Озоновый слой - щит Земли - (реферат)

Оксиды азота способны разрушать озон, однако, они могут реагировать и с хлором.

в ходе этой реакции содержание озона не меняется. Более важной является другая реакция, образующийся в ее ходе хлористый нитрозил является так называемым резервуаром хлора. Содержащийся в нем хлор неактивен и не может вступить в реакцию с озоном. В конце концов такая молекула-резервуар может поглотить фотон или вступить в реакцию с какой-нибудь другой молекулой и высвободить хлор, но она также может покинуть стратосферу. Расчеты показывают, что если бы в стратосфере отсутствовали оксиды азота, то разрушение озона шло бы намного быстрее. Другим важным резервуаром хлора является хлористый водород HCl, образующийся при реакции атомарного хлора и метана.

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для испоьзования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ - пропан-бутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками - вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях - на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов - концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимически активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов. Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессемистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше. Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80? ?? Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы и способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать звметрое понижение концетрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее стало ясно, что нет немедленной серьезной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в. , поэтому сокращать использование ХФУ по - прежнему необходимо.

3. Открытие проблемы и дальнейшее развитие ситуации вокруг этого открытия.

“Исследователи должны были выйти за рамки химии атмосферных явлений”, - написал Ричард Бенедикт, официальный представитель Госдепартамента США в администрации Рейгана. По словам Бенедикта, игравшего ключевую роль в переговорах по Монреальскому протоколу, научное сообщество, для того, чтобы“переварить” анализ Роуленда и Молина, “должно было связать воедино дисциплины, позволяющие изучать Землю как взаимосвязанную систему физических, химических и биологических процессов, происходящих на планете, в воде и атмосфере.... Ученые разработали еще более совершенные модели компьютерного симулирования взаимодействий между энергитическими, физическими и химическими процессами стратосферы на десятилетия вперед. Они использовали воздушные шары, ракеты и спутники для того, чтобы отслеживать поведение удаленных газов, концентрация которых не превышала нескольких молекул в триллионе молекул воздуха”. Для расчетов потерь озона необходимо было рассчитать сезонные колебания, одиннадцатилетний солнечный цикл и множество других факторов. Вследствие волны научных и общественных обсуждений проблемы, поднятой исследованием Роуленда и Молина, были приняты политические решения. Этот процесс достиг своей кульминации 11 мая 1977 года, когда три федеральных ведомства США - Комиссия по безопасности потребительских товаров, Агентство по охране окружающей среды и Комиссия по вопросам продуктов питания и медицинских препаратов - объявили о графике выведения из употребления аэрозольной продукции, содержащей ХФУ.

В свете вышесказанного, необходимо остановиться на двух принципиальных моментах. Во-первых, журналисты оказывают плохую услугу своей аудитории, когда утверждают, что озон страдает от использования аэрозолей. Не сами аэрозоли, а ХФУ в них, используемые в качестве распыляющих компонентов, будут представлять опасность для озонового слоя до тех пор, пока не возымеют действия запреты на использование этих веществ во всех странах. Во-вторых, даже полное прекращение использования ХФУ в аэрозолях не решит проблему разрушения озонового слоя. В производстве ХФУ используют в виде растворителей, хладонов и компонентов пенопластов, поэтому именно эти производства остаются источником поступления в атмосферу фреонов в огромных количествах. Приведенные выше две ошибки, к сожалению, довольно часто встречаются в журналистских материалах. В 1985 году, после трех лет переговоров, при участии ООН, было подписано международное соглашение - Венская конвенция. Венская конвенция установила механизмы международного сотрудничества в области исследований, мониторинга и обмена информацией о выбросах, концентрациях ХФУ и галогенов, а также выработала правовой статус озона стратосферы. Кроме того, Венская конвенция определила сроки разработки международных соглашений по конкретному сокращению выбросов. В тот же самый год произошло еще одно событие, которое повлияло на признание научным сообществом и общественностью проблемы озонового слоя. В 1985 году была обнаружена антарктическая озоновая дыра.

Данные, полученные в рамках программы “Британские антарктические исследования”, результаты которой были обнародованы в 1985 году, показали, что концентрации озонового слоя над Антарктикой уменьшались каждый год, начиная с конца 70-х годов. Памела Зурер в своей статье в журнале“Новости химии и инженерии”написала, что британские ученые под руководством Джо Фармана обнаружили полное его разрушение на отдельных высотах на протяжении нескольких весенних недель. Масштабы озоновых потерь превысили даже наихудшие сценарии, предсказанные научными моделями.

До открытия, сделанного в рамках “Британских антарктических исследований”, многие ученые не были уверены в том, что количество озона сокращается на самом деле. С 1985 года, после открытия антарктической озоновой дыры, научное сообщество объявило о проведении лабораторных экспериментов, полевых исследований и создании компьютерных моделей, для того чтобы улучшить понимание озона стратосферы.

В сентябре 1987 года США присоединились к основополагающему международному соглашению - Монреальскому протоколу по веществам разрушающим озоновый слой (смотри стр. 82). Монреальский протокол, устанавливающий ограничения на использование ХФУ и галогенов, был подписан двадцатью четырьмя государствами и Европейским экономическим сообществом (ЕЭС), получив таким образом поддержку большинства развитых стран мира.

Данные, полученные в результате американских экспедиций в Антарктику в 1986 и 1987 годах, а также данные НАСА, полученные в 1987 году, главным образом подтвердили, что хлор, выделяющийся из ХФУ, бром из галогенов и метилбромида несут ответственность за разрушение озонового слоя, а также за образование антарктической озоновой дыры. В 1988 году в совместном докладе“О тенденциях озона”НАСА и Национальное управление по океану и атмосфере (NOAA) представили полный анализ результатов международных исследований газов стратосферы. Доклад“Тенденции озона” подтвердил теорию разрушения озонового слоя. Однако не это стало самой плохой новостью в истории с озоновым слоем. Центр по космическим полетам им. Годдарда, НАСА и Лаборатория по мониторингу и диагностике климата NOAA в Болдере, штат Колорадо, зарегистрировали рекордно низкое содержание озона в 1993 году, о чем НАСА сообщило в пресс-релизе 18 октября 1993 года.

“Эти рекордно низкие уровни (озона в Антарктике) были зарегистрированы станцией Южного полюса Антарктики в конце сентября и в начале октября 1993 года и были подтверждены данными, полученными со спутника”, - объявило НАСА. Количество озона упало до уровня менее чем 100 единиц Добсона с уровня в 275 единиц Добсона в середине августа того же года. НАСА сообщило, что точность показаний составила плюс-минус 5 единиц Добсона. Единицы Добсона показывают общее количество озона в столбе воздуха от земной поверхности до верхней точки атмосферы. Измерения проводятся путем спектрального анализа поглощенного ультрафиолетового излучения. Подтвердив показания наземного спектрофотометра Добсона замерами, проведенными с воздушных шаров, НАСА назвало полученные данные“самыми низкими из когда-либо полученных в мире”. В то время, как НАСА и NOAA выразили надежду, что “недавно принятые международные соглашения по выведению из обращения ХФУ позволят восстановить в течении ста лет естественный уровень озона”, Центр космических полетов им. Годдарда признал, что “ежегодная тенденция формирования озоновых дыр сохранится в следующем столетии”. По мнению ученых центра “эта ситуация сохранится до тех пор, пока в стратосфере не упадет уровень содержания хлора”.

Старший научный консультант NOAA Дэвид Хофман сказал, что новые данные показывают“увеличение глубины озоновой дыры”.

В своем пресс-релизе от 18 октября 1993 года НАСА и NOAA высказали предположение, что“на величину озоновой дыры в предшествующем и в этом году могли повлиять окислы серы в верхней атмосфере, попавшие туда вследствие извержения вулкана Пинатубо в июне 1991 года на Филиппинах”. Влияние крупного извержения вулкана на озоновый слой стало предметом оживленных дискуссий. Тем не менее, старший научный консультант Фонда по охране окружающей среды Майкл Опенгеймер настаивал на том, что естественные феномены, подобные извержениям вулканов, не могут оправдать задержку в проведении превентивных мер. Ничего нельзя поделать с вулканами, - сказал Опенгеймер в ответ на пресс-релиз НАСА/NOAA, - но мы можем и должны постепенно вывести из обращения озоноразрушающие химические вещества, контроль за которыми недостаточен в рамках Монреальского протокола.

В 1991 году данные со спутников НАСА показали растущую тенденцию разрушения озонового слоя над территориями плотно заселенными людьми. “Масштабы потерь озона были больше, площадь подверженная разрушению озона увеличилась, и процесс разрушения сохранялся в течение более длительного периода времени, чем предполагалось раньше”, - написала Памела Зурер. Хотя и существует научный консенсус в том, что ХФУ несут ответственность за разрушение озонового слоя Антарктики, нет ясности в том, почему происходит утончение озонового слоя в северном полушарии. По мнению профессора химии Земли и планетарных наук Джеймса Андерсена из Гарвардского университета, хлор и бром возглавляют список веществ подозреваемых в этом. “Тем не менее, в настоящий момент приоритетом для нас является определение механизма, который отвечает за это утончение озонового слоя. На современном этапе мы не можем предсказать то, как будет развиваться этот процесс в будущем”, - процитировала Зурер. Между 1986 и 1991 годами мировое потребление ХФУ -11, -12 и -113 упало на 40 процентов, быстрее, чем предписывалось Монреальским протоколом и даже быстрее, чем то, к чему призывали наиболее амбициозные Лондонские поправки к Монреальскому протоколу 1990 года, отметила Межправительственная группа экспертов по проблемам изменения климата. Американские производители, например, раньше других поверившие, что ХФУ уникальны и незаменимы, обнаружили, как быстро им удается переключиться на альтернативные процессы и химические продукты. Сокращение потребления ХФУ в развитых странах произошло вследствие следующих шагов: замены ХФУ в процессах производства аэрозолей (используются как агенты, способствующие распылению вещества) и пенопластов; использования водяных и полуводяных систем; использование технологий, не требующих промывания, например в производстве или сборке электроники или замены ХФУ на спиртосодержащие растворители; восстановления и рециклирования ХФУ в охладительных системах и замены их на другие, более экологически чистые вещества или на аммиак.

По мнению Межправительственной группы экспертов по проблемам изменения климата, даже если меры по контролю, предписанные Лондонскими поправками, будут выполнены всеми странами, “содержание хлора и брома в стратосфере будет увеличиваться в последующие несколько лет”. Поэтому образование Антарктической озоновой дыры, вызванное промышленными фреонами, будет повторяться каждую весну. В дополнение к сказанному, свидетельства говорят о том, что фреоны несут также ответственность за разрушение озона стратосферы в средних и высоких широтах. Следует ожидать продолжения этого процесса в течение 90-х годов.

Причины очевидны - ХФУ, как было отмечено выше, являются долгоживущими веществами и остаются активными в атмосфере в течение десятилетий. Даже если сократится использование и выброс ХФУ в мире, то количества, которые уже попали в атмосферу и стратосферу будут еще долго разрушать молекулы озона. 23 апреля 1993 года группа ученых опубликовала статью в журнале “Наука”(Science), в которой написала, что самые низкие показатели по содержанию озона в мире пришлись на конец 1992-начало 1993 годов. Тогда уровень его содержания был на 4 процента ниже среднего за прошедшие 12 лет, и на 2-3 процента ниже за любой из наблюдаемых годов до 1979 года. Отмечались низкие количества озона в широком спектре широт как в южном, так и в северном полушариях. В средних широтах северного полушария (между 30° и 60 ) содержание озона было на 9 процентов ниже нормы. На широте 60° к северу ученые отметили уровень на 14 процентов ниже нормы.

Страницы: 1, 2, 3