделению хлора. В результате происходит расщепление озона, вследствие чего
образуются атомарный и обычный кислород. В местах, где происходят такие
взаимодействия, случается проблема истощения озонового слоя, и возникают
озоновые дыры.

7. Защита озонового слоя

После того как учеными документально было подтверждено, что
озоновый слой все-таки разрушается, и возникают озоновые
дыры, политики задумались над его сохранением. По всему миру
были проведены консультации и совещания по этим вопросам. В
них участвовали представители всех государств с хорошо
развитой промышленностью.Так, в 1985 году приняли Конвенцию
об охране озонового слоя. Подписались под этим документом
представители от сорока четырех государств-участников
конференции. Годом позднее подписали еще один
немаловажный документ, именуемый Монреальским протоколом.
В соответствии с его положениями должно было произойти
существенное ограничение мирового производства и
потребления веществ, приводящих к нарушению озонового слоя.
Тем не менее, некоторые государства не
желали подчиняться таким ограничениям.
Тогда для каждого государства определили
конкретные квоты по опасным выбросам в
атмосферу.

8. Защита озонового слоя в России

В соответствии с действующим российским законодательством правовая
охрана озонового слоя является одним из важнейших и приоритетных
направлений. Законодательством, связанным с охраной окружающей среды,
регламентируется перечень защитных мероприятий, направленных на охрану
этого природного объекта от разного рода повреждений, загрязнений,
разрушений и истощений. Так, статья 56 Законодательства описывает
некоторые мероприятия, связанные с охраной озонового слоя планеты:
Организации наблюдения за эффектом озоновой дыры;
Постоянный контроль над изменением климата;
Строгое соблюдение нормативной базы по вредным выбросам в атмосферу;
Регулирование производства химических соединений, которые разрушают
озоновый слой;
Применение штрафных санкций и наказаний за нарушение законодательства.

9. Возможные решения и первые результаты

Следует знать, что озоновые дыры — явление непостоянное. С
сокращением количества вредных выбросов в атмосферу начинается
постепенное затягивание озоновых дыр — активизируются молекулы
озона из соседних участков. Однако при этом происходит зарождение
другого фактора риска — соседние участки лишаются значительного
количества озона, слои становятся тоньше.
Ученые всего мира продолжают заниматься исследованиями и запугивают
безрадостными умозаключениями. Они высчитали, что если наличие
озона уменьшится всего лишь на 1% в верхнем слое атмосферы, то
произойдет увеличение кожных онкологических заболеваний до 3-6%.
Более того, большое количество ультрафиолетовых лучей отрицательно
отразится на иммунной системе людей. Они станут более уязвимыми к
самым разнообразным инфекциям.
Не исключено, что собственно этим и можно объяснить тот
факт, что в XXI веке увеличивается количество злокачественных
опухолей. Повышение уровня ультрафиолета к тому же
отрицательно влияет и на природу. Происходит разрушение
клеток в растениях, начинается процесс мутации, вследствие
чего вырабатывается меньшее количество кислорода.

11. Справится ли человечество с грядущими вызовами?

Согласно последним статистическим данным статистики, человечеству
грозит глобальная катастрофа. Однако наука располагает и
оптимистическими докладами. После принятия Конвенции об охране
озонового слоя уже все человечество занялось проблематикой
сбережения озонового слоя. Вслед за разработкой целого ряд
запретительных и предохранительных мер ситуацию удалось немного
стабилизировать. Таким образом, некоторые исследователи утверждают,
что если все человечество будет заниматься промышленным
производством в разумных пределах, проблема озоновых дыр может быть
успешно решена.

Часто задаваемые вопросы об озоновом слое

Что такое озоновый слой?

Озоновый слой Озоновый слой Область стратосферы, содержащая основную часть атмосферного озона. Озоновый слой находится примерно на высоте 15-40 километров (10-25 миль) над поверхностью Земли, в стратосфере. Истощение этого слоя озоноразрушающими веществами (ОРВ) приведет к повышению уровня УФ-В, что, в свою очередь, приведет к увеличению числа случаев рака кожи и катаракты, а также к потенциальному повреждению некоторых морских организмов, растений и пластмасс.Научная страница (http://www.epa.gov/ozone/science/index.html) предлагает более подробную информацию о науке об истощении озонового слоя. концентрация молекул озона в стратосфере стратосфера Область атмосферы над тропосферой. Стратосфера простирается на высоте от 10 до 50 км. Коммерческие авиалинии летают в нижней стратосфере. Стратосфера становится теплее на больших высотах. На самом деле это потепление вызвано тем, что озон поглощает ультрафиолетовое излучение. Теплый воздух остается в верхней стратосфере, а холодный – ниже, поэтому вертикальное перемешивание в этой области значительно меньше, чем в тропосфере. . Около 90 процентов озона планеты находится в озоновом слое. Окружающий нас слой атмосферы Земли называется тропосферой тропосфера Ближайшая к Земле область атмосферы. Тропосфера простирается от поверхности примерно до 10 км в высоту, хотя эта высота меняется в зависимости от широты. Почти вся погода происходит в тропосфере. Гора Эверест, самая высокая гора на Земле, имеет высоту всего 8,8 км. Температура в тропосфере снижается с высотой.По мере того, как теплый воздух поднимается вверх, он охлаждается, опускаясь обратно на Землю. Этот процесс, известный как конвекция, означает, что существуют огромные движения воздуха, которые очень эффективно перемешивают тропосферу. Стратосфера, следующий более высокий слой, простирается примерно от 6 до 31 миль (или от 10 до 50 километров) над поверхностью Земли. Узнайте больше об озоновом слое.

Почему так важен озоновый слой?

Стратосферный озон представляет собой природный газ, который фильтрует ультрафиолетовое излучение Солнца (УФ УФ Ультрафиолетовое излучение представляет собой часть электромагнитного спектра с длинами волн короче видимого света. Солнце излучает ультрафиолет, который обычно делится на три диапазона: UVA, UVB и UVC. UVA не поглощается озоном. UVB в основном поглощается озоном, хотя некоторые из них достигают Земли. UVC полностью поглощается озоном и нормальным кислородом. НАСА предоставляет дополнительную информацию на своем веб-сайте (http://www.nas.nasa.gov/About/Education/Ozone/radiation.html). Радиация. Уменьшение озонового слоя позволяет большему количеству УФ-излучения достигать поверхности Земли. У людей чрезмерное воздействие УФ-лучей может привести к раку кожи, катаракте и ослаблению иммунной системы.Повышенное ультрафиолетовое излучение также может привести к снижению урожайности и нарушению морской пищевой цепи. Узнайте о последствиях истощения озонового слоя для здоровья и окружающей среды.

Что такое истощение озонового слоя и как оно происходит?

Молекулы озона в стратосфере постоянно образуются и разрушаются под воздействием различных типов солнечного УФ-излучения. В норме производство и разрушение сбалансированы, поэтому количество озона в стратосфере в любой момент времени стабильно. Однако ученые обнаружили, что некоторые химические вещества реагируют с УФ-излучением в стратосфере, что приводит к их распаду и высвобождению атомов хлора или брома.Эти атомы, в свою очередь, разрушают молекулы озона.

Озоноразрушающие вещества (ОРВ ОРВ Соединение, способствующее разрушению стратосферного озона. ОРВ включают хлорфторуглероды (ХФУ), гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), галоны, бромистый метил, четыреххлористый углерод, гидробромфторуглероды, хлорбромметан и метилхлороформ. обычно очень стабильны в тропосфере и разлагаются только под интенсивным ультрафиолетовым излучением в стратосфере.При распаде они выделяют атомы хлора или брома, которые затем разрушают озон.Доступен подробный список (http://www.epa.gov/ozone/science/ods/index.html) веществ класса I и класса II с их ODP, GWP и номерами CAS.), который включает хлорфторуглероды хлорфторуглероды Газы, подпадающие под действие Монреальского протокола 1987 года и используемые для охлаждения, кондиционирования воздуха, упаковки, изоляции, растворителей или аэрозольных пропеллентов. Поскольку они не разрушаются в нижних слоях атмосферы, ХФУ дрейфуют в верхние слои атмосферы, где при подходящих условиях разрушают озон.Эти газы заменяются другими соединениями: гидрохлорфторуглеродами, временной заменой ХФУ, которые также подпадают под действие Монреальского протокола, и гидрофторуглеродами, подпадающими под действие Киотского протокола. Все эти вещества также являются парниковыми газами. См. гидрохлорфторуглероды, гидрофторуглероды, перфторуглероды, вещества, разрушающие озоновый слой. (ХФУ) и гидрофторуглероды гидрофторуглероды Соединения, содержащие только атомы водорода, фтора и углерода. Они были введены в качестве альтернативы озоноразрушающим веществам для удовлетворения многих промышленных, коммерческих и личных потребностей.ГФУ выбрасываются как побочные продукты промышленных процессов, а также используются в производстве. Они незначительно разрушают озоновый слой стратосферы, но являются мощными парниковыми газами с потенциалом глобального потепления от 140 (ГФУ-152a) до 11 700 (ГФУ-23). (ГХФУ) когда-то широко использовались в хладагентах, изоляционных пенах, растворителях и других применениях. Все эти вещества выделяют атомы хлора в стратосферу. Один атом хлора может расщепить более 100 000 молекул озона.

Другие химические вещества, разрушающие озоновый слой, включают бромистый метил бромистый метил Соединение, состоящее из углерода, водорода и брома. Метилбромид — эффективный пестицид, используемый для фумигации почвы и многих сельскохозяйственных продуктов. Поскольку он содержит бром, он разрушает стратосферный озон и имеет озоноразрушающий потенциал 0,6. Производство бромистого метила было прекращено 31 декабря 2004 г., за исключением допустимых исключений. Более подробная информация доступна (http://www.epa.gov/ozone/mbr/index.html). (используется в качестве пестицида), галоны галонов Соединения, также известные как бромфторуглероды, которые содержат бром, фтор и углерод. Они обычно используются в качестве средств пожаротушения и вызывают разрушение озонового слоя. Бром во много раз эффективнее разрушает стратосферный озон, чем хлор. См. вещество, разрушающее озоновый слой. (используется в огнетушителях) и метилхлороформ метилхлороформ Соединение, состоящее из углерода, водорода и хлора.Метилхлороформ используется в качестве промышленного растворителя. Его озоноразрушающий потенциал составляет 0,11. (используется в качестве растворителя в промышленных процессах). Когда бромистый метил и галоны распадаются, они высвобождают атомы брома, которые в 60 раз более разрушительны для молекул озона, чем атомы хлора.

Атмосферные уровни этих ОРВ быстро увеличивались до введения в действие Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, и его последующих пересмотров и поправок. Однако за последние два десятилетия атмосферные уровни почти всех этих веществ существенно снизились.

Что такое озоновая дыра?

Одним из примеров истощения озонового слоя является ежегодная озоновая «дыра» над Антарктидой, которая возникает во время антарктической весны с начала 1980-х годов. На самом деле это не дыра в озоновом слое, а большая область стратосферы с крайне низким содержанием озона.

Важно понимать, что разрушение озонового слоя не ограничивается районом над Южным полюсом. Исследования показали, что истощение озонового слоя происходит на широтах, включающих Северную Америку, Европу, Азию и большую часть Африки, Австралии и Южной Америки.

Какая связь между разрушением озонового слоя и изменением климата?

ОРВ и многие их заменители, не разрушающие озоновый слой, являются сильнодействующими парниковыми газами, которые способствуют изменению климата. Некоторые ОРВ и заменители ОРВ обладают потенциалом глобального потепления, в несколько тысяч раз превышающим потенциал двуокиси углерода. Недавно стали доступны альтернативы ОРВ с более низким потенциалом глобального потепления. Узнайте больше об усилиях Агентства по охране окружающей среды по обеспечению безопасного и плавного перехода от ОРВ к заменителям, оказывающим меньшее воздействие на изменение климата.

Откуда мы знаем, что природные источники не несут ответственности за разрушение озонового слоя?

Хотя вулканы и океаны действительно выделяют большое количество хлора, хлор из этих источников легко растворяется в воде и вымывается из атмосферы дождем. Напротив, CFC не разлагаются в нижних слоях атмосферы и не растворяются в воде. Хотя они тяжелее воздуха, в конечном итоге они уносятся в стратосферу. Ученые используют воздушные шары, самолеты и спутники для измерения состава стратосферы.Эти измерения показывают заметное увеличение стратосферного хлора с 1985 года. Время этого увеличения соответствует увеличению выбросов ХФУ и других ОРВ, вызванных деятельностью человека.

Что делается для защиты озонового слоя?

В соответствии с Разделом VI Закона о чистом воздухе Агентство по охране окружающей среды отвечает за разработку и реализацию программ по защите озонового слоя. EPA установило правила защиты. Узнайте больше об усилиях EPA по защите озонового слоя.

Есть ли среди ученых общее согласие относительно науки об истощении озонового слоя?

Да, возник международный консенсус в отношении причин и последствий разрушения озонового слоя. Под эгидой Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) и Всемирной метеорологической организации (ВМО) научное сообщество выпускает периодические доклады о науке об истощении озонового слоя. Более 300 ученых со всего мира подготовили и рассмотрели самый последний анализ «современного состояния науки» «Научная оценка разрушения озонового слоя ВМО/ЮНЕП: 2014».

Восстановится ли озоновый слой?

Ожидается, что озоновый слой вернется к нормальному уровню примерно к 2050 году. Но очень важно, чтобы мир соблюдал Монреальский протокол; задержки с прекращением производства и использования озоноразрушающих веществ могут нанести дополнительный ущерб озоновому слою и затянуть его восстановление. Узнайте больше о текущем состоянии озонового слоя.

жизненно важных признаков планеты

Часть третья

Как обсуждалось ранее в этой серии статей (см. Части 1 и 2), атмосфера Земли в значительной степени способна очищать себя от загрязнителей, но есть несколько созданных людьми веществ, которые гораздо более долговечны при выбросе в атмосферу. ухудшая его качество и создавая вредное воздействие на окружающую среду.

Одним из таких семейств химических соединений являются хлорфторуглероды (ХФУ), чей вклад в истощение озона в верхних слоях атмосферы Земли привел к значительному весеннему снижению содержания озона вокруг полярных регионов Земли, особенно над Антарктидой, явление, известное как озоновая дыра, о котором впервые сообщили в 1985 году. Но, как объясняет ученый-атмосферник НАСА Натаниэль Ливси, сегодня, благодаря поэтапному отказу от ХФУ, озоновая дыра Земли восстанавливается. Он говорит, что поворот представляет собой отличный пример того, что люди могут сделать, когда они работают вместе, чтобы решить глобальную атмосферную проблему.

«С 1950-х по начало 1990-х годов люди произвели множество ХФУ, которые были полезны для различных целей и широко применялись во всем мире», — сказал Ливси, главный исследователь прибора Microwave Limb Sounder (MLS) на спутнике НАСА «Аура» в Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. ХФУ были добавлены в атмосферу на уровне частей на миллиард. «Но ХФУ также были очень эффективны в истощении стратосферного озона, который защищает нас от вредного солнечного ультрафиолетового излучения, и их использование создало дыру в стратосферном озоновом слое Земли.К счастью, мы смогли вовремя выявить проблему и прийти к всемирному соглашению, Монреальскому протоколу, который поэтапно прекратил их использование».

Используя измерения со спутника НАСА Aura, ученые изучали хлор в антарктической озоновой дыре в течение последних нескольких лет, наблюдая, как его количество медленно уменьшается. В 2018 году они объявили о первых окончательных доказательствах успеха Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, который был ратифицирован в 1987 году.Кредит: НАСА

В соответствии с Монреальским протоколом, который был окончательно доработан в 1987 г. , и поправкой к нему 2016 г. был реализован многоэтапный план использования гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ), которые не так вредны для окружающей среды, как ХФУ, и могут использоваться в одинаковое оборудование, так как их химическая структура очень похожа на фреоны. Но ГХФУ также способствуют разрушению озонового слоя, хотя и в меньшей степени, чем ХФУ, а также способствуют глобальному потеплению, поэтому их использование также постепенно прекращается в течение следующего десятилетия.

Несмотря на то, что Монреальский протокол — это история большого успеха, Ливси предупреждает, что решать проблемы выбросов двуокиси углерода и метана на Земле будет труднее.

«Люди повсеместно использовали ХФУ, но на самом деле их производили всего четыре компании в мире, — сказал он. «С двуокисью углерода проблема гораздо сложнее. Все мы производим углекислый газ. А электростанций, работающих на угле, намного больше, чем когда-либо было заводов на ХФУ.Выбросы метана в результате деятельности человека также вносят значительный вклад. Поэтому очень сложно указать на что-то одно, чтобы решить проблему, как мы могли бы это сделать с фреонами».

Ливси говорит, что недавнее повышение температуры Земли просто невозможно объяснить без учета антропогенных выбросов углекислого газа, который со временем накапливается и имеет долгую жизнь после выброса в атмосферу. Тем, кто утверждает, что углекислый газ, метан и другие парниковые газы не оказывают существенного влияния на глобальное потепление, он предлагает простой научный эксперимент.

Слева: озон в стратосфере Земли на высоте примерно 12 миль (20 километров) в середине марта 2011 г., недалеко от пика потери озона в Арктике в 2011 г. Красные цвета представляют высокие уровни озона, а фиолетовые и серые цвета (в северной полярной области) представляют очень небольшие количества озона. Справа: монооксид хлора — основной агент химического разрушения озона в холодной полярной нижней стратосфере — в тот же день и на той же высоте. Светло-синий и зеленый цвета представляют собой небольшое количество монооксида хлора, а темно-синий и черный цвета представляют очень большое количество монооксида хлора. Белой линией отмечена область, в пределах которой происходило химическое разрушение озона. Авторы и права: НАСА-Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт.

«Возьмите галлон воды и добавьте в него каплю пищевого красителя. Вы сразу заметите изменения», — сказал он. «То же самое верно и для добавления в атмосферу следов парниковых газов. Не требуется большого увеличения, прежде чем их присутствие буквально изменит цвет атмосферы, наблюдаемый инфракрасными спутниковыми приборами».

Ливси говорит, что прибор MLS внес свой вклад в наше понимание атмосферного озона.Например, он сыграл важную роль в проверке восстановления озонового слоя. MLS также внесла свой вклад в изучение того, сколько стратосферного озона опускается в нижние слои атмосферы, способствуя загрязнению поверхности. Загрязнение приземным озоном оказывает пагубное воздействие на рост растений, что приводит к потерям урожая, оцениваемым в миллиарды долларов.

«НАСА уполномочено изучать верхние слои атмосферы, и в этом поручении фигурирует слово «озон», — говорит Ливси. «Это также есть в Законе США о чистом воздухе.НАСА возглавило многочисленные кампании по исследованию озона и внесло свой вклад во многие известные модели атмосферного озона. Мы проделали большую работу по спутниковым измерениям качества воздуха. А созвездие спутников для исследования атмосферы A Train, одним из компонентов которого является Aura/MLS, принесло огромную пользу сообществу исследователей атмосферы». (Узнайте больше о роли НАСА в изучении атмосферы Земли.)

Спутниковая группировка A Train. Кредит: НАСА

Помимо озона, MLS отслеживает водяной пар, многочисленные следовые газы и среднеатмосферные температуры.

MLS наблюдает за деталями химии озона, измеряя множество радикалов, резервуаров и исходных газов в химических циклах, которые разрушают озон. Авторы и права: Студия научной визуализации NASA/GSFC.

Что касается водяного пара, Ливси говорит, что ученые до сих пор не до конца понимают процессы, которые контролируют влажность в стратосфере. Например, в 2000 году измерения показали, что количество водяного пара в стратосфере уменьшилось примерно на 10 процентов, что замедлило темпы повышения глобальной приземной температуры примерно на 25 процентов.Но ученые до сих пор не совсем уверены, почему она уменьшилась. «Поскольку стратосферный водяной пар является парниковым газом, мы хотим иметь возможность хорошо предсказывать его будущую эволюцию», — сказал он. «Мы еще не до конца понимаем взаимодействие различных вовлеченных процессов и то, как они будут развиваться в условиях потепления климата. Данные MLS вносят свой вклад в атмосферные модели, которые помогают в этой области исследований».

Одним из самых больших сюрпризов данных MLS стали наблюдения за явлением, которое позволяет загрязнениям от сильных лесных пожаров проникать в стратосферу.Пожары вносят значительный вклад в стратосферные аэрозоли и, таким образом, могут влиять на потепление поверхности. «MLS позволила нам отслеживать это загрязнение по всему миру. Раньше мы бы и не догадались, что один лесной пожар может сделать это», — сказал Ливси».

Три спутника НАСА синхронно наблюдают за вертикальными структурами гроз (нижняя дорожка) и их влиянием на ледяные облака (цветовые оттенки), водяной пар (контуры) и загрязняющие вещества прямо над нижними слоями атмосферы Земли (верхняя дорожка).Авторы и права: Ронг Фу, Синда Гиллилан, Джонатан Х. Цзян и Брайан Кносп.

Поскольку запись данных MLS приближается к 15 годам, Ливси говорит, что надеется, что MLS будет продолжать предоставлять важную науку еще несколько лет. Инструмент продолжает хорошо работать, и самым большим ограничением его срока службы является количество топлива на космическом корабле «Аура», которое должно закончиться примерно в 2025 году, хотя команда рассматривает возможность принятия менее топливоемкой стратегии обслуживания орбиты, которая может добавить еще несколько. лет эксплуатации.

«Чем дольше хранится наша запись данных, тем ценнее она становится», — сказал он.

Чтобы узнать больше о MLS, посетите https://mls.jpl.nasa.gov/index-eos-mls.php.


Вторая часть этой серии: «Атмосфера: работа с двуокисью углерода»

Далее: «Атмосфера: свежий взгляд на качество воздуха, озон и климат»

Отслеживание изменений в озоноразрушающих химических веществах

Более 30 лет страны работают над защитой стратосферного озонового слоя Земли, запрещая новое производство и торговлю озоноразрушающими веществами.Часть этих усилий включала отслеживание концентрации таких химических веществ в атмосфере.

В 2018 году исследователи заметили, что после нескольких лет неуклонного снижения концентрация определенного озоноразрушающего вещества во всем мире выровнялась. После более глубокого расследования они обнаружили источник новых выбросов из восточного Китая. В исследовании, опубликованном в феврале 2021 года в журнале Nature , ученые сообщили, что возобновление выбросов трихлорфторметана (ХФУ-11 или фреон-11) из Китая и других незарегистрированных источников было недолгим и не должно существенно задерживать восстановление Земли. озоновый слой.

Стратосферный озон — это естественный солнцезащитный крем, который помогает защитить нас от вредных ультрафиолетовых (УФ) лучей Солнца. В 1970-х и 80-х годах ученые обнаружили, что химические вещества, широко используемые в хладагентах и ​​изоляционных пенах, поднимаются в стратосферу. Эти хлорфторуглероды (ХФУ) расщепляются ультрафиолетовым светом на формы, вызывающие разрушение молекул озона. Концентрации стратосферного озона упали во всем мире, и наиболее остро проблема обострилась над Южным полюсом, где ежегодно начала образовываться «озоновая дыра».В 1987 году был принят международный договор для предотвращения дополнительной деградации: Монреальский протокол запретил ХФУ, при этом были созданы протоколы для отслеживания их выбросов.

Даже после прекращения производства ученые все еще ожидали, что химические вещества, такие как CFC-11, продолжат выделяться из существующих продуктов в течение многих лет, но с постепенным снижением скорости. Газы контролируются такими группами, как Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE), сеть станций мониторинга, финансируемая НАСА и агентствами по охране окружающей среды и возглавляемая Массачусетским технологическим институтом и Скриппсом. Институт океанографии.

В 2018 году NOAA впервые сообщило, что содержание ХФУ-11 в атмосфере уменьшилось меньше, чем ожидалось, намекая на то, что что-то изменилось. «Замедление темпов снижения указывало на то, что кто-то снова начал излучать или в большем количестве, чем мы ожидали, мы просто не знали, где», — сказал Мэтт Ригби, ученый из Бристольского университета и один из ведущих авторов. новых исследований.

На картах в верхней части этой страницы показаны оценки выбросов ХФУ-11 из восточного Китая в период с 2008 по 2019 год, рассчитанные с помощью модели атмосферного переноса, разработанной авторами исследования. На приведенных выше графиках показаны концентрации химического вещества, наблюдаемые с помощью наземных приборов в сети AGAGE. Обратите внимание на всплески на линейном графике между 2013 и 2017 годами. Станция Госан, находящаяся в ведении Южнокорейского национального университета Кёнпук, и станция на острове Хатерума, находящаяся в ведении Японского национального института экологических исследований, были расположены достаточно близко, чтобы исследователи могли проследить большую часть новые выбросы обратно в восточный Китай.

«Это очень похоже на детективную работу», — сказал Цин Лян, соавтор исследования и атмосферный химик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.«Мы выяснили, что существует проблема, затем отследили проблему на региональном уровне, и кажется, что действия, предпринятые в Китае и, возможно, в других местах, привели к значительному снижению неожиданных выбросов».

«Это было свидетельством, вероятно, самой большой проблемы, с которой когда-либо сталкивался Монреальский протокол, но я думаю, было приятно видеть, как внимательно прислушиваются к науке стороны Монреальского протокола, а затем как быстро наука также были приняты меры», — добавил Ригби. «Все это произошло в течение практически двух лет, что довольно невероятно».

Ученые отметили, что некоторые выбросы середины десятилетия до сих пор не учтены, и ученые не смогли точно определить, откуда они исходят из-за текущих ограничений сети мониторинга. Но общее глобальное снижение концентрации ХФУ-11 возобновилось.

«Результаты — очень приятные новости, и мы надеемся, что они положат конец тревожному периоду очевидных нарушений нормативных требований», — сказал Люк Вестерн, соавтор одного из исследований и ученый-атмосферник из Бристольского университета.«Если бы выбросы остались на значительно повышенном уровне, который мы обнаружили, восстановление озонового слоя могло бы задержаться, возможно, на много лет. Вдобавок ко всему, поскольку ХФУ-11 также является мощным парниковым газом, новые выбросы способствовали изменению климата на уровне, аналогичном выбросам углекислого газа в мегаполисе».

Изображения Земной обсерватории НАСА, сделанные Джошуа Стивенсом, с использованием данных, любезно предоставленных Park, S. et al. (2021). Рассказ Лары Стрейфф, группы новостей наук о Земле НАСА, совместно с Майком Карловичем.

Загрязнение озоном – обзор

2.1.4 Химия окружающей среды атмосферы

Озон образуется и разрушается в стратосфере. Обычно озон туда не мигрирует. Озон (O 3 ) в стратосфере (верхних слоях атмосферы) выполняет ценную для нашей планеты функцию.

Озон перехватывает УФ-излучение Солнца и не дает ему воздействовать на нас на поверхности Земли. Без этой химической реакции УФ-излучение вызовет серьезные солнечные ожоги, рак кожи и заболевания глаз.УФ-излучение представляет собой излучение с длиной волны менее примерно 380 нм. 24 Молекулярная модель озона представлена ​​на рис. 2.4.

Рисунок 2.4. Озон

Процесс разрушения озонового слоя начинается с выброса фреонов или других озоноразрушающих веществ, обычно вблизи земли. Ветры неэффективно перемешивают тропосферу (ближайшую вертикальную зону между поверхностью Земли и высотой 10–15 км (6,2–9,3 мили) и равномерно распределяют газы. ХФУ чрезвычайно стабильны и не растворяются в дожде.

После периода в несколько лет молекулы ХФУ достигают стратосферы (вертикальная зона между тропосферой и высотой около 50 км (31 миля).

Потеря озона в результате реакции с ХФУ привела к тому, что обычно называют «озоновая дыра» (см. рис. 2.1)

Химическая реакция образования озона включает две стадии 25 На первой стадии молекула кислорода поглощает фотон света (обычно обозначается греческим символом v ) с длиной волны короче 200 нм.Энергия УФ-излучения расщепляет молекулу кислорода на два атома кислорода.

Ниже приводится упрощенное описание очень сложных химических реакций:

Символ * на атоме кислорода означает, что этот вид не является полной молекулой и способен реагировать с другими видами. Образовавшийся атом кислорода (O*) очень реактивен. На втором этапе образования озона две молекулы кислорода и два атома кислорода реагируют с образованием двух молекул озона.

Комбинированный процесс с УФ-излучением в качестве активного инициатора:

УФ-излучение другой длины волны также участвует в разрушении озона.УФ-излучение с длиной волны от 280 до 320 нм расщепляет молекулу озона на молекулу кислорода и атом кислорода:

(2.4)O3+v280−320нм→O*+O2

Реактивный атом кислорода и молекула озона объединяются, образуя две молекулы кислорода:

Комбинированный процесс с УФ-излучением в качестве активного инициатора является обратным уравнением (2.3). Озон превращается в кислород:

До 98% высокоэнергетического УФ-излучения солнца расходуется на эти химические реакции, связанные с разрушением и образованием атмосферного озона.Глобальный обмен между озоном и кислородом составляет порядка 300 миллионов тонн в сутки. 26

Поскольку озон отфильтровывает вредное УФ-излучение, меньшее количество озона означает более высокий уровень УФ-излучения на поверхности Земли. Озон, присутствующий в стратосфере, защищает жизнь на Земле, отфильтровывая вредные ультрафиолетовые лучи солнца. Чем больше истощение озона, тем больше увеличение входящего УФ.

Предположим, озон каким-то образом был устранен в другом химическом процессе. Тогда УФ-излучению не будет мешать попадание на Землю.

В процессе удаления озона участвуют атомы хлора или брома из химических веществ, в том числе очищающих растворителей. Атомы фтора слишком медленны для реакции и не участвуют в реакциях разрушения озонового слоя. Атомы йода реагируют слишком быстро и расходуются на высотах ниже стратосферы.

В стратосфере ХФУ вступают в контакт с коротковолновым УФ-излучением, которое способно отделить атомы хлора от молекул ХФУ.

Ключевая реакция включает высвобождение атомов хлора или брома из молекул ODC. 27 Уравнение записывается для ХФУ-113:

Если бы не было ODC, не происходило бы разрушения озона по следующим уравнениям. Свободный атом хлора (Cl*) существует как очень реакционное вещество, называемое свободным радикалом:

Если бы за этой химической реакцией не последовали другие, ситуация не была бы такой трагичной. Но три дополнительные реакции регенерируют радикал Cl:

(2.10)(ClO)2+v→Cl*+ClOO*

Результат последних трех уравнений таков:

1.

Озон преобразуется в кислород.

2.

УФ-излучение потребляется.

3.

Радикалы хлора регенерируются, поэтому они могут разрушать больше озона. В этом процессе они считаются катализатором, поскольку не расходуются в схеме реакции.

Приведенные выше уравнения не являются полным набором всех химических процессов, происходящих в стратосфере. Реальные процессы все еще изучаются, и они более сложны, чем показано здесь.Влияние радикалов хлора можно уменьшить путем их превращения в соляную кислоту. Также вид CCl 2 F 3 также будет реагировать с радикалами хлора и регенерировать CF-113.

Из-за медленного перемешивания воздуха между нижними и верхними слоями атмосферы предполагается, что стратосферные ХФУ останутся на значительном уровне и в следующем столетии. ХФУ имеют время жизни в атмосфере около 20–100 лет, и, следовательно, один свободный атом хлора из молекулы ХФУ может нанести большой ущерб, надолго разрушая молекулы озона.

Связь с проблемой озона

 


Курсы Calspace

 Изменение климата · Часть первая
Изменение климата · Часть вторая

      Изменение климата 2 Программа обучения

    1.0 – Ледниковые периоды: введение
2.0 – Открытие ледниковых периодов 90 250 3.0 — Климатические циклы ледникового периода 90 250 4.0 — Климат за последние 1000 лет
5.0 – Определение прошлого климата 90 250 6.0 — Причины тысячелетних изменений
7.0 — Климат и CO 2 в атмосфере
8.0 – Недавнее глобальное потепление 90 250 9.0 – Изменение климата в политической сфере 90 250
  10.0 Связь с проблемой озона
· 10.1 — Роль озона
· 10.2 — Проблема озона, ХФУ и альт.

    11. 0 – Будущее использование энергии
12.0 – Перспективы на будущее

Введение в астрономию
Жизнь во Вселенной

 Глоссарий: изменение климата
Глоссарий: Астрономия
Глоссарий: Жизнь во Вселенной

 

Роль озона


Озон: хорошо наверху, плохо рядом На самом деле есть две проблемы с озоном, и обе они каким-то образом связаны с парниковым эффектом.Первая проблема — это загрязнение нижних слоев атмосферы, называемых тропосферой, озоном, который в значительной степени является результатом фотохимических реакций с участием техногенных выбросов промышленности и автомобилей («смог» или «фото-смог»). Этот озон (химическая формула озона O 3 ) является «плохим», потому что он вызывает проблемы с дыханием у людей и повреждает растения. Связь с парниковым эффектом заключается в том, что те же виды деятельности, которые выделяют большую часть углекислого газа, также выделяют большую часть газообразных оксидов азота, которые обеспечивают исходные материалы для производства озона, когда ярко светит Солнце. Кроме того, озон сам по себе является парниковым газом.

Вторая проблема, о которой обычно думают, говоря об озоновой проблеме, касается озонового слоя в нижней стратосфере с центром примерно в 20 км вверх. В стратосфере примерно в десять раз больше озона, чем в тропосфере. Этот озон хорош, потому что он перехватывает большую часть УФ-излучения Солнца, близкого к фиолетовому (называемого УФ(В)) и которое в противном случае достигло бы поверхности Земли и беспокоило людей, животных и растения.Связь с историей парниковых газов возникает из-за того, что глобальное потепление в тропосфере ведет к охлаждению стратосферы (с помощью механизмов, которые нас здесь не должны интересовать), и это охлаждение способствует разрушению озона в богатом озоном слое.

Озоновая дыра

«Озоновая дыра» была впервые обнаружена в Антарктиде Джозефом Фарманом и его коллегами из Британской антарктической службы в 1985 году. Они наблюдали излучение, исходящее от Солнца, и отмечали увеличение УФ-излучения (В). Это увеличение особенно сильно проявляется южной весной (сентябрь и октябрь), когда образуется «озоновая дыра». (Подобные наблюдения впервые были сделаны учеными НАСА с использованием спутниковых датчиков. Однако эти ученые сомневались в том, что им говорили их приборы, потому что наблюдения были совершенно неожиданными и необычными.)

Потеря озона в Антарктике связана с фотохимическими реакциями. этому способствует присутствие определенных типов ледяных частиц, на поверхности которых нестабильные соединения хлора образуются из хлорфторуглеродов (ХФУ) — семейства долгоживущих промышленных газов, молекулы которых могут подниматься вверх через тропосферу и попадать в стратосферу.Нестабильные соединения хлора доставляют хлор, который помогает разрушать озон, когда солнечный свет возвращается в Антарктику после долгой зимы. Химические реакции были разработаны Полом Крутценом и другими учеными, изучающими атмосферную химию.

Процесс разрушения озонового слоя

Шаг 1. ХФУ возникают исключительно в результате деятельности человека. Они химически инертны, то есть обычно не реагируют ни с чем, с чем вступают в контакт. Это одна из важных причин, почему они были так полезны для многих коммерческих приложений.Однако, будучи инертными, они долго остаются в атмосфере. Шаг 2. ХФУ поднимаются в озоновый слой стратосферы. Шаг 3. В стратосфере высокоэнергетическое УФ-излучение Солнца расщепляет молекулы CFC, обеспечивая источник свободного хлора (хлор, или Cl, является хлорсодержащей частью хлорфторуглеродов). Шаг 4. Свободные атомы хлора реагируют с озоном, помогая преобразовать его в простой молекулярный кислород (который не перехватывает УФ). При этом хлор выступает лишь помощником и сохраняется для дополнительных реакций.Благодаря своему «каталитическому» действию (= химическому вспомогательному действию) один атом хлора может разрушить до 15 000 молекул озона. Таким образом, даже незначительное количество фреонов, попадающих в стратосферу, может иметь катастрофические последствия для озонового слоя. Шаг 5. Истощенный озоновый слой означает, что через него может пройти больше УФ-излучения. Шаг 6. Повышенное воздействие УФ-излучения имеет негативные последствия для человека, животных и растений.

Схема процесса разрушения озонового слоя в стратосфере. Шаги 1-6 подробно описаны в тексте ниже.

Когда стало ясно, что озон разрушается в больших масштабах, были заключены международные соглашения (например, Монреальский протокол) о поэтапном отказе от хлорфторуглеродных соединений, ответственных за повреждение этого щита. После этих соглашений концентрация озоноразрушающих газов выровнялась, и ожидается, что в будущем они будут снижаться.

Поэтапный отказ от этих газов также предотвратит увеличение парникового эффекта из этого источника, хотя предлагаемые замены ХФУ, хотя и менее опасны для озонового слоя, столь же сильны с точки зрения их парникового потенциала, как и сами ХФУ.

Отличный сайт об озоновой дыре для учителей: Центр атмосферных наук. Вы даже увидите фильмы об озоновой дыре, развивающейся над Антарктидой.

 

Истощение стратосферного озона – Дефра, Великобритания

Озон одновременно полезен и вреден для нас. У земли озон, образующийся в результате химических реакций, связанных с транспортным загрязнением и солнечным светом, может вызвать ряд респираторных заболеваний, особенно у маленьких детей.Однако высоко в атмосфере, в области, известной как стратосфера, озон отфильтровывает входящее излучение Солнца в повреждающей клетки ультрафиолетовой (УФ) части спектра. Без этого озонового слоя жизнь на Земле не развивалась бы так, как сейчас.

Стратосфера — второй основной слой атмосферы, расположенный над тропосферой, самым нижним слоем. Он занимает область атмосферы примерно от 12 до 50 км над поверхностью Земли, хотя его нижняя граница имеет тенденцию быть выше ближе к экватору и ниже ближе к полюсам.

Концентрация озона в стратосфере естественным образом колеблется в ответ на изменения погодных условий и количества энергии, выделяемой Солнцем, а также на крупные извержения вулканов.

Тем не менее, в 1970-х годах стало понятно, что антропогенные выбросы ХФУ и других химических веществ, используемых в холодильной технике, аэрозолях и чистящих средствах, могут вызвать значительное разрушение озона в стратосфере, тем самым пропуская больше вредного ультрафиолетового излучения.

Затем, в 1985 году, весной над континентом Антарктида были обнаружены свидетельства наличия большой «озоновой дыры». Это вновь появлялось ежегодно, обычно становясь все больше и глубже с каждым годом. Совсем недавно появились опасения по поводу значительного истощения озонового слоя над Арктикой, ближе к более густонаселенным регионам Северного полушария.

Загрузить «Двадцать вопросов и ответов об озоновом слое» (PDF, 2,10 МБ).

Озон регулярно контролируется над Великобританией для определения уровня потери озона. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Ozone Hole Tour.

Воздействие нижнего стратосферного озона на природную среду.

Увеличение ультрафиолетового (УФВ) излучения, вызванное снижением концентрации стратосферного озона, связано с воздействием на биогеохимические циклы — баланс между производством и разрушением органического вещества. Влияние на естественные выбросы CO и CO 2 и круговорот минеральных питательных веществ. Качество воздуха — увеличивается количество химической активности в нижних слоях атмосферы и скорость удаления первичных загрязнителей из атмосферы.Экосистемы — водная пищевая сеть — УФВ отрицательно влияет на рост, фотосинтез, содержание белков и размножение фитопланктона. Наземные организмы и измененные модели генной активности.

Озоновая дыра убила бы растения и повысила глобальную температуру

Один из самых успешных экологических договоров в истории был заключен 34 года назад, чтобы поэтапно отказаться от промышленных химикатов, которые разъедают хрупкий озоновый слой Земли.

Монреальский протокол ввел международное соглашение о поэтапном отказе от хлорфторуглеродов или ХФУ — озоноразрушающих химических веществ, которые когда-то использовались в хладагентах и ​​других промышленных процессах.

За прошедшие десятилетия количество фреонов резко сократилось, а печально известная «озоновая дыра» в атмосфере Земли неуклонно восстанавливается. Страхи будущего, в котором люди не смогут безопасно гулять на солнце, испарились.

И это еще не все. Исследования показывают, что глобальное потепление могло бы быть даже хуже, чем сегодня, если бы не Монреальский протокол.

Отчасти это связано с тем, что ХФУ сами по себе являются мощными парниковыми газами. У них более короткая жизнь в атмосфере, чем у углекислого газа, но гораздо более мощный согревающий эффект, пока они существуют. Исследования показывают, что без Монреальского протокола этот парниковый эффект, вероятно, добавил бы к глобальному потеплению как минимум дополнительный градус Цельсия или 1,8 градуса по Фаренгейту к 2050 году.

Новое исследование предполагает, что договор, возможно, спас мир от еще большего потепления — совершенно по-другому.

Согласно исследованию, опубликованному на этой неделе в журнале Nature, растения по всему миру засохли бы и завяли без Монреальского протокола. Многие из них погибли бы и вовсе исчезли. Они были бы уничтожены вредными ультрафиолетовыми лучами, проникающими сквозь поврежденный озоновый слой планеты.

Растения оказывают важную климатическую услугу, высасывая углекислый газ из атмосферы. Но поврежденные растения менее эффективны, и со временем они будут накапливать все меньше и меньше углерода.

Новое исследование показало, что дополнительный углерод в атмосфере мог бы еще больше нагреть планету.

Если бы содержание ХФУ никогда не снижалось — если бы оно продолжало увеличиваться бесконечно, — дополнительный связанный с растениями CO 2 вызвал бы к концу века дополнительное потепление на полградуса или полный градус Цельсия. . Это помимо дополнительного потепления, которое было бы вызвано парниковым эффектом, непосредственно создаваемым ХФУ в атмосфере.

И, конечно же, все это произошло бы вдобавок к изменению климата, которое уже происходит из-за других выбросов парниковых газов.

В новом исследовании под руководством Пола Янга из Ланкастерского университета в Соединенном Королевстве модели использовались для моделирования трех сценариев.

Первый воссоздал реальный мир, в котором использование ХФУ прекращается в соответствии с Монреальским протоколом. Во втором представлен гипотетический сценарий, согласно которому выбросы ХФУ оставались стабильными на уровне 1960 года, то есть не увеличивались, но и не уменьшались.

Последний сценарий, получивший название «мир, которого удалось избежать», моделировал траекторию, по которой выбросы ХФУ продолжали расти в настоящее время и в будущем, увеличиваясь примерно на 3% каждый год.

В сценарии, в котором удалось избежать ужасного мира, озоновый слой практически разрушится в 2040-х годах. К концу века содержание атмосферного озона уменьшится примерно на 72%. Количество УФ-излучения, достигающего поверхности Земли, резко возрастает.

В ответ рост растений начинает затухать. По оценкам исследования, к концу века глобальная растительность поглощает только около 15% углерода, который она поглощает в мире с действующим Монреальским протоколом.

Дополнительный углерод, вероятно, согреет мир где-то от 0.По оценкам ученых, к концу века от 5 до 1°С, скорее всего, около 0,8°С. Это помимо вероятного дополнительного потепления на 1,7 °C только из-за парникового эффекта фреонов в атмосфере.

В сумме это составляет примерно 2,5 градуса по Цельсию — это 4,5 градуса по Фаренгейту — потепления, которого Монреальский протокол предотвратил за сто лет.

Это означает, что «монреальский протокол не только защищает озоновый слой, но и сам по себе является феноменально успешным соглашением по климату», — написал Янг в недавнем посте об исследовании, опубликованном в The Conversation .

Климатические последствия Монреальского протокола до сих пор были побочными выгодами. Но недавняя поправка продвигает договор на шаг вперед. Кигалийская поправка, дополнение 2016 года к Монреальскому протоколу, также направлена ​​на поэтапный отказ от использования гидрофторуглеродов, или ГФУ, вызывающих потепление климата. Хотя ГФУ менее опасны для озонового слоя, чем ХФУ, они также являются мощными парниковыми газами.

США еще не ратифицировали Кигалийскую поправку, хотя администрация Байдена заявила о своем интересе.

Сокращение менее известных сильнодействующих парниковых газов, таких как ХФУ и ГФУ, может существенно изменить глобальный климат. Монреальский протокол уже продемонстрировал этот эффект, пусть и непреднамеренно.

Тем не менее, устранение глобальных выбросов углекислого газа, наряду с другими основными парниковыми газами, такими как метан, остается на данный момент самой большой глобальной проблемой, связанной с изменением климата, говорят ученые.