Курсовая работа: Озоносфера и ее значение в функционировании климатической системы
Можно сказать, что загрязнения – это поступление в окружающую среду каких-либо веществ или энергии в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов системы жизнеобеспечения к другим, в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические. Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы – это локальная проблема больших городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ.
На сегодняшний момент можно сделать несколько выводов:
· Во-первых, атмосфера над Антарктидой, особенно в зимнее время имеет ряд уникальных особенностей. Там существует так называемый циркумполярный вихрь, который практически изолирует её от остальной атмосферы Земли (над Арктикой тоже возможно образование такого вихря, но здесь он гораздо менее устойчив, возникает не всегда и не так надолго). Из-за этого вихря естественный процесс переноса озона от тропических областей не работает, озон разрушается, но нет притока, компенсирующего это разрушение.
· Во-вторых, температура воздуха в антарктической стратосфере очень низка (в нижних слоях в ночные часы ниже -80 °C.
· В-третьих, внутри циркумполярного вихря в стратосфере аномально низко содержание соединений азота и водяного пара и в то же время велико содержание компонентов хлорного цикла (может достигать десятикратной величины от концентрации этих компонентов «за стенками» вихря). Это вызывает процессы, приводящие к повышенной эффективности разложению озона компонентами обычного хлорного цикла (соединения азота нейтрализуют активные радикалы хлора) и даже к образованию специального, «димерного» хлорного цикла (он возможен только при низком содержании оксида азота).
С наступлением весны разрушается циркумполярный вихрь, повышается температура стратосферы над Антарктидой, растёт содержание в ней соединений азота и водяного пара, прекращается димерный хлорный цикл, к южному полюсу поступает озон из более низких широт и концентрация этого газа приходит в норму. Кроме антропогенных источников хлора, большое значение для атмосферы над Антарктидой имеет постоянно действующий вулкан Эребус. Он может выбрасывать до 90 тонн хлороводорода в день. Из написанного выше можно сделать вывод, что образование «озоновой дыры» – процесс в значительной мере естественный, не связанный исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации. В первую очередь играет роль образование циркумполярного вихря. В 1988-м году, когда этот вихрь существовал удивительно короткое время, озоновой дыры над Антарктидой практически не было (рис. 5.2.).
В.Л. Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород – «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.
Как показывает в своей работе Владимир Сывороткин, у огромных озоновых дыр над Антарктидой и прорех над Северным полушарием есть более существенные источники, нежели распыленный из баллончиков с аэрозольными дезодорантами или испарившийся из морозильной камеры фреон. Озоноразрушающими газами «дышит» Земля, причем количество таких газов, в первую очередь водорода, выбрасываемых естественным образом, несопоставимо с техногенными утечками. [18]
Более того, озоновые аномалии имеют геологическое происхождение, утверждает ученый. Это разломы в земной коре, из которых с определенной цикличностью поднимается в стратосферу водород. Именно он и есть главный «виновник» периодически наблюдаемых озоновых «дыр». Водородная гипотеза и аргументы автора в ее защиту вызвали небывало острую дискуссию среди специалистов. Около ста докторов наук, представляющих самые разные области знаний, ломали голову над этой работой. Защита состоялась только с четвертой попытки.
Система рифтовых зон Земли сегодня хорошо изучена геологами, и это дает возможность прогнозировать расположение озонных дыр. Так постоянство озонной дыры над Антарктидой объясняется тем, что главные каналы дегазации – срединно-океанские рифты – сближаются вокруг Антарктиды и увеличивают «водородную продувку атмосферы» в этом районе. Кроме того, на Антарктиде расположен действующий вулкан Эребус с наибольшими газовыми выбросами в атмосферу. Кстати, американская станция Мак-Мердо, следящая за состоянием атмосферы, находится у подножия этого вулкана. Учитывая повышение сейсмической активности в районе срединно-океанского рифта, В.Л. Сывороткин предсказал образование крупной озонной дыры над экваториальной зоной восточной части Тихого океана (январь 1998).
6. Последствия разрушения озона для биосферы и человека. Воздействие Эль-Ниньо на озоновый слой
В начале 80-х годов английские и японские ученые выяснили, что с конца 70-х годов над Антарктикой непрерывно истощается озоносфера – слой атмосферного озона.
Наземные и спутниковые измерения обнаружили своего рода озоновую «дыру», в которой озона в столбе воздуха было на 30–50% меньше нормы. Эта «дыра» в Антарктике наблюдается весной (сентябрь–ноябрь), в другие сезоны содержание озона ближе к норме. Заметнее всего это уменьшение на высотах 15 – 25 км. в слое с максимальным содержанием озона. Позднее выяснилось, что озонав атмосфере становится все меньше и меньше также в средних и высоких широтах Северного полушария зимой – весной (январь – март), особенно над Европой, США, Тихим океаном, Европейской частью России, Восточной Сибирью и Японией. Детальные измерения показали, что при общем истощении озоносферы содержание озона возрастало, в частности, нал Лабрадором (северо-восток Канады) в январе. Временами (например, в 1988 г.) оно увеличивалось и над Антарктикой. Однако в целом содержание озона в атмосфере за последние два десятилетия значительно уменьшилось. Жизнь на Земле немыслима без озонового слоя, предохраняющего все живое от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Исчезновение озоносферы привело бы к непредсказуемым последствиям вспышке рака кожи, уничтожению планктона в океане, мутациям растительного и животного мира. Поэтому так важно понять причины возникновения озоновой «дыры» нал Антарктикой и уменьшения содержания озона в Северном полушарии.
Озон образуется в верхней стратосфере (40–50 км) при фотохимических реакциях с участием кислорода, азота, водорода и хлора. В нижней стратосфере (10–25 км), где озона больше всего, главную роль в сезонных и более длительных изменениях его концентрации играют процессы переноса воздушных масс. Содержание озона здесь определяют химический составатмосферы и долговременные (с периодом более 10 лет) вариации процессов переноса. Разрушается же он, взаимодействуя с выбрасываемыми в атмосферу веществами, содержащими хлор (фреонами и галонами), которые используют в различных отраслях промышленности. Многочисленные измерения и расчеты свидетельствуют о том, что эти реакции протекают, в основном, на поверхности полярных стратосферных облаков, которые образуются здесь при очень низких (менее -80 С) температурах. После окончания полярной ночи, в сентябре, с восходом солнца образуются атомы хлора, разрушающие молекулы озона. Наблюдения показали, что подобный химический механизм действует и в Арктике (в январе – марте).
Температура нижней стратосферы в Арктике выше, чем в Антарктике, поэтому полярные стратосферные облака здесь образуются реже, так что озоновая «дыра» регистрируется главным образом над Антарктикой. Ключевой элемент этого механизма разрушения озона – именно полярные стратосферные облака, образующиеся только при очень низких температурах. Такие температуры нал Антарктикой обусловлены сильными западными ветрами, которые формируют своеобразный полярный «барьер» (его называют также полярным вихрем), препятствуя межширотному обмену теплом и озоном.
Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимне-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих и средних и высоких широтах. Один из источников этих волн разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменения температуры океанской поверхности сказываются на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируются полярные стратосферные облака и, тем самым, условия для разрушения озона. Циркуляция в стратосфере за последние 20 лет могла сильно измениться. Так что основной причиной озоновой «дыры» в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.
Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержания озона в 1979–1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена. Похоже, что летом 1980 г. резко изменилась циркуляция в стратосфере и возникли условия для образования озоновой «дыры». Видимо, столь серьезные изменения – это результат сразу нескольких крупномасштабных процессов в Мировом океане: «капризов» Эль-Ниньо в Тихом океане (теплое сезонное поверхностное течение у берегов Эквадора и Перу, параметры которого меняются год от года), аномалий температур значительных участков поверхности в Атлантическом и Индийском океанах.
Появление озоновой «дыры» в Антарктике может свидетельствовать о существовании длительных (с периодом несколько десятилетий) циклом и Мировом океане и атмосфере. Эти циклы способны серьезно повлиять на климат и проявиться в погодных аномалиях и стихийных бедствиях (ураганах, торнадо, тайфунах) в различных районах Земного шара. Таким циклам легче проявить себя именно в стратосфере, а не в тропосфере, на характеристики которой влияют самые разные (часто случайные) факторы.
Антропогенное же воздействие на атмосферу представляется сильно преувеличенным. К сожалению, наблюдения за изменениями в стратосфере пока слишком непродолжительны, Чтобы окончательно выделить одну причину озоновой «дыры» в Антарктике. Однако уже сейчас очевидно, что рассматривая проблемы озонового слоя и изменений климата Земли, необходимо учитывать не только антропогенные факторы, но и долговременные естественные изменения во взаимодействующей системе «океан-атмосфера». В последнее время стали высказываться предположения о том, что вариации скорости вращения Земли вокруг своей оси каким-то неизвестным пока образом влияют на Мировой океан,
В качестве примеров такого влиянии обычно ссылаются на меняющееся «повеление» уже упомянутого Эль-Ниньо и таких течений, как Куросио и Гольфстрим. Но тогда изменения климата и озонового слоя, возможно, зависят и от очень медленных процессов в ядре и мантии Земли, которые, безусловно, сказываются на скорости ее вращения. Будущие исследования этой фундаментальной проблемы потребуют объединить усилия специалистов, изучавших прежде сушу, океан и атмосферу по отдельности, а также учитывать не до конца ясные пока солнечно-земные связи.
Истощение озонового слоя планеты ведет к разрушению сложившегося биогенеза океана вследствие гибели планктона в экваториальной зоне, угнетению роста растений, резкому увеличению глазных и раковых заболеваний, а также болезней, связанных с ослаблением иммунной системы человека и животных, повышению окислительной способности атмосферы, коррозии материалов и т.д. Так, 5%- е уменьшение содержания озона увеличит на 14% вероятность заболевания блазальной клеточной карциномой – наиболее распространенной формой немеланомного рака кожи, и на 25% – плоскостной клеточной карциномой – его разновидностью, наиболее часто приводящей к смертельному исходу.
Сознавая важность защиты озонового слоя для сохранения жизни на земле, Республика Беларусь в числе первых подписала и ратифицировала Венскую конвенцию об охране озонового слоя и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В законе Республики Беларусь «Об охране окружающей среды» и «Об охране атмосферного воздуха» закреплены требования о сокращении и последующем прекращении использования химических веществ, оказывающих вредное воздействие на озоновый слой.
Сенсацией в научном мире стало внезапное исчезновение в 1997–1998 гг. самого популярного у исследователей глобального климатического явления – течения Эль-Ниньо (в переводе с испанского «младенец»). Это течение, в значительной мере определявшее климат и южной части Атлантики, прославилось своим «по-младенчески капризным» нравом – практически ежегодными переменами характеристик, которые отражались на климате, урожайности и жизни десятков миллионов людей обширного региона, охватывающего большинство стран Южной и Центральной Америки. Еще более драматические последствия для климата планеты может иметь его исчезновение. Поэтому ученые всех стран бьются над разгадкой этого глобального события.
Анализ многолетних данных по количеству осадков, температурам поверхности океана и скорости ветров в этой части Атлантического океана позволяет сегодня утверждать, что «кончина» Эль-Ниньо – это действительно беспрецедентное (в современной истории) явление. Его основной причиной могло стать необычное усиление восточных ветров над Тихим океаном, послужившее «спусковым крючком» крупномасштабных процессов в Мировом океане Эль-Ниньо влияет на скорость вращения Земли с задержкой в 1–2 месяца после его возникновения, поскольку в атмосфере тепло распространяется медленнее, чем в воде.
Заключение
озон циркуляция разрушение климатический
Озоновый экран в атмосфере играет очень большую роль: озон поглощает большую часть ультрафиолетовых лучей, губительных в больших количествах для живых организмов. Он защищает земную поверхность от охлаждения. Незначительные дозы ультрафиолетовой радиации, пропускаемой озоновым экраном, убивают микроорганизмы, но благоприятно влияют на организм человека.
В связи с поступлением в зону Озонового слоя окислов азота и фреонов, озон разрушается. В результате этого, в Озоновый слой периодически образуются огромные бреши – «дыры» (например, над Антарктидой), через которые свободно проникают ультрафиолетовые и другие космические лучи, что увеличивает опасность нарушения основных жизненных процессов на Земле.
В последнюю треть XX века обнаружено утоньшение озонового экрана и появление в нем дыр, в частности над Антарктидой, что связано с выделением в атмосферу промышленных и бытовых отходов, вызывающих многочисленные реакции замещения озона. Сокращение озона связано с чрезмерным поступлением в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, в частности фреонов, которые широко используются в холодильных установках; сокращение количества озона связано и с использованием азота.
Первая проблема – потепление климата, изменение атмосферной циркуляции.
Вторая – загрязнение атмосферы в результате человеческой деятельности. Вся проблема заключается в том, какое соотношение между этими двумя факторами, которые определяют влияние на озоновый слой.
Список использованной литературы
1. Александров Э.Л., Кароль И.Л., Озонный щит земли и его изменения, СПб, 1992 г. 286 с.
2. Кароль И.Л. и др. Газовые примеси в атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1983.191 с.
3. Каўрыга П.А. Метэаралогія, Мінск: БДУ, 2005. 186 с.
4. Каўрыга П.А. Кліматалогія, Мінск: БДУ, 2008. 215 с.
5. Нерушев А.Ф. Воздействие интенсивных атмосферных вихрей на озоновый слой Земли, СПб, Гидрометеоиздат, 2003 г., 224 с.
6. Перов С.П. и др. Современные проблемы атмосферного озона, Ленинград, 1980, 284 с.
7. Родная прырода 06 – 03, 70 с.
8. Хргиан А.Х., Физика атмосферного озона, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1973, 290 с.
9. Хргиан А.Х., Кузнецов Г.И. Проблема наблюдений и исследований озона, 1981, 216 с.
10. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология, 2001,528 с.
11. Экология и Жизнь 04 – 99, 91 с.
12. http://www.planet.elcat.kg/? cont=wclim&id=2
13. http://www.zoopage.ru/stat.php? idstat=76
14. http://ecology-portal.ru/publ/9–1–0–144
15. http://www.darwin.museum.ru/expos/floor3/Crisis/2_1_r.htm
16. http://es-ee.tor.ec.gc.ca/e/ozone/ozoneworld.htm
17. http://ru.wikipedia.org/wiki/Озоновая_дыра
18. http://www.warandpeace.ru/ru/analysis/view/39649/
19. http://focus.ua/society/12376
