Реферат: Озоновий шар

Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерховому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УХ опромінення може серйозно постраждати і навіть загинути повністю.

Планктон знаходиться в основі харчових ланцюжків практично всіх морських экосистем, тому без перебільшення можна сказати, що практично все життя в приповерхових шарах морів і океанів може зникнути. Рослини менш чутливі до жорсткого УХ опроміненню, але при збільшенні дози можуть постраждати і вони. Якщо вміст озону в атмосфері значно поменшає, людство легко знайде спосіб захиститися від жорсткого УХ випромінювання, але при цьому ризикує померти від голоду.

Під тиском цих аргументів багато країн почали вживати заходів, направлені на скорочення виробництва і використання ХФУ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФУ в аерозолях.

Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФУ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторинга змін клімату, в фонових умовах - на берегах Тихого і Атлантичного океанів і на островах, вдалині від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонов -11 і -12 в цей час зростає з швидкістю 5-9% в рік.

Разом з тим, ранні прогнози, що кажуть про те, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФУ, до середини XXI ст. кількість озону в стратосфері може впасти вдвічі, можливо були дуже песимістичні. Бо, як з'ясувалося, діра над Антарктидою багато в чому є слідством метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолета і під час полярної ночі не йде. Взимку над Антарктикою утвориться стійкий вихор, перешкоджаючий притоці багатого озоном повітря зі середніх широт. Тому до весни навіть невелику кількість активного хлору здібно нанести серйозний збиток озонному шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато які дослідники вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари, які набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, чим над Арктикою, утворяться взимку, коли при відсутності сонячного світла, в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди, температура в стратосфері падає нижче мінус 80⁰ С.

Можливо, що частки цих хмар здатні катализувати розпад озону. Все це говорить про те, що ХФУ здатні викликати помітне пониження концентрації озону тільки в специфічних атмосферних умовах Антарктиди, яке для середніх широт не характерне в наслідок інших кліматичних умов, а це одразу зменшує площу озонного шару, яка може піддатися розпаду. Хоч перші похмурі оцінки були переглянені, це ні в якому разі не означає, що проблеми немає. Швидше, стало ясно, що є негайна серйозна небезпека. Навіть найбільш оптимістичні оцінки передбачають при сучасному рівні викиду ХФУ в атмосферу серйозні биосферні порушення у другій половині XXI в., тому скорочувати використання ХФУ, як і раніше, необхідно.

Вчені М. Моліна і Ф. Роуленд опублікували ще спільну працю, в якій висловили глибоку стурбованість щодо шкідливої дії хлору на збереження озонового шару. Вже з 70-х років чимало науково-дослідних центрів світу вдарили на сполох з приводу згубних наслідків впливу цього явища на довколишнє середовище. В 1987 р. спеціально обладнали літак з чилійського міста Пунта. Аренас проник в озонову дірку в Антарктиді й майстерно зробив перші знімки, що допомогли дізнатися про справжні розміри аномалії.

Ці дані лягли в основу рішення Організації Об’єднаних Націй (ООН) скликати 1987 р. міжнародну зустріч у Канаді, де 46 країн підписали Монреальський протокол, який зобов’язує його учасників скоротити виробництво товарів, що містять у собі хлор, фтор, водень: аерозолі, холодильне обладнання й таке інше. Уже не одне літо в Південному конусі, де прихід нового року припадає на розпал сезону відпочинку, заздалегідь вимушені ширше вживати запобіжних заходів, щоб захиститися від шкідливої дії сонця , бо шар озону, що служить захисною парасолею від ультрафіолетових променів, як ніколи раніше, періодично ставав дуже слабкий. Національна метеорологічна служба Аргентини (НМСА) повідомила, що в 1998 року озонова дірка зберігалася майже на місяць довше, ніж попереднього, до того ж охоплювала площу, значно більшу, ніж будь-коли. Річний період, протягом якого проявляється озонова дірка над Антарктидою. Тоді він перевершив усі інші: з’явився на півмісяця раніше й тривав три тижні довше при небаченій досі низькій концентрації озону. Як наслідок найбільшої тривалості явища у січні місяці 1999 року вплив збідненого на озон повітря затримався в теплих широтах. Як відзначав директор департаменту атмосферного довкілля Університету м. Буенос-Айреса сеньйор Пабло Кансіані, це може викликати посилення ультрафіолетової радіації аж до південних районів Бразилії.

Озон вбирає в себе сонячні ультрафіолетові промені. Збільшення цієї радіації на земній поверхні може завдавати серйозних опіків, породжувати рак шкіри та хвороби очей у людей. Тому щороку вчені уважно аналізують зменшення концентрації озону в середньому шарі атмосфери. Над Антарктидою кількість цієї речовини падала до надзвичайно низького рівня.

В 1998 року площа над Антарктидою та довкола неї з низьким рівнем озону перевершила 10 млн. кв. км, причому це спостерігалося досить тривалий час понад сто днів підряд. Отож встановлено найприкріший рекорд в історії з озоном над шостим континентом. Під 1999 рік НМСА повідомила, що в перший тиждень грудня озонова дірка розширилася до 11 млн. кв. км і потім за кілька днів звузилася менш як до 1 млн. кв. км. Згідно з науковими дослідженнями протягом останніх 20 років це природне явище виразно з’являється над Антарктидою на початку південноамериканської весни місяць вересень й зникає, як правило, в перші дні літа — останній місяць року. Цього разу концентрація озону в середньому шарі атмосфери відновилася до належного рівня. Як підкреслював аргентинський науковець Пабло Кансіані, розширення озонової дірки тісно пов’язане з кліматичними змінами. В 1998 року атмосферна циркуляція була дуже аномальною. Рівень хлору, шкідливого для озону, має тенденцію стабілізуватися в атмосфері, тому більше сприяє кліматичний фактор, ніж хімічний, і це може неабияк вплинути на зміну клімату. Серед іншого про це також йшлося на Міжнародній конференції з питань зміни клімату в голландській столиці Гаазі в листопаді 2000 року, зокрема про нагальну потребу скорочувати вміст двоокису вуглецю в повітрі, що раніше було зафіксоване в протоколі подібного заходу в 1997 році в Кіото. Завідуючий кафедрою кліматології факультету точних наук Університету м. Буенос-Айреса професор Віcенте Барроc переконаний, що різке збільшення за останні 30 років дощів у його країні і особливо, як ніколи за ціле століття, минулої зими, тісно пов’язано із зростанням вмісту двоокису вуглецю в повітрі. Озоновий шар знаходиться на висоті 30 км над поверхнею Землі й складається з газу, що є в стратосфері в дуже обмеженій кількості, в середньому співвідношенні три молекули його на кожні 10 млн. молекул повітря. Через шкідливі речовини — продукти новітніх технологій, він почав руйнуватися.

Дослідження НМСА показали, що в середньому протягом всієї весни 1998 року спостерігалося на 40% менше озону, ніж у відповідний період 1976 року, який взято за основу виміру атмосферного явища скорочення даної речовини. Однак, як кажуть, усе пізнається в порівнянні. Останній рік минулого сторіччя й тисячоліття перевершив усі не лише сподівання, а й дослідження, бо навіть неосяжні злети невгамовної фантазії вчених.

Науковий департамент атмосфери й океанів факультету природничих наук Університету м. Буенос-Айреса оприлюднив дослідження про поведінку озонової дірки в 2000 році. Документ засвідчує, що в останній календарний рік минулого століття це атмосферне явище вело себе дуже незвичайно і викликало певний переполох. З одного боку показало швидке й невгамовне розширення, нестримно охоплюючи надто безкраї простори Південної Америки. З іншого — сталося це небагато раніше, в останній місяць місцевої зими, в серпні, тоді як практика за минуле десятиліття фіксувала його переважно на початку літа, в грудні.«Озонова дірка почала швидко розширюватися десь в середині серпня й набрала розмаху близько 25 мільйонів кв. км. Так же швидко й звузилася, аби незабаром знову прискорено розширитися 9 та 10 вересня аж до 30 млн. кв. км. — вказують аргентинські вчені. Додамо, що територія Антарктиди дорівнює 14.107.637 кв. км...

З дослідження випливає, що атмосферне явище над білим континентом 2000 року максимально проявилося на три тижні раніше, ніж передбачалося. До того ж його внутрішня динаміка відзначалася небаченими раніше відхиленнями й потрясіннями. Звичайно, в міру того, як дірка все більшала, видовжувалася в бік середніх широт. Однак, в останній рік минулого століття, особливо в жовтні, витягнутість з’являлася значно частіше й не слідувала ротації дірки. Іншими словами, форма явища під час цих діянь була не еліпсовою, а скоріше нагадувала майже трикутник, що дуже змістився в бік Південної Америки. Стосовно ультрафіолетової радіації (УФР), то було зафіксовано 430 одиниць за шкалою Добсона на півдні Австралії, що дає підстави думати про двополюсний розподіл випромінювання. Це переміщення разом з незвичайними розладом та викривленнями в кінцевому рахунку привели до цілком аномальної поведінки атмосферного явища.

Фактично, — стверджується в дослідженні, — у випадках, що відбувалися раніше «наскоки» озонової дірки за межі полярних регіонів не були такими тривалими. Однак завдяки хмаровій запоні тільки протягом кількох днів рівень УФР на поверхні планети піднімався вище середнього. Спостереження мережі НМСА показують, що в ясні дні в Ушуайї (Вогняна Земля) рівень УФР відповідав подібним даним у Буенос-Айресі чи Кордобі у січні місяці. І хоч ця доза радіації є цілком терпимою для людського організму, проте вважається зависокою для земних та морських екологічних систем. Також зафіксовано сонячні опіки в людей, які не звикли до таких змін.Місцеві науковці пояснення незвичайної поведінки загадкового явища пов’язують з тропосферним кліматом. Останній рік другого тисячоліття в багатьох регіонах безмежної аргентинської пампи був найвологішим, починаючи з 1860 року і приніс небачену відтоді кількість дощових днів, і, як наслідок, жахливі повені, що поглинули близько 2 млн. га сільськогосподарських угідь. Озоновий шар обгортає планету, як щит, що захищає її поверхню від шкідливого сонячного ультрафіолетового проміння. На жаль, він щораз зменшується через різні фактори. Одним з найнебезпечніших є хлоро-фторо-водневий газ. Суміш перших двох присутня в аерозолях, кондиціонерах, охолоджувальному обладнанні взагалі. Але хлор — не єдиний руйнівник озону: його атакує також окис брому — продукт самої природи. В свою чергу хімічний склад озону дуже нестабільний: він має три кисневі атоми на відміну від звичайного кисню, що містить лише два атоми. Сполука хлору чи брому, ультрафіолетової радіації та озону спричиняє руйнування останнього.

Антарктида не є єдиним місцем на планеті, де з озоновим шаром негаразд. Як повідомляв спеціалізований англомовний журнал «Сайєнс», група ізраїльських та німецьких дослідників довела, що соляні відкладення в Мертвому морі вивільнюють значну кількість окису брому — речовини, що знижує наявність озону в атмосфері. Бром, як і хлор, руйнує молекули озону, що захищають земну поверхню від ультрафіолетових променів. Проте між цими двома речовинами є суттєва різниця. Якщо хлор потрапив в атмосферу в основному внаслідок людської діяльності, то бром є частиною природи. Вчені відзначили, що найбільшим джерелом останнього в атмосфері є морські солі. Однак, заміри, зроблені спеціалістами, показали, що наявність окису брому над арктичною територією планети походить не тільки з полярних морів. Відкриття в Мертвому морі може стати ключем до пояснення явища. Але досі залишається незрозумілим, яким чином бром переміщується з субтропічного регіону в надполюсну атмосферу — загадка, що потребує негайної розгадки... Чи не готує згубна діяльність людини її екологічне самогубство?

Слід підкреслити, що до 2000 року антарктична озонова дірка тривала найменше за всю свою історію: з’явилася значно раніше, нетрадиційно взимку, в серпні, й зникла повністю вже 19 листопада, тоді, як раніше все це відбувалося влітку, в спекотному грудні. Це явище полягає в надмірному скороченні кількості озонового газу в земній атмосфері над Антарктидою. Цього разу все було не схоже на попередні випадки.

Почалося з того, що озонова дірка з’явилася в серпні на три відсотки більшою, а в листопаді вже стала на 20 відсотків меншою, ніж у відповідні періоди попереднього року й зникла досі надто швидко, — стверджує аргентинський вчений атмосферних наук з Інституту генетичної інженерії та молекулярної біології Луїc Орсе.

Попри все дані супутникових станцій Національного космічного агентства США (НАСА) та Національної метеорологічної служби Аргентини (НМСА) свідчать, що незважаючи на вказані зміни в атмосферному явищі, є підстави сподіватися на краще. Відбувається дуже важливе підвищення вмісту озону в його над антарктичному шарі, — вважає сеньйор Орсе, — а це приведе до того що рівень УФР у прилеглих районах знизиться на 30 відсотків. Поки що немає даних, щоб вияснити, чи не є швидке зникнення озонової дірки наслідком обмежень, встановлену 1987 році [2].

2.1 СТАН ОЗОНОВОЇ ДІРИ НАД ПІВДЕННИМ ПОЛЮСОМ

Згідно з дослідженнями, проведеними фахівцями NASA й Національної океанічної й атмосферної адміністрації (NOAA), цього року озонова діра над південним полюсом побила рекорд і за площею, і за глибиною.

Рисунок 2.4—Озонова діра над південним полюсом.

У період з 21 по 30 вересня 2006 року середній розмір озонової діри перевищив 27 млн. кВ. км проти очікуваних 22-24 млн. кв. км. Її площа зрівнялася з площею Північної Америки.

Прилади для моніторингу озонового шару Землі, розміщені на супутнику NASA Aura, зафіксували низький показник товщини озонового шару над ділянкою східно-антарктичного крижаного щита. Вимірювання товщини озонового шару над південним полюсом підтвердили ці дані - вони показують, що в жовтні величина озонового шару склала 93 одиниці Добсона, тоді як у середині липня ця величина дорівнювала 300 одиницям Добсона.

Більше того, озоновий шар на висоті 13-20 км над землею був майже повністю зруйнований, його товщина склала всього 1,2 одиниць Добсона проти 125 одиниць Добсона, зафіксованих у липні-серпні цього року.

Розмір озонової діри безпосередньо залежить від температури повітря над Антарктидою: що нижча температура, то тонший озоновий шар і більша озонова діра, і навпаки. Цього року температура повітря над Антарктидою була нижча за середні показники на п'ять градусів цельсія, що позначилося на збільшенні розміру озонової діри.

Вчені прогнозують, що розмір озонової діри над Антарктидою щорічно скорочуватиметься на 0,1-0,2% протягом найближчих 5-10 років. Однак цей повільний процес може виявитися непомітним на тлі великомасштабних флуктуацій температури повітря над Антарктидою.

Японські вчені встановили, що озонова діра зникне до 2050 року. Такий прогноз зробив Ейдзі Акієсі з Національного інституту досліджень навколишнього середовища (Natіonal Іnstіtute for Envіronmental Studіes) у Японії. Причиною поступового зникнення озонової діри є зменшення викидів в атмосферу хлористого фторвуглецю та інших небезпечних для озонового шару газів. Стабільне зменшення діри розпочнеться близько 2020 року.

Правда, деякі фахівці мають сумнів в коректності розрахунку дати загоєння діри, вказуючи, що хоча в нових продуктах (таких, як холодильники та кондиціонери) інженери замінили небезпечні для озону речовини на безпечні, в експлуатації ще перебуває чимало старих зразків такої техніки. А вона, після вичерпання ресурсу та викидання на смітник, ще випустить в атмосферу небезпечний хлорфторвуглець. За іншими прогнозами повністю озонова діра закриється до 2065 року [2].

3 ВПЛИВ ОПРОМІНЕННЯ НА ЖИВІ ОРГАНІЗМИ

Іонізуюче випромінення – невидимі оком випромінення високої енергії, що уявляють з себе потоки елементарних часток (електронів, позитронів, мезонів, протонів та нейтронів) , а також більш важких багатозарядних іонів (альфа-частки , ядра більш важких елементів , або мають електромагнітну природу (гамма- та рентгенівські промені). Всіх їх об’єднує схожість фізичних властивостей та , перш за все – аналогічний характер взаємодії з речовиною. Так, наприклад , кванти гамма- та рентгенівських променів при зустрічі з атомами речовини віддають їм частку своєї енергії, при цьому електрично нейтральний атом речовини перестає існувати перетворюючись у пару протилежно заряджених іонів . Частка або квант високої енергії вибиває один з електронів , що уносить з собою з атома один від’ємний заряд , тому атом стає позитивно зарядженим , а електрон приєднується до сусіднього атому утворюючи від’ємний іон .