- •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. 3. Техногенные изменения озонового слоя.
Проведенные в начале 70-х гг. расчеты показали, что описанные выше реакции естественных процессов образования и разрушения озона не могут обеспечивать его стабильное содержание в атмосфере. Проблемой установления «баланса прихода и расхода» озона занялся шведский ученый Пауль Крутцен, установивший механизм разрушения озрна оксидами азота (NOx). Именно за это открытие профессор П. Крутцен- заведующий кафедрой химии атмосферы в Институте химии им. М. Планка (г. Майнц, Германия) был удостоен Нобелевской премии по химии за 1995 год.
Ученые, ведущие специальные исследования по озону, считают главной роичиной уменьшения слоя озона все-таки техногенные источники. Особенно хлоросодержащие хладоагенты, используемые в современных промышленных и домашних холодильниках. Эти газы улетают в атмосферу как во время изготовления и ремонта, так и при утилизации агрегатов, тем самым истончая озоновый слой. Выходит, мы сами себя обделяем кислородом. Кроме того было установлено, что озон интенсивно разрушается именно молекулами хлора. Как хлор разрушает озон? Чтобы подвергнуться воздействию УФ-излучения хлорфторуглероды (ХФУ), созданные человеком (С точки зрения химика, это мечта, а не вещество. Не горит, без запаха, без цвета, легко испаряется. Во всех холодильниках на него заменили аммиак, на его основе стали изготовлять лак для волос, для ногтей и т.д. А окозалось, что когда это вещество попадает в стратосферу, то в процессе разложения остьается атом хлора.) должны переместиться вверх, за озоновый слой. Там УФ-излучение разрушает эти соединения, высвобождая атомы хлора. Свободные атомы хлора затем вступают в реакцию с озоном следующим образом: Cl+O3=ClO+O2 и в результате получается: СlO+O=Cl+O2, а затем O+O3 2O2.
В первой реакции атомы хлора разрушают озон, образуя моноксид хлора ClO и обычный молекулярный кислород О2. Во второй реакции атом хлора Cl регенерируется и высвобождается, чтобы начать новый цикл. Атом кислорода, потерянный при второй реакции, является эквивалентом другой молекулы озона, теряемый постольку, поскольку иначе О и О2 образовали бы озон О3. Окончательный результат таков, что каждый раз при возобновлении цикла поглощаются две молекулы озона. Хлор высвобождается в каждом цикле и снова инициирует процесс поглощения молекул озона. В итоге одна молекула хлора уничтожает 700 молекул озона, прежде чем самой исчезнуть.
Также установлено, что разрушению озона способствует интенсификация полетов сверхзвуковых летательных аппаратов, самолетов и многоразовых космических кораблей. Озон разрушается ударной волной, возникающей в атмосфере вблизи головных частей указанных аппаратов. По данным НАСА, один запуск корабля типа «Шаттл» разрушает не менее 10 млн. т озона. В целом же этот вид воздействия может привести к разрушению 10% озонового слоя планеты.
1. 4. 4. Открытие озоновых дыр в стратосфере.
Обнаружение истощения озона в стратосфере произошло спустя 10лет после установления возможных механизмов его разрушения, о которых говорилось выше.
Известный английский ученый Дж. Фарман, работавший на антарктической станции Хэлибей, весной (в октябре месяце) 1984 г. обнаружил резкое уменьшение содержания озона над Антарктидой-более, чем на 40%. Четко ограниченные области пониженного по сравнению с нормой содержания озона в стратосфере (на 40% и более) получили образное название озоновых дыр. После открытия Фармана появление озоновых дыр стал фиксировать и американский спутник «Нимбус-7», на котором был установлен модифицированный прибор Добсона «ТОМS OZONE», измеряющий общее содержание озона в атмосфере.
Можно считать доказанным, что главные разрушители стратосферного озона-фреоны (CF2Cl2) и галоны (CCl2). Наложение на график изменения годового изменения озона над Антарктидой графика изменения концентрации фреона там же (см. рис.1) подтверждает это.
Рис 1. Изменение содержания озона и концентрации фреона над Антарктидой.
Измерения с помощью самолетов-лабораторий, пересекающих на высоте порядка 20 км области пониженного содержания озона, показали, что там сильно увеличено содержание монооксида хлора (ClO). При этом наблюдалось очень хорошее соответствие между концентрациями ClO и О3 (см.рис.2). По мере продвижения самолета внутрь дыры содержание озона уменьшалось, а монооксида хлора возрастало, причем на графике обе кривые (уменьшения концентрации О3 и увеличения концентрации ClO), снятые вдоль трассы, совпадали даже в деталях. На сегодняшний день эти результаты-основной аргумент, доказывающий, что озоновые дыры связаны с загрязнением атмосферы хлоросодержащими соединениями.
Рис. 2 Взаимосвязь широтного изменения содержания озона и монооксида хлора в атмосфере в области озоновой дыры.