Головна

Механізми руйнування озону

  1.  Gt; А ЩЕ ВОНИ МЕХАНІЗМИ, позбавлених РОЗУМУ. ВОНИ НЕ МОЖУТЬ ВІДЧУВАТИ БІЛЬ, засмучує, ВІДЧУВАТИ себе зрадженим.
  2.  III. Механізми регуляції кількості ферментів
  3.  VI. нейрохімічні МЕХАНІЗМИ пластичність і ПАМ'ЯТІ.
  4.  Анатомо-фізіологічні механізми забезпечення безпеки і захисту людини від негативних впливів
  5.  Анатомо-фізіологічні механізми мовлення
  6.  Біологічні механізми статевої диференціації
  7.  У кріолітозона

Вище розглядалося механізм утворення озону в атмосфері тільки на основі кисню як компонента повітря. Тим часом в освіті і руйнуванні озону атмосфери грають істотну роль і інші компоненти повітря як основні, так і домішкові.

Розгляд їх впливу представляє істотний інтерес як з точки зору більш поглибленого розуміння механізму утворення озону в атмосфері, так і з точки зору впливу антропогенних факторів на концентрацію озону в атмосфері.

У цьому відношенні велику роль відіграє азот як головна складова частина атмосфери. Відомо близько п'ятдесяти фотохімічних реакцій азоту. Верхні шари атмосфери (мезосфера і термосферу) складаються з атомів і іонів азоту, що утворюються під дією короткохвильового космічного випромінювання. Утворення озону також відбувається в верхніх шарах атмосфери, починаючи з висоти 80 км, де тиск ще дозволяє утворення молекул при потрійних зіткненнях. Нижче, в стратосфері, де відбувається основне освіту озону, починають грати роль оксиди азоту, головним чином у вигляді моноксиду і діоксиду. У тропосфері їх зміст убуває з висотою, ймовірно, внаслідок взаємодій з водяною парою, тоді як в стратосфері картина зворотна: зміст моноксиду і діоксиду з висотою зростає. Згідно з експериментальними даними, на висоті 30 км концентрація оксидів азоту після сходу сонця зростає на два порядки. Існує думка, що розкладання озону визначає в основному азотний цикл. У ньому розкладається до 80% озону. Зазначимо лише на деякі стадії з цього циклу:

NO2 + O *  = NO + O2 (1.42)

NO + O3 = NO2 + O2 (1.43)

NO2 + O3 = NO * 3 + O2 (1.44)

NO * 3 + h? = NO + O2 (1.45)

Азот може сприяти утворенню озону шляхом свого збудження і подальшої участі в порушенні і дисоціації молекул кисню:

N2 + O2 = N2 + O *  + O * (1.46)

Не виключена також можливість утворення на світлі атомарного кисню з діоксиду азоту:

NO2 + h? = NO + O * (? <40 нм) (1.47)

В цілому можна констатувати, що роль оксидів азоту в розкладанні озону, дуже велика, і вони можуть надавати досить істотний вплив на його концентрацію в атмосфері.

З наведених компонентів атмосфери, що впливають відповідним чином на освіту і руйнування озон, слід було б зупинитися на водяній парі, точніше, на атомарному водні та paдікале гідроксиду, що утворюються при розкладанні води під дією сонячного випромінювання:

Н2Про + hv = Н + ОН * (1.48)

Крім того, вода може реагувати з атомами водню і кисню з утворенням радикалів гідроксиду:

Про + Н2О = 2ОН *  (1.49)

Н + Н2О = Н2 + ОН * (1.50)

Хоча водяна пара міститься головним чином в тропосфері і його проникненню в стратосферу перешкоджає тропопауза, що є своєрідною холодної пасткою для водяної пари, проте Несконденсировавшиеся залишки води пронікаютіз тропосфери в стратосферу.

Як уже зазначалося, розкладання озону визначає в основному азотний цикл. Надходження оксидів азоту в атмосферу грають важливу роль в забрудненні атмосфери і негативний вплив на озоновий захисний шар.

Істотний вплив на освіту оксидів в атмосфері надають вихлопні гази звукових і надзвукових літаків. Bносіт свій внесок у забруднення атмосфери і зростаюче споживання азотних добрив, які під впливом мікроорганізмів генерують NO2. Нарешті, значний вплив може надати і спалювання звичайного палива.

Говорячи про вплив антропогенних чинників на захисний шар озону, не можна пройти повз впливу хлору і його оксидів, що виникають при фотолізі хлорфторметанами (фреонів). Як відомо, фреони знайшли дуже широке практичне застосування.

Фреони представляють собою галоідпроізводние метану, етану, пропану з обов'язковим вмістом фтору: СFС13, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, C2H4F2, C2H2F4 і т. д. Вони дуже добре зберігаються в атмосфері, оскільки погано розчиняються у воді і не горять, мають, як правило, низькі температури кипіння і тому на повітрі добре випаровуються. З тропосфери частина фреонів може йти з водою і, не гідролізуючись, cкапліваться в океані. Океан є своєрідним резервуаром фреонів.

Фотоліз фреонів, що відбувається під дією ультрафіолетового опромінення, обумовлює розрив зв'язку С-С1 в фреоне і відповідно генерацію активного хлору:

CFC13 + Hv = CFCI * 2 + CI * (1.51)

CFCI * 2 + Hv = CFCl * + CI * (1.52)

У свою чергу, С1 ініціює різні цикли взаємодії з озоном, що призводять до його руйнування:

Сl + Про3 = СlО *  + Про2 (1.53)

СlО * + Про * = Сl *  + Про2 (1.54)

СlO *  + Про3 = Сl *  + 2O2 (1.55)

ClO *  + Про3 = СlO * 2 + Про2 (1.56)

СlO * 2 + O *  = ClO *  + Про2 (1.57)

На озоновий шар впливає головним чином азотний цикл, тоді як галоїдний цикл виявляється не таким істотним. Проте, мабуть, він заслуговує должноговніманія. Поява озонових дір, виявлених над Антарктидою і в інших районах, стурбувало весь світ, в зв'язку з чим виробництво фреонів в даний час забороняється або зводиться до мінімуму. Питання, що обговорювалися вище теоретичні питання ставилися до кожного окремо взятому (ізольованому) циклу. Що стосується взаємодії циклів, то, на жаль, воно ще мало вивчено. За попередніми даними, реакції

Сl *  + NО = NО2 + Сl *  (1.58)

ClO *  + NO2 = ClONO2 (1.59)

(Особливо остання) можуть значною мірою впливати на ефективність дії циклів, різко посилюючи їх.

1.6. "Парниковий ефект"

Емісія в атмосферу деяких газів: CО2, CO, CH4, C2H6, З2Н4, Оксидів азоту, фреонів - призводить до появи «парникового ефекту».

Під терміном «парниковий ефект» розуміється специфічне явище.

Звичайне сонячне випромінювання при безхмарним погоді і чистій атмосфері порівняно легко досягає поверхні Землі, поглинається поверхнею грунту, рослинністю, будівлями і т. Д., А 30% її відбивається в космічний простір. Нагріті земні поверхні віддають теплову енергію знову в атмосферу, але вже у вигляді довгохвильового випромінювання відповідно до закону Вина, згідно з яким частота випромінювання з максимальною інтенсивністю Vmax прямо пропорційна абсолютній температурі Т:

Vmax = BT (1.60)

деb - константа.

Максимум випромінювання в сонячному спектрі лежить в жовто-зеленій області видимого інтервалу довжин хвиль (380-750 нм). Ця область практично не поглинається атмосферними газами N2, O2, CO2, Н.2О і ін., Але температура нагрітих поверхонь на Землі багато нижче температури поверхні Сонця. Тому максимум випромінювання з поверхні Землі відповідно до закону Вина доводиться вже на інфрачервону частина спектра.

У ближньому інфрачервоному діапазоні це випромінювання інтенсивно поглинається трехатомного (парниковими) молекулами води, СО2, SO2, N2О, що мають інтенсивні смуги поглинання в інтервалах довжин хвиль 2-5 мкм. В результаті інфрачервоне випромінювання Землі не розсіюється в космічному просторі, а витрачається на підвищення інтенсивності теплового руху молекул в атмосфері, що і викликає глобальне підвищення температури.

Основним за значенням «парниковим» газом є водяні пари. За ним слідують СО2, дає сьогодні в порівнянні з початком 20-го століття приріст «парникового» ефекту на 49%, метан (18%), фреони (14%), N2O - (6%). На інші гази припадає близько 13% приросту.

Природний «парниковий ефект» створює приріст середньої температури на поверхні Землі на 30 ° С. При його відсутності середня температура поверхні Землі, яка становить у даний час 15 ° С, знизилася б до -15 ° С, т. Е. Почалося б глобальне похолодання.

Природну рівновагу вмісту в атмосфері «парникових газів», починаючи з 18-го століття, зазнало серйозні порушення. За 250 років вміст метану в атмосфері збільшилася в три рази внаслідок антропогенного впливу (видобуток викопних видів палива, рисові поля, біохімічні процеси розкладання побутових відходів та ін.).

Зростання концентрації СО2 (На 25% в даний час) спочатку відбувається через масову вирубку лісів, що споживали вуглекислий газ на синтез біомаси рослин. З початку 19-го століття визначальну роль набувають викиди CO2 з продуктами спалювання викопного палива, технологічних і попутних газів. Загальна виділення СО2 в результаті антропогенної діяльності становить щорічно 0,7% від його природного вмісту в атмосфері.

Наслідок парникового ефекту, яке викликає найбільші побоювання, - це підйом рівня Світового океану.

Потепління на Землі, на думку кліматологів, за рахунок зростання температури на 0,1 ° С вважається значним, а збільшення температури на 3,5 ° С - критичним. За останні 100 років потепління на Землі склало 0,5-0,7оС. Міжнародна конвенція кліматологів в Австрії (1988) прогнозувала до 2030-2050 рр. підвищення температури на 1,5-4,5 ° С, яке може викликати підйом рівня океану на 50-100 см, а до кінця 21-го століття - на 2 м.

Важко передбачити всі страшні наслідки підвищення рівня моря. Людей чекає не тільки «всесвітній потоп», можуть посилитися і посухи. Танення полярних льодів призведе до підвищення рівня Світового океану, т. Е. До затоплення територій, де проживає переважна більшість населення і зосереджено основний промисловий потенціал. Зміна перепаду температур між зонами полюсів і екватора Землі порушить природну циркуляцію атмосфери. Ослаблення інтенсивності перенесення повітряних мас призведе до істотного погіршення перенесення теплоти і вологи, т. Е. Станеться глобальна зміна клімату: в зонах з жарким і сухим кліматом збільшується кількість атмосферних опадів, в помірному поясі стане значно суші.

Наземні екосистеми не зможуть досить швидко пристосуватися до зміни клімату. Величезні лісові масиви в результаті розкладу і згоряння будуть додатковими джерелами вуглецю, що посилить потепління.

На Конференції з охорони навколишнього середовища в Ріо-де-Жанейро (1992) була прийнята рамкова Конвенція ООН про зміну клімату, в якій записано, що беруть участь країни «сповнені рішучості захистити кліматичну систему в інтересах нинішнього і майбутнього поколінь». Кінцева мета Конвенції -домогтися стабілізації концентрації парникових газів в атмосфері на рівні, що не допускає небезпечного антропогенного впливу на кліматичну систему. При цьому 25 розвинених країн, а також країн, що здійснюють перехід до ринкової економіки, повинні взяти на себе більш конкретні зобов'язання: повернутися до рівнів викидів парникових газів 1990 року, надати фінансові ресурси, передати безпечні технології іншим зацікавленим сторонам і ін.

Для попередження або повного виключення надходження в атмосферу оксидів вуглецю і сірки, зниження «парникового» ефекту і кислотних випадінь пропонувалися в різні часи своєрідні проекти, частина з яких поки мають відтінок наукової фантастики. Так, запропонований спосіб складування СО2 в твердому або рідкому стані в глибоких відпрацьованих шахтах. Тамжескладіруются і тверді оксиди сірки. Принципово така схема, мабуть, можна здійснити, але умови її реалізації та вартість поки не дозволяють сподіватися на здійснення найближчим часом. Складовані рідкі або тверді оксиди можна при цьому використовувати для народногосподарських цілей, зокрема для перекладу СО2 в біомасу.

 




 H.B. Гусакова |  Еволюція атмосфери і походження життя |  гідросфера |  ГЛАВА 1. Фізико-хімічні процеси в атмосфері |  склад атмосфери |  Мікрокомпонентного домішки в атмосфері |  геохімічні джерела |  Біологічні джерела. |  антропогенні джерела |  Радіоактивне забруднення атмосфери |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати