- •Глобальные методы наблюдения и экологическое прогНоЗирование: учебное пособие
- •«Глобальные методы наблюдения и экологическое прогнозирование»
- •020801 (013100) «Экология» и 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»
- •Введение.
- •Часть 1. Глобальные проблемы человечества в 21 веке.
- •1.1. Глобальные демографические проблемы населения нашей планеты.
- •1. 1.1. Динамика численности населения Земли.
- •1. 1. 2. Демографический взрыв хх века
- •1. 1. 3. Изобилие или голод
- •Проблемы экологии и безопасности ближнего космоса.
- •1.2.1. Техногенный мусор – происхождение и классификация.
- •1. 2. 2. Плотность загрязнения ближнего космоса и вероятность столкновения космических объектов с техногенным мусором.
- •1. 2. 3. Повреждения и разрушения космических аппаратов.
- •1. 2. 4. Перспективы решения проблемы засорения ближнего космоса в настоящее время.
- •Проблемы изменения климата Земли.
- •1. 3. 1. Парниковый эффект.
- •1. 3. 2. Киотский протокол.
- •1.4. Проблемы истощения озонового слоя.
- •1. 4. 1. Роль озонового слоя.
- •1. 4. 2. Естественные процессы образования и разрушения озона в стратосфере.
- •1. 4. 3. Техногенные изменения озонового слоя.
- •1. 4. 4. Открытие озоновых дыр в стратосфере.
- •1. 4. 5. Механизм возникновения озоновых дыр в стратосфере.
- •1. 4. 6. Международная защита озонового слоя Земли.
- •1. 4. 7. Озоновый щит над Россией.
- •Часть 2. Объекты экологии и задачи экодиагностики
- •2. 1. Терминология.
- •2. 2. Основные термины и определения.
- •2. 3. Дополнительные специальные термины для экодиагностики.
- •2. 4. Задачи экодиагностики.
- •2. 4. 1. Стандарты и нормативные документы.
- •1. К охране атмосферы относятся:
- •2. 5. Основные задачи.
- •2. 6. Технологии диагностирования.
- •Часть 3. Радиационный экологический мониторинг
- •3. 1. Физические основы
- •3. 2. Диагностика радиоактивного загрязнения атмосферы.
- •3. 3. Диагностика радиоактивного загрязнения воды.
- •3. 4. Диагностика радиоактивного загрязнения территорий.
- •Часть 4. Радиоволновой экологический мониторинг.
- •4. 1. Радиоволновые методы экодиагностики.
- •4. 2. Мониторинг земного покрова.
- •4. 3. Мониторинг водных систем.
- •4. 4. Мониторинг атмосферы.
- •Часть 5. Оптический экологический мониторинг.
- •5. 1. Оптический контроль атмосферы.
- •5. 1.1. Физические основы и классификация оптических методов диагностики.
- •5. 1. 2. Лидарные методы.
- •5. 1. 3. Нефелометрические и трассовые методы диагностик аэрозолей.
- •5. 1. 4. Оптические счетчики аэрозолей.
- •5. 1. 5. Методы диагностики газообразных соединений.
- •5. 2. Диагностирование поверхности Земли.
- •5. 2. 1. Задачи и диагностическая модель.
- •5. 2.2. Аппаратура.
- •Диагностирование водной среды.
- •5. 3. 1. Задачи и физическая модель.
- •Часть 6. Тепловая экологическая диагностика.
- •6. 1. Задачи тепловой диагностики.
- •6. 2. Физические основы и элементная база тепловой диагностики.
- •6. 3. Средства контроля температуры.
- •6. 4. Технология проведения тепловой диагностики.
- •6. 5. Применение тепловой экодиагностики.
- •6.5. 1. Тепловая диагностика атмосферы.
- •6. 5. 2. Тепловая диагностика гидросферы.
- •Часть 7. Химико-аналитический экологический мониторинг.
- •7. 1. Влияние химических продуктов на окружающую среду.
- •7. 2. Химико – аналитическая экологическая диагностика (хаэд).
- •7. 3. Универсальные комплексы хаэд.
- •Часть 8. Экологическое прогнозирование.
- •8. 1. Экологическое моделирование.
- •Экологическое моделирование глобального типа.
1.4. Проблемы истощения озонового слоя.
Озон это молекула, состоящая из трех атомов кислорода-О3. Озон имеет приятный запах, который известен практически всем людям. Им пахнет свежевыстиранное белье, принесенное с мороза домой. Его запах ощущается в воздухе после грозы и молний.
1. 4. 1. Роль озонового слоя.
Атмосфера Земли состоит из ряда слоев, в которых происходят различные природные явления. Ближайший к Земле слой-тропосфера, температура в нем уменьшается с высотой (до 20 км). Следующий слой-стратосфера, располагается на высоте порядка 20-50 км. В нем как раз и располагается озоновый слой, который поглощает УФ-излучение Солнца, а температура начинает расти с высотой (до 50 км). Следующий слой- мезосфера, где температура вновь начинает падать. Верхнюю границу атмосферы образует ионосфера. .Озоновый слой (протяженностью по высоте порядка 30 км) полностью поглощает поток коротковолновых ультрафиолетовых лучей Солнца с длиной волны 200-280 нм и около 90% УФ-излучения с длиной волны 280-320 нм. Если бы излучения данного диапазона достигали поверхности Земли, они неизбежно привели бы к сильным изменениям в биосфере.
УФ-излучение этого диапазона обладает наибольшей биологической активностью (УФИ-Б): разрушает нуклеиновые кислоты и вызывает мутации в клетках живых организмов. Оно губительно действует на человеческий организм, приводя к злокачественным новообразованиям на открытых участках кожи, к ослаблению иммунной системы, повреждая сетчатку глаз. УФИ-Б нарушает процесс фотосинтеза растений, поражает фитопланктон Мирового океана, что через цепи питания уменьшает популяции рыб и китообразных.
1. 4. 2. Естественные процессы образования и разрушения озона в стратосфере.
Общее количество озона в атмосфере очень невелико-в среднем 4х10-6% (по объему) или 7х10-5% (по массе), что составляет 3х1012 кг. Если все молекулы озона при температуре 150С и давлении 105 Па равномерно распределить над поверхностью Земли, то толщина слоя составит всего 3 мм. Все другие газы, входящие в состав воздуха земной атмосферы образуют слой толщиной 8 км.
Фотохимия образования озона в стратосфере была теоретически разработана, а затем подтверждена лабораторными и натурными исследованиями в 70-е гг, существенно уточнив прежнюю схему, созданную в 20-е гг. прошедшего столетия. Образование озона связано с фотодиссоциацией молекулярного кислорода, происходящей под действием жесткого коротковолнового солнечного излучения с длиной волны менее 242 нм: О2 +hy = О + О.
Взаимодействие атомарного и молекулярного кислорода в присутствии третьей частицы М (молекулы любого газа, входящего в состав воздуха, участвующей в реакции без изменения своих свойств и воспринимающей избыток образующейся при реакции энергии) приводит к образованию озона :
О + О2 + М = О3 + М
Область максимальной концентрации озона- всего 8 p.p.m (8 частей на миллион частей воздуха)- получила название озонового слоя (озонового экрана или щита). Обычно озоновый слой расположен в стратосфере на высоте 20-30 км в зависимости от широты.
Модельные реконструкции газового состава прошлых эпох по результатам анализов антарктических ледовых кернов показали, в частности, что содержание озона в атмосфере изменялось очень незначительно. Систематические измерения содержания озона в атмосфере, начавшиеся с 20-х гг. прошлого столетия с помощью спектрофотометра Добсона также свидетельствует о том, что содержание озона относительно стабильно. Модифицированные варианты прибора Добсона до сих пор широко применяют на всех озонометрических станциях, которых в мире около 120, благодаря высокой точности измерения-1-2%. Спектрофотометр Добсона измеряет обшее количество озона в столбе атмосферы единичного сечения, которое выражается в единицах Добсона (Dobson units)-D.u., при этом !D.u.=2,7х1020 молекул/м2. Обычно количество озона в атмосфере Земли, включая Антарктиду, близко к 300 D.u., что соответствует тому трехмиллиметровому слою озона, о котором говорилось выше.
Одновременно с образованием озона идет процесс его непрерывного разрушения под действием внешнего солнечного излучения О3+hy=О2 +О, а также в результате реакции О+О3 =2О2. Схема этого естественного процесса разрушения озона была впервые предложена в 1930 г. английским ученым Сиднеем Чэпменом и получила название цикла Чэпмена.