169669 (Озоновий шар)

Зміст

Вступ

1 Відкриття озонового шару

2 Озонові діри. Причини їх появи та наслідки

2.1 Стан озонової діри над південним полюсом

3 Вплив опромінення на живі організми

4 Міжнародне співробітництво України в сфері охорони атмосферного повітря та озонового шару

Висновки

Література

ВСТУП

Глобальне зменшення загального вмісту озону протягом трьох останніх десятиріч є визнаним фактом та підтверджується даними як наземних, так і супутникових вимірювань. Незалежно від причин, які спричиняють це явище, всі фахівці звертають увагу на зміни рівня опроміненності земної поверхні УФ випромінюванням Сонця, а найбільш істотні його наслідки – це шкідливий вплив на здоров'я населення та нормальну життєдіяльність біосфери. Зміна кількості озону на різних висотах викликає збурення вертикального розподілу температури (ВРТ) в атмосфері, коливання радіаційних потоків та переміщення повітряних мас. Всі ці обставини можуть привести до значних змін клімату Землі. Тому моніторинг поточного стану озонового шару та довготермінових змін у ньому є однією з актуальніших задач фізики атмосфери. Для вирішення цієї задачі необхідно створення надійної системи моніторингу, яка складається з комплексу апаратури для атмосферно-оптичних спостережень, засобів накопичення та аналізу інформації, що від неї надходить, а також засобів доведення цієї інформації до користувача. Зміни в стані озонового шару та можливі негативні наслідки таких змін стимулювали створення та функціонування різноманітних вимірювальних приладів та їх мереж. Функціонує наземна мережа спостережень за станом озонового шару, велика увага приділяється вимірюванням з літаків та аеростатів, але найбільш інформативними виявились дані супутникових вимірювань. Їх роль надзвичайно велика. Це зумовлено можливістю отримання за їх допомогою інформації про поведінку озону у глобальному масштабі з достатньою детальністю для великих проміжків часу.

Озоновий шар атмосфери захищає біосферу від дії коротко хвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця. Динамічна рівновага атмосфери в системі взаємопов’язаних і взаємообумовлених складових Землі порушується господарською діяльністю людей. І для атмосфери сьогодні характерний ряд проблем, вирішення яких потребує планетарних цілеспрямованих програм і рішень. Проблема стратосферного озону полягає в тому, що починаючи з 70-х років наукова громадськість почала розуміти реальність загрози руйнування озонового шару, найбільша концентрація якого зосереджена на висоті 20-24 км. Основну руйнівну силу для молекул озону складають сполуки хлору, найбільш поширені з яких хлор фтор вуглеводи (фреони). Ці сполуки є дуже стійкими і в формі аерозолів можуть перебувати у завислому стані декілька десятків років.

До проблем, які пов’язані з глобальними змінами атмосферних процесів, чи її складників необхідно віднести:

– проблему порушення газового балансу атмосфери і тісно пов’язану з нею проблему порушення теплового балансу Землі;

– проблему росту погодних аномалій та інші.

Їх виникнення пов’язують з надмірною антропогенізацією глобальних природних процесів і порушення господарською діяльністю рівноваги між основними компонентами нашої планети. Небачено активна й здебільшого непродумана діяльність людини, супроводжувана знищенням природних ресурсів і забрудненням навколишнього середовища, призвела до того, що нині біосфера планети перебуває в критичному стані, коли до глобальної катастрофи залишилися лічені кроки. Одною із цих проблем які важко вирішуються є зменшення озонового шару. Виснаження його впродовж останніх десятиріч - це ще одна глобальна проблема, від вирішення якої залежить майбутнє людства. Визначено, що новими руйнівниками озонового прошарку є фтор, фтор місткі сполуки та інші. Одна активна молекула фреонів може спалити до сотні тисяч молекул озону.

Зменшення товщини озонового прошарку та поява озонових дірок над Антарктидою. Якщо цей процес стане незворотнім, то жорстке сонячне випромінювання за короткі строки знищить усе живе на планеті.

1 ВІДКРИТТЯ ОЗОНОВОГО ШАРУ

Озон був відкритий в 1839 році за час спостережень за електричними розрядами К. Ф. Шонбейном. Після 1850 року було встановлено, що озон є однією з природних складових атмосфери спостереження були розпочаті в 20-ті роки минулого століття.

Перші кількідні виміри повного вмісту озону проведені оксфордським ученим Г.Добсоном в 1920 році. Він удосконалив свій прилад – спектрофотометр — він став головним приладом для вимірювань повного вмісту озону в глобальній системі спостережень майже в 100 обсерваторіях світу протягом 50 років. Спектрофотометр Г.Добсона під номером 031 був встановлений на українській антарктичній станції “ Академік Вернадський”. За допомогою цього приладу українські вчені проваджують спостереження озону в Антарктиці розпочаті британськими вченими на станції “Фарадей” ще в 1957 році.

Озоновий шар дослвіджують також за допомогою літаків невеликих ракет та аеростатів.

Озон утворюється завдяки сонячному випромінюванню, зміна концентрації озону залежить від 11-річного сонячного циклу. Підчас великих вулканічних вивержень в атмосферу викидаються дуже багато хлору, який досягає стратосфери. Основною причиною змін в озоновому шарі є велика кількість пилу, який потрапляє під час виверження.

На поверхні відбуваються хімічні реакції, що призводять до зменшення вмісту озону. Підчас стартів великих літаків ракет як “ Енергія”, “Сатурн 5”, “Спейс Шатл” викидають значну кількість хлоровмісних компонентів. Наприклад : під час старту “Спейс Шатл у стратосферу викидають 70 тон HCI , порівняно з природніми джерелами HCI 7500 тон в рік. Підраховано, що 300 запусків “Спейс Шаттлів” підряд могли б повністю зруйнувати озоновий шар Землі [1].

2 ОЗОНОВІ ДІРИ. ПРИЧИНИ ЇХ ПОЯВИ ТА НАСЛІДКИ

Вигляд Антарктиди з космічного простору та дослідження озонового шару в атмосфері

Зменшення озонового шару в Антарктиді довели в 1985 році члени британської наукової експедиції з найстарішої на білому континенті станції «Фарадей», що з лютого 1996 року належить Україні й носить ім’я геніального українського вченого В.Вернадського. Вони помітили, що концентрація озону в стратосфері тривожно знижувалася.

Вони повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили і інші дослідники, що показали також, що область зниженого змісту озону тягнеться за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова "діра".

Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Самолетний Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн декілька разів підіймалися в область зниженого змісту озону і збирали детальні відомості про розміри "діри" і проходячі в ній хімічні процеси. На початку 80-х років по вимірюваннях зі супутника "Німбус-7" аналогічна “діра" була виявлена і в Арктиці, щоправда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таким значним - біля 9%. У середньому по Землі з 1979 по 1990 р. зміст озону впало на 5%.

Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону представляють викиди водяної пари і оксидов азоту з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося.

У той час в комерційних цілях використовується тільки "Конкорд", що здійснює декілька рейсів в тиждень між Америкою і Європою, з військових літаків в стратосфері літають практично тільки надзвукові стратегічні бомбардувальники, такі, як B1-B або Ту-160 і розвідувальні літаки типу SR-71. Як приклад можна привести Італію, Німечину, Париж, де теж є велике навантаження на стратосферний озон.

Присутність озонових дір в найбільших містах Європи

рисунок 2.2-Озонові діри в Європі

Таке навантаження представляє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидов азоту з поверхні землі внаслідок спалення викопного палива і масового виробництва і застосування азотних добрив також представляє певну небезпеку для озонного шару, але оксиди азоту нестійки і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте, тверде паливо, що використовується в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", може наносити серйозний збиток озонному шару в районі запуску.

У 1974 р. вчені М. Моліна і Ф. Роуленд з Каліфорнійського університету в Ірвіне показали, що хлорфторвуглероди (ХФУ) можуть спричиняти руйнування озону. Починаючи з цього часу, так звана, хлорфторвуглеродна проблема стала однією з основних в дослідженнях по забрудненню атмосфери.

Хлорфторвуглеродні вже більше за 60 років використовуються як хладогенти в холодильниках і кондиціонерах, пропілленти для аерозольних сумішей, пінообразуючі агенти у вогнегасниках, очищувачі для електронних приладів, при хімічному чищенні одягу, при виробництві пінопластиків. Колись вони розглядалися, як ідеальні для практичного застосування хімічні речовини, оскільки вони дуже стабільні і неактивні, а значить не токсичні. Як це не дивно, але саме інертність цих з'єднань робить їх небезпечною для атмосферного озону.

Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерховому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УХ опромінення може серйозно постраждати і навіть загинути повністю.

Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських экосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхових шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УХ опроміненню, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно поменшає, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УХ випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

Під тиском цих аргументів багато країн почали вживати заходів, направлені на скорочення виробництва і використання ХФУ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФУ в аерозолях.

Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФУ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторинга змін клімату, в фонових умовах - на берегах Тихого і Атлантичного океанів і на островах, вдалині від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонов -11 і -12 в цей час зростає з швидкістю 5-9% в рік.

Разом з тим, ранні прогнози, що кажуть про те, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФУ, до середини XXI ст. кількість озону в стратосфері може впасти вдвічі, можливо були дуже песимістичні. Бо, як з'ясувалося, діра над Антарктидою багато в чому є слідством метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолета і під час полярної ночі не йде. Взимку над Антарктикою утвориться стійкий вихор, перешкоджаючий притоці багатого озоном повітря зі середніх широт. Тому до весни навіть невелику кількість активного хлору здібно нанести серйозний збиток озонному шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато які дослідники вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, чим над Арктикою, утворяться взимку, коли при відсутності сонячного світла, в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди, температура в стратосфері падає нижче мінус 80⁰С.

Можливо, що частки цих хмар здатні катализувати розпад озону. Все це говорить про те, що ХФУ здатні викликати помітне пониження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, яке для середніх широт не характерне в наслідок інших кліматичних умов, а це одразу зменшує площу озонного шару, яка може піддатися розпаду. Хоч перші похмурі оцінки були переглянені, це ні в якому разі не означає, що проблеми немає. Швидше, стало ясно, що є негайна серйозна небезпека. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФУ в атмосферу серйозні биосферні порушення у другій половині XXI в., тому скорочувати використання ХФУ, як і раніше, необхідно.

Вчені М. Моліна і Ф. Роуленд опублікували ще спільну працю, в якій висловили глибоку стурбованість щодо шкідливої дії хлору на збереження озонового шару. Вже з 70-х років чимало науково-дослідних центрів світу вдарили на сполох з приводу згубних наслідків впливу цього явища на довколишнє середовище. В 1987 р. спеціально обладнали літак з чилійського міста Пунта. Аренас проник в озонову дірку в Антарктиді й майстерно зробив перші знімки, що допомогли дізнатися про справжні розміри аномалії.

Ці дані лягли в основу рішення Організації Об’єднаних Націй (ООН) скликати 1987 р. міжнародну зустріч у Канаді, де 46 країн підписали Монреальський протокол, який зобов’язує його учасників скоротити виробництво товарів, що містять у собі хлор, фтор, водень: аерозолі, холодильне обладнання й таке інше. Уже не одне літо в Південному конусі, де прихід нового року припадає на розпал сезону відпочинку, заздалегідь вимушені ширше вживати запобіжних заходів, щоб захиститися від шкідливої дії сонця , бо шар озону, що служить захисною парасолею від ультрафіолетових променів, як ніколи раніше, періодично ставав дуже слабкий. Національна метеорологічна служба Аргентини (НМСА) повідомила, що в 1998 року озонова дірка зберігалася майже на місяць довше, ніж попереднього, до того ж охоплювала площу, значно більшу, ніж будь-коли. Річний період, протягом якого проявляється озонова дірка над Антарктидою. Тоді він перевершив усі інші: з’явився на півмісяця раніше й тривав три тижні довше при небаченій досі низькій концентрації озону. Як наслідок найбільшої тривалості явища у січні місяці 1999 року вплив збідненого на озон повітря затримався в теплих широтах. Як відзначав директор департаменту атмосферного довкілля Університету м. Буенос-Айреса сеньйор Пабло Кансіані, це може викликати посилення ультрафіолетової радіації аж до південних районів Бразилії.

Озон вбирає в себе сонячні ультрафіолетові промені. Збільшення цієї радіації на земній поверхні може завдавати серйозних опіків, породжувати рак шкіри та хвороби очей у людей. Тому щороку вчені уважно аналізують зменшення концентрації озону в середньому шарі атмосфери. Над Антарктидою кількість цієї речовини падала до надзвичайно низького рівня.