wreferat.baza-referat.ru

Реферат - Химия и алхимия озонового слоя

И. К. Ларин, доктор физико-математических наук

(Институт энергетических проблем химической физики РАН)

Четыреста миллионов лет назад в атмосфере появился слой озона, достаточно плотный, чтобы жизнь из океана смогла шагнуть на сушу. Это дало начало уникальной, быть может единственной во Вселенной, эволюционной цепи, породившей громадное разнообразие живых форм, включая человека. А в наши дни (ирония судьбы!) человек чуть не погубил то, благодаря чему он появился на Земле. Однако у человечества хватило ума и здравого смысла, чтобы вовремя остановиться. Озоновый слой стал предметом всеобщего внимания. К его изучению привлекли сотни тысяч специалистов во всем мире, затратили громадные материальные средства. В результате стало значительно яснее, какие процессы происходят как в озоносфере, так и во всей атмосфере.

Озон поглощает солнечный ультрафиолет в диапазоне 200-300 нм, проникающий в длинноволновом участке этого диапазона вплоть до верхней тропосферы. С высоты около 20 км (нижняя граница озонового слоя) начинается рост температуры, который продолжается до высот около 50 км (верхняя граница озонового слоя). Если бы не было озонового слоя или если он не поглощал бы ультрафиолет, падение температуры, имеющее место в тропосфере, продолжалось бы вплоть до высоты порядка 80 км. Там уже появляется жесткое ультрафиолетовое излучение, способное ионизовать молекулы воздуха. Его энергия в конце концов превращается в тепло, нагревающее воздух и вызывающее рост температуры выше 80 км. (Кстати, эту точку зрения на роль озона в термической стратификации атмосферы разделяет и Прокофьева И.А., автор книги «Атмосферный озон» (М.; Л., 1951), которую Н. Чугунов указал в списке литературы.)

Поглощая солнечный ультрафиолет, молекулы озона разрушаются, образуя атомы кислорода. Но озоновый слой при этом не исчезает — устанавливается равновесие между количеством озона и атомами кислорода, причем более высокому уровню ультрафиолета соответствует более низкая концентрация озона. Это, в частности, объясняет, почему в тропиках, где интенсивность ультрафиолета велика, озона мало, а в высоких широтах, где солнечное излучение слабо, — много.

Теоретически и практически доказано, что в диапазоне длин волн 200-300 нм определяющую роль в распределении солнечного излучения по высоте земной атмосферы играет его поглощение молекулами озона, слой которого простирается от 10-15 км до высоты более 50 км с наибольшей концентрацией на высоте 20-25 км. Озон чрезвычайно сильно поглощает ультрафиолет длиной волны около 250 нм, и уже к высоте 40 км от этого излучения остается только 10%, а все остальное поглощается вышележащим слоем. А до высот 20-25 км излучение в диапазоне длин волн 255-266 нм, чрезвычайно опасное в биологическом отношении, практически не доходит. Поэтому о нем можно спокойно забыть: его интенсивность не изменится, даже если озона станет в десять раз меньше.

Разнообразные и многочисленные эксперименты показали, что излучение в диапазоне длин волн 280-320 нм также опасно. Именно это излучение при истощении озонового слоя будет усиливаться, приводя к разнообразным негативным последствиям.

Таким образом (повторим еще раз), интенсивность проходящего солнечного излучения в диапазоне длин волн 200-300 нм на разных высотах полностью определяется только распределением озона в атмосфере.

Распределение стабильных молекул в атмосфере до высот порядка 100 км определяется исключительно барометрическим законом, согласно которому давление падает с высотой по экспоненте. А поскольку молекулы озона рождаются в самой атмосфере, их высотное распределение стремится стать таким же, как у воздуха (попросту говоря, много внизу и мало наверху). И в зависимости от времени жизни частиц оно будет в той или иной мере приближаться к барометрическому.

Озон в атмосфере образуется по механизму, предложенному выдающимся английским геофизиком С. Чепменом семьдесят лет назад. Суть этого механизма состоит в том, что на высотах 20-45 км молекулярный кислород распадается на атомы под действием солнечного ультрафиолета. Образовавшиеся атомы быстро прилипают к молекулам кислорода, давая молекулы озона. Распадаются они в результате реакции с атомами кислорода (возникающими главным образом при фотораспаде озона), образуя две молекулы кислорода. Схема Чепмена просуществовала без изменений до середины 60-х годов, когда была создана теория цепных процессов разрушения озона с участием водородных, азотно-окисных и галоидных ( хлор- бром- йод) соединений, попадающих в атмосферу в основном из промышленных выбросов. Однако основа этих новых механизмов осталась «чепменовской».

Из механизма Чепмена следует, что отсутствие ультрафиолетового излучения способствует сохранению и накоплению озона — ночью его содержание в атмосфере практически не меняется. Именно этим и объясняется накопление озона в стратосфере Антарктики и Арктики в течение полярной зимы.

Влияние солнечного света проявляется и в механизме образования «озонной дыры», который заключается в следующем.

В течение холодной антарктической зимы, когда температура нижней стратосферы падает до 80 градусов ниже нуля, холодный воздух начинает опускаться вниз, в результате чего под действием сил Кориолиса на высотах 10-20 км образуется полярный вихрь, изолирующий воздух внутри своего объема от остального пространства. В этом воздухе образуются стратосферные полярные облака, содержащие молекулы воды и азотной кислоты (она в небольших количествах постоянно образуется из окислов азота природного происхождения). На поверхности частиц облаков протекают реакции, приводящие к образованию из слабоактивных, достаточно устойчивых соединений хлора малоустойчивых молекул Cl2 и HOCl. Процессы идут в течение всей зимы, в результате чего к ее концу в полярном вихре накапливается значительное количество этих слабосвязанных компонент. С восходом солнца в начале весны, то есть в начале сентября, они легко распадаются, и образуются активные хлорные частицы, начинающие разрушать озон цепным путем.

Поскольку вихрь еще существует и никакого обмена с соседними, богатыми озоном областями стратосферы нет, содержание озона быстро уменьшается, и внутри вихря, на высоте 10-15 км, озон полностью исчезает. Далее происходит разогрев воздуха, распад вихря и расползание остатков дыры по Южному полушарию.

Таковы в общих чертах механизмы образования и разрушения озона. Их справедливость подтверждена многочисленными измерениями и теорией. Несмотря на это, Н. Чугунов считает их ошибочными. Рассуждал он следующим образом: если бы ультрафиолетовое излучение поглощалось озоном, то следствием этого было бы либо "… нагревание озонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холодной атмосферы"; либо "… разрушение озона", но тогда он не мог бы выполнять свои защитные функции; либо неограниченное накопление энергии в озоновом слое вплоть до взрыва. Отсюда и следует, «что мнение о поглощении озоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано».

Развивая эту мысль, Чугунов пишет: «На высоте 34 км излучений с длиной волн короче 280 нм не обнаружено. Наиболее же биологически опасным считается излучение с длинами волн от 255 до 266 нм. Из этого следует, что губительный ультрафиолет поглощается, не достигнув озонового слоя, то есть высот 20-25 км. А до поверхности Земли доходит излучение с минимальной длиной волны 293 нм, опасности не представляющее. Таким образом, озоновый слой не принимает участия в поглощении биологически опасного излучения».

На самом же деле, как уже говорилось выше, излучение в диапазоне 200-300 нм поглощается озоном, образуются атомы кислорода, и происходит нагрев окружающего воздуха, а излучение в диапазоне 300-400 нм действительно почти без потерь доходит до земной поверхности.

Пытаясь объяснить образование озонового слоя с помощью своей гипотезы, согласно которой этот слой ничего не поглощает, Чугунов пишет: «При поглощении энергии коротковолнового ультрафиолетового излучения часть молекул ионизуется, теряя электрон и приобретая положительный заряд, а часть диссоциирует на два нейтральных атома. Свободный электрон, образовавшийся при ионизации, соединяется с одним из атомов, образуя отрицательный ион кислорода. Разноименно заряженные ионы соединяются, образуя нейтральную молекулу озона». По описанному механизму озон образуется главным образом в мезосфере, хотя механизм «работает» и в стратосфере, и в тропосфере. Из мезосферы озон (будучи тяжелее воздуха в 1,62 раза) опускается вниз, где на высоте 20-25 км приходит в равновесное состояние, образуя наиболее плотный слой. А согласно его версии образования озоновых дыр, "… летом и осенью над Антарктидой и зимой и весной над Северным полюсом атмосфера Земли практически не подвергается воздействию ультрафиолета. Полюса Земли в эти периоды находятся в «тени», над ними нет источника энергии, необходимой для образования озона...". На самом же деле механизм, предложенный Чугуновым, в принципе не работает не только в тропосфере и стратосфере, но даже и в мезосфере по той простой причине, что ионизующее молекулярный кислород коротковолновое излучение Солнца не проникает в атмосферу глубже 90 км.

Что же касается механизма образования антарктической озонной дыры, то мы обсудили его выше. Здесь добавим только, что в противовес гипотезе Чугунова она возникает весной, при появлении в Антарктиде солнечного света.

Решающий аргумент в пользу антиозоновой гипотезы заключается в следующем. Если иметь в виду, что при нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составляла бы 3-4 мм, то «практически невозможно представить, до каких сверхвысоких температур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы он действительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения». Выше, однако, уже неоднократно говорилось, что озон распределен в атмосфере на десятки километров по высоте. На одну молекулу озона приходится около миллиона молекул воздуха. Поэтому никаких сверхвысоких температур в результате поглощения ультрафиолета озоновым слоем не возникает.

Падение температуры с высотой в тропосфере Чугунов объясняет тем, что при поглощении энергии молекулами воздуха происходит его охлаждение. Это неверно, поскольку поглощенная энергия неизбежно превращается в тепло. В действительности падение температуры происходит потому, что с высотой уменьшается «греющий» тропосферу поток инфракрасного излучения, который идет с поверхности Земли и поглощается по мере продвижения вверх парами воды и другими парниковыми газами.

Образование в стратосфере молекул озона в результате реакции возбужденной и невозбужденной молекул кислорода (как это утверждается в «Подробностях...» статьи Чугунова) невозможно по энергетическим причинам. Так же, как невозможна ионизация молекул кислорода на высоте 50 км, — на этих высотах нет излучения, способного вызвать такие процессы. Понижение температуры с высотой на высотах 60-80 км происходит не в результате поглощения «фотонов излучения», а как раз наоборот: здесь никакое излучение не поглощается — ни идущий сверху (и неспособный ионизовать воздух) ультрафиолет из-за малой плотности поглощающих компонент, ни тем более идущее снизу инфракрасное излучение.

www.ronl.ru

Химия и алхимия озонового слоя

И. К. Ларин, доктор физико-математических наук

(Институт энергетических проблем химической физики РАН)

Озон поглощает солнечный ультрафиолет в диапазоне 200-300 нм, проникающий в длинноволновом участке этого диапазона вплоть до верхней тропосферы. С высоты около 20 км (нижняя граница озонового слоя) начинается рост температуры, который продолжается до высот около 50 км (верхняя граница озонового слоя). Если бы не было озонового слоя или если он не поглощал бы ультрафиолет, падение температуры, имеющее место в тропосфере, продолжалось бы вплоть до высоты порядка 80 км. Там уже появляется жесткое ультрафиолетовое излучение, способное ионизовать молекулы воздуха. Его энергия в конце концов превращается в тепло, нагревающее воздух и вызывающее рост температуры выше 80 км. (Кстати, эту точку зрения на роль озона в термической стратификации атмосферы разделяет и Прокофьева И.А., автор книги "Атмосферный озон" (М.; Л., 1951), которую Н. Чугунов указал в списке литературы.)

Поглощая солнечный ультрафиолет, молекулы озона разрушаются, образуя атомы кислорода. Но озоновый слой при этом не исчезает - устанавливается равновесие между количеством озона и атомами кислорода, причем более высокому уровню ультрафиолета соответствует более низкая концентрация озона. Это, в частности, объясняет , почему в тропиках, где интенсивность ультрафиолета велика, озона мало, а в высоких широтах, где солнечное излучение слабо, - много.

Из механизма Чепмена следует, что отсутствие ультрафиолетового излучения способствует сохранению и накоплению озона - ночью его содержание в атмосфере практически не меняется. Именно этим и объясняется накопление озона в стратосфере Антарктики и Арктики в течение полярной зимы.

Влияние солнечного света проявляется и в механизме образования "озонной дыры", который заключается в следующем.

Таковы в общих чертах механизмы образования и разрушения озона. Их справедливость подтверждена многочисленными измерениями и теорией. Несмотря на это, Н. Чугунов считает их ошибочными. Рассуждал он следующим образом: если бы ультрафиолетовое излучение поглощалось озоном, то следствием этого было бы либо "...нагревание озонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холодной атмосферы"; либо "...разрушение озона", но тогда он не мог бы выполнять свои защитные функции; либо неограниченное накопление энергии в озоновом слое вплоть до взрыва. Отсюда и следует, "что мнение о поглощении озоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано".

Развивая эту мысль, Чугунов пишет: "На высоте 34 км излучений с длиной волн короче 280 нм не обнаружено. Наиболее же биологически опасным считается излучение с длинами волн от 255 до 266 нм. Из этого следует, что губительный ультрафиолет поглощается, не достигнув озонового слоя, то есть высот 20-25 км. А до поверхности Земли доходит излучение с минимальной длиной волны 293 нм, опасности не представляющее. Таким образом, озоновый слой не принимает участия в поглощении биологически опасного излучения".

Пытаясь объяснить образование озонового слоя с помощью своей гипотезы, согласно которой этот слой ничего не поглощает, Чугунов пишет: "При поглощении энергии коротковолнового ультрафиолетового излучения часть молекул ионизуется, теряя электрон и приобретая положительный заряд, а часть диссоциирует на два нейтральных атома. Свободный электрон, образовавшийся при ионизации, соединяется с одним из атомов, образуя отрицательный ион кислорода. Разноименно заряженные ионы соединяются, образуя нейтральную молекулу озона". По описанному механизму озон образуется главным образом в мезосфере, хотя механизм "работает" и в стратосфере, и в тропосфере. Из мезосферы озон (будучи тяжелее воздуха в 1,62 раза) опускается вниз, где на высоте 20-25 км приходит в равновесное состояние, образуя наиболее плотный слой. А согласно его версии образования озоновых дыр, "...летом и осенью над Антарктидой и зимой и весной над Северным полюсом атмосфера Земли практически не подвергается воздействию ультрафиолета. Полюса Земли в эти периоды находятся в "тени", над ними нет источника энергии, необходимой для образования озона...". На самом же деле механизм, предложенный Чугуновым, в принципе не работает не только в тропосфере и стратосфере, но даже и в мезосфере по той простой причине, что ионизующее молекулярный кислород коротковолновое излучение Солнца не проникает в атмосферу глубже 90 км.

Решающий аргумент в пользу антиозоновой гипотезы заключается в следующем. Если иметь в виду, что при нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составляла бы 3-4 мм, то "практически невозможно представить, до каких сверхвысоких температур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы он действительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения". Выше, однако, уже неоднократно говорилось, что озон распределен в атмосфере на десятки километров по высоте. На одну молекулу озона приходится около миллиона молекул воздуха. Поэтому никаких сверхвысоких температур в результате поглощения ультрафиолета озоновым слоем не возникает.

Падение температуры с высотой в тропосфере Чугунов объясняет тем, что при поглощении энергии молекулами воздуха происходит его охлаждение. Это неверно, поскольку поглощенная энергия неизбежно превращается в тепло. В действительности падение температуры происходит потому, что с высотой уменьшается "греющий" тропосферу поток инфракрасного излучения, который идет с поверхности Земли и поглощается по мере продвижения вверх парами воды и другими парниковыми газами.

Образование в стратосфере молекул озона в результате реакции возбужденной и невозбужденной молекул кислорода (как это утверждается в "Подробностях..." статьи Чугунова) невозможно по энергетическим причинам. Так же, как невозможна ионизация молекул кислорода на высоте 50 км, - на этих высотах нет излучения, способного вызвать такие процессы. Понижение температуры с высотой на высотах 60-80 км происходит не в результате поглощения "фотонов излучения", а как раз наоборот: здесь никакое излучение не поглощается - ни идущий сверху (и неспособный ионизовать воздух) ультрафиолет из-за малой плотности поглощающих компонент, ни тем более идущее снизу инфракрасное излучение.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.nature.ru/

topref.ru

Химия и алхимия озонового слоя

superbotanik.net

Доклад - Разрушение озонового слоя Земли хлорфторуглеводородами

ОЗОНОВЫЕ ДЫРЫ

Разрушение озонового слоя Земли хлорфторуглеводородами

Реферат по химии ученика 9»в» класса

Калмынина Кирилла

Г. Санкт-Петербург

2004 г.

ОЗОН (от греч. ozon — пахнущий ) — Оз, аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, t кипения — 112 °С, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается с взрывом. Образуется из кислорода (О2) при электрическом разряде (напр., во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (напр., в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца). Основная масса озона (Оз) в атмосфере расположена в виде слоя — озоносферы — на высоте от 10 до 50 км с максимумом концентрации на высоте 20-25 км. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. В промышленности О3 получают действием на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и воздуха.

Глобальная изменчивость или глобальные изменения в последние годы превратились в основную проблему исследований в области окружающей среды главным образом благодаря тому огромному влиянию, которое она по всей вероятности будет оказывать на мировое сообщество.

Многие ученые — естественники рассматривают термин «окружающая среда» как синоним слову «природа». Однако природа становится окружающей средой только тогда когда рассматривается в социальном контексте: человеческое общество зависит от природы и, взаимодействуя с ней, изменяет её в различных пространственно-временных масштабах.

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 — разрыв озоносферы диаметром св. 1000 км, возникший над Антарктидой и перемещающийся в населенные районы Австралии. Озоновая дыра возникла предположительно в результате антропогенных воздействий[1], в т. ч. широкого использования в промышленности и быту хлорсодержащих хладонов[2] (фреонов), разрушающих озоновый слой. Озоновая дыра представляет опасность для живых организмов, поскольку озоновый слой защищает поверхность Земли от чрезмерных доз ультрафиолетового излучения Солнца. В 1985 принята Венская конвенция об охране озонового слоя, в 1987 — Монреальский протокол. Озоновая дыра была обнаружена английским исследователем Дж. Фарманом в 1982. В 1992 озоновая дыра открыта также над Арктикой.)

В начале 80-х по измерениям со спутника «Нимбус-7» аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда она охватывала значительно меньшую площадь и падение уровня озона в ней было не так велико — около 9%. В среднем по Земле с 1979 по 1990 г. содержание озона упало на 5%.

Это открытие обеспокоило как ученых, так и широкую общественность, поскольку из него следовало, что слой озона, окружающий нашу планету, находится в большей опасности, чем считалось ранее. Утончение этого слоя может привести к серьезным последствиям для человечества. Содержание озона в атмосфере менее 0.0001%, однако, именно озон полностью поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение солнца с длиной волны l<280 нм и значительно ослабляет полосу УФ-Б с 280<l<315 нм, наносящие серьезные поражения клеткам живых организмов. Падение концентрации озона на 1% приводит в среднем к увеличению интенсивности жесткого ультрафиолета у поверхности земли на 2%. Эта оценка подтверждается измерениями, проведенными в Антарктиде. Правда, из-за низкого положения солнца, интенсивность ультрафиолета в Антарктиде все еще ниже, чем в средних широтах. Ультрафиолетовое излучение Солнца это коротковолновое электромагнитное излучение (400-10 нм), на долю которого приходится около 9% всей энергии излучения Солнца. Ультрафиолетовое излучение Солнца ионизирует газы верхних слоев земной атмосферы, что приводит к образованию ионосферы.

По своему воздействию на живые организмы жесткий ультрафиолет близок к ионизирующим излучениям, однако, из-за большей, чем у g-излучения длины волны он не способен проникать глубоко в ткани, и поэтому поражает только поверхностные органы. Жесткий ультрафиолет обладает достаточной энергией для разрушения ДНК и других органических молекул, что может вызвать рак кожи, в особенности быстротекущую злокачественную меланому, катаракту и иммунную недостаточность. Естественно, жесткий ультрафиолет способен вызывать и обычные ожоги кожи и роговицы. Уже сейчас во всем мире заметно увеличение числа заболевания раком кожи, однако значительно количество других факторов (например, возросшая полярность загара, приводящая к тому, что люди больше времени проводят на солнце, таким образом, получая большую дозу УФ облучения) не позволяет однозначно утверждать, что в этом повинно уменьшение содержания озона. Жесткий ультрафиолет плохо поглощается водой и поэтому представляет большую опасность для морских экосистем. Эксперименты показали, что планктон, обитающий в приповерхностном слое при увеличении интенсивности жесткого УФ может серьезно пострадать и даже погибнуть полностью. Планктон находится в основании пищевых цепочек практически всех морских экосистем, поэтому без преувеличения можно сказать, что практически вся жизнь в приповерхностных слоях морей и океанов может исчезнуть. Растения менее чувствительны к жесткому УФ, но при увеличении дозы могут пострадать и они.

Если содержание озона в атмосфере значительно уменьшится, человечество легко найдет способ защититься от жесткого УФ излучения, но при этом рискует умереть от голода.

Образование озона описывается уравнением реакции

O2+O=O3

Необходимый для этой реакции атомарный кислород выше уровня 20 км образуется при расщеплении кислорода под действием ультрафиолетового излучения с l<240 нм

O2+h0=2O

Ниже этого уровня такие фотоны почти не проникают, и атомы кислорода образуются, в основном, при фотодиссоциации двуокиси азота

NO2+h0=NO+O

фотонами мягкого ультрафиолета с l<400 нм.

Разрушение молекул озона происходит при их попадании на частицы аэрозолей или на поверхность земли, но основной сток озона определяют циклы каталитических реакций в газовой фазе:

O3+Y=YO+O2

YO+O=Y+O2

где Y=NO, OH, Cl, Br

Впервые мысль об опасности разрушения озонного слоя была высказана еще в конце 1960-х годов, тогда считалось, что основную опасность для атмосферного озона представляют выбросы водяного пара и оксидов азота (NOx) из двигателей сверхзвуковых транспортных самолетов и ракет. Однако сверхзвуковая авиация развивалась значительно менее бурными темпами, чем предполагалось. В настоящее время в коммерческих целях используется только «Конкорд», совершающий несколько рейсов в неделю между Америкой и Европой, из военных самолетов в стратосфере летают практически только сверхзвуковые стратегические бомбардировщики, такие как B1-B или Ту-160 и разведывательные самолеты типа SR-71. Такая нагрузка вряд ли представляет серьезную угрозу для озонного слоя. Выбросы оксидов азота с поверхности земли в результате сжигания ископаемого топлива и массового производства и применения азотных удобрений также представляет определенную опасность для озонного слоя, но оксиды азота нестойки и легко разрушаются в нижних слоях атмосферы. Запуски ракет также происходят не очень часто, впрочем, хлоратные твердые топлива, используемые в современных космических системах, например в твердотопливных ускорителях «Спейс-Шаттл» или «Ариан», могут наносить серьезный локальный ущерб озонному слою в районе запуска.

В 1974 г. М. Молина и Ф. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине показали, что хлорфторуглероды (ХФУ) могут вызывать разрушение озона. Начиная с этого времени, так называемая хлорфторуглеродная проблема, стала одной из основных в исследованиях по загрязнению атмосферы. Хлорфторуглероды уже более 60 лет используются как хладагенты в холодильниках и кондиционерах, пропелленты для аэрозольных смесей, пенообразующие агенты в огнетушителях, очистители для электронных приборов, при химической чистке одежды, при производстве пенопластов.

Когда-то они рассматривались как идеальные для практического применения химические вещества, поскольку они очень стабильны и неактивны, а значит, не токсичны. Как это ни парадоксально, но именно инертность этих соединений делает их опасными для атмосферного озона. ХФУ не распадаются быстро в тропосфере (нижнем слое атмосферы, который простирается от поверхности земли до высоты 10 км), как это происходит, например, с большей частью окислов азота, и, в конце концов, проникают в стратосферу, верхняя граница которой располагается на высоте около 50 км. Когда молекулы ХФУ поднимаются до высоты примерно 25 км, где концентрация озона максимальна, они подвергаются интенсивному воздействию ультрафиолетового излучения, которое не проникает на меньшие высоты из-за экранирующего действия озона. Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомный хлор. Таким образом, ХФУ переносит хлор с поверхности земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается. Вследствие этого один атом хлора может разрушить до 100 000 молекул озона, прежде чем будет дезактивирован или вернется в тропосферу. Сейчас выброс ХФУ в атмосферу исчисляется миллионами тонн, но следует заметить, что даже в гипотетическом случае полного прекращения производства и использования ХФУ немедленного результата достичь не удастся: действие уже попавших в атмосферу ХФУ будет продолжаться несколько десятилетий. Считается, что время жизни в атмосфере для двух наиболее широко используемых ХФУ фреон-11 (CFCl3) и фреон-12 (CF2Cl2) составляет 75 и 100 лет соответственно.

Оксиды азота способны разрушать озон, однако, они могут реагировать и с хлором. Например:

O3+Cl=ClO+O2

ClO+NO=NO2+Cl

NO2=NO+O

O2+O=O3

в ходе этой реакции содержание озона не меняется. Более важной является другая реакция:

ClO+NO2=ClONO2

образующийся в ее ходе хлористый нитрозил является так называемым резервуаром хлора. Содержащийся в нем хлор неактивен и не может вступить в реакцию с озоном. В конце концов, такая молекула-резервуар может поглотить фотон или вступить в реакцию с какой-нибудь другой молекулой и высвободить хлор, но она также может покинуть стратосферу. Расчеты показывают, что если бы в стратосфере отсутствовали оксиды азота, то разрушение озона шло бы намного быстрее. Другим важным резервуаром хлора является хлористый водород HCl, образующийся при реакции атомарного хлора и метана Сh5.

Под давлением этих аргументов многие страны начали принимать меры направленные на сокращение производства и использования ХФУ. С 1978 г. в США было запрещено использование ХФУ в аэрозолях. К сожалению, использование ХФУ в других областях ограничено не было. В сентябре 1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление ХФУ. Согласно достигнутой договоренности развитые страны должны к 1999 г. снизить потребление ХФУ до половины уровня 1986 г. Для использования в качестве пропеллента в аэрозолях уже найден неплохой заменитель ХФУ — пропанобутановая смесь. По физическим параметрам она практически не уступает фреонам, но, в отличие от них, огнеопасна. Тем не менее, такие аэрозоли уже производятся во многих странах, в том числе и в России. Сложнее обстоит дело с холодильными установками — вторым по величине потребителем фреонов. Дело в том, что из-за полярности молекулы ХФУ имеют высокую теплоту испарения, что очень важно для рабочего тела в холодильниках и кондиционерах. Лучшим известным на сегодня заменителем фреонов является аммиак, но он токсичен и все же уступает ХФУ по физическим параметрам. Неплохие результаты получены для полностью фторированных углеводородов. Во многих странах ведутся разработки новых заменителей и уже достигнуты неплохие практические результаты, но полностью эта проблема еще не решена.

Использование фреонов продолжается и пока далеко даже до стабилизации уровня ХФУ в атмосфере. Так, по данным сети Глобального мониторинга изменений климата, в фоновых условиях — на берегах Тихого и Атлантического океанов и на островах, вдали от промышленных и густонаселенных районов — концентрация фреонов -11 и -12 в настоящее время растет со скоростью 5-9% в год. Содержание в стратосфере фотохимические активных соединений хлора в настоящее время в 2-3 раза выше по сравнению с уровнем 50-х годов, до начала быстрого производства фреонов.

Вместе с тем, ранние прогнозы, предсказывающие, например, что при сохранении современного уровня выброса ХФУ, к середине XXI в. содержание озона в стратосфере может упасть вдвое, возможно были слишком пессимистичны. Во-первых, дыра над Антарктидой во многом является следствием метеорологических процессов. Образование озона возможно только при наличии ультрафиолета и во время полярной ночи не идет. Зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь, препятствующий притоку богатого озоном воздуха со средних широта. Поэтому к весне даже небольшое количество активного хлора способно нанести серьезный ущерб озонному слою. Такой вихрь практически отсутствует над Арктикой, поэтому в северном полушарии падение концентрации озона значительно меньше. Многие исследователи считают, что на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Эти высотные облака, которые гораздо чаще наблюдаются над Антарктикой, чем над Арктикой, образуются зимой, когда при отсутствии солнечного света и в условиях метеорологической изоляции Антарктиды температура в стратосфере падает ниже -80°. Можно предположить, что соединения азота конденсируются, замерзают и остаются связанными с облачными частицами и поэтому лишаются возможности вступить в реакцию с хлором. Возможно также, что облачные частицы способны катализировать распад озона и резервуаров хлора. Все это говорит о том, что ХФУ способны вызвать заметное понижение концентрации озона только в специфических атмосферных условиях Антарктиды, а для заметного эффекта в средних широтах, концентрация активного хлора должна быть намного выше. Во-вторых, при разрушении озонного слоя жесткий ультрафиолет начнет проникать глубже в атмосферу. Но это означает, что образование озона будет происходить по-прежнему, но только немного ниже, в области с большим содержанием кислорода. Правда, в этом случае озонный слой будет в большей степени подвержен действию атмосферной циркуляции.

Хотя первые мрачные оценки были пересмотрены, это ни в коем случае не означает, что проблемы нет. Скорее, что стало ясно нет серьезной немедленной опасности. Даже наиболее оптимистичные оценки предсказывают при современном уровне выброса ХФУ в атмосферу серьезные биосферные нарушения во второй половине XXI в., поэтому сокращать использование ХФУ по-прежнему необходимо.

Возможности воздействия человека на природу постоянно растут и уже достигли такого уровня, когда возможно нанести биосфере непоправимый ущерб. Уже не в первый раз вещество, которое долгое время считалось совершенно безобидным, оказывается на самом деле крайне опасным. Лет двадцать назад вряд ли кто-нибудь мог предположить, что обычный аэрозольный баллончик может представлять серьезную угрозу для планеты в целом. К несчастью, далеко не всегда удается вовремя предсказать, как то или иное соединение будет воздействовать на биосферу. Однако в случае с ХФУ такая возможность была: все химические реакции, описывающие процесс разрушения озона ХФУ крайне просты и известны довольно давно. Но даже после того, как проблема ХФУ была в 1974 г. сформулирована, единственной страной, принявшей какие-либо меры по сокращению производства ХФУ были США и меры эти были совершенно недостаточны. Потребовалась достаточно серьезная демонстрация опасности ХФУ для того, чтобы были приняты серьезные меры в мировом масштабе.

Следует заметить, что даже после обнаружения озонной дыры, ратифицирование Монреальской конвенции одно время находилось под угрозой. Быть может, проблема ХФУ научит с большим вниманием и опаской относиться ко всем веществам, попадающим в биосферу в результате деятельности человечества.

[1] АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на природу, различные формы влияния деятельности человека на природу. Антропогенные воздействия охватывают отдельные компоненты природы и природные комплексы. Количественной и качественной характеристикой антропогенных воздействий является антропогенная нагрузка. Антропогенные воздействия могут носить как позитивный, так и негативный характер; последнее вызывает необходимость в применении специальных природоохранных мер.

[2] ХЛАДОНЫ (фреоны) — техническое название группы насыщенных алифатических галогенсодержащих углеводородов, применяемых в качестве хладагентов; газы (напр., CCl2F2, t кип — 29,8 °C) или летучие жидкости (напр., CCl3F, t кип 23,7 °C). Нетоксичны, не образуют взрывоопасных смесей с воздухом, не реагируют с большинством металлов. Используются как пропелленты, растворители и др. Некоторые хладоны разрушающе действуют на озоновый слой атмосферы Земли, в связи, с чем объем их производства сокращается.

www.ronl.ru

Химия и алхимия озонового слоя

И. К. Ларин, доктор физико-математических наук

(Институт энергетических проблем химической физики РАН)

Озон поглощает солнечный ультрафиолет в диапазоне 200-300 нм, проникающий в длинноволновом участке этого диапазона вплоть до верхней тропосферы. С высоты около 20 км (нижняя граница озонового слоя) начинается рост температуры, который продолжается до высот около 50 км (верхняя граница озонового слоя). Если бы не было озонового слоя или если он не поглощал бы ультрафиолет, падение температуры, имеющее место в тропосфере, продолжалось бы вплоть до высоты порядка 80 км. Там уже появляется жесткое ультрафиолетовое излучение, способное ионизовать молекулы воздуха. Его энергия в конце концов превращается в тепло, нагревающее воздух и вызывающее рост температуры выше 80 км. (Кстати, эту точку зрения на роль озона в термической стратификации атмосферы разделяет и Прокофьева И.А., автор книги "Атмосферный озон" (М.; Л., 1951), которую Н. Чугунов указал в списке литературы.)

Таковы в общих чертах механизмы образования и разрушения озона. Их справедливость подтверждена многочисленными измерениями и теорией. Несмотря на это, Н. Чугунов считает их ошибочными. Рассуждал он следующим образом: если бы ультрафиолетовое излучение поглощалось озоном, то следствием этого было бы либо "...нагревание озонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холодной атмосферы"; либо "...разрушение озона", но тогда он не мог бы выполнять свои защитные функции; либо неограниченное накопление энергии в озоновом слое вплоть до взрыва. Отсюда и следует, "что мнение о поглощении озоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано".

Решающий аргумент в пользу антиозоновой гипотезы заключается в следующем. Если иметь в виду, что при нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составляла бы 3-4 мм, то "практически невозможно представить, до каких сверхвысоких температур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы он действительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения". Выше, однако, уже неоднократно говорилось, что озон распределен в атмосфере на десятки километров по высоте. На одну молекулу озона приходится около миллиона молекул воздуха. Поэтому никаких сверхвысоких температур в результате поглощения ультрафиолета озоновым слоем не возникает.

Падение температуры с высотой в тропосфере Чугунов объясняет тем, что при поглощении энергии молекулами воздуха происходит его охлаждение. Это неверно, поскольку поглощенная энергия неизбежно превращается в тепло. В действительности падение температуры происходит потому, что с высотой уменьшается "греющий" тропосферу поток инфракрасного излучения, который идет с поверхности Земли и поглощается по мере продвижения вверх парами воды и другими парниковыми газами.

Список литературы

www.neuch.ru

Winamp, Skins, Plugins

Необходимые Утилиты

Текстовые редакторы

Юмор

File managers and best utilites

Реферат: Химия и алхимия озонового слоя:. Реферат по химии озоновый слой

Химия и алхимия озонового слоя - реферат

Химия и алхимия озонового слоя

И. К. Ларин,доктор физико-математических наук

(Институтэнергетических проблем химической физики РАН)

Четырестамиллионов лет назад в атмосферепоявился слой озона, достаточноплотный, чтобы жизнь из океана смогла шагнуть на сушу. Это дало началоуникальной, быть может единственной во Вселенной, эволюционной цепи, породившей громадное разнообразие живыхформ, включая человека. А в наши дни (ирония судьбы!) человек чуть не погубилто, благодаря чему он появился на Земле. Однако у человечества хватило ума и здравого смысла, чтобывовремя остановиться. Озоновый слойстал предметом всеобщего внимания. К его изучению привлекли сотни тысячспециалистов во всем мире, затратили громадные материальные средства. Врезультате стало значительно яснее, какие процессы происходят как в озоносфере, так и во всей атмосфере.

Озонпоглощает солнечный ультрафиолет вдиапазоне 200-300 нм, проникающий в длинноволновом участке этого диапазонавплоть до верхней тропосферы. С высотыоколо 20 км (нижняя граница озонового слоя) начинается рост температуры,который продолжается до высот около 50 км (верхняя граница озонового слоя).Если бы не было озонового слоя или если он не поглощал бы ультрафиолет, падениетемпературы, имеющее место в тропосфере, продолжалось бы вплоть до высотыпорядка 80 км. Там уже появляется жесткое ультрафиолетовое излучение,способное ионизовать молекулы воздуха. Его энергия в конце концовпревращается в тепло, нагревающее воздух и вызывающее рост температуры выше 80км. (Кстати, эту точку зрения на роль озона в термической стратификацииатмосферы разделяет и Прокофьева И.А., автор книги "Атмосферный озон"(М.; Л., 1951), которую Н. Чугунов указал в списке литературы.)

Поглощаясолнечный ультрафиолет, молекулы озона разрушаются, образуя атомы кислорода. Ноозоновый слой при этом не исчезает - устанавливается равновесие междуколичеством озона и атомами кислорода, причем более высокому уровню ультрафиолетасоответствует более низкая концентрация озона. Это, в частности, объясняет ,почему в тропиках, где интенсивность ультрафиолета велика, озона мало, а ввысоких широтах, где солнечное излучение слабо, - много.

Теоретически ипрактически доказано, что в диапазоне длин волн 200-300 нм определяющую роль враспределении солнечного излучения по высоте земной атмосферы играет егопоглощение молекулами озона, слой которого простирается от 10-15 км до высотыболее 50 км с наибольшей концентрацией на высоте 20-25 км. Озон чрезвычайносильно поглощает ультрафиолет длиной волны около 250 нм, и уже к высоте 40 кмот этого излучения остается только 10%, а все остальное поглощается вышележащимслоем. А до высот 20-25 км излучение в диапазоне длин волн 255-266 нм, чрезвычайноопасное в биологическом отношении, практически не доходит. Поэтому о нем можноспокойно забыть: его интенсивность не изменится, даже если озона станет вдесять раз меньше.

Разнообразные имногочисленные эксперименты показали, что излучение в диапазоне длин волн280-320 нм также опасно. Именно это излучение при истощении озонового слоябудет усиливаться, приводя к разнообразным негативным последствиям.

Таким образом(повторим еще раз), интенсивность проходящего солнечного излучения в диапазоне длин волн 200-300 нм на разных высотахполностью определяется только распределением озона в атмосфере.

Распределениестабильных молекул в атмосфере до высот порядка 100 км определяетсяисключительно барометрическим законом, согласно которому давление падает свысотой по экспоненте. А поскольку молекулы озона рождаются в самой атмосфере,их высотное распределение стремится стать таким же, как у воздуха (попростуговоря, много внизу и мало наверху). И в зависимости от времени жизни частицоно будет в той или иной мере приближаться к барометрическому.

Озон ватмосфере образуется по механизму, предложенному выдающимся английскимгеофизиком С. Чепменом семьдесят лет назад. Суть этого механизма состоит в том,что на высотах 20-45 км молекулярныйкислород распадается на атомы под действием солнечного ультрафиолета.Образовавшиеся атомы быстро прилипают к молекулам кислорода, давая молекулыозона. Распадаются они в результате реакции с атомами кислорода (возникающимиглавным образом при фотораспаде озона), образуя две молекулы кислорода. СхемаЧепмена просуществовала без изменений до середины 60-х годов, когда быласоздана теория цепных процессов разрушения озона с участием водородных,азотно-окисных и галоидных ( хлор- бром- йод) соединений, попадающих ватмосферу в основном из промышленных выбросов. Однако основа этих новыхмеханизмов осталась "чепменовской".

Из механизмаЧепмена следует, что отсутствие ультрафиолетового излучения способствуетсохранению и накоплению озона - ночью его содержание в атмосфере практически неменяется. Именно этим и объясняется накопление озона в стратосфере Антарктики и Арктики в течение полярной зимы.

Влияниесолнечного света проявляется и в механизме образования "озонной дыры", которыйзаключается в следующем.

В течениехолодной антарктической зимы, когда температура нижней стратосферы падает до 80градусов ниже нуля, холодный воздух начинает опускаться вниз, в результате чегопод действием сил Кориолиса на высотах10-20 км образуется полярный вихрь, изолирующий воздух внутри своего объема отостального пространства. В этом воздухе образуются стратосферные полярныеоблака, содержащие молекулы воды и азотной кислоты (она в небольших количествахпостоянно образуется из окислов азота природного происхождения). На поверхностичастиц облаков протекают реакции, приводящие к образованию из слабоактивных,достаточно устойчивых соединений хлора малоустойчивых молекул Cl2 иHOCl. Процессы идут в течение всей зимы, в результате чего к ее концу вполярном вихре накапливается значительное количество этих слабосвязанныхкомпонент. С восходом солнца в начале весны, то есть в начале сентября, онилегко распадаются, и образуются активные хлорные частицы, начинающие разрушатьозон цепным путем.

Поскольку вихрьеще существует и никакого обмена с соседними, богатыми озоном областямистратосферы нет, содержание озона быстро уменьшается, и внутри вихря, на высоте10-15 км, озон полностью исчезает. Далее происходит разогрев воздуха, распадвихря и расползание остатков дыры по Южному полушарию.

Таковы в общихчертах механизмы образования и разрушения озона. Их справедливость подтвержденамногочисленными измерениями и теорией. Несмотря на это, Н. Чугунов считает ихошибочными. Рассуждал он следующим образом: если бы ультрафиолетовое излучение поглощалось озоном, то следствием этого было бы либо "...нагреваниеозонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холоднойатмосферы"; либо "...разрушение озона", но тогда он не мог бывыполнять свои защитные функции; либо неограниченное накопление энергии возоновом слое вплоть до взрыва. Отсюда и следует, "что мнение о поглощенииозоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано".

Развивая этумысль, Чугунов пишет: "На высоте 34 км излучений с длиной волн короче 280 нм не обнаружено.Наиболее же биологически опасным считается излучение с длинами волн от 255 до266 нм. Из этого следует, что губительный ультрафиолет поглощается, недостигнув озонового слоя, то есть высот 20-25 км. А до поверхности Землидоходит излучение с минимальной длиной волны 293 нм, опасности непредставляющее. Таким образом, озоновый слой не принимает участия в поглощениибиологически опасного излучения".

На самом жеделе, как уже говорилось выше, излучение в диапазоне 200-300 нм поглощаетсяозоном, образуются атомы кислорода, и происходит нагрев окружающего воздуха, аизлучение в диапазоне 300-400 нм действительно почти без потерь доходит доземной поверхности.

Пытаясьобъяснить образование озонового слоя с помощью своей гипотезы, согласно которойэтот слой ничего не поглощает, Чугунов пишет: "При поглощении энергиикоротковолнового ультрафиолетового излучения часть молекул ионизуется,теряя электрон и приобретаяположительный заряд, а часть диссоциирует на два нейтральных атома. Свободныйэлектрон, образовавшийся при ионизации,соединяется с одним из атомов, образуя отрицательный ион кислорода. Разноименнозаряженные ионы соединяются, образуя нейтральную молекулу озона". Поописанному механизму озон образуется главным образом в мезосфере, хотя механизм"работает" и в стратосфере, ив тропосфере. Из мезосферы озон (будучитяжелее воздуха в 1,62 раза) опускается вниз, где на высоте 20-25 км приходит вравновесное состояние, образуя наиболее плотный слой. А согласно его версииобразования озоновых дыр, "...летом и осенью над Антарктидой и зимой ивесной над Северным полюсом атмосфера Земли практически не подвергаетсявоздействию ультрафиолета. Полюса Земли в эти периоды находятся в"тени", над ними нет источника энергии, необходимой для образованияозона...". На самом же деле механизм, предложенный Чугуновым, в принципене работает не только в тропосфере и стратосфере, но даже и в мезосфере по тойпростой причине, что ионизующее молекулярный кислород коротковолновое излучениеСолнца не проникает в атмосферу глубже 90 км.

Что же касаетсямеханизма образования антарктической озонной дыры, то мы обсудили его выше.Здесь добавим только, что в противовес гипотезе Чугунова она возникает весной,при появлении в Антарктиде солнечного света.

Решающийаргумент в пользу антиозоновой гипотезы заключается в следующем. Если иметь ввиду, что при нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составлялабы 3-4 мм, то "практически невозможно представить, до каких сверхвысокихтемператур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы ондействительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения".Выше, однако, уже неоднократно говорилось, что озон распределен в атмосфере надесятки километров по высоте. На одну молекулу озона приходится около миллионамолекул воздуха. Поэтому никаких сверхвысоких температур в результатепоглощения ультрафиолета озоновым слоем не возникает.

Падениетемпературы с высотой в тропосфере Чугунов объясняет тем, что при поглощенииэнергии молекулами воздуха происходит его охлаждение. Это неверно, посколькупоглощенная энергия неизбежно превращается в тепло. В действительности падениетемпературы происходит потому, что с высотой уменьшается "греющий"тропосферу поток инфракрасногоизлучения, который идет с поверхности Земли и поглощается по мере продвижениявверх парами воды и другими парниковымигазами.

Образование встратосфере молекул озона в результате реакции возбужденной и невозбужденноймолекул кислорода (как это утверждается в "Подробностях..." статьиЧугунова) невозможно по энергетическим причинам. Так же, как невозможнаионизация молекул кислорода на высоте 50 км, - на этих высотах нет излучения,способного вызвать такие процессы. Понижение температуры с высотой на высотах60-80 км происходит не в результате поглощения "фотонов излучения", акак раз наоборот: здесь никакое излучение не поглощается - ни идущий сверху (инеспособный ионизовать воздух) ультрафиолет из-за малой плотности поглощающихкомпонент, ни тем более идущее снизу инфракрасное излучение. Списоклитературы

Для подготовкиданной работы были использованы материалы с сайта http://www.nature.ru/

2dip.su

Реферат Озоновый слой

Опубликовать

скачать

Реферат на тему:

План:

1 История открытия озонового слоя
2 Механизм Чэпмана
3 Пути гибели озона

Введение

Озоновый слой в атмосфере

Абсорбция ультрафиолетового излучения озоновым слоем

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О2, образуя озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов[1] и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20—25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли толщиной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км.

1. История открытия озонового слоя

Открывателями озонового слоя были французские физики Шарль Фабри и Анри Буиссон. В 1913 году им удалось с помощью спектроскопических измерений ультрафиолетового излучения доказать существование озона в отдалённых от Земли слоях атмосферы.

2. Механизм Чэпмана

Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сиднеем Чэпманом в 1930 году и носит его имя.

Реакции образования озона :

О2 + hν → 2О. О2 + O → О3.

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны 175—200 нм и до 242 нм.

Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом:

О3 + hν → О2 + О. О3 + O → 2О2.

3. Пути гибели озона

Стратосферная химия озона

Кроме реакций, входящих в механизм Чэпмана, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чэпмана), водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами.

Азотный цикл (NOx):

N2O + O(1D) → NO + NO, О3 + NO → NO2 + О2, NO2 + О → NO + О2.

Водородный цикл (HOx):

Н2O + O → OH + OH, ОН + О3 → НО2 + О2, НО2 + О3 → ОН + 2О2.

Хлорный цикл (ClOx):

CFCl3 + hν → CFCl2 + Cl, Cl + O3 → ClO + O2, ClO + O → Cl + O2.

Доля в расходовании озона различных химических семейств:[2]

Давление, гПа азотное кислородное водородное галогеновое 1,31 3,78 8,93 21,9 55,8

0,10	0,26	0,41	0,21
0,50	0,14	0,11	0,25
0,68	0,11	0,08	0,13
0,46	0,12	0,19	0,20
0,12	0,03	0,48	0,14

Доля галогенового пути распада стратосферного озона увеличилась в результате деятельности человека, что привело к возникновению озоновых дыр. Генеральная ассамблея ООН в 1994 году провозгласила 16 сентября ежегодным Международным днём охраны озонового слоя.

Примечания

И.К. Ларин Химия озонового слоя и жизнь на Земле - www.hij.ru/arhiv/hj0007.html // Химия и жизнь — XXI век. — 2000. — № 7. — С. 10–15..
Andrew Dessler. The Chemistry and Physics of Stratospheric Ozone. Academic Press. 2000

скачатьДанный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 09.07.11 23:52:12Похожие рефераты: Озоновый слой (группа), Слой, Слой скачка, Гимениальный слой, Скин-слой, Адвентициальный слой, Слой обогащения, Псевдоожиженный слой, Буферный слой.

Категории: Атмосфера.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.

И. К. Ларин, доктор физико-математических наук

(Институт энергетических проблем химической физики РАН)

Озон поглощает солнечный ультрафиолет в диапазоне 200-300 нм, проникающий в длинноволновом участке этого диапазона вплоть до верхней тропосферы. С высоты около 20 км (нижняя граница озонового слоя) начинается рост температуры, который продолжается до высот около 50 км (верхняя граница озонового слоя). Если бы не было озонового слоя или если он не поглощал бы ультрафиолет, падение температуры, имеющее место в тропосфере, продолжалось бы вплоть до высоты порядка 80 км. Там уже появляется жесткое ультрафиолетовое излучение, способное ионизовать молекулы воздуха. Его энергия в конце концов превращается в тепло, нагревающее воздух и вызывающее рост температуры выше 80 км. (Кстати, эту точку зрения на роль озона в термической стратификации атмосферы разделяет и Прокофьева И.А., автор книги "Атмосферный озон" (М.; Л., 1951), которую Н. Чугунов указал в списке литературы.)

В течение холодной антарктической зимы, когда температура нижней стратосферы падает до 80 градусов ниже нуля, холодный воздух начинает опускаться вниз, в результате чего под действием сил Кориолиса на высотах 10-20 км образуется полярный вихрь, изолирующий воздух внутри своего объема от остального пространства. В этом воздухе образуются стратосферные полярные облака, содержащие молекулы воды и азотной кислоты (она в небольших количествах постоянно образуется из окислов азота природного происхождения). На поверхности частиц облаков протекают реакции, приводящие к образованию из слабоактивных, достаточно устойчивых соединений хлора малоустойчивых молекул Cl2и HOCl. Процессы идут в течение всей зимы, в результате чего к ее концу в полярном вихре накапливается значительное количество этих слабосвязанных компонент. С восходом солнца в начале весны, то есть в начале сентября, они легко распадаются, и образуются активные хлорные частицы, начинающие разрушать озон цепным путем.

Таковы в общих чертах механизмы образования и разрушения озона. Их справедливость подтверждена многочисленными измерениями и теорией. Несмотря на это, Н. Чугунов считает их ошибочными. Рассуждал он следующим образом: если бы ультрафиолетовое излучение поглощалось озоном, то следствием этого было бы либо "...нагревание озонового слоя. Однако он расположен на высоте устойчиво холодной атмосферы"; либо "...разрушение озона", но тогда он не мог бы выполнять свои защитные функции; либо неограниченное накопление энергии в озоновом слое вплоть до взрыва. Отсюда и следует, "что мнение о поглощении озоновым слоем жесткого ультрафиолета не обосновано".

Решающий аргумент в пользу антиозоновой гипотезы заключается в следующем. Если иметь в виду, что при нормальном атмосферном давлении толщина озонового слоя составляла бы 3-4 мм, то "практически невозможно представить, до каких сверхвысоких температур должен был разогреться столь маломощный слой, если бы он действительно поглощал почти всю энергию ультрафиолетового излучения". Выше, однако, уже неоднократно говорилось, что озон распределен в атмосфере на десятки километров по высоте. На одну молекулу озона приходится около миллиона молекул воздуха. Поэтому никаких сверхвысоких температур в результате поглощения ультрафиолета озоновым слоем не возникает.

Падение температуры с высотой в тропосфере Чугунов объясняет тем, что при поглощении энергии молекулами воздуха происходит его охлаждение. Это неверно, поскольку поглощенная энергия неизбежно превращается в тепло. В действительности падение температуры происходит потому, что с высотой уменьшается "греющий" тропосферу поток инфракрасного излучения, который идет с поверхности Земли и поглощается по мере продвижения вверх парами воды и другими парниковыми газами.

Смотрите также

..:::Новинки:::..

Windows Commander 5.11 Свежая версия.

Новая версия
IrfanView 3.75 (рус)

Обновление текстового редактора TextEd, уже 1.75a

System mechanic 3.7f
Новая версия

Обновление плагинов для WC, смотрим :-)

Весь Winamp
Посетите новый сайт.

WinRaR 3.00
Релиз уже здесь

PowerDesk 4.0 free
Просто - напросто сильный upgrade проводника.

..:::Счетчики:::..