Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна
Геолого-географічний факультет
Кафедра фізичної географії та картографії
Глобальні екологічні проблеми
Реферат на тему: «Глобальні екологічні проблеми.
Озонові діри»
Виконала Фенько О. П.
студентка гр. ГГ-51
Перевірила Поліщук Л. Б.
Харків – 2012
ВСТУП…………………………………………………………………………… | 3 |
1. Озоновий шар – захисна оболонка Землі…………………………. | 4 |
2. Етапи формування уявлень про озоновий шар ………………….. | 7 |
3. Причини та наслідки появи озонових дір………………………… | 9 |
4. Стан озонової діри над південним полюсом……………………... | 19 |
5. Вплив опромінення на живі організми…………………………… | 22 |
6. Міжнародне співробітництво України у сфері охорони атмосферного повітря та озонового шару……………………………………… | 24 |
ВИСНОВКИ……………………………………………………………………… | 28 |
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………………… | 29 |
ЗМІСТ
ВСТУП
Глобальне зменшення загального вмісту озону протягом трьох останніх десятиріч є визнаним фактом та підтверджується даними як наземних, так і супутникових вимірювань. Незалежно від причин, які спричиняють це явище, всі фахівці звертають увагу на зміни рівня опромінення земної поверхні УФ випромінюванням Сонця, а найбільш істотні його наслідки – це шкідливий вплив на здоров"я населення та нормальну життєдіяльність біосфери.
Зміна кількості озону на різних висотах викликає збурення вертикального розподілу температури (ВРТ) в атмосфері, коливання радіаційних потоків та переміщення повітряних мас. Всі ці обставини можуть привести до значних змін клімату Землі.
Тому моніторинг поточного стану озонового шару та довготермінових змін у ньому є однією з актуальніших задач фізики атмосфери. Для вирішення цієї задачі необхідно створення надійної системи моніторингу, яка складається з комплексу апаратури для атмосферно-оптичних спостережень, засобів накопичення та аналізу інформації, що від неї надходить, а також засобів доведення цієї інформації до користувача.
Зміни в стані озонового шару та можливі негативні наслідки таких змін стимулювали створення та функціонування різноманітних вимірювальних приладів та їх мереж. Функціонує наземна мережа спостережень за станом озонового шару, велика увага приділяється вимірюванням з літаків та аеростатів, але найбільш інформативними виявились дані супутникових вимірювань. Їх роль надзвичайно велика. Це зумовлено можливістю отримання за їх допомогою інформації про поведінку озону у глобальному масштабі з достатньою детальністю для великих проміжків часу.
1. Озоновий шар – захисна оболонка Землі
Озоновий шар - природний щит, що захищає поверхню Землі від жорсткого ультрафіолету, небезпечного для живих організмів [5].
Життя на Землі немислиме без озонового шару, що оберігає все живе від шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця. Зникнення озоносфери призвело б до непередбачуваних наслідків - спалаху раку шкіри, знищення планктону в океані, мутацій рослинного і тваринного світу. Тому так важливо зрозуміти причини виникнення озонової "дірки" над Антарктикою і зменшення вмісту озону в Північній півкулі.
Озон утворюється в верхній стратосфері (40 - 50 км) при фотохімічних реакціях за участю кисню, азоту, водню та хлору. У нижній стратосфері (10-25 км), де озону найбільше, головну роль в сезонних і більш тривалих змінах його концентрації грають процеси переносу повітряних мас. Вміст озону тут визначають хімічний склад атмосфери і довготривалі (з періодом більше 10 років) варіації процесів переносу.
Руйнується ж він, взаємодіючи з викидаються в атмосферу речовинами, що містять хлор, які використовують у різних галузях промисловості. Численні вимірювання і розрахунки свідчать про те, що ці реакції протікають в основному на поверхні полярних стратосферних хмар, які утворюються тут при дуже низьких (менше -80 ° С) температурах. Після закінчення полярної ночі, в вересні, зі сходом сонця утворюються атоми хлору, що руйнують молекули озону. Спостереження показали, що подібний хімічний механізм діє і в Арктиці (в січні - березні). Температура нижньої стратосфери в Арктиці вище, ніж в Антарктиці, тому полярні стратосферні хмари тут утворюються рідше, тому що озонова "діра" реєструється головним чином над Антарктикою. Ключовий елемент цього механізму руйнування озону – саме полярні стратосферні хмари, що утворюються тільки при дуже низьких температурах. Такі температури над Антарктикою обумовлені сильними західними вітрами, які формують своєрідний полярний "бар"єр" (його називають також полярним вихором), перешкоджаючи міжширотному обміну теплом і озоном [13].
Різке падіння концентрації стратосферного озону під час зимового сезону було вперше виявлено над Антарктидою в 1980-х роках. Згідно сучасних уявлень, руйнування озону (триатомної молекули кисню) пов"язане з впливом хлорфторвуглеців (CFC), які в умовах низьких температур запускають реакції їх розпаду.
Озон утворюється завдяки сонячному випромінюванню, зміна концентрації озону залежить від 11-річного сонячного циклу.
Властивості озону:
– Здатність поглинати біологічно небезпечне ультрафіолетове випромінювання Сонця.
– Здатність до сильного окислення (тому приземний озон небезпечний).
– Здатність поглинати інфрачервоне випромінювання земної поверхні.
– Здатність прямим і непрямим чином впливати на хімічний склад атмосфери [9].
Озон не утворює єдиного шару, а розподілений у товщі усієї атмосфери – від поверхні ґрунту й аж до відкритого космосу, з найвищою концентрацією у стратосфері. Якщо взяти уявну колону повітря від рівня моря до верхньої межі атмосфери, а потім, з об’єму цієї колони, зібрати увесь озон на самісінькому низу, то його товщина становитиме всього 3 мм! Ось, саме стільки озону міститься над головою кожного з нас.
Озоновий шар атмосфери захищає біосферу від дії коротко хвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця. Динамічна рівновага атмосфери в системі взаємопов’язаних і взаємообумовлених складових Землі порушується господарською діяльністю людей. І для атмосфери сьогодні характерний ряд проблем, вирішення яких потребує планетарних цілеспрямованих програм і рішень. Проблема стратосферного озону полягає в тому, що починаючи з 70-х років наукова громадськість почала розуміти реальність загрози руйнування озонового шару, найбільша концентрація якого зосереджена на висоті 20-24 км. Основну руйнівну силу для молекул озону складають сполуки хлору, найбільш поширені з яких хлор фтор вуглеводи (фреони). Ці сполуки є дуже стійкими і в формі аерозолів можуть перебувати у завислому стані декілька десятків років [4].
До проблем, які пов’язані з глобальними змінами атмосферних процесів, чи її складників необхідно віднести:
– проблему порушення газового балансу атмосфери і тісно пов’язану з нею проблему порушення теплового балансу Землі;
– проблему росту погодних аномалій та інші.
Їх виникнення пов’язують з надмірною антропогенізацією глобальних природних процесів і порушення господарською діяльністю рівноваги між основними компонентами нашої планети. Небачено активна й здебільшого непродумана діяльність людини, супроводжувана знищенням природних ресурсів і забрудненням навколишнього середовища, призвела до того, що нині біосфера планети перебуває в критичному стані, коли до глобальної катастрофи залишилися лічені кроки. Одною із цих проблем які важко вирішуються є зменшення озонового шару. Виснаження його впродовж останніх десятиріч - це ще одна глобальна проблема, від вирішення якої залежить майбутнє людства. Визначено, що новими руйнівниками озонового прошарку є фтор, фтор місткі сполуки та інші. Одна активна молекула фреонів може спалити до сотні тисяч молекул озону.
Якщо процес зменшення товщини озонового прошарку та поява озонових дірок над Антарктидою стане незворотнім, то жорстке сонячне випромінювання за короткі строки знищить усе живе на планеті.
2. Етапи формування уявлень про озоновий шар
Озон був відкритий в 1839 році за час спостережень за електричними розрядами К. Ф. Шонбейном. Після 1850 року було встановлено, що озон є однією з природних складових атмосфери спостереження були розпочаті в 20-ті роки минулого століття [6].
Перші кількісні виміри повного вмісту озону проведені оксфордським ученим Г. Добсоном в 1920 році. Він удосконалив свій прилад – спектрофотометр — він став головним приладом для вимірювань повного вмісту озону в глобальній системі спостережень майже в 100 обсерваторіях світу протягом 50 років. Спектрофотометр Г. Добсона № 031 був встановлений на українській антарктичній станції “ Академік Вернадський”. За допомогою цього приладу українські вчені ведуть спостереження озону в Антарктиці розпочаті британськими вченими на станції “Фарадей” ще в 1957 році [12].
Озоновий шар досліджують також за допомогою літаків невеликих ракет та аеростатів.
На поверхні відбуваються хімічні реакції, що призводять до зменшення вмісту озону. Підчас стартів великих літаків ракет як “ Енергія”, “Сатурн 5”, “Спейс Шатл” викидають значну кількість хлоровмісних компонентів. Наприклад: під час старту “Спейс Шатл у стратосферу викидають 70 тон HCI, порівняно з природніми джерелами HCI 7500 тон в рік. Підраховано, що 300 запусків “Спейс Шаттлів” підряд могли б повністю зруйнувати озоновий шар Землі [1].
Найбільш докладним дослідженням озонового шару над Антарктидою був міжнародний Літаковий Антарктичний Озонний Експеримент. У його ході вчені з 4 країн декілька разів підіймалися в область зниженого змісту озону і збирали детальні відомості про розміри "діри" і проходячі в ній хімічні процеси. На початку 80-х років по вимірюваннях зі супутника "Німбус-7" аналогічна “діра" була виявлена і в Арктиці, щоправда вона охоплювала значно меншу площу і падіння рівня озону в ній було не таким значним - біля 9%.
Вперше думка про небезпеку руйнування озонового шару була висловлена ще в кінці 1960-х років, тоді вважалося, що основну небезпеку для атмосферного озону представляють викиди водяної пари і оксидів азоту з двигунів надзвукових транспортних літаків і ракет. Однак, надзвукова авіація розвивалася значно менш бурхливими темпами, ніж передбачалося.
У 1985р Джозеф Фарман разом зі своїми співробітниками з Британської антарктичної служби вперше повідомив, що з кінця 1970х років над Антарктидою відбувалося значне потоншення озонового шару. Виміри супутника «Німбус-7», зроблені Арліном Крюгером з Годдардовського центра космічних польотів НАСА, показали, що з роками дефіцит озону збільшувався від однієї південної весни до іншої. В вересні та жовтні втрачається біля 70% озону над Антарктидою, що дорівнює приблизно 3% всього озону атмосфери.
Виміри зроблені лабораторією Д. Хофмана з Університету шт. Вайомінг, США, показали, щонайбільша частина втрат озону проходить на висотах від 12 до 30 кілометрів.
Зменшення озонового шару в Антарктиді довели в 1985 році члени британської наукової експедиції з найстарішої на білому континенті станції «Фарадей», що з лютого 1996 року належить Україні й носить ім’я геніального українського вченого В.Вернадського. Вони помітили, що концентрація озону в стратосфері тривожно знижувалася.
Вони повідомили про абсолютно несподіваний факт: весняний вміст озону в атмосфері над станцією Халлі-Бей в Антарктиді зменшився за період з 1977 по 1984 р. на 40%. Незабаром цей висновок підтвердили і інші дослідники, що показали також, що область зниженого змісту озону тягнеться за межі Антарктиди і по висоті охоплює шар від 12 до 24 км, тобто значну частину нижньої стратосфери. Фактично це означало, що в полярній атмосфері є озонова "діра".
3. Причини та наслідки появи озонових дір
Озонова діра – це локальне падіння концентрації озону в стратосфері на 10 – 40 %. Пов’язано це з дією фреонів, зменшенням кількості кисню при запусках космічних кораблів та польотах реактивних літаків. Чітко проявляється при надмірно низьких температурах [3].
Вміст озону у атмосфері є дуже нерівномірним і надзвичайно нестабільним. До прикладу, концентрація цього газу на екваторі й у тропіках завжди менша, ніж у полярних районах Землі, що майже еквівалентно “озоновим дірам”. Окрім того, в одні дні озону може бути більше, а у інші – менше, що зовсім не залежить від діяльності людини і забруднення атмосфери. Причина такої поведінки озонового шару криється у самому озоні – він надзвичайно нестабільний і агресивний у відношенні до інших речовин, активно вступає у хімічні реакції. Озон дуже активно окислює органіку, у тім числі й живі тканини, спричинюючи їх руйнацію, тому він, за своєю природою, є шкідливим для живих істот.
Одначе, різкі коливання концентрації озону впродовж нетривалого часового відтинку спричинені не лише його нестабільною природою, а й активністю Сонця. Виявляється, основним джерелом озону є не що інше як ультрафіолетові промені, які надають достатньої енерґії для розпаду молекули кисню й утворення молекули озону. Ось тут і криється увесь парадокс озонового шару – він виникає та існує завдяки жорсткій сонячній радіації, від якої й захищає біосферу Землі [13].
Модель циркуляції атмосфери (рис. 1), запропонована Аланом Брюером у 1949 р. та Гордоном Добсоном у 1056 р. показує існування повільної течії перерозподілу повітря. Учені намагалися пояснити цією схемою, чому тропічне повітря має менше озону, ніж полярне, навіть незважаючи на тропічну стратосферу, де утворюється більшість атмосферного озону.
Антропогенне пояснення проблеми
Було висунуто ряд гіпотез щодо пояснення виникнення озонової діри. Було відправлено декілька експедицій для тог, щоб відсіяти невірні гіпотези.
Перша гіпотеза стосується атмосферної циркуляції. Схема циркуляції могла поступово змінитись так, що над Антарктидою потоки повітря спрямовані вверх. В результаті стратосферне повітря, збагачене озоном, заміщується повітрям з тропосфери – нижнього десятикілометрового шару, що втримує мало озону.
Рис. 1. Розподіл озону у атмосфері землі і циркуляція Брюера-Добсона [12]
Макс Левенштайн та його група з Еймского дослідницького центру НАСА та їх колеги національного центу атмосферних досліджень та інші показали, що відповідно до динамічних моделей використаних прибічниками гіпотези циркуляції, на висоті озонової діри мають бути присутніми газоподібні мікроелементи з поверхні Землі. Виміри, навпаки, показали низькі рівні газоподібних мікроелементів, отже насправді повітря, що заповнює озонову діру поступає з більших висот, де озону зазвичай багато.
Друга гіпотеза пояснює виникнення озонових дір хімічними реакціями. Фарман та його співробітники запропонували альтернативну хімічну теорію, що заснована на дослідах М.Моліна, Масачусетський технологічний інститут, США та Ф. Шервуда Роуленда, Каліфорнійський університет, США, що були виконані в1970х роках.
В теорії припускалося, що за утворення озонової діри відповідають сполуки хлору, що надходять в атмосферу головним чином у складі антропогенного хлорфторвуглецю (ХФВ).
Принцип дії молекули фреону (рис. 2): УФ-випромінювання руйнує молекулу ХФВ і спричиняє вивільнення атому хлору. Атом хлору зіштовхується з молекулою озону і захоплює атом кисню, утворюючи моноксид хлору, та залишає молекулу звичайного кисню. Коли вільний атом оксисену зіштовхується з моноксидом хлору два атоми оксисену утворюють молекулу кисню. Атом хлору таким чином вивільнюється та руйнує інші молекули озону.
Рис. 2. Принцип дії молекули фреону [11]
Таке навантаження представляє серйозну загрозу для озонового шару. Викиди оксидів азоту з поверхні землі внаслідок спалення викопного палива і масового виробництва і застосування азотних добрив також представляє певну небезпеку для озонного шару, але оксиди азоту нестійкі і легко руйнуються в нижніх шарах атмосфери. Запуски ракет також відбуваються не дуже часто, проте, тверде паливо, що використовується в сучасних космічних системах, наприклад в твердопаливних прискорювачах "Спейс-Шаттл" або "Аріан", може наносити серйозний збиток озонному шару в районі запуску.
Під тиском цих аргументів багато країн почали вживати заходів, направлені на скорочення виробництва і використання ХФВ. З 1978 р. в США було заборонене використання ХФВ в аерозолях [6].
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.
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.
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.
Геологічні причини виникнення озонових дір
Однак, при розгляді динаміки концентрації озону в атмосфері недоречно обмежуватися лише антропогенним фактором, який зараз розглядається як основний чинник утворення озонових дір.
Під час великих вулканічних вивержень в атмосферу викидаються дуже багато хлору, який досягає стратосфери. Основною причиною змін в озоновому шарі є велика кількість пилу, який потрапляє під час виверження.
Земна кора містить різні гази у вільному стані, сорбованих різними породами і розчинені у воді. Частина цих газів по глибинних розломах і тріщинах досягають поверхні Землі і потрапляє в атмосферу.
Рис. 3. Частка природних джерел хлору в атмосфері [12]
Проведені дослідження показали, що в газах деяких вулканів міститься помітні кількості HF. Аналіз проб повітря, відібраних з кратерів вулканів також показав наявність в них фреонів поряд з іншими органічними сполуками. Ці дані зажадали доказів того, що виявлені фторвуглеці не мають антропогенного походження (рис. 3). І такі докази були отримані. Фреони були виявлені в бульбашках повітря антарктичного льоду віком 2000 р. Ще одне підтвердження існування природного джерела фреонів було «піднято» c морського дна. ХФВ виявлені у воді, витягнутої в 1982 році з глибини більше 4000 м в екваторіальній частині Атлантичного океану, на дні Алеутської западини і на глибині 4500 м біля берегів Антарктиди.
Природне пояснення проблеми озонових дір.
Разом з тим, ранні прогнози, що кажуть про те, що при збереженні сучасного рівня викиду ХФВ, 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 залежить від метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолету 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 невелика кількість активного хлору здатна 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 800С [5].
При будь-якому обговоренні проблеми озонової "дірки" виникають наступні питання:
· чому вона виявилася тільки наприкінці 80-х років;
· чи існують довготривалі процеси в стратосфері, що сприяють утворенню температурного "бар"єру", і як вони пов"язані з спостерігаються аномаліями?
Відповіді на них треба шукати в системі "океан - атмосфера". Змінициркуляціїатмосферивикликаністаціонарнимипланетарнимихвилями, які проникають в стратосферу в зимово-весняний період, сильно впливаючи на розподіл озону та інших її складових у середніх і високих широтах. Одне з джерел цих хвиль – різні температури над поверхнями континентів і океанів, тому зміни температури океанської поверхні позначаються на хвильовій активності. При тривалому ж ослабленні хвильової активності посилюються західні вітри в стратосфері, охолоджується її нижня частина, формуються полярні стратосферні хмари і, тим самим, умови для руйнування озону. Циркуляція в стратосфері за останні 20 років могла сильно змінитися. Так що основною причиною озонової "дірки" в Антарктиці цілком може бути тривале ослаблення хвильової активності стратосфери, пов"язане з дуже повільними процесами в Світовому океані [13].
Зіставивши зміни хвильової активності стратосфери і вмісту озону в 1979-1992 рр., фахівці зробили висновок, що ослабленню активності відповідає зниження концентрації озону в середніх і високих широтах через міжширотний обмін. Схоже, що влітку 1980 р. різко змінилася циркуляція в стратосфері і виникли умови для утворення озонової "дірки".
Чим же викликані такі серйозні зміни? Мабуть, це результат відразу декількох великомасштабних процесів у Світовому океані: "капризів" Ель-Ніньо в Тихому океані (тепла сезонна поверхнева течія біля берегів Еквадору і Перу, параметри якої змінюються рік у рік), аномалій температур значних ділянок поверхні в Атлантичному та Індійському океанах. Із загальних фізичних міркувань ясно, що як щорічні, так і більш тривалі зміни в стратосфері пов"язані насамперед з аномаліями температури океанів. Сучасні математичні методи дозволяють виявити найбільш характерні риси цих зв"язків і простежити їх еволюцію. Результати відповідних розрахунків свідчать про те, що зміни концентрації озону в атмосфері, циркуляції в стратосфері, температури поверхні Атлантичного океану добре узгоджуються між собою. Так що зміни концентрації озону в атмосфері Північної півкулі в зимовий час можуть бути результатом температурних аномалій в Атлантиці (рис. 4).
Рис. 4. Графіки динаміки розмірів озонової діри, концентрації озону та температури стратосфери впродовж 2012-го року на тлі середніх показників 1979-2011 років [10]
Подібний підхід дозволяє не тільки встановити справжні причини спостережуваних змін до озоносфери, але й оцінити вплив на неї антропогенних чинників, про який стільки говорилося в останні роки. Цей вплив виявляється найбільшим чином над Західною Європою (більше 70% - рис. 5), східним узбережжям США (60-70%), Московським регіоном і Токіо (60%). Зниження ж змісту озону над середніми широтами Тихого океану і північною Європою викликане, головним чином, природними довготривалими процесами. Природні причини і призвели до зростання концентрації озону над Лабрадором – антропогенні фактори можуть сприяти лише його руйнування.
Рис. 5. Озонові діри в Європі [12]
Не можна не згадати і про незалежних підтверджень тривалих варіацій параметрів Світового океану і атмосфери. Дослідники виявили, що температура поверхні Атлантичного, Тихого і Індійського океанів особливо в середніх широтах Південної півкулі різко зросла в 1979 р. Японські фахівці встановили також відсутність полярного "бар"єру" в стратосфері Південної півкулі на початку та в середині 70-х років. Сьогодні вчені мають в своєму розпорядженні дані десятирічних і більш тривалих циклів зміни параметрів Світового океану і атмосфери.
Чому ж озонова "діра" над Антарктикою не спостерігалася раніше, адже вміст озону тут вимірювали з 50-х років? Можливі дві відповіді. Наприклад, період змін в системі "океан - атмосфера", що супроводжувалися появою озонової "дірки" в Антарктиці, більше періоду спостережень. (Таку "діру" не виявили в Арктиці і при більш тривалих спостереженнях, але це вже пояснюється, швидше за все, особливостями атмосферної циркуляції в Північній півкулі, зумовленими, у свою чергу, відмінностями між півкулями в розташуванні материків і океанів.) Втім, озонова "дірка" в Антарктиці могла існувати і в попередні роки, але в червні - серпні, тобто під час полярної антарктичної ночі, коли вимірювання вмісту озону були неможливі. Цікаво, що утворення озонової "дірки" за рахунок природних варіацій природних характеристик ніяк не пов"язано з появою Сонця після полярної ночі (на відміну від хімічних механізмів руйнування озонового шару при антропогенних викидах згаданих газів) [7].
Поява озонової "дірки" в Антарктиці може свідчити про існування тривалих (з періодом кілька десятиліть) циклів у Світовому океані і атмосфері. Ці цикли здатні серйозно вплинути на клімат і проявитися в погодні аномалії і стихійні лиха (урагани, торнадо, тайфунах) в різних районах Земної кулі. Таким циклам легше проявити себе саме в стратосфері, а не в тропосфері, на характеристики якої впливають найрізноманітніші (часто випадкові) фактори.
На жаль, спостереження за змінами в стратосфері поки що надто нетривалі, щоб остаточно виділити одну причину озонової "дірки" в Антарктиці. Проте вже зараз очевидно, що, розглядаючи проблеми озонового шару і змін клімату Землі, необхідно враховувати не лише антропогенні фактори, а й довгострокові природні зміни у взаємодіючій системі "океан – атмосфера". Останнім часом стали висловлюватися припущення про те, що варіації швидкості обертання Землі навколо своєї осі якимось невідомим поки чином впливають на Світовий океан.
Як приклади такого впливу зазвичай посилаються на мінливий "поведінка" вже згаданого Ель-Ніньо і таких течій, як Куросіо і Гольфстрім. Але тоді зміни клімату та озонового шару, можливо, залежать і від дуже повільних процесів у ядрі і мантії Землі, які, безумовно, позначаються на швидкості її обертання. Майбутні дослідження цієї фундаментальної проблеми вимагатимуть об"єднати зусилля спеціалістів, які вивчали сушу, океан і атмосферу окремо, а також враховувати не до кінця зрозумілі поки сонячно-земні зв"язку [3].
4. Стан озонової діри над південним полюсом
Цьогоріч, вчені, вдруге за останнє десятиліття, зафіксували зменшення озонової діри над Антарктидою з 24,7 мільйонів квадратних кілометрів у 2011-му до 17,9 млн. км2 у 2012 (рис. 6). А найменших розмірів вона мала у 2002-му – 12,0 млн. км2. Слід зазначити, що озонова діра над Антарктидою існує лише впродовж полярної ночі, із максимальними розмірами у вересні-жовтні – на початку весни у південній півкулі. З приходом полярного дня зникає й озонова діра.
Рис. 6. Зміна параметрів озонової діри за 2010 – 2012 роки [10]
«До зменшення озонової діри призвело те, що в цьому році середні температури в стратосфері виявилися дещо вище», - стверджує співробітник Центру космічних польотів імені Годдарда НАСА Пол Ньюман (Paul Newman). Він відзначає, що підвищення температури сталося в результаті періодичних природних процесів, не пов"язаних з діяльністю людини.
Крім цього, вчені відзначили, що в межах самої «дірки» (ділянки занадто тонкого озонового шару, який не може затримувати ультрафіолет) концентрація озону також підвищилася, склавши близько 140 добсоновскіх одиниць (використовуються для вимірювання вмісту озону в атмосфері). У «здоровою» атмосфері з нормальною товщиною озонового шару цей показник повинен складати від 240 до 500 [9].
Рекордний мінімум площі озонової діри за останні 20 років був зафіксований у вересні 2002 року (рис. 7), коли це значення склало 18 млн км2.
У вересні фахівці Програми ООН з навколишнього середовища (ЮНЕП) опублікували доповідь, згідно якій вміст озону в стратосфері перестав знижуватися з 1998 року, і, за прогнозами вчених, до 2050-2075 років може повернутися до рівнів, фіксованих до 1980 року.
У 2011 році група австралійських вчених опублікувала статтю, в якій уклала, що поступово зменшуватися в розмірах стала і сезонна озонова діра над Антарктикою, яка, за їхніми даними, з кінця 1990-х «затягнулася» приблизно на 15%.
Рис. 7. Динаміка концентрації озону в атмосфері над Антарктидою впродовж 1979-2012 років [10]
Причиною, яка зумовила зменшення антарктичної озонової діри, вчені називають вищу, ніж у попередні роки, температуру стратосферного повітря – від -80 до -70°С. Справа в тому, що озонові діри утворюються у переохолодженому повітрі, коли утворюються стратосферні хмари. Виникнення цих хмар стає можливим завдяки довготривалому полярному циклону, де вітри рухаються по колу, втягують повітря зі страто- та мезосфери, а будь-який обмін із помірними широтами стає неможливим. Саме в таких умовах повітря переохолоджується й сприяє конденсації хмар. Цей циклон руйнується лише з настанням полярного літа і прогрівання атмосфери [8].
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].
5. 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).
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. Жорсткий ультрафіолет погано поглинається водою і тому представляє велику небезпеку для морських екосистем. Експерименти показали, що планктон, що мешкає в приповерхневому шарі, при збільшенні інтенсивності жорсткого УФ опромінення може серйозно постраждати і навіть загинути повністю [2].
На початку ХХ століття були спроби використовувати різні фактори зовнішнього середовища для отримання індукованих мутацій. Перші індуковані мутації отримані в 1920 році академіком Надсоном у деяких бактерій та грибів під впливом променевої енергії (Х-проміння, еманція радію). Після проведення дослідів, виявилося, що виникають такі мутації, які різко підвищують життєздатність організму. Але виявлялися і летальні мутації, які призводили до загибелі організму. А отримувати тільки якісь певні, корисні мутації не вдавалось. Характер мутацій був спонтанним і не передбачуваним.
Після дослідів по опроміненню організмів для отримання індукованих мутацій, вчені зацікавилися механізмом дії радіоактивного випромінення.
Спочатку, коли з мутагенних факторів були відомі в основному рентгенівське, або Х-проміння, пропускалося, що зміна будови генів і розриви хромосом викликаються проходженням іонізуючої частинки, в результаті якого в хромосомах виникає іонізація — електрони вибиваються з одних атомів і приєднуються до інших, що призводить до утворення позитивних і негативних іонів.
Особливо яскраво гіпотезу вільних радикалів підтверджувала поява індукованих мутацій у деяких мікроорганізмів після вирощування їх в поживному середовищі, яке попередньо було піддано опроміненню великими дозами іонізуючої радіації. В цих випадках індуковані мутації могли виникнути тільки під дією вільних радикалів поживного середовища, які виникли під час його опромінення [2].
Коли було встановлено, що виникнення індукованих мутацій може бути спричинено не тільки рентгенівським промінням, але також і іншими видами іонізуючої радіації (наприклад гамма-проміння, ультрафіолетове проміння), багато вчених-дослідників приступили до порівняльного аналізу і вивченню якісних особливостей індукованих мутацій, виникаючих під впливом різних мутагенних факторів [8].
Експериментально доведено, що одним з найсильніших мутагенів є радіоактивне опромінення. Вплив радіоактивного проміння на живий організм характеризується дозою опромінення.
Враховуючи згубну для всього живого дію радіоактивного випромінення, під час роботи з джерелом радіації (радіоактивні ізотопи, реактори тощо) потрібно вживати заходів для радіаційного захисту всіх людей, які можуть потрапити в зону дії проміння. [3]
Причини різної чутливості організмів до іонізуючого опромінення досконало ще не вивчено. Низьку чутливість комах і ракоподібних намагаються пояснити підвищеним вмістом в них сполук, які мають радіопротекторні властивості: у комах це каталаза, що розщеплює перекиси, а у ракоподібних - амінокислоти, аміни і поліпептиди, що беруть участь у регуляції осмотичного тиску. Чутливість ссавців до опромінення залежить від індивідуальних особливостей організмів і умов їхньої життєдіяльності. Найчутливішими до дії радіації є ембріони і немовлята, клітини яких мають високу активність росту. Підвищеною є також радіочутливість у старих особин, оскільки у них погіршуються процеси відновлення.
6. Міжнародне співробітництво України в сфері охорони атмосферного повітря та озонового шару
Конституція України визнає право на сприятливе для життя і здоров’я навколишнє середовище та відшкодування шкоди завданої порушенням цього права. Крім того, кожному гарантується право вільного доступу до інформації про стан навколишнього середовища, про якість продуктів харчування і предметів побуту, а також право на її розповсюдження (Ст. 50). Також держава зобов’язана забезпечувати екологічну безпеку і підтримувати екологічну рівновагу на території України, долати наслідки Чорнобильської катастрофи, зберігати генофонд українського народу (Ст. 16). Таким чином в Конституції України закріплена екологічна функція держави. [6]
Україна є учасницею багатьох міжнародних договорів у сфері охорони навколишнього середовища і конкретно з охорони атмосферного повітря та озонового шару. Закон України "Про міжнародні договори України" 2004 року встановлює, що "Укладені і належним чином ратифіковані міжнародні договори України становлять невід"ємну частину національного законодавства України і застосовуються у порядку, передбаченому для норм національного законодавства." (Ст. 17). І в цьому ж законі забезпечується дотримання таких договорів " Міжнародні договори України підлягають неухильному дотриманню Україною відповідно до норм міжнародного права." (Ст. 12).
Завдання регулювання відносин у галузі атмосферного повітря, відвернення і зменшення шкідливого хімічного, фізичного, біологічного та іншого впливу на атмосферне повітря, забезпечення його раціонального використання для виробничих потреб покликаний вирішувати Закон України “Про охорону атмосферного повітря” від 16 жовтня 1992 р.
Порядок розробки і затвердження нормативів гранично допустимих викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря стаціонарними джерелами затверджено наказом Міністерства екобезпеки України від 18 липня 1996 р. №75.
Кабінет Міністрів України своєю постановою від 17.10.1996 № 1274 затвердив програму припинення виробництва і використання озоноруйнуючих речовин на 2004 - 2030 роки. [3]
Згідно з документом, першочерговій заміні підлягає холодильне устаткування і устаткування для кондиціонерів в таких секторах як побут, торгівля, промисловість, переробка і зберігання продуктів харчування, транспорт.
Результати аналізу свідчать, що це стосується в першу чергу підприємств торгівлі і промисловості, на долю яких припадає майже 70% об"єму річних потреб в ОРР.
В процесі забезпечення переходу підприємств на використання озонобезпечних замінників і технологій передбачається до 2006 року скоротити на 35% використання хлорфторвуглеводнів до 2008 року – на 65%, до 2010 – на 85%, до 2014 – на 100%.
До 2005 року на 5% передбачено знизити використання галонів, до 2008 – на 20%, до 2010 – на 30%, до 2015 – до 55%, до 2020 – на 80%, до 2030 – на 100%.
В цілому протягом 26 років на виконання програми планується виділити 3 925 млн. грн. в цінах 2003 року.
Україна ратифікувала Конвенцію про транскордонне забруднення повітря на великі відстані у 1980 році, і для неї Конвенція набула чинності в березні 1983 року. Для підготовки звіту України про виконання Конвенції щорічно надається інформація про викиди сполук сірки, оксидів азоту, аміаку, летких органічних сполук, вуглеводнів і важких металів в цілому, а також з деталізацією по квадратам сітки ЕМЕП і оцінки переносу забруднювачів повітря на великі відстані.
Конвенція про охорону озонового шару ратифікована Україною в 1986 році, Монреальський протокол – в 1988 році. Для виконання цієї Конвенції постановою Кабінету Міністрів України від 17 жовтня 1996 року № 1274 затверджена програма призупинення в Україні виробництва і використання ОРР. Термін переходу України на озонобезпечні технології був перенесений на її прохання з 1996 року на 1999[8].
Ввіз в Україну і вивіз ОРР здійснюється в особливих випадках. З метою забезпечення виконання Віденської конвенції 1985 року і Монреальського протоколу Кабінет Міністрів України встановив, що ввіз в Україну і вивіз з України озоноруйнуючих речовин здійснюється винятково:
· в особливих випадках їх використання, згідно з відповідними рішеннями, прийнятими на нарадах сторін Монреальського протоколу;
· у випадку їх використання як сировини для виробництва інших хімічних речовин;
· у випадку здійснення через територію України транзитних перевезень з держав і в держави, які є сторонами Монреальського протоколу.
В 1998 р. Україна отримала допомогу від ЮНІДО на проект по обслуговуванню холодильного сектору, який передбачено здійснити у співпраці з Чеською Республікою. За цим проектом 35 сервісних центрів буде забезпечено обладнанням для збирання й повторного використання ОРР.
Україна відслідковує ОРР через систему регіональних органів контролю за користувачами ОРР. Імпортно-експортні операції ОРР і товарів, що вміщують ОРР, підлягають ліцензуванню. В 1998 р. була створена Всеукраїнська Асоціація користувачів холодильних агентів. Ця Асоціація сприяє поширенню інформації про міжнародні стандарти і технології.
Україна також здійснює регіональне співробітництво в межах цього співробітництва делегація України взяла участь у роботі 4-ої Міністерської Конференції "Довкілля для Європи" (Орхус, червень 1998 р.), на якій було підписано важливі для України документи такі як Протокол про стійкі органічні забруднювачі та Протокол про важкі метали до Конвенції про транскордонне забруднення повітря на значні відстані, Стратегію вилучення використання етилованого бензину в 2005 р.
Стаття 4 Угоди передбачає вжити Сторонами заходів із врегулювання питання відповідальності у випадку транскордонного впливу, яке завдає шкоди здоров"ю населення і навколишньому середовищу.
Угода між Урядом України і Урядом Республіки Білорусь про співробітництво в галузі охорони навколишнього середовища 1994 року передбачає співробітництво за такими напрямками:
Проведення спільної експертизи проектів господарської діяльності в прикордонних районах;
Взаємне оперативне інформування про випадки, які створюють загрозу значного забруднення навколишнього середовища однієї з Сторін і про прогнози його розповсюдження.
Стаття 4 угоди передбачає що Сторони негайно і повно інформують одна одну про промислові аварії, стихійні лиха і інші небезпечні ситуації на своїй території, що створюють загрозу забруднення навколишнього середовища, а також надають необхідну допомогу по ліквідації їх наслідків.
Відшкодування збитків, заподіяних транскордонними впливами, має регулюватися цивільним законодавством Сторін [3].
Існують також інші угоди в яких є положення присвячені співробітництву України з іншими державами у сфері охорони довкілля від транскордонного забруднення атмосферного повітря. До них відносяться: Угода між Урядом України та Урядом Російської Федерації про співробітництво в галузі попередження аварій, катастроф, стихійних лих та ліквідації їх наслідків від 23 квітня 1997 р., аналогічна угоди між Кабінетом Міністрів України та Виконавчою владою Грузії від 7 грудня 1998 р. та Урядом Угорської Республіки від 27 жовтня 1998 р [3].
ВИСНОВКИ
Проведений аналіз показав, що поняття охорони озонового шару, включає цілий комплекс різнопланових проблем. З одного боку, забруднення повітря - проблема екологічна, і полягає вона в завданні шкоди здоров"ю людей, довкіллю і створеним людиною матеріальним цінностям, що відбувається в результаті викиду в атмосферу токсичних речовин в складі різноманітного роду відходів виробничої діяльності. З іншого боку проблема технічна, бо вона виникає в силу технічних факторів, а її рішення вимагає виконання ряду природо-наукових задач і створення матеріальних умов для скорочення і попередження цього небезпечного явища, в тому числі вдосконалення технології виробництва, методів знешкодження відходів, засобів спостереження і контролю навколишнього середовища.
Проблема коливання концентрації озону в атмосфері має також природне підґрунтя, не пов’язане з антропогенними чинниками. Ця основа формування озонових дір ще недостатньо вивчена і тому потребує особливої уваги. Так як озоновий шар – головна умова підтримання сучасного життя на планеті, людству необхідно знайти причини руйнування цього шару і розробити механізми зупинки (або сповільнення) такого небезпечного процесу.
З огляду на те, що на даний час думки науковців щодо природи походження озонових дір розходяться, дана екологічна проблема буде актуальною у найближчі століття. Дану проблему не можна розглядати окремо від інших природних та техногенних процесів і явищ. З урахуванням особливостей сучасних гіпотез щодо зміни концентрації озону в атмосфері, можна зробити висновок, що стабілізація озонового шару буде можливою за рахунок комплексних заходів з охорони природи та подальшого розвитку наукових галузей у сфері промисловості, науково-технічного конструювання та освоєння космосу.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ:
1. Данилов А.Д., Кароль И.Л. Атмосферный озон - сенсации и реальность. - Л.: «Гидрометеоиздат», 1991.- 120с.
2. Гродзинський Д. М. Радіобіологія рослин /Д. М. Гродзинський. – Х.: Либідь, –1989. – 140с.
3. Закон України «Про міжнародні договори України» : за станом на 1 січ. 2004 р. / Верховна Рада України. – Офіц. вид. – К. : Парлам. вид-во, 2004. – 18 с. – (Бібліотека офіційних видань).
4. Корсак К. В. Озонова діра - сигнал небезпеки / К. В. Корсак, М. Я. Коцаренко. – К: Т-во «Знання» УРСР, 1990 – 48 с.
5. Лунин В. В. Физическая химия озона / В. В. Лунин, М. П. Попвич, С. Н. Ткаченко.– М : Изд-во МГУ. – 480с
6. Міліневський Г. Проблеми озонового шару // Фізика та астрономія в школі.- 2001. - № 2. - C. 8-12.
7. Миронов Л. В. Разрушение озонового слоя Земли хлорфторуглеродами / Л. В. Миронов. – Л. : Гидрометеоиздат, 1997.
8. Ортенберг Ф. С. Озон: взгляд из космоса / Ф. С. Ортенберг, Ю. М. Трифонов. – М : «Знание», 1990. – 64 с. – (Новое в жизни науке и технике. Сер. «Космонавтика, астрономия»)
9. Пертов С. П. Атмосферный озон /С. П. Пертов, А. Х. Хргиан. – Л : «Гидрометеоиздат», 1980 – 287 с.
10. National Aeronautics and Space Administration Goddard Space Flight Center [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov. – Назва з екрану.
11. Planethopia [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.planethopia.info. – Назва з екрану.
12. Озонові діри [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://wikipedia.org. – Назва з екрану.
13. Станіславський Натураліст [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://www.naturalist.if.ua/. – Назва з екрану.
(zip - application/zip)
Статистика файлового архива
