Роль озонового экрана в развитии и сохранении жизни на Земле
Подождите немного. Документ загружается.
Аннотация
Роль озонового экрана в
развитии и сохранении жизни
на Земле: Реферат
22 с., 6 источников.
Цель реферата – отразить значение озонового экрана в развитии и
сохранении жизни на Земле.
Задачи реферата – изучить, обобщить, проанализировать специфику
содержание озона в атмосфере и последствия его разрушения.
Рассмотрены источники возникновения и разрушение озона, влияние
различных загрязнителей атмосферы на озон, а также меры по защите озонового слоя
и механизмы вредного воздействия жесткого УФ-излучения.
Содержание
Введение....................................................................................................……....4
1. .................................................................................................................Значени
е озонового экрана для жизни на Земле.............................................................……....5
2. .................................................................................................................«Озонов
ые дыры» и динамика содержания озона в атмосфере.....................................…...…8
3. .................................................................................................................Источни
ки возникновения и разрушения озона..............................................................……..12
4. ................................................................................................................Влияние
различных загрязнителей атмосферы на озон..................................................………15
5. ................................................................................................................Меры по
защите озонового слоя.......................................................................................……....17
6. ................................................................................................................Механиз
мы вредного воздействия жесткого УФ-излучения.........................................……....19
Заключение...............................................................................................………22
Библиография...........................................................................................………23
3
Введение
Живые организмы на Земле защищены от коротковолнового
ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца, которое губительно для всего
живого, озоновым экраном (слоем). Озоновый экран - это воздушный слой в
верхних слоях атмосферы (стратосфере), состоящей из особой формы кислорода -
озона.
Озон - форма молекулярного кислорода (03). Основное его количество
содержится в стратосфере (верхняя граница - 45-50 км). Парадокс, но те же самые
молекулы озона в тропосфере (нижний слой атмосферы) представляет собой
опасные элементы, разрушающие живую ткань, включая легкие человека. Однако
здесь озона весьма мало, и образуется он лишь во время грозовых разрядов.
Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение озоновый слой создает
оптимальные световой и термический режимы земной поверхности,
благоприятные для существования живых организмов на Земле. Концентрация
озона в стратосфере непостоянна, увеличиваясь от низких широт к высоким, и
подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.
Утоньшение озонового слоя приведет к увеличению нагрева Земли,
усилению ветра, циркуляции воздушных масс в атмосфере, наступлению пустынь.
Уменьшение плотности озонового щита планеты влечет за собой снижение
урожаев сельскохозяйственных культур и продуктивности животноводства,
резкое уменьшение биологической продуктивности приповерхностного слоя
Мирового океана, а следовательно, улову рыбы, существенный рост
заболеваемости людей раком кожи. Ясно, что без знания общих экологических
законов прогресс человечества и поступательное развитие экономики
невозможны.
4
1. Значение озонового экрана для жизни на Земле
Современная кислородная атмосфера Земли - уникальное явление среди
планет Солнечной системы, и эта ее особенность связана с наличием на нашей
планете жизни. О том, какой могла быть первичная атмосфера, можно судить по
составу атмосферы других планет, а он достаточно хорошо изучен при помощи
современных астрофизических методов. Кроме азота, составляющего большую
часть и современной атмосферы, в первичной атмосфере Земли содержались
углекислый газ и окись углерода, метан, цианистый водород, аммиак, водород и,
разумеется, пары воды.
В условиях восстановительной атмосферы и отсутствия растворенного
кислорода в воде первичного океана из органических веществ, синтезированных в
результате физико-химических процессов на поверхности остывающей планеты,
около 4 миллиардов лет назад возникла жизнь. Только тогда, когда в процессе
эволюции в первичном океане возникли первые организмы, способные к
фотосинтезу, началось преобразование атмосферы, поскольку газообмен между
воздухом и водой шел по всей огромной поверхности океана, в котором кишели
микроскопические водоросли. Однако, хотя при восстановлении углерода и
водорода в процессе фотосинтеза выделяется 2,67 г кислорода на каждый грамм
углерода, вошедшего в состав органического вещества при минерализации
веществ, составляющих организм водоросли, после ее гибели весь углерод вновь
окисляется, связывая ровно столько кислорода, сколько его было выделено при
фотосинтезе. Суммарная реакция фотосинтеза, идущая в обратном направлении,
представляет собой суммарную реакцию дыхания, в которой энергия,
поглощенная при фотосинтезе в форме световой, выделяется при дыхании в
форме химической (энергия «макроэргических» связей аденозинтрифосфата) и
отчасти рассеивается в форме тепловой.
Свободный кислород может накапливаться в атмосфере только при
5
условии, что часть возникающего при фотосинтезе и как угодно преобразованного
(например, вошедшего в состав тел животных) органического вещества не
разлагается вновь, а откладывается, изолируется от взаимодействия с кислородом.
С тех пор как атмосфера Земли перестала быть восстановительной и в ней
появился свободный кислород, в верхних слоях атмосферы под действием
ультрафиолетового излучения Солнца стал синтезироваться озон — устойчивую
форму кислорода. Озон - гораздо более сильный окислитель, чем кислород, и это
делает его способным убивать бактерии, подавлять рост и развитие растений.
Гораздо важнее другое его свойство, делающее этот газ совершенно необходимым
для всей жизни на суше. Это свойство — способность озона поглощать жесткое
(кратковременное) ультрафиолетовое излучение (УФ). Кванты жестокого УФ
обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей,
почему его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого
рода, рентгеновское и гаммаизлучение, оно вызывает многочисленные нарушения
в клетках живых организмов.
В составе излучения Солнца жесткие УФ-лучи составляют значительную по
мощности часть. До появления в атмосфере озона поверхность Земли находилась
под постоянным воздействием жестокого УФ-излучения. Оно не проникает в
толщу воды, но на сушу жизнь могла выйти только тогда, когда озоновый экран
планеты стал достаточно мощным. Это произошло в силурийский период
палеозойской эры, более 400 миллионов лет назад. С тех пор как содержание
кислорода в атмосфере, так, следовательно, и мощность озонового экрана не были
постоянными. Эволюция земной коры шла неравномерно, в периоды повышения
вулканической активности массы выбрасываемых с магмой восстановительных
пород, окисляясь на воздухе, частично связывали кислород. Даже незначительное
количество хлора, содержащегося в вулканических газах, активно разрушая озон,
способствовало снижению его содержания в атмосфере. В этих условиях Земля
подвергалась, по-видимому, усиленному УФ-облучению, что, с одной стороны,
6
способствовало гибели части видов наземных растений и животных, с другой -
повышало частоту мутаций, способствуя интенсификации процессов эволюции.
Можно, таким образом, предполагать, что неравномерность хода
эволюционных процессов наземных форм жизни связана с неравномерностью
геологической эволюции земной коры многими факторами, в числе которых
изменения мощности озонового слоя играли не последнюю роль.
7
2. «Озоновые дыры» и динамика содержания озона в атмосфере
Молекулы озона, как и кислорода, электрически нейтральны, т. е. не несут
электрического заряда. Поэтому само по себе магнитное поле Земли не влияет на
распределение озона в атмосфере. Верхние слои атмосферы, где под воздействием
космических и солнечных лучей образуются ионы различных газов (аэроионы),
называют ионосферой. Она практически совпадает с озоновым слоем.
Благодаря тому, что на больших высотах скорости перемещения воздушных
масс достигают 100м/сек, ионы, движущиеся в магнитном поле, могут смещаться,
хотя эти смещения несущественны по сравнению с переносом в потоке. Для нас
важно то обстоятельство, что в полярных зонах, где силовые линии магнитного
поля Земли замыкаются на ее поверхности, искажения ионосферы весьма
значительны. Количество ионов, в том числе и ионизированного кислорода, в
верхних слоях атмосферы полярных зон снижено. Но главная причина низкого
содержания озона в области полюсов — малая интенсивность солнечного
облучения, падающего даже во время полярного дня под малыми углами к
горизонту, а во время полярной ночи отсутствующего вовсе. Площадь полярных
«дыр» в озоновом слое - надежный показатель изменения общего содержания
озона в атмосфере.
Содержание озона в атмосфере колеблется вследствие многих естественных
причин. Периодические колебания связаны с циклами солнечной активности;
многие компоненты вулканических газов способны разрушать озон, поэтому
повышение вулканической активности ведет к снижению его концентрации.
Благодаря высоким, сверхураганным скоростям воздушных потоков в
стратосфере разрушающие озон вещества быстро разносятся на огромные
площади. Переносятся не только «разрушители» озона, но и он сам, поэтому
нарушения концентрации озона быстро разносятся на большие площади, а
локальные небольшие «дыры» в озоновом щите, вызванные, например, запуском
8
ракеты, сравнительно быстро затягиваются. Только в полярных областях воздух
малоподвижен, вследствие чего исчезновение там озона не компенсируется его
заносом из других широт, и полярные «озоновые дыры», особенно над Южным
полюсом, весьма устойчивы.
Именно увеличение площади южнополярной «озонной дыры» послужило
наиболее впечатляющим доказательством неблагополучия в состоянии озонового
экрана планеты. После того как в 1985 году группа английских ученых
опубликовала результаты многолетних наблюдений полярных «озонных дыр»,
продемонстрировав устойчивую тенденцию их увеличения, исследования по этой
проблеме были усилены во всех развитых странах. Выяснилось, что начиная с
1980 года содержание озона в атмосфере неуклонно падает, значительно превысив
уровень естественных колебаний. Были изучены механизмы возникновения и
разрушения озона и сделаны прогнозы изменения его концентрации в атмосфере и
возможных последствий этого.
В 1992 г. был опубликован доклад Программы ООН по окружающей среде.
В нем, в частности, говорилось, что к 2000 г. толщина озонового слоя может
уменьшиться на 5-10%. Это приведет к увеличению вирусных заболеваний, в том
числе СПИДом, раку кожи (дополнительно 300 тыс. случаев ежегодно) и
катаракте, расстройству иммунной системы и росту числа инфекционных
заболеваний, а также снижению урожаев в сельском хозяйстве. В 1999 г.
сообщалось, что содержание озона за 20 лет уменьшилось на 10-20%.
Впервые озоновую дыру над Антарктидой обнаружили со спутников в 1979
г. Открыл озоновую дыру Джозеф Чарльз Фарман. Мир узнал о ней в 1985 г.
исследования показали, что над Антарктидой уровень озона сократился на 40%, а
за месяц (с октября по ноябрь) - на 60%.
Площадь озоновой дыры растет, и в октябре 1997 г. она занимала 5 млн км
2
,
что равно площади США. Эта дыра перемещается и, когда она появляется над
Австралией, число заболеваний раком кожи там увеличивается. В 1995 г. площадь
9
этой дыры возросла уже до 25 млн км
2
и вдвое превысила размеры Европы. В
1999 г.площадь дыры возросла до 27,3 млн км
2
, что в 1,5 раза больше площади
России. Замечена меньшая по размерам озоновая дыра и над Шпицбергеном.
В 1992 г. специалисты американского Управления по аэрокосмическим
исследованиям сообщили, что ими зафиксирован самый высокий за последнее
время уровень концентрации в атмосфере химических веществ, которые
разрушают озоновый слой Земли. Теперь опасность распространяется на
густонаселенные районы Северной Америки, Европы и Азии.
Зимой 1992 г. было зафиксировано снижение содержания озона над
приполярными и умеренными широтами Северного полушария. Над обширными
территориями площадью в несколько миллионов квадратных километров,
охватывающими Санкт-Петербург, Москву, Архангельск и Ригу, концентрация
озона уменьшилась на 15-20%.
В конце 1994 г. была открыта крупная озоновая аномалия, которая охватила
огромные площади от побережья Северного Ледовитого океана до Крыма,
территория Западной и Восточной Европы, СНГ и США и на протяжении многих
месяцев озоновый слой уменьшился на 10-15%, а в отдельные месяцы - на 20-
30%. В феврале 1995 г.над всем Северным полушарием, а особенно над рядом
районов, зарегистрировано рекордное снижение озона - на 40%о. Оно держалось
25 суток, а в середине марта его количество уменьшилось на 50%.
В марте 1997 г. озоновая дыра появилась над Ленинградской, Псковской и
Новгородской областями, а также над Восточной Сибирью, Якутией и центром
Красноярского края.
Ученые США уже прогнозируют, что если тенденции разрушения озона
сохранятся, то к 2070 г. число больных раком кожи в США может достигнуть 40
млн человек.
Регулярные астрономические измерения со специального спутника
показали, что появление и исчезновение озоновых дыр происходит каждые год.
10
При этом над Антарктидой величина дыры возрастает. В середине сентября 2000
г. был побит абсолютный рекорд величины дыры за весь период наблюдения, ее
площадь достигала 28 млн км
2
, что почти в три раза больше территории США;
однако затем она стала необычайно быстро затягиваться и полностью исчезла
через два месяца. Стало очевидным, что сезонность появления озоновых дыр
связана с особенностями глобальной циркуляции воздуха в атмосфере.
Если вникнуть в эту динамику, то складывается впечатление, что
атмосферная система действительно вышла из равновесия и неизвестно, когда
стабилизируется. Возможно, озоновые метаморфозы в какой-то мере есть
отражение длительных циклических процессов, о которых мы мало что знаем.
Для объяснения нынешних озоновых пульсаций нам не хватает данных. Быть
может, они естественного происхождения, и, возможно, со временем все
утрясется.
11