Реферат Курсовая Конспект
Механизмы разрушения озона - раздел Химия, Предмет и задачи химии окружающей среды Выше Рассматривался Механизм Образования Озона В Атмосфере Только На Основе К...
|
Выше рассматривался механизм образования озона в атмосфере только на основе кислорода как компонента воздуха. Между тем в образовании и разрушении озона атмосферы играют существенную роль и другие компоненты воздуха как основные, так и примесные.
Рассмотрение их влияния представляет существенный интерес как с точки зрения более углубленного понимания механизма образования озона в атмосфере, так и с точки зрения влияния антропогенных факторов на концентрацию озона в атмосфере.
В этом отношении большую роль играет азот как главная составная часть атмосферы. Известно около пятидесяти фотохимических реакций азота. Верхние слои атмосферы (мезосфера и термосфера) состоят из атомов и ионов азота, образующихся под действием коротковолнового космического излучения. Образование озона также происходит в верхних слоях атмосферы, начиная с высоты 80 км, где давление еще позволяет образование молекул при тройных столкновениях. Ниже, в стратосфере, где происходит основное образование озона, начинают играть роль оксиды азота, главным образом в виде моноксида и диоксида. В тропосфере их содержание убывает с высотой, вероятно, вследствие взаимодействий с водяным паром, тогда как в стратосфере картина обратная: содержание моноксида и диоксида с высотой возрастает. Согласно экспериментальным данным, на высоте 30 км концентрация оксидов азота после восхода солнца возрастает на два порядка. Существует мнение, что разложение озона определяет в основном азотный цикл. В нем разлагается до 80% озона. Укажем лишь на некоторые стадии из этого цикла:
NO2 + O* = NO + O2 (1.42)
NO + O3 = NO2 +O2 (1.43)
NO2 + O3 = NO*3 + O2 (1.44)
NO*3 + hν = NO + O2 (1.45)
Азот может способствовать образованию озона путем своего возбуждения и дальнейшего участия в возбуждении и диссоциации молекул кислорода:
N2 + O2 = N2 + O* + O* (1.46)
Не исключена также возможность образования на свету атомарного кислорода из диоксида азота:
NO2 + hν = NO + O* (λ< 40 нм) (1.47)
В целом можно констатировать, что роль оксидов азота в разложении озона, очень велика, и они могут оказывать весьма существенное влияние на его концентрацию в атмосфере.
Из приведенных компонентов атмосферы, влияющих соответствующим образом на образование и разрушение озон, следовало бы остановиться на водяном паре, точнее, на атомарном водороде и paдикале гидроксида, образующихся при разложении воды под действием солнечного излучения:
Н2О + hv = Н + ОН* (1.48)
Кроме того, вода может реагировать с атомами водорода и кислорода с образованием радикалов гидроксида:
О + Н2О = 2ОН* (1.49)
Н + Н2О = Н2 + ОН* (1.50)
Хотя водяной пар содержится главным образом в тропосфере и его проникновению в стратосферу препятствует тропопауза, являющаяся своеобразной холодной ловушкой для водяного пара, тем не менее несконденсированные остатки воды проникаютиз тропосферы в стратосферу.
Как уже отмечалось, разложение озона определяет в основном азотный цикл. Поступления оксидов азота в атмосферу играют важную роль в загрязнении атмосферы и отрицательном влиянии на озоновый защитный слой.
Существенное влияние на образование оксидов в атмосфере оказывают выхлопные газы звуковых и сверхзвуковых самолетов. Bносит свой вклад в загрязнение атмосферы и растущее потребление азотных удобрений, которые под влиянием микроорганизмов генерируют NO2. Наконец, значительное воздействие может оказать и сжигание обычного топлива.
Говоря о влиянии антропогенных факторов на защитный слой озона, нельзя пройти мимо влияния хлора и его оксидов, возникающих при фотолизе хлорфторметанов (фреонов). Как известно, фреоны нашли очень широкое практическое применение.
Фреоны представляют собой галоидпроизводные метана, этана, пропана с обязательным содержанием фтора: СFС13, CF2Cl2, CF3Cl, CF4, C2H4F2, C2H2F4 и т. д. Они очень хорошо сохраняются в атмосфере, поскольку плохо растворимы в воде и не горят, имеют, как правило, низкие температуры кипения и поэтому на воздухе хорошо испаряются. Из тропосферы часть фреонов может уходить с водой и, не гидролизуясь, cкапливаться в океане. Океан является своеобразным резервуаром фреонов.
Фотолиз фреонов, происходящий под действием ультрафиолетового облучения, обусловливает разрыв связи С—С1 в фреоне и соответственно генерацию активного хлора:
CFC13 + hv = CFCI*2 + CI* (1.51)
CFCI*2 + hv = CFCl* + CI* (1.52)
В свою очередь, С1 инициирует различные циклы взаимодействия с озоном, приводящие к его разрушению:
Сl + О3 = СlО* + О2 (1.53)
СlО* + О* = Сl* + О2 (1.54)
СlO* + О3 = Сl* + 2O2 (1.55)
ClO* + О3 = СlO*2 + О2 (1.56)
СlO*2 + O* = ClO* + О2 (1.57)
На озоновый слой влияет главным образом азотный цикл, тогда как галоидный цикл оказывается не столь существенным. Тем не менее, по-видимому, он заслуживает должноговнимания. Появление озоновых дыр, обнаруженных над Антарктидой и в других районах, обеспокоило весь мир, в связи с чем производство фреонов в настоящее время запрещается или сводится к минимуму. Обсуждавшиеся выше теоретические вопросы относились к каждому отдельно взятому (изолированному) циклу. Что касается взаимодействия циклов, то, к сожалению, оно еще мало изучено. По предварительным данным, реакции
Сl* + NО = NО2 + Сl* (1.58)
ClO* + NO2 = ClONO2 (1.59)
(особенно последняя) могут в значительной степени влиять на эффективность действия циклов, резко усиливая их.
1.6. «Парниковый эффект»
Эмиссия в атмосферу некоторых газов:CО2, CO, CH4, C2H6, С2Н4, оксидов азота, фреонов - приводит к появлению «парникового эффекта».
Под термином «парниковый эффект» понимается специфическое явление.
Обычное солнечное излучение при безоблачной погоде и чистой атмосфере сравнительно легко достигает поверхности Земли, поглощается поверхностью почвы, растительностью, постройками и т. д., а 30% ее отражается в космическое пространство. Нагретые земные поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу, но уже в виде длинноволнового излучения в соответствии с законом Вина, согласно которому частота излучения с максимальной интенсивностью Vmax прямо пропорциональна абсолютной температуре Т:
Vmax = bT (1.60)
гдеb - константа.
Максимум излучения в солнечном спектре лежит в желто-зеленой области видимого интервала длин волн (380-750 нм). Эта область практически не поглощается атмосферными газами N2,O2, CO2, Н.2О и др., но температура нагретых поверхностей на Земле много ниже температуры поверхности Солнца. Поэтому максимум излучения с поверхности Земли в соответствии с законом Вина приходится уже на инфракрасную часть спектра.
В ближнем инфракрасном диапазоне это излучение интенсивно поглощается трехатомными (парниковыми) молекулами воды, СО2, SO2, N2О, имеющими интенсивные полосы поглощения в интервалах длин волн 2-5 мкм. В результате инфракрасное излучение Земли не рассеивается в космическом пространстве, а расходуется на повышение интенсивности теплового движения молекул в атмосфере, что и вызывает глобальное повышение температуры.
Основным по значению «парниковым» газом являются водяные пары. За ним следуют СО2, дающий сегодня по сравнению с началом 20-го века прирост «парникового» эффекта на 49%, метан (18%), фреоны (14%), N2O - (6%). На остальные газы приходится около 13% прироста.
Естественный «парниковый эффект» создает прирост средней температуры на поверхности Земли на 30°С. При его отсутствии средняя температура поверхности Земли, составляющая в настоящее время 15°С, понизилась бы до -15°С, т.е. началось бы глобальное оледенение.
Природное равновесие содержания в атмосфере «парниковых газов», начиная с 18-го века, претерпело серьезные нарушения. За 250 лет содержание метана в атмосфере увеличилось в три раза вследствие антропогенного влияния (добыча ископаемых видов топлива, рисовые поля, биохимические процессы разложения бытовых отходов и др.).
Рост концентрации СО2 (на 25% в настоящее время) сначала происходит из-за массовой вырубки лесов, потреблявших углекислый газ на синтез биомассы растений. С начала 19-го века определяющую роль приобретают выбросы CO2 с продуктами сжигания ископаемого топлива, технологических и попутных газов. Общее выделение СО2 в результате антропогенной деятельности составляет ежегодно 0,7% от его естественного содержания в атмосфере.
Последствие парникового эффекта, которое вызывает наибольшие опасения, - это подъем уровня Мирового океана.
Потепление на Земле, по мнению климатологов, за счет роста температуры на 0,1°С считается значительным, а увеличение температуры на 3,5°С - критическим. За последние 100 лет потепление на Земле составило 0,5-0,7оС. Международная конвенция климатологов в Австрии (1988) прогнозировала к 2030-2050 гг. повышение температуры на 1,5-4,5°С, которое может вызвать подъем уровня океана на 50-100 см, а к концу 21 -го века - на 2 м.
Трудно предсказать все страшные последствия повышения уровня моря. Людей ждет не только «всемирный потоп», могут усилиться и засухи. Таяние полярных льдов приведет к повышению уровня Мирового океана, т.е. к затоплению территорий, где проживает подавляющее большинство населения и сосредоточен основной промышленный потенциал. Изменение перепада температур между зонами полюсов и экватора Земли нарушит естественную циркуляцию атмосферы. Ослабление интенсивности переноса воздушных масс приведет к существенному ухудшению переноса теплоты и влаги, т.е. произойдет глобальное изменение климата: в зонах с жарким и сухим климатом увеличивается количество атмосферных осадков, в умеренном поясе станет значительно суше.
Наземные экосистемы не смогут достаточно быстро приспособиться к изменению климата. Огромные лесные массивы в результате разложения и сгорания будут дополнительными источниками углерода, что усугубит потепление.
На Конференции по охране окружающей среды в Рио-де-Жанейро (1992) была принята рамочная Конвенция ООН об изменении климата, в которой записано,что участвующие страны «преисполнены решимости защитить климатическую систему в интересах нынешнего и будущего поколений». Конечная цель Конвенции -добиться стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на уровне, не допускающем опасного антропогенного воздействия на климатическую систему. При этом 25 развитых стран, а также страны, осуществляющие переход к рыночной экономике, должны взять на себя более конкретные обязательства: вернуться к уровням выбросов парниковых газов 1990 г., предоставить финансовые ресурсы, передать безопасные технологии другим заинтересованным сторонам и др.
Для предупреждения или полного исключения поступления в атмосферу оксидов углерода и серы, снижения «парникового» эффекта и кислотных выпадений предлагались в разные времена своеобразные проекты, часть из которых пока имеют оттенок научной фантастики. Так, предложен способ складирования СО2 в твердом или жидком состоянии в глубоких отработанных шахтах. Тамжескладируются и твердые оксиды серы. Принципиально такая схема, видимо, осуществима, но условия ее реализации и стоимость пока не позволяют надеяться на осуществление в ближайшее время. Складированные жидкие или твердые оксиды можно при этом использовать для народнохозяйственных целей, в частности для перевода СО2 в биомассу.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Химия окружающей среды Серия Высшее образование Ростов на Дону Феникс с... ВВЕДЕНИЕ Предмет и задачи химии окружающей среды В основе...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Механизмы разрушения озона
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов