IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ПPОБЛЕМA PAЗPУШЕНИЯ ОЗОНОВОГО CЛОЯ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Акованцев Д.С. 1Дятлов Н.Н. 1

---

1

Небольсина А.А. 1Лебедева Л.А. 1

---

1

Работа в формате PDF

188.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

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]

Целью нашей работы явилось изучение компетентности учащихся 9-11 классов в теме «Озоновый слой».

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:

· хлорфторуглероды (ХФУ),

· гидрохлорфторуглероды (ГХФУ),

· галоны,

· гидробромфторуглероды (ГБФУ),

· бромхлорметан,

· метил хлороформ,

· четыреххлористый углерод

· и метил бромид.

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.

1.3 «Озоновые дыры»

В «озоновой дыре» содержание озона меньше, чем в самом экране. Здесь содержание этого газа ниже нормы на 30 - 50 %. Защитные свойства этого озонового слоя уменьшаются. Более 2000 лет общее количество озона менялось незначительно. Об этом свидетельствует реконструкция газового состава атмосферы, сделанная по результатам анализа пузырьков воздуха из Антарктических ледовых кернов.

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]

Так значительное истощение озона каждой весной было установлено сначала над Антарктидой, а затем над Арктикой. Площадь каждой дыры составляет около 10 млн. км². В настоящее время выяснено, как образуется антарктическая озоновая дыра: это происходит в результате сочетания многих процессов в атмосфере Антарктики. Решающую роль здесь играют фреоны, доставляющие хлор и его окислы, и так называемые полярные стратосферные облака, образующиеся в период полярной ночи в очень холодной стратосфере. Таким образом, если выбросы фреонов будут продолжаться, можно ожидать расширения «дыр» над полюсами.

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.

Сейчас в мире работает более 120 озонометрических станций, 40 из них - на территории России. Измерение общего содержания озона с Земли обычно производятся с помощью спектрофотометра Добсона. Точность таких измерений составляет +1-3%. В России для измерения общего содержания озона чаще используют фильтровые озонометры, точность их измерений несколько ниже. Распределение озона в атмосфере изучают и с помощью приборов, установленных на спутниках ( в России -спутник « Метеор», в США - спутник « Нимбус»).

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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.

Яншин А.Д. Научные проблемы охраны природы и экологии // Экология и жизнь.-1999.-№ 3 -с.8-9.