Озоновые дыры. Экологические проблемы человечества
Другие рефераты
“Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы
заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной
шар непригодным для обитания”.
Ж.Б.Ламарк.
С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор,
влияющий на судьбу живой природы. Он достиг огромной силы в текущем
столетии и особенно в последнее время. 5 млрд. наших современников
оказывают на природу такое же по маштабам воздействие, какое могли оказать
люди каменного века, если бы их численность составила 50 млрд. человек, а
количество высвобождаемой энергии, получаемой землёй от солнца.
С тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное
вмешательство человека в природу резко усилилось, расширялся объём этого
вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной
опасностью для человечества.
Расход невозобновимого сырья повышается, всё больше пахотных
земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы.
Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному
воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных
процессов, любой из которых не улучшает состояние воздушного пространства
нашей планеты.
Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере.
Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию
в сторону повышения среднегодовой температуры на планете.
В результате перед обществом возникла дилемма: либо бездумно
катиться к своей неизбежной гибели в надвигающейся экологической
катастрофе, либо сознательно превратить созданные гением человека могучие
силы науки и техники из орудия, ранее обращенного против природы и самого
человека, в орудие их защиты и процветания, в орудие рационального
природопользования.
Над миром нависла реальная угроза глобального экологического
кризиса, понимаемая всем населением планеты, а реальная надежда на его
предотвращение состоит в непрерывном экологическом образовании и
просвещении людей.
Всемирная организация здравоохранения определила, что здоровье человека
на 20% зависит от его наследственности, на 20% от состояния окружающей
среды, на 50% от образа жизни и на 10% от медицины. В ряде регионов России
к 2005 году предполагается следующая динамика факторов, влияющих на
здоровье человека: роль экологии возрастет до 40%, действие генетического
фактора увеличится до 30%, до 25% уменьшится возможность поддержания
здоровья за счёт образа жизни и до 5% снизится роль медицины.
Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно
выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе:
загрязнение, отравление среды обитания, обеднение атмосферы кислородом,
озоновые дыры.
Целью настоящей работы явилось обобщение литературных данных о
причинах и последствиях разрушения озонового слоя, а также способах решения
проблемы образования “озоновых дыр”.
1. Озон и его роль в природе
Химические и биологические особенности озона.
Озон является аллотропной модификацией кислорода. Его молекула
диамогнитна (в отличие от парамагнитной О2 ), имеет угловую форму
О
О О
¶ связь в молекулу является делокализованной трехцентровой, предполагается
также донорно-акцепторный механизм образования химических связей в озоне:
О О
О О О О
Характер химических связей в озоне обусловливает его неустойчивость (через
определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород: 2О3 —>3О2)
и высокую окислительную способность (озон способен на ряд реакций в которые
молекулярный кислород не вступает). Окислительное действие озона на
органические вещества связанно с образованием радикалов: RH+ О3 RО2 +OH
Эти радикалы инициируют радикально цепные реакции с биоорганическими
молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к
гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на
его способности убивать микробы. Озон не безразличен и для высших
организмов. Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (например, в
кабинетах физиотерапии и кварцевого облучения) может вызвать тяжелые
нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным
газом. Предельно допустимая концентрация его в воздухе рабочей зоны –
0,0001 мг/литр. Загрязнение озоном воздушной среды происходит при
озонировании воды, вследствие его низкой растворимости.
1.2. Условия образования и защитная роль озонового слоя.
Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере
на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли. Озоновый слой начинается
на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается
вверх до высот приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень
низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности
земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм. Озон образуется,
когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода
(О2 —> О3).
Больше всего озона в пятикилометровом слое на высоте от 20 до 25 км,
который называют озоновым. Концентрация озона в этом слое невелика, однако
общее его количество в стратосфере достигает очень внушительной цифры –
более 3 млрд тонн.
Образование озона из обычного двухатомного кислорода требует довольно
большой энергии – почти 150 кДж на каждый моль. Такая насыщенность озона
энергией делает его взрывоопасным. Как же образуется это вещество? Основная
реакция – взаимодействие обычного двухатомного кислорода с атомарным:
О2 + О О3.
Атомарный кислород – еще более насыщенное энергией вещество – образуется
при электрических разрядах в кислороде и воздухе, а в стратосфере
появляется под
действием постоянного и довольно мощного ультрафиолетового излучения
Солнца:
Образование озона происходит непрерывно одновременно с его расходованием:
O2+h O+O ; O+O3 2O2; O3+h
O2+O;
поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного времени
оставалась постоянной. Процесс образования и разложение озона называют
циклом Чемпена. Результатом процессов в цикле является переход солнечной
энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение температуры на
высоте 15 км.
Защитная роль озонового слоя. Озон поглощает часть ультрафиолетового
излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200–300
нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение.
Химические процессы в тропосфере.
В химических превращениях различных загрязняющих веществ в
тропосфере ключевое место занимает OH – радикал к образованию которого
ведут несколько процессов. Основной вклад дают фотохимические реакции с
участие озона: O3+h O2+O
O+H2O OH+OH
В образовании озона в тропосфере участвуют оксиды озона:
NO2+ h (L<400нм) NO+O
O+O2 O3
О влиянии фотохимических реакций на содержание озона в тропосфере
свидетельствует 50% уменьшение концентрации озона при солнечном затмении :
O3+NO NO2+O2 O3+NO2
NO3+O2
В образовании ОН радикалов на высоте 30 км. участвуют пары воды:
Н2О+h H+OH
H2O+O 2OH
Определённый вклад в образование ОН-групп в тропосфере могут давать
реакции фоторазложения HNO2, HNO3, H2O2
HNO2+h (L<400нм) NO+OH
HNO3+h (L<330нм) NO2+OH
H2O2+h (L<330нм) 2OH
В тропосферных процессах гидроксильный радикал играет ключевую роль в
окислении углеводородов:
RH+OH HOH+R
R+O2 RO2
RO2+HOH ROOH+OH
Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителем атмосферы
является CH4.Окисление CH4 под действием ОН протекает сопряженно с
окисление NO. Соответствующий радикально-цепной механизм включает общую для
всех тропосферных процессов стадию инициирования ОН и цикл экзотермических
реакций продолжение цепи, характерных для реакции окисления органических
соединений:
ОН+СН4 Н2О +СН3
СН3+О2 СН3О2
СН3О2+NО СН3О+NО2
СН3О+О2 СН2О+НО2
В результате реакция окисления СН4 в присутствии NО как катализатора и при
воздействии солнечного света с длиной волны 300-400нм запишется в виде
СН4+4О2 СН2О+Н2О+2О3
т.е. окисление метана (и других органических веществ) приводит к
образованию тропосферного озона. Скорость этого процесса тем больше, чем
выше концентрация NО. Расчеты показывают, что антропогенный выброс NО
удваивает приземную концентрацию О3, а рост утечки СН4 многократно
опережающий по темпам роста другие виды загрязнений тропосферы приводит к
ещё большему увеличению концентрации О3 по сравнению с переносом О3 из
стратосферы.
Рост приземной концентрации озона представляет опасность для зеленой
растительности и животного мира.
Образующийся при окислении метана формальдегид окисляется далее
радикалами ОН с образованием СО. Этот канал вторичного загрязнения
атмосферы моноксидом углерода сравним с поступление СО от неполного
сгорания ископаемого топлива.
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
