Как выхлопные газы влияют на озоновый слой

Обновлено: 07.07.2024

Самые различные виды холодильного оборудования давно стали чем-то настолько привычным для нас, что мы не представляем свою жизнь без них. Домашний холодильник, кондиционеры, промышленные холодильные установки, камеры шоковой заморозки, холодильные витрины и т.д. Прогресс не стоит на месте и на перечисление всего известного холодильного оборудования понадобится немало времени. Мы все знаем, что есть один компонент, благодаря которому все эти системы могут вырабатывать холод для нас.

Холодильные агенты (хладагенты) - вещества, используемые в холодильных установках, способствующие охлаждению среды. Процесс охлаждения происходит за счет смены агрегатного состояния. Во время этого процесса хладагент забирает тепло у охлаждаемого объекта, расходуя его на процесс фазового перехода хладагента из жидкого в газообразное состояние. Если совсем просто на примере домашнего холодильника, то хладагент забирает тепло из воздуха камеры холодильника, благодаря чему воздух и охлаждается.

Формально, можно сказать, что любое вещество является хладагентом. Например, вода, которая при атмосферном давлении кипит при температуре +100°С и забирает тепло у источника тепла или, другими словами, охлаждает его.

Наиболее распространёнными хладагентами являются фреоны, углекислота, и аммиак. Фреоны - название группы фторсодержащих производных насыщенных углеводородов. Они находят широкое применение в маленьких и средних по мощности холодильных установках. Большинство из них производится химической промышленностью, на данный момент известно более 40 различных однокомпонентных фреонов и сотни смесевых фреонов.

Историческая справка

Конец 19 и начало 20 века - время рассвета холодильной промышленности.

Используемые в те времена вещества были не просто опасны, но и губительны для человеческой жизни.

Разрушение озонового слоя

В 80-х годах случился переломный момент для фреонов и всей холодильной промышленности. Ученые стали активно изучать причины разрушения озонового слоя и пришли к выводу, что фреоны наносят ощутимый ущерб.

Большинство стран мира объединились, чтобы решить сложившуюся проблему. Было принято несколько протоколов и проведено множество встреч по обсуждению выходов из этой ситуации.

Проблема экологии смогла перевернуть холодильную промышленность и объединить невероятное количество стран мира 197 из 202. Самая первая конференция была в 1985 году в Вене, но первые юридические обязательные цели был изложены в Монреальском протоколе 1987 года (Канада, Монреаль).

Фреоны были очень используемы по всему миру, особенно, класс хлорфторуглеродов (CFC, наиболее популярный фреон R-12), которые собирались запретить Монреальским протоколом. Сложилась очень тяжелая ситуация, как прийти к задуманному с минимальными потерями, особенно всех интересовала экономическая сторона этого вопроса.

Каждая страна стала разрабатывать свои планы действий - лицензирование экспорта и импорта озоноразрушающих веществ.

Проблема изменения климата

Не менее важным стал Киотский протокол 1997 года, он направлен на сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу.

Регулирование потребления/производства этих газов планировалось вести по рассчитанным квотам для каждой страны. В случае имеющихся свободных квот их можно было продать другой стране. Россия имела одну из самых крупных долей выбросов парниковых газов. Несмотря на то, что это плохой показатель для экологии, именно этот фактор и верно выбранная тактика, способствовали тому, что Россия останется основным действующим лицом на климатических переговорах.

В дальнейшем к протоколу были приведены поправки, дополняющие его содержание: Лондонская, Копенгагенская, Монреальская, Пекинская и Кигалийская.

Стоит обратить внимание на Кигалийскую поправку, принятую совсем недавно в 2019 году.

Она направлена на приостановление глобального потепления, с помощью постепенного сокращения производства и потребления класса HFC (гидрофторуглероды). Этот класс стал в свое время успешной заменой озоноразрушающим веществам, но решив одну проблему столкнулись с другой. Газы из этого класса имеют высокие показатели потенциала глобального потепления, тем самым оказывая большое влияние на увеличение температуры окружающей среды.

Характеристики холодильных агентов

Рассмотрим характеристики самых популярных фреонов. Более ранние и пришедшие на их замену более безопасные.

Углекислота (Carbon dioxide)

Наиболее популярный фреон в 1950-1980 гг, (в 1987 г. ограничен к применению Монреальским протоколом из-за большого ODP)

На замену R12 пришёл более новый фреон R-134a:

начало 1990-х годов

На замену R134a (весьма большой ПГП), появилась более безопасная альтернатива:

Наиболее популярный фреон во второй половине XX века, запрещен Монреальским протоколом из-за большого ODP (Лондонская поправка июнь 1990г):

На смену R22 в конце XX века нашли применение фреоны, которые не имеют воздействие на озоновый слой (ODP=0). Они широко распространены и применяются по сей день:

конец 1980-х годов

начало 1990-х годов

На замену R404a, R507a (появилась более безопасная альтернатива):

начало 2010-х годов

Новые альтернативы R1234ze и R1234yf используются для кондиционирования. Они являются экологически безопасными (наносят минимальный ущерб окружающей среде), но горючие и легко воспламеняемы в некоторых условиях.

В холодильной промышленности (холодильные камеры в широком диапазоне) достойной альтернативы популярным хладагентам R404А R507 до сих пор нет. Фреоны R448А и R449А можно считать промежуточными - они являются негорючими, но имеют большой потенциал глобального потепления (GWP).

Подведем небольшой итог. Недостаток безопасных для экологии хладагентов и вводимые ограничения приводят к неизбежному росту цен.

В начале 2021 года наиболее популярные фреоны (R134a, R404А, R507, R410А) стоили ориентировочно 3500 – 4500 рублей за баллон (~11-14 кг). В то время, как в Европе цена на эти фреоны составляет 500 – 1000 евро (~45 500-91 000 рублей), а их потребление строго регулируется местным законодательством.

Рост европейских цен на фреоны с высоким GWP не останавливается и уже сейчас в Швейцарии цена на фреон R404А для конечных потребителей составляет 300евро за 1кг.

В конце марта 2021 г. цена на популярные фреоны в России резко возросла в моменте до 12 000 рублей за баллон, но в дальнейшем скорректировалась до уровней 8 000-9 0000 рублей.

Причиной резкого роста цен послужил установленный с 18 апреля 2021 г. разрешительный порядок ввоза хладагентов группы ГФУ на территорию Евразийского Экономического Союза. После установления разрешительного порядка организация импортер может ввезти фреон только при наличии лицензии Минпромторга, которая оформляется на основании разрешительного документа (заключения) выдаваемого Росприроднадзором.

При этом внутренние цены в России все равно остаются принципиально ниже Европейских. В 2021 г. квоты на количество ввозимых ГФУ (HFC) не установлены по причине профицитного объема потребления ГФУ и отсутствия распределения квот. Однако в будущем планируется введение квот исходя из пересчета массы ГФУ на потенциал глобального потепления (перевод в тонны CO2) согласно приложения Е Кигалийской поправки к Монреальскому протоколу. Таким образом, в долгосрочной перспективе следует ожидать рост цен до уровня Европейских.

Ситуация осложнена тем, что на данный момент в мире нет хладагентов, которые не оказывали бы влияние на глобальное потепление и при этом были бы негорючими и не взрывоопасными. В ближайшее время очень маловероятно их появление.

Есть три основных хладагента, которые не имеют перспектив на экологический запрет, но имеют свои недостатки. Остановимся на каждом более подробно.

₂

Хорошие показатели для экологии и не токсичный, но имеет высокие давления в системе и не имеет выдающих показателей энергоэффективности.

В режиме низких и сверхнизких температур при прочих равных показатели энергоэффективности CO2 соизмеримы с показателями наиболее популярных фреонов, но для режима средних температур и кондиционирования проигрыш CO2 достаточно существенный. Углекислота может быть использована в нижнем каскаде субкритического цикла (в верхнем обычно фреон/аммиак), и как самостоятельный хладагент в транскритическом цикле.

Некоторые особенности теплофизических свойств углекислоты (высокие температуры нагнетания и низкая критическая точка +30,98°С) позволяют конфигурировать более сложные холодильные системы с параллельным сжатием в верхней ступени, десуперхитерами, инжекторами и другими модернизациями, которые в конечном итоге позволяют получить суммарный эффект в энергоэффективности лучше чем в традиционных фреоновых системах. Но если сравнивать бустерный (двухступенчатый) цикл сжатия для фреоновой системы и для CO2 без дополнительных модернизаций, то энергоэффективность будет соизмерима, вопреки устоявшемуся мнению, что системы на CO2 более энергоэффективны чем фреоновые из-за физических свойств самой углекислоты.

В Европе CO2 является хладагентом первого выбора для систем малой и средней производительности. В последние годы активно внедряется в России, в том числе силами компании Рефинжиниринг.

В процессе реализации проект МПК Обнинский на CO2

Лучший по энергоэффективности и экологичности, токсичный и взрывоопасный при определенных концентрациях.

“Классический” хладагент для больших промышленных систем и крупных предприятий. Для аммиачных систем действуют ФНП “Правила безопасности аммиачных холодильных установок”, требуются расширенные допуски на проектирование и выполнение работ на особо опасных обьектах, экспертиза промышленной безопасности, постановка на учет в Ростехнадзоре. Тем не менее, остается хладагентом первого выбора для систем большой производительности.

На предприятиях России с аммиачными системами востребованы решения по замене изношенного оборудования, с одновременным многократным снижением емкости заправки аммиака. Один из подходов - после реконструкции производственные помещения переводятся на хладоноситель, а аммиак остается в коротком контуре, не выходящем за пределы помещения АХУ.

Средний по энергоэффективности, экологичный, но высоко горючий и взрывоопасный (группа А3).

В России пропан распространен мало (единичные проекты небольшой производительности). В Европе довольно популярен ввиду экологичности (за последние несколько лет наблюдается большой рост по пропановым холодильным машинам, последние три года объём рынка в Европе удваивается каждый год).

Используется в основном в коротких контурах в чиллерах небольшой и средней производительности (до 500кВт). Ввиду своих горючих и взрывоопасных свойств требует обязательной оценки рисков на предмет образования взрывоопасной среды и возможных требований к взрывозащищенному исполнению оборудования.

Есть две особенности применения в системах холодоснабжения:

Очень большая растворимость в холодильном масле.
В жидком состоянии имеет очень маленькую плотность (при температуре +35°С 292,8кг/м³).

Мы проектируем наши системы холодоснабжения и подбираем хладагент исходя из требуемых задач, учитывая вышеописанные факторы и детали проекта.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Озон - это модификация кислорода, которая весьма токсична и обладает большой химической реактивностью. Озон образуется в атмосфере из кислорода при электрических разрядах во время грозы и под действием ультрафиолетового излучения Солнца в стратосфере. Озоновый слой располагается в атмосфере на высоте 10-15км, а максимальная концентрация озона находится на высоте 20-25км. Озоновый экран остерегает земную поверхность от большого уровня УФ-излучения, губительного для всего живого. Однако, в результате антропогенных воздействий озоновый "зонтик" истощился и в нем стали появляться озоновые дыры с чрезвычайно пониженным содержанием озона. [4, 5]

Для достижения поставленной цели нами предполагалось решить следующие задачи:

Подобрать литературу по теме исследования

Изучить экологические проблемы, связанные с разрушением озонового слоя

Выявить способы сохранения озонового слоя

Провести опрос кадет (9-11 класс) по теме исследования

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Роль озонового слоя для жизни нашей планеты

Озоновый экран.– Слой атмосферы, близко совпадающий со стратосферой, лежащий между 7-8 км (на полюсах) и 17-18км (на экваторе) и 50 км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией озона, отражающий жёсткое коротковолновое./Ультрафиолетовое/ космическое излучение, опасное для живых организмов. Основная масса озона находится в стратосфере. Толщина стратосферного озонового слоя, приведенная к нормальным условиям давления атмосферы (101.3 МПа) и температуры (0 о С) на поверхности Земли, составляет около 3 мм. Но реальное количество озона зависит от времени года, от широты, долготы и многого другого. Этот слой защищает людей и живую природу так же и от мягкого рентгеновского излучения. Как считают ученые, благодаря озону стало возможно возникновение на Земле жизни и её последующая эволюция. Озон сильно поглощает солнечную радиацию в различных участках спектра, но особенно интенсивно – в ультрафиолетовой части (с длиной волн менее 400 нм), а с большей длиной волн (более 1140 нм) – значительно меньше.[7, 8]

Озон, образуемый близко от поверхности Земли, называют вредным. В приземных слоях озон образуется под действием случайных факторов. Он возникает во время грозы, при ударе молнии, работе рентгеновского оборудования, его запах можно ощутить возле работающей копировальной техники. В загрязнённом воздухе под действием солнечных лучей образуется озон, способствующий образованию опасного явления, называемого фотохимическим смогом. Когда лучи света реагируют с веществами, содержащимися в выхлопных газах и промышленных дымах, тоже образуется озон. Жарким туманным днём в загазованной местности уровень озона может достигнуть угрожающих величин. Дыхание озоном очень опасно, так как он разрушает лёгкие. Пешеходы, вдыхающие большое количество озона, задыхаются и ощущают боль в груди. Деревья и кусты, растущие у загазованных магистралей, при высоких концентрациях озона перестают нормально расти.

К счастью, природа наградила человека обонянием. Концентрация 0.05 мг/л, которая намного меньше предельно допустимой концентрации, прекрасно ощущается человеком, и он может почувствовать опасность. Запах озона – это запах кварцевой лампы.

Но если озон находится на большой высоте, то он очень даже полезен для здоровья. Озон поглощает ультрафиолетовые лучи. До поверхности земли доходит всего 47% солнечной радиации, около 13% солнечной энергии поглощает озоновый слой в стратосфере, остальное поглощают облака (по материалам справочной и учебной литературы).

1.2 Озоноразрушающие вещества и механизм их действия

Озоноразрушающие вещества (ОРВ) это химические вещества, которые способны вступать в реакцию с молекулами озона в стратосфере. В своей основе ОРВ – это хлорсодержащие, фторсодержащие или бромсодержащие углеводороды. К ним относятся:

Способность химических веществ разрушать озоновый слой называют озоноразрушающей способностью (ОРС). Для каждого вещества принимается ОРС исходя из ОРС для ХФУ-11, равного 1. ОРС для различных ОРВ приведены в Приложении B.[1, 2, 3]

Таблица 1. ОРС для некоторых ОРВ

В большинстве стран основные объемы потребления ОРВ приходятся на сектор сервисного обслуживания холодильного оборудования и кондиционеров, где ХФУ и ГХФУ используются в качестве хладагентов.

ОРВ также применяются в качестве вспенивающих веществ при производстве пеноматериалов, как чистящие вещества в электронной промышленности, в качестве пропеллентов в аэрозолях, стерилизаторов, средств пожаротушения, фумигаторов для борьбы с вредителями и болезнями, и как сырье для промышленности.

ОРВ используются как хладагенты в холодильных и отопительных системах, системах кондиционирования. ХФУ хладагенты постепенно заменяются менее озоноразрушающими хладагентами ГХФУ (ОРС и ПГП>0), ГФУ (ОРС=0, а ПГП>0) и гидроуглеродами (ОРС и ПГП =0).

Во многих бытовых холодильниках используется ХФУ-12. В коммерческих холодильных установках для демонстрации и хранения свежих и замороженных продуктов в качестве хладагента можно использовать ХФУ-12, R-502 (смесь ХФУ-115 и ГХФУ-22) или ГХФУ –22.

Холодильное оборудование и кондиционеры для автомобильного и железнодорожного транспорта содержат ХФУ-11, ХФУ-12, ХФУ-114, ГХФУ-22 или смеси с ХФУ: R-500 (смесь ХФУ-12 и ГФУ-152а) и R-502 (смесь ХФУ-115 и ГХФУ-22). [4, 6, 9]

Системы кондиционирования и отопления зданий могут содержать большое количество ГХФУ-22, ХФУ-11, ХФУ-12 или ХФУ-114. В кондиционерах большинства старых автомобилей в качестве хладагента применяются ХФУ. Многие заменители ХФУ-12, не требующие замены оборудования, основаны на смесях, содержащих ГХФУ.

В аэрозолях распыляют лаки, дезодоранты, пену для бритья, духи, инсектициды, стеклоочистители, чистящие вещества для печей и духовок, фармацевтическую продукцию, ветеринарную продукцию, краски, клеи, смазки и масла.

В качестве стерилизаторов в медицине используют смеси ХФУ-12 и этилен оксида. Составляющая ХФУ снижает риск возгорания и взрывоопасности этилен оксида. Эта смесь содержит около 88 % ХФУ-12 и носит название 12/88. Этилен оксид полезен при стерилизации инструментов, которые особенно чувствительны к теплу и влажности, таких как катетеры, а также медицинского оборудования с волоконной оптикой. [5, 10, 12]

В целях пожаротушения применяются галлоны и ГБФУ. Сейчас они часто заменяются пенами или углекислым газом.

Бромистый метил использовался и используется как пестицид при фумигации почв для защиты растений и уничтожения вредителей. Он также применяется для карантинной обработки и обработки грузов перед транспортировкой.

ГХФУ и четыреххлористый углерод повсеместно употребляются как сырье для химического синтеза. Четыреххлористый углерод также применяется как катализатор процессов. ОРВ, используемые как сырье, обычно не выбрасываются в атмосферу, и, тем самым, не способствуют разрушению озонового слоя.

В 1974 г американские учёные Ш. Роуланд, М. Молина обнаружили, что озоновый слой Земли разрушается под воздействием хлора, который содержится во фреонах. С этих пор научный мир раскололся на две части. Одни полагают, что колебания в толщине озонового слоя вполне закономерны и регулируются вполне закономерными, естественными природными процессами; другие считают, что в озоновых страданиях виноваты люди с их техническим воздействием на окружающую среду.

В 1995 году ученые Роуланд, Молина и немецкий ученый П. Крутцен были удостоены Нобелевской премии за исследования в области образования и распада озона в земной атмосфере. Концентрация озона обычно повышена в полярных и приполярных областях. Исследуя концентрацию озона в атмосфере с помощью спутниковых наблюдений, ученые обратили внимание, что общее содержание стратосферного озона каждой весной уменьшается: в 1986 - 1991г.г. его количество над Антарктидой было на 30 - 40% ниже, чем в 19967 -1971 г.г., а в1993 году общее содержание стратосферного озона уменьшилось на 60%, и 1987 - 1994 г.г. его малое количество оказалось рекордным: почти в четыре раза меньше нормы. В 1994г в течение шести весенних недель над Антарктидой озон полностью исчез в нижних слоях стратосферы. [9, 11]

Размеры озоновой дыры, также как и содержание озона в ней, может меняться в значительных пределах. Когда меняется направление господствующих ветров, озоновая дыра заполняется молекулами озона из рядом расположенных участков атмосферы, при этом количества озона в соседних участках снижается. Дыры могут даже перемещаться. Например, зимой 1992 г слой озона над Европой и Канадой стал на 20% тоньше.

Озоновая дыра образуется над теми территориями, где сосредоточены предприятия, производящие озоноразрушающие вещества. В 70-80-х гг снижение концентрации озона над территорией России было эпизодическим. Но со 2-ой половины 90-х гг в зимнее время это явление стало наблюдаться над обширными районами России уже регулярно. Озоновые дыры в последние годы образуются над Сибирью и Европой, что ведёт к увеличению заболеваемости раком кожи у людей и другими заболеваниями. Это непременно отразится также и на других обитателях планеты.

1.4 Меры принимаемые по защите озонового слоя

Для сохранения озонового слоя необходимо сократить выбросы промышленных веществ в атмосферу. Так же, важным фактором является сокращение применения фреонов как хладагентов и в производстве аэрозолей; ограничить количество выхлопных газов автомобилей и уменьшать в них количество веществ, способных разрушать озоновый слой.

Весьма разумно будет увеличивать площади зеленых насаждений, а при строительстве новых и реконструкции старых промышленных предприятий продумывать весь комплекс экологических мер, призванных минимизировать пагубное воздействие промышленности и сельского хозяйства на состояние природной среды

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Объект и методы исследования

2.1.1 Объект исследования

В качeствe объекта исследования нами были выбраны учащиеся кадетского корпуса.

2.1.2 Мeтоды исслeдования

Основу исслeдования компетентности учащихся ГККК (9-11 классы) в причинах разрушения озонового слоя составил опрос кадет по составленной анкете.

2.2 Результаты эксперимента и их обсуждение

Нами были определены причины разрушения озонового слоя, которые, по мнению учащихся 9-11 классов, являются наиболее актуальными в настоящее время (рис.1).

Рис.1. Актуальность причин разрушения озонового слоя

Наибольший вред озоновому слою, по мнению кадет, приносит использование фреона в больших масштабах (34 %) и запуск космических кораблей (27 %). Полёты сверхзвуковых самолётов и выброс в атмосферу хлора выбрали 18 и 21 % кадет соответственно.

Также мы вывили, какие способы защиты озонового слоя, по мнению кадет, наиболее эффективно используются в настоящее время (рис. 2).

Рис. 2. Эффективность способов защиты озонового слоя

По результатам тестирования было определено, что большинство участников опроса считают, что в настоящее время в большей степени используются такие способы защиты озонового слоя, как сокращение применения фреонов и использование экологически чистого топлива (31 и 32 % соответственно). Сокращение выброса промышленных веществ в атмосферу и переход на другие источники энергии, по мнению кадет, в настоящее время реализуются не так активно.

Проблему разрушения озонового слоя считают глобальной, несущей опасность планете 72% опрошенных. 17% кадет считают, что толщина озонового слоя достаточно велика для того, чтобы переживать о его разрушении и 11 % опрошенных затруднились ответить.

Рис. 3. Значение проблемы разрушения озонового слоя

Проблема озонового слоя – это одна из глобальных проблем современности. Необходимо регулярно уделять должное внимание изучению данной тематики. Именно поэтому, в целях защиты озонового слоя, созывалось множество различных конференций и симпозиумов, в результате которых были достигнуты определённые соглашения в области сокращения вредных производств. В школах регулярно проходит изучение данной проблемы. Нами было выявлено, что большинство учащихся 9-11 классов Горожанского казачьего кадетского корпуса считают данную проблему актуальной в настоящее время и являются компетентными в вопросах охраны и защиты озонового слоя.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

Биоиндикация стратосферного озона / Коллектив авторов. - Москва: СИНТЕГ, 2006. – 194 с.

Бондаренко С. Л. Оценка состояния озонового слоя земли: моногр. / С. Л. Бондаренко. - М.: LАР Lаmbert Асаdemiс Рublishing, 2012. - 132 с.

Кароль. И.И., Киселёв А.А. Кто или что разрушает озоновый слой Земли?// Экология и жизнь.- 1998.- № 3 – с.30-33

Киселёв В.Н. Основы экологии – Минск : Унiверсiтэцкае, 1998. – 143-146.

Рассел, Джесси Озоновый слой / Джесси Рассел. - М.: VSD, 2012. – 501 с.

Россия в окружающем мире. Аналитический ежегодник. Руководитель проекта : Марфенин Н.Н. Под общ. ред.: Моисеева Н.Н., Степанова С.А. – М.: МНЭПУ, 1998.- 67-81

Сакаш И. Моделирование и прогнозирование параметров озонового слоя / И. Сакаш. - М.: LАР Lаmbert Асаdemiс Рublishing, 2012. - 116 с.

Сверлова Л. Озоновый слой атмосферы и его роль в биосфере Земли: моногр. / Л. Сверлова. - М.: Раlmаrium Асаdemiс Рublishing, 2012. - 324 с.

Снакин В. Экология и охрана природы. Словарь – справочник. - Под ред. академика Яншина А.Л.- М.: Аkаdemiа. 2000.- 362-363.

Справочник по охране геологической среды. Т.1./ Г.В. Войткевич, И.В. Голиков и др./ Под ред. Войткевича Г.В. – Ростов-на –Дону : Феникс,1996. -

Холопцев А. Изменчивость озоновой дыры: факторы и прогнозы / А. Холопцев, М. Никифорова. - М.: LАР Lаmbert Асаdemiс Рublishing, 2012. - 196 с.2.

Стратосферный озон: мифы и факты; воздействие на климат

В наше время, когда вся информация находится в открытом доступе трудно определить, какая является достоверной. Исходя из этого, можно сделать вывод, что существует проблема дезинформации. Более остро она проявляется в предоставлении информации, касающейся состояния окружающей среды, так как знания о ней не всегда являются полными и достоверными.

Так, при изучении озонового слоя – естественного фильтра, необходимого для поглощения ультрафиолетовых лучей – учёные выявили проблему образования озоновых дыр. Но многие представления об этой проблеме не всегда являются истинными и не подтверждаются статистическими данными.

Так, датский статистик Б. Ломборг доказал в одной из своих работ, что большинство представлений об окружающей среде, а в частности о состоянии озонового слоя не имеют должных оснований.

Озоновый слой – это составляющая часть атмосферы Земли. Его формирование на планете приходится на период 500-600 млн. лет назад. Основная концентрация озона приходится на стратосферу от 12 до 50 км. Озоновый слой поглощает ультрафиолетовые лучи с длиной волны менее 310 нм, которые пагубно влияют на здоровье человека и могут вызывать рак кожи. Он образуется в ходе диссоциации кислорода O ₂ под действием ультрафиолетовых лучей. При этом поглощается ближняя часть ультрафиолетового света, а при диссоциации озона O ₃ более жёсткая.[4, 7]

Озоновый слой играет важную роль в формировании температурной инверсии, то есть увеличении температуры с высотой, при поглощении ультрафиолетовых лучей. Благодаря этому образуется тропопауза, находящаяся между тропосферой и стратосферой. В этой части атмосферы происходит затруднение перемешивания воздуха. [4, 7]

Содержание озона в атмосфере находится в разных концентрациях. При увеличении озоноразрушающих газов, таких как водород и метан, содержание озона в атмосфере уменьшается, а под воздействием геомагнитного поля – увеличиваться. Увеличение озона влечёт за собой снижение температуры воздуха, а уменьшение – к повышению температуры воздуха и уменьшению атмосферного давления. [4, 7]

Однако общее содержание озона в атмосфере не велико. Если бы существовала возможность весь озоновый слой сконцентрировать над уровнем моря при температуре 0 °C и атмосферном давлении, то высота слоя не превышала бы 3 мм. Для сравнения, вся атмосфера при тех же условиях заняла бы пространство в 8 км высотой. [4, 7]

1.1 Причины снижения концентрации озонового слоя

Аэрокосмическая деятельность приводит к образованию дыр в озоновом слое при запуске ракет, работе воздушного транспорта. Самолёты, летающие на высоте 12-15 км, способствуют разрушению озонового слоя благодаря выделенью пара и иных озоноразрушающих веществ. Однако, самолёты, летающие на высоте 12 км, способствуют увеличению концентрации озона. Так же, исходя из исследований СИАП, можно сделать вывод, что воздействие воздушного транспорта очень мало. Больший вклад в истощение озона вносят разлагающиеся азотные удобрения, которые способствуют выработке окислов азота. [ 1,5 ]

Другим озоноразрушающим веществом является хлорфторуглерод. Причиной является стабильность данного вещества. В слоях тропосферы оно распадается медленнее окислов азота и поднимается в стратосферу. Достигнув отметки 25 км, где содержание озона наибольшая, хлорфторуглерод разрушается под действием ультрафиолетовых лучей. В результате этого происходит распад, одним из компонентов которого является атомный хлор. Он является катализатором, его количество не уменьшается. При взаимодействии оного атома хлора разрушается до 100000 молекул озона. [1,5]

В 1840 годах стали предприниматься первые шаги к изучению озонового слоя, а с 70 годов учёные начали наблюдать проблему его истощения.

Также большой вклад в изучение путей распространения озона и стратификации атмосферы был вложен самолётным зондированием и выпуском озоновых зондов. [5]

Однако входом в новую эпоху по изучению озона стало создание искусственных спутников Земли такими странами как США и СССР. [5]

С помощью наблюдений, сделанных учёными, был сделан вывод, что концентрация озонового слоя уменьшается. Данное явление было связано с увеличением озоноразрушающих веществ в атмосфере. [5]

В 1986 году был создан Монреальский протокол, регулирующий деятельность предприятий, которые способны вызвать истощение озонового слоя. На данный момент он подписан 189 странами, в том числе и Россией а также регулирует деятельность предприятий с оборотом более 100 химических веществ. [5]

3.Проблема озоновых дыр

Озоновые дыры – это явления локального характера, обусловленные сокращением концентрации озона в атмосфере. Данная проблема, способствующая проникновению ультрафиолетовых лучей, влечёт за собой глобальные последствия. Учёными было выявлено, что увеличение озоновый дыры на 1% увеличивает риск заболеваемости раком кожи на 3 – 6 %.[6]

Существует две гипотезы образования озоновых дыр. Первая связана с возрастанием антропогенного воздействия, из-за которого в атмосфере образуются озоноразрушающие вещества, такие как хлорсодержащие и фторсодержащие фреоны. Вторая подразумевает образование озоновых дыр как естественный процесс, не связанный с деятельностью человека. [6]

Впервые озоновая дыра была обнаружена в 1985 году над Антарктидой британскими учёными, которая появляется каждой весной. Её диаметр превышал 1000 км. Над Арктикой также были замечено множество мини-дыр. Их диаметр не превышает 2 млн. км 2 , А существует она не более 7 суток. [6]

Механизм образования: при отсутствии солнечного света во время полярных ночей озон не образуется, то есть при отсутствии ультрафиолета молекулы озон из-за большой массы падают на землю, после чего происходит их разрушение. Это связано с тем, что молекулы озона не устойчивы к нормальному давлению. [6]

На данный момент наблюдается восстановление озонового слоя. По данным НАСА, 2000–2015 годы размеры озоновой дыры над Антарктидой уменьшились на площадь, занимаемую Индией. [6]

4.Влияние озонового слоя на климат

Озоновый слой оказывает влияние на климат, характеризующееся изменением температуры. При увеличении концентрации озона происходит увеличение температуры, так как он препятствует продвижению тёплого воздуха вверх. Уменьшение концентрации озона приводит к понижению температуры атмосферного воздуха. Это происходит, когда стратосферные вихри препятствуют выходу воздуха из их пределов. При понижении температуры воздуха до – 78 происходит образование ледяного облака, в состав которого входят азотная и серная кислоты. На поверхности кристаллов осуществляется химическая реакция, результатом которой является формирование хлорфторуглеродов. Они являются причиной сокращения озона. Весной при повышении температуры, лед начинает испаряться. Таким образом, концентрация озона увеличивается. [7]

5.Мифы и факты о озоновом слое

Существует две точки зрения относительно проблемы разрушения озонового слоя: противники и сторонники вреда ХФУ для озонового слоя.

5.1. Противники вреда ХФУ для озонового слоя

В середине сентября 1987 года в Монреале было подписано соглашение представителями двадцати четырёх стран. Это соглашение обязывало уменьшить вдвое эксплуатацию озоноразрушающих хлорфторуглеродов (ХФУ) к 1999 году. Но в 1990 году в Лондоне были внесены поправки, суть которых заключалась в увеличении списка регулируемых ХФУ и запрете использования ХФУ, галогенов и четырехлористого углерода к 2000 году, а метилхлороформа – к 2005 году.[2, 3]

Для России было выдвинут запрет на использование в промышленном производстве большого перечня озоноразрушающих веществ. Россия должна была выполнить данное решение к 1 января 1996 году, но дата была отсрочена на четыре года. [2, 3]

Итогом стало закрытие семи заводов в декабре 2000 года. Также отечественная холодильная техника была выведена из эксплуатации, так как фреоновые холодильники способствовали формированию парникового эффекта. Однако на данный момент не доказано разрушительное воздействие фреонов на озоновый слой. [2, 3]

При изучении озоновых дыр противники вреда ХВУ пришли к выводу, что расположение озоновых дыр не совпадает с местами наибольших выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Они сделали вывод, что явление озоновых дыр имеет исключительно природный характер. Также противники вреда ХВУ придерживаются мнения, что специалисты, производящие наблюдение за состоянием озонового слоя, не обоснованно прогнозируют глобальные природные катаклизмы, не имея подтверждающих данных. [2, 3]

5.2. Сторонники вреда ХФУ для озонового слоя

Существует другая точка зрения относительно разрушения озонового слоя. Её сторонники считают, что основной причиной разрушения озонового слоя является антропогенная деятельность. [6]

По их мнению существует несколько этапов разрушения озонового слоя:

Эмиссии – это высвобождение газов, содержащих такие галогены как бром и хлор в результате антропогенной и природной деятельности.

Аккумулирование – это накапливание в нижних слоях атмосферы газов, содержащих галогены.

Перемещение галогенов под действием потока воздуха на большие территории.

Преобразование – это переход галогенных газов в легко реагирующие под действием ультрафиолетового излучения Солнца.

Химические реакции – это разрушение озонового слоя под действием легко реагирующих галогенных газов.

Удаление – это разделение галогенных газов под действием воздушных масс и потоков и удаление их из атмосферы под действием дождей и влажности в облаках. [6]

Примером, подтверждающим данное предположение, сторонники вреда ХФУ выделяют Воронежскую область. В данном регионе существует проблема неравномерного расположения более 900 промышленных предприятий. Сторонники теории приводят в пример динамику сокращения озонового слоя на Воронежем: : 1991 г. — 3,41 мм; 1994 г. — 3,36 мм; 1997 г. — 3,34 мм; 2001 г. — 3,30 мм;2013 г.—3,28мм. Основным источником выделяют транспорт – 80%. Эксплуатация транспорта за последние 5 лет увеличилась на 27,8%.[6]

По мнению сторонников данной теории должны производиться такие меры по защите озонового слоя, как:

Мониторинг состояния озонового слоя.

Продолжение изучения причин разрушения изменения концентрация озона.

Предоставлять информацию по замещению техники, способствующей выделению ХФУ. [6]

Озоновый слой является необходимым аспектом жизни на земле, как солнечная энергия, кислород, вода и другое. Без него всё живое вымерло бы под действием ультрафиолетовых лучей. Но на данный момент существует множество мифов о состоянии озонового слоя, развеять которые способны лишь постоянный мониторинг и тщательный анализ результатов.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что существует необходимость тщательного отбора и проверки информации о состоянии окружающей среды, во избежание введения в заблуждения.

Экология, охрана природы и экологическая безопасность Никитин А.Т., Степанов С.А. и др. - М.: Издательство МНЭПУ, 2007. – 123-124 с.

Видео

Озоновый слой и УФ-излучение

Главная задача озонового слоя — оберегать планету от опасной солнечной радиации.

УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.

В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, желтухи, экземы и рахита. При лечении также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование данного излучения происходит под четким медицинским наблюдением.

Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний кожи, глаз и иммунной системы.

Солнечные ожоги случаются в результате долгого влияния УФ-излучения на кожу. Оно способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.

Озоновый слой служит естественным щитом Земли и спасает человечество от ультрафиолетовой радиации, которая также вызывает мутации ДНК.

Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:

УФ-А (от 320 до 400 нанометров): не поглощаемая озоном длина, так как находится на безопасном расстоянии.
УФ-В (от 280 до 320 нанометров): большая часть поглощается озоном, но данная длина излучения может быть вредна для чувствительной кожи.
УФ-С (менее 280 нанометров): полностью поглощается озоном. Наиболее опасная длина, потому что она самая короткая и может уничтожить добрую часть нашей экосистемы.

Озоновые дыры

Под действием природных и антропогенных факторов антирадиационная защита планеты слабеет в некоторых районах. Молекулы озоны в них не исчезают, но происходит истощение озонового слоя. На поверхность Земли проникает больше солнечной радиации.

История обнаружения

В 1840 году немец X. Ф. Шёнбейн описал новое вещество — озон. Существование слоя из этого вещества доказали в 1912 году, проведя спектроскопические измерения атмосферы. Истончения озонового слоя обнаружили только в 1970-х годах. С тех пор проблема разрушения естественной антирадиационной защиты стала обсуждаться в научных кругах.

Механизм образования

Из-за выбросов ТЭЦ, заводов и фабрик в воздух попадают разрушающие озоновый слой вещества:

азот и его окислы;
фреон;
бром;
хлор.

Антарктическая озоновая дыра

Эта аномалия диаметром до 1000 км стала первой и самой крупной обнаруженной озоновой дырой. Истончение наблюдается не постоянно: в период полярной ночи поступления ультрафиолета нет, поэтому измерения не проводятся. По состоянию на 2019 год аномалия достигла минимальных за 37 лет наблюдений размеров, уменьшившись на 2,5 млн км 2.

Наличие дыры над Южным полюсом, а не над Северным, где содержание фреона в атмосфере выше, вызвано более сильным полярным вихрем. Вихрь сильнее из-за наличия в Антарктике континента, в то время как в районе Северного полюса преобладают ровные ледовые поля. В составе полярного вихря есть фреоны, на разрушение влияет и содержащаяся в полярных облаках азотная кислота.

Причины разрушения озонового слоя

Несмотря на непродолжительный период наблюдений и недостаток информации, учёные выделили две группы факторов, влияющих на истончение антирадиационной защиты Земли. Ведутся споры о том, какая группа оказывает большее негативное влияние.

Естественные факторы

Для образования озона необходимо солнечное излучение. Следовательно, во время полярных ночей процесс прекращается, но естественные факторы, влияющие на разрушение, сохраняются. Из-за полярных вихрей и азотнокислых полярных стратосферных облаков слой истончается. В умеренных, тропических и экваториальных широтах процесс менее заметен.

Во время извержений вулканов в атмосферу попадают тысячи тонн пепла, в составе которого есть соединения, способствующие распаду молекул озона.

Антропогенные факторы

Основной причиной истончения антирадиационного слоя считают хлорфторуглероды (ХФУ). Эти вещества стабильны и не представляют опасности для человека, но при взаимодействии с воздухом способствуют распаду молекул озона.

Антропогенные причины разрушения озонового слоя

Выбросы фреона в атмосферу

Ярчайший пример хлорфторуглеродов — фреоны, которые могут быть в агрегатном состоянии жидкости или газа. Их используют как дешёвый хладагент в холодильниках, они содержатся в аэрозольных баллончиках. Ранее фреоны считали главным виновником разрушения озонового слоя. Сейчас учёные склоняются к мнению, что их влияние переоценено.

Запуск спутников и ракет

При прохождении ракеты-носителя через стратосферу её двигатели выбрасывают колоссальное количество газов (оксидов азота, двуокиси углерода). По оценкам некоторых исследователей, 300 запусков шаттла хватило бы для полного истощения озонового слоя.

Твердотопливные ракетные двигатели опаснее жидкостных ракетных двигателей, так как выбрасывают соединения хлора.

Использование авиатранспорта на больших высотах

Гражданская авиация летает на высотах до 13 км. Военные самолёты могут подниматься выше, в стратосферу. При работе реактивный или ракетный двигатель выделяет окиси азота. Так как полёт проходит на высоте формирования озонового слоя, окись азота немедленно вступает в реакцию с молекулами озона и разрушает их.

Применение азотных удобрений

Азотные удобрения используются с конца XIX века, но сейчас масштабы их применения представляют угрозу для атмосферы. Обычно используют следующие вещества:

аммофос и диаммофос;
хлористый аммоний;
карбонат аммония;
сульфид аммония;
сульфат аммония.

При их разложении выделяются окислы азота, которые в атмосфере вступают в реакцию с молекулами озона и разрушают их.

Другие причины

Исследования в данной области продолжаются, и не исключено выявление новых факторов, сопутствующих истончению озонового слоя Земли. Истинное положение дел остаётся предметом споров. Не до конца ясно, насколько существенно влияние на природный антирадиационный экран современных хладагентов и аэрозолей.

Технический прогресс и озоновые дыры

Озоновая дыра (или аномалия) – это снижение концентрации озона в стратосфере над определенным районом планеты. Наиболее известна антарктическая озоновая дыра. Когда после полярной ночи здесь наступает весна, над значительной частью Антарктиды наблюдается снижение общего содержания озона до 220, иногда даже до 80 единиц Добсона. Одновременно с этим в нижних слоях стратосферы наблюдаются температуры ниже –80 градусов и стратосферные полярные облака. Ученые полагают, что на поверхности этих облаков происходят реакции, разрушающие озон. Катализаторами этого процесса выступают фтор- и хлорсодержащие вещества.

Вещества, разрушающие озон, попадают в воздух из выбросов теплоэлектростанций, заводов, фабрик. Молекулы О3 ввиду своей активности могут реагировать с ними. Таким образом, деятельность человека способствует истощению слоя этого газа.