Федеральное агентство по образованию

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (ТПУ)

Институт Геологии и Нефтегазового Дела

Кафедра геоэкологии и геохимии

Современное состояние озонового слоя и роль мирового сообщества в решении «озоновой» проблемы

(Курсовая работа)

Студент

группа 2ГМ21 __________В.В. Колбин

(Подпись)

Руководитель

Доцент кафедры ГЭГХ ИГНД, к.х.н. __________ Н.А. Осипова

(Подпись)

_________

(дата)

Томск 2012

Оглавление

Введение

1 

1.1 Озон и Жизнь

1.2 Проблемы новейшего времени

1.3 Монреальский протокол

2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОЗОНА

2.1  Общие сведения об озоне. Его молекулярные и термодинамические константы

2.2 Некоторые физико-химические свойства озона

3 Антропогенное воздействие

3.1

3.2

3.3 Иной взгляд на проблему

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Озоновый слой, сколь бы тонким и разряженным он не был, является естественным щитом планеты, защищающим ее поверхность от воздействия жесткого космического излучения. Существуют различные точки зрения на проблему состояния атмосферного озона, но неоспоримо, что если Земля лишится озонового щита, это гарантированно приведет к резкому увеличению случаев раковых заболеваний, неврозам и гипертонии, к мутациям и вырождению, поставит под угрозу существование биоты. Поэтому в любом случае необходим постоянный мониторинг и фиксирование количественного содержания озона в атмосфере, наблюдение за так называемыми озоновыми дырами и их воздействием на живые организмы, что не подвергает сомнению важность рассмотрения данного вопроса. Глобальное влияние озона на живые организмы представляет большой интерес. Побольше наваявать тут

Задачи:

Наблюдения за состоянием озонового слоя ведутся с ____, и на данным момент этой тематике посвящено множество трудов и книг, конференций и международных программ по сохранению озонового экрана Земли. Про Монреальский протокол сказать.

Основная цель данной курсовой работы – ознакомиться с современным состоянием озонового слоя, с мерами которые предпринимаются по его сохранению, с разными точками зрения на проблему и сформулировать собственную точку зрения по этому вопросу.

1.2. Озон и жизнь

Величайшую важность не только для исторической геологии, но и для современного человека имеет вопрос о соотношении жизни и озона, который имеется в атмосфере. Можно полагать, что жизнь — растительный и животный мир — смогла развиться на Земле только тогда, когда возник достаточно мощный «озонный щит», предохраняющий ее от ультрафиолетовой радиации Солнца. Ясно, что об этом щите и его судьбе мы должны заботиться и в настоящее время.

Хотя воздаст Земли оценен сейчас довольно точно — около 4,54 миллиарда лет, о первичной атмосфере Земли нам известно очень мало. Если Земля возникла из космического протопланетного облака, в составе которого вначале содержался в большой пропорции водород, то, несомненно, этот водород был очень рано потерян Землей. Геологи полагают, что известная нам атмосфера Земли вторичная, образовавшаяся из вулканических газов или выделенная из геологических пород. В этих газах не было свободного кислорода (как почти нет его в атмосферах других планет). Такая вулканическая атмосфера Земли содержала около миллиарда лет назад, вероятно, лишь Н₂, Н₂О, N₂ и СО₂. Тогда на Земле почти не было жизни. Проникавшая сквозь такую атмосферу ультрафиолетовая радиация с длиной волны менее 307 нм могла разрушать ДНК живых клеток (лучше сказать, препятствовать их размножению, если бы они возникли). Лишь мощный слой воды мог в те далекие времена защитить живое вещество от радиации. Позднее в атмосфере появился кислород, а из него возник и защитный слой озона.

Можно полагать, что водяной пар (например, пар вулканических газов) начал разлагаться под действием ультрафиолетовой радиации с λ = 134 . . . 237 нм по реакции Н₂О + hν → ОН + Н. При этом атомы водорода Н могли ускользать из верхней горячей атмосферы — такой процесс изучен сейчас хорошо — со скоростью 10⁷...10⁸ атомов с 1 см² в секунду. В дальнейшем при реакции ОН + ОН → Н₂О + О образовывался свободный кислород.

Э. Хестведт и С. Хенриксен в исследовании, опубликованном в университете в Осло в 1973 г., полагают, что именно таков был главный источник кислорода в атмосфере давних геологических эпох. Специалисты геологи, однако, считают, что так возникавший О₂ почти весь быстро расходовался на окисление пород земной поверхности.

Известно, что фотосинтез растений, вначале - первичных одноклеточных водорослей (защищенных слоем воды от избыточной радиации), а затем и более сложных водорослей тоже мог выделять свободный кислород. Это могло происходить, например, по реакции СО₂ + Н₂О → НСОН + О₂. Продуктом дальнейшего преобразования молекул НСОН было живое вещество. Этому процессу отводят первое место Л. Беркнер и Л. Маршалл, пишущие, что до возникновения жизни, в отсутствие больших океанических областей, источники кислорода были незначительны, а поглощение его на окисление было велико, так что равновесный уровень его был низок.

При этом важна более точная оценка опасной радиации, которая первоначально тормозила возникновение живого вещества. Так, в работе Беркнера и Маршалла было принято, что для жизни— для ДНК — опасна спектральная область с λ = 240 . . . 285 нм при энергетической освещенности в этой области более 10¯³Вт-м¯². Позднее М. Ратнер и Дж. Уокер выбрали другой критерий. Хотя у более длинных волн эффект, разрушающий ДНК, убывает, энергия лучей Солнца в этих волнах много больше, а защитная способность других органических веществ, окружающих клеточное ядро, мала. При этом опасной дозой ультрафиолетовой радиации является 10¯¹ *Вт м¯²для всей области спектра с λ ≤ 302 нм.

Так или иначе процессы эти привели к самому замечательному событию всей геологической истории — к так называемому эволюционному взрыву. После того как в архейской эре сотни миллионов лет существовали лишь примитивные организмы — бактерии и водоросли, отчасти даже анаэробные организмы в мелководных морях и озерах, в палеозойской эре развитие жизни быстро поднялось на высокую ступень. В силурийский период происходило развитие богатой жизни в море, где появились многочисленные роды рыб, а в конце его, около 440 млн. лет назад, появилась растительность на суше — предки современных папоротниковидных и плаунов. В следующем периоде — девонском, примерно 370 млн. лет назад, расцвела пышным цветом и животная жизнь на суше в покрывавших ее уже богатых лесах. Так начался период усиленнейшего фотосинтеза и быстрого накопления кислорода О₂ в атмосфере.

Отложения каменного угля свидетельствуют как об ассимиляции атмосферной углекислоты, так и о выделении кислорода в атмосферу. Несомненно, что в образовавшейся кислородной атмосфере возник слой озона, а озонный экран, вначале, конечно, вблизи поверхности Земли. При содержании кислорода около 0,1 современного его количества (PAL — present atmospheric level) слой озона приподнялся уже в стратосферу.

Рисунок 1 показывает, как слой озона, зародившийся при концентрации кислорода около 3*10¯⁴PAL, вскоре достиг на уровне максимума озона концентрации N₃ = 10¹³ молекул в 1 см³ и постепенно распространился в более высокие слои атмосферы при накоплении О₂ от 3*10¯⁴PAL до 1 PAL . Замечательно, что расчет фотохимического равновесия образующегося таким образом

Рис.1. Развитие слоя озона при увеличении количества кислорода в земной атмосфере 3*10¯⁴ от его современного количества (PAL) до настоящего времени озонного слоя и его эволюции, сделанный Хестведтом и Хенриксеном, принявшими во внимание водородные реакции, а также новейшие расчеты Блэка и Карвера , рассмотревших реакции с метаном СН₄ и окислами азота NO, дали почти такие же результаты, как и расчеты для простой кислородной атмосферы, сделанные Ратнером и Уокером.

На рис. 2 показано, как пропускала такая формирующаяся со временем — с накоплением кислорода — озоносфера радиацию Солнца до поверхности Земли. Почти вся радиация с λ<280 нм отфильтровывалась уже при 2*10¯² PAL. Этот момент, вероятно, отметил собой появление развитой жизни на суше. Еще несколько ранее при (2 ... 3)*10¯³ PAL такому отфильтровыванию помогал слой воды толщиной примерно 2 м, также ослабляющий ультрафиолетовую радиацию. Тогда, наверное, жизнь могла начать развиваться интенсивно в воде, в теплых прибрежных водах или неглубоких озерах.

Если учесть, что источником кислорода была фотодиссоциация водяного пара, то эволюционный взрыв мог произойти лишь при очень быстром — но геологической шкале времени — насыщении атмосферы водяным паром, который начал энергично разлагаться на солнечном свету. При этом приходится допустить, что водоемы,

Рис.2. Пропускание (отн. ед.) ультрафиолетовой радиации Солнца слоем озона, образующимся при различном содержании кислорода в атмосфере, от 3*10¯⁴ PAL до его современного уровня, подходящие для развития в них жизни, появились на Земле раньше этого события — более раннее развитие жизни в них хорошо доказано геологическими данными.

Если же предположить, что жизнь сама постепенно образовала фотосинтетический источник кислорода, после того как первый описанный выше процесс или жизнь в море создали первичное повышение уровня кислорода до (2 ... 3)*10¯³ PAL, то быстрота эволюционного взрыва хорошо объясняется таким механизмом с сильной положительной обратной связью. Объясняется и последовательность развития жизни в воде и на суше.