Внеурочная деятельность «Экологическими тропами».
Класс: 8-Б
Дата: 15.03
Тема: Озоновый слой, кислотные дожди, смог, парниковый эффект.
Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровня естественного содержания.
Загрязняющее вещество - примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, объекты растительного и животного мира и другие компоненты окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным ценностям.
Парниковый эффект
Систематические наблюдения за диоксидам углерода в атмосфере показывают, что оно растёт. Известно, что в атмосфере, подобно стеклу в оранжереи, пропускает лучистую энергию Солнца с поверхности Земли, но задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создаёт так называемый тепличный (парниковый) эффект.
Глобальное изменение климата тесно связаны с загрязнением атмосферы промышленными отходами и выхлопными газами. Влияние тепловой цивилизации на климат Земли - реальность, последствия которой ощущаются уже сейчас. Глобальное потепление атмосферы связано с повышением содержания в ней углекислого газа из-за вырубки лесов, поглощающих его, и сжиганием такого топлива, как уголь и бензин, при котором происходит выброс этого газа в атмосферу.
Глобальное потепление способствует раннему таянию снега, в результате чего возрастает поглощение почвой солнечной энергии, которая испаряет в ней влагу, соседствуя засухе. Кроме того, тепловые, насыщенные влагой воздушные массы сдвигаются в северном направлении, в результате чего выпадает меньше дождей.
В последнее десятилетие отмечается постепенное возрастание в атмосфере содержания метана (в среднем около 1% в год), Это связано как с природными факторами (болота), так и с антропогенными причинами (сжигание биомассы, рисовые поля, крупный рогатый скот и пр.) Увеличение содержания в атмосфере оксида азота (примерно 0,3% ежедневно) объясняется в основном возрастанием производства и применения азотных удобрений в сельском хозяйстве.
Отрицательные последствия парникового эффекта
Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (конец девятнадцатого столетия) средняя глобальная температура воздуха повысилась на 0,5-0,6 градуса. К началу 2000 г. это повышение достигло уже 1,2 градуса, а к 2025 г. может достигнуть 2,2-2,5 градуса.
Среди приоритетных глобальных проблем особо выделяется повышение уровня Мирового океана в условиях потепления климата нашей планеты. Основные причины: таяние материковых и горных ледников, морских льдов, большее тепловое расширение океана и т.д. Поэтому во многих странах проводятся работы по моделированию экологических последствий, повышение уровня моря достигает примерно 25 см. за 100 лет. При значительном повышение температуры воздуха (более 1,5-2 градуса), площадь горного оледенения, большая площадь и толща морских льдов начнут интенсивно уменьшаться, что приведет к контрастному повышению уровня моря и океана (к концу 21 века оно составит 0,5-2 м.). Все это приведет к возникновению сложных больше экологических и социально-экономических проблем: заполнение приморских равнин, усиление абразионных процессов, ухудшение водоснабжения приморских городов, деградация мангровой растительности и так далее
Озоновые дыры
В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40%. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней стратосферы. Наиболее подробным исследованием озонного слоя над Антарктидой был международный Самолетный Антарктический Озоновый Эксперимент. В его ходе ученые из 4 стран несколько раз поднимались в область пониженного содержания озона и собрали детальные сведения о ее размерах и проходящих в ней химических процессах. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется озоновая "дыра". Озоновая дыра возникла предположительно в результате антропогенных воздействий, в т. ч. широкого использования в промышленности и быту хлорсодержащих хладонов (фреонов), разрушающих озоновый слой. Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения Солнца.
Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца.
Основная масса озона находится на высотах от 10 до 50 км, а его максимум - 18-26 км. Всего в стратосфере содержится 3,3 трлн. т. озона. В слое озоносферы озон находится в очень разложенном состоянии. Если бы все количество озона собрать при давлении 760 мм. рт. ст. и температуре 20 градусов, то толщина этого слоя составила бы всего 2,5-3 мм.
Важной особенностью атмосферного озона является то, что этот газ крайне неустойчив. Постепенно происходит процесс разрушения озона, поэтому даже для существования такого количества необходимых факторов, которые обеспечивают непрерывное его образование. В среднем в атмосфере Земли ежесекундно образуется и исчезает около 100 т. озона.
Несмотря на малое количество, атмосферный озон играет исключительно важную роль в процессах радиационного переноса солнечной энергии. Он практически полностью поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца.
Поглощение озоном солнечной энергии определяет нагрев атмосферы на высотах 30-60 км., что, в свою очередь, через сложнейшие механизмы взаимодействия формирует сложившиеся в атмосфере Земли динамические и тепловые процессы, определяет в конечном счете особенности циркуляции атмосферы и специфику климата на нашей планете.
Активную роль в процессах образования и разрушения озона играют окислы азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, фтор, бром. Общий баланс озона в стратосфере регулируется, поэтому сложным комплексом процессов.
В 1987 г. правительства 56 стран, в том числе и СССР, подписали Монреальский протокол, по которому обязались в ближайшее десятилетие вдвое сократить производство фтор углеродов и других веществ, разрушающих озоновый слой. Более поздние соглашения (в 1990 г. в Лондоне, в 1992 г. в Копенгагене) содержат призыв постепенно прекратить производство таких веществ.
К 1996 г. промышленно развитые страны полностью прекратили производство фреонов, а также разрушающих озон галлонов и тетрахлорида углерода. Развивающиеся страны сделают это только к 2010 г. Россия из-за тяжелого финансово-экономического положения попросила отсрочки на три-четыре года.
Следующим этапом должен стать запрет на производство метилбромидов и гидрофреонов. Уровень производства первых с 1996 г. заморожен в промышленно развитых странах, гидрофреоны полностью снимаются с производства к 2030 г.
Влияние озоновых дыр на здоровье человека и природу
Истощение озонового слоя в атмосфере земли приводит к увеличению потока УФ-лучей на земную поверхность, что создает опасность для всего живого на нашей планете. По данным ВОЗ, уменьшение озона на 1% приводит к увеличению заболеваний людей раком кожи на 6%; значительно ослабляется иммунная система человека, Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты.
Рост интенсивности ультрафиолетового излучения может привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, к гибели фитопланктона в океане, к нарушению глобального баланса диоксида углерода и кислорода и т.д.
Кислотные дожди
Кислотный дождь - имеет рН менее 5,6. Выпадение кислотных дождей связано с антропогенным загрязнением атмосферы выбросами диоксида серы и оксидов азота (ежегодно в мире - более 255 млн. т.) (при сжигании любого ископаемого топлива: уголь, мазут, горючий сланец, автотранспорт).
Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы не беспредельны.
В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.
Влияние кислотных дождей на природу и человека
От этого в различных регионах мира погибают леса на площади более 31 млн. га. Так, на территории Германии кислотными дождями повреждено около 35% площади лесных массивов страны, а в Канаде уже погибли старейшие леса (возраст до 300 лет) из бальзамической ели. Кислотные выпадения привели к ухудшению состояния и гибели горных лесов из красной ели в северных Аппалачах. Все это резко снизило прирост лесов и ухудшило естественное лесовозобновление. Отмечены случаи поражения лесов и в нашей стране. Значительно снижается под воздействием кислотных дождей >урожайность некоторых с/х культур (хлопчатника, томатов, винограда, цитрусовых и др.) в среднем на 20-30% От кислотных осадков пострадали особенно озерные водоемы в Канаде, Норвегии, Швеции, Финляндии, США и др. Так, в Швеции около 15000 озер повреждены воздушными загрязнениями, причем в 1800 озерах полностью утрачены признаки жизни. В Канаде закислены более 14000 озер, в Норвегии из 5000 обследованных озер в 1750 исчезла рыба и т.д. Пострадали от кислотных выпадений также озера нашей страны. Например, на территории Карелии в результате выпадения кислотных дождей (с рН менее 4,7) отмечены частые случаи закисления многих озер, что вызвало сокращение запасов лососевых и сиговых рыб. Во многих озерных экосистемах увеличение кислотности вод, т.е. понижение величины рН, приводит к деградации популяций видов рыб и других обитателей. И в конечном счете бурное развитие белого мха свидетельствует о том, что данный водоем стал биологически мертвым.
Смог
С 30-х гг. над Лос-Анджелесом в теплое время года стал появляться смог - туман влажностью около 70%. Это явление назвали фотохимическим туманом, так как для его возникновения необходим солнечный свет, вызывающий сложные фотохимические превращения смеси углеродов и окислов азота, поступивших в воздух в результате автомобильных выбросов, в вещества, значительно превышающие по своей токсичности исходные атмосферные загрязнения.
В настоящее время во многих крупных городах мира - Нью-Йорке, Чикаго, Бостоне, Детройте, Токио, Милане - образуется фотохимический туман.
Смесь ряда первичных и вторичных загрязнителей, образующихся в нижней тропосфере, когда некоторые из первичных загрязнителей (особенно оксиды азота и углеводороды из выхлопных газов машин) взаимодействуют друг с другом под влиянием солнечного света, называется фотохимическим смогом.
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами.
Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождается инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.
Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При положительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расширяются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнение количества озона.
Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакции олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты, последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью.
Влияние смога на природу и человека
Главным продуктом фотохимических реакций является озон, вызывающий раздражение глаз, нарушающий функции легких и повреждающий деревья и урожай. Таким образом, степень опасности смога в целом определяется концентрацией озона в атмосфере на уровне Земли. Другими вредными составляющими смога являются альдегиды, пероксиацетилнитраты и окись.
Ничтожные количества этих вторичных загрязнителей в фотохимическом смоге достигают пикового уровня сразу пополудни в солнечный день, вызывая у людей раздражение глаз и дыхательных путей. Особенно уязвимы люди, страдающие астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, а также здоровые люди, работающие на улице между 11 и 16 часами. Чем жарче день, тем больше озона и других составляющих фотохимического смога.
По своему Физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей.
Фотохимический туман сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость, у людей воспламеняются глаза, слизистые оболочки носа и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания, бронхиальная астма. Фотохимический туман повреждает и растения. Сначала на листьях появляется водное набухание, через некоторое время нижние поверхности листьев приобретают серебристый или бронзовый оттенок, а верхние становятся пятнистыми с белым налетом. Затем наступает быстрое увядание.
Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду. Нарушает работу транспорта.