Самостійне заняття №6

Тема: Кислотні дощі. Озонові діри

Мета: Ознайомлення з впливом озонової оболонки Землі, кислотних дощів і смогів на атмосферу

Питання, що виносяться на самостійне вивчення:

1 Руйнування озонової оболонки Землі

2 Кислотні дощі

Практичне завдання:

Тема реферату:

-“ Вплив кислотних дощів на атмосферу та літосферу “

Література:

1 Білявський Г.О., Бутченко Л.І. Основи екології: теорія та практикум.- К.: Лібра, 2004, с. 71-73

2 Білявський г.О., Падун м.М., Фурдуй р.С. Основи загальної екології.- к.: Либідь,1995, с. 168-176

Руйнування озонового шару атмосфери (рис. 3.3). Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Надходить ця енергія на Землю у вигляді світла видимого випромінювання, а також інфрачерво­ного, або теплового, й ультрафіолетового (УФ) випромінювань.

УФ- випромінювання несе найбільшу енергію і є фізіологічно активним, тобто інтенсивно діє на живу речовину. Весь потік УФ-випромінювання Сонця, що доходить до земної атмосфери, умовно поділяють на три діапазони: УФ(А) (довжина хвилі 400— 315 нм), УФ(В) (315-280 нм) і УФ(С) (280-100 нм). УФ(В)- і

Рис. 3.3 Руйнування озонового шару атмосфери

УФ(С)-випромінювання, так званий «жорсткий ультрафіолет», надзвичайно шкідливі для всього живого: вони призводять до порушення структури білків та нуклеїнових кислот і врешті-решт до загибелі клітин.

Що ж захищає нас і всю біосферу від згубної дії «жорсткого ультрафіолету» ? Озоновий щит Землі.

Як уже згадувалося, на висотах 20—50 км повітря містить підвищену кількість озону. Озон утворюється в стратосфері за рахунок звичайного двохатомного кисню (0₂), що поглинає «жорстке» УФ-випромінювання. Енергія УФ(В)- та УФ(С)-випромінювань витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню (30₂ -> 20₃), і тому до поверхні Землі вони не до­ходять; туди проникає лише істотно ослаблений потік «м'якого» УФ(А)-випромінювання. Від його негативної дії наш організм уміє захищатися, синтезуючи в шкірі шар темного пігменту — меланіну (засмага). Однак ця речовина утворюється досить повільно. Тому тривале перебування на весняному сонці, коли шкіра ще не насичена меланіном, викликає її почервоніння, головний біль, підвищення температури тіла тощо.

Озоновий шар в атмосфері Землі з'явився на світанку її геологічної історії, коли в повітря став надходити кисень, що вироблявся в процесі фотосинтезу мікроскопічними морськими водоростями. За розрахунками вчених, коли вміст кисню в атмо­сфері досяг приблизно 10 % сучасного, сформувався озоновий шар, і життя змогло вийти з моря на суходіл (до цього поверхня суші була випалена, стерилізована ультрафіолетом).

Останнім часом учені надзвичайно занепокоєні зниженням умісту озону в озоновому шарі атмосфери.

Над Антарктидою в цьому шарі виявлено «діру», в якій уміст озону менший від звичайного на 40—50 %. Площа «діри» з року в рік збільшується й сьогодні вже перевищує площу матери­ка Антарктиди. У результаті підвищився УФ-фон у країнах, роз­ташованих у південній півкулі, ближче до Антарктиди, передусім у Новій Зеландії. Медики цієї країни охоплені тривогою, конста­туючи значне зростання захворювань, пов'язаних із підвищенням УФ-фону (рак шкіри й катаракта). Жителі Веллінгтона, столиці Нової Зеландії, які раніше намагалися використати кожний пого­жий день (їх там буває не так уже й багато) для відпочинку на повітрі, сьогодні побоюються з'являтися на пляжах.

Тривожні повідомлення надходять також і з північної півкулі: і тут виявлено озонову «діру» (над Шпіцбергеном), що­правда, не таку велику, як антарктична.

Зменшення вмісту озону в атмосфері загрожує зниженням урожаїв сільськогосподарських культур, захворюваннями тварин і людей, збільшенням кількості шкідливих мутацій і т. п. Якщо ж озоновий шар зникне зовсім, то це призведе до загибелі принаймні наземної біоти.

Установлено, що руйнуванню озонового шару сприяють та­кож деякі хімічні речовини (зокрема оксиди азоту): потрапляючи в стратосферу з висхідними повітряними течіями, вони вступають у реакцію з озоном і розкладають його на кисень. Проте вміст оксидів азоту в повітрі невеликий, вони нестійкі й суттєво не впливають на кількість озону в стратосфері.

З'явилося також інше джерело озоноруйнівних речовин — діяльність людини. Сучасна промисловість широко використовує так звані фреони (хлорфторметани) — CFC1₃, CF₂ClBr тощо — як холодоагенти в рефрижераторах і побутових холодильниках, як аерозольні розбризкувачі в балончиках із фарбою, лаком, парфу­мами, для очищення напівпровідникових схем і т. п. Щорічно в світі випускається кілька мільйонів тонн фреонів. Для людини пари фреонів не шкідливі. Та вони надзвичайно стійкі й можуть зберігатися в атмосфері до 80 років. Пари фреонів із висхідними повітряними течіями потрапляють у стратосферу, де під впливом УФ-випромінювання Сонця розпадаються, вивільняючи атоми хлору. Ця речовина діє на озон як дуже сильний каталізатор, роз­кладаючи його молекули до кисню. Один атом хлору здатен роз­класти 100 тис. молекул озону!

Занепокоєні загрозою руйнування озонового шару керівни­ки багатьох країн світу вживають заходів для його збереження, й у 1985 р. в Монреалі було підписано Протокол про охорону атмо­сферного озону. Вирішено до 2000 р. скоротити на 50 % спожи­вання фреонів, а згодом і зовсім відмовитися від них, замінивши їх безпечними сполуками. Проте це не реалізовано й сьогодні, оскільки США — головний забруднювач атмосфери — відмови­лися підписати зазначений Протокол.

Призводить до руйнування озонового шару й військова діяльність, зокрема запуск балістичних раке, їхні двигуни вики­дають в атмосферу дуже багато оксидів азоту. Під час кожного запуску ракети в Космос в озоновому шарі «пропалюється» вели­чезна «діра», яка «затягується» лише за кілька годин. Світова громадськість дізналася про злочинні досліди мілітаристів щодо дії на озоновий шар планети (розробка «озонової» зброї). .

У 70-ті роки американські військові розсіяли в стратосфері над одним із безлюдних атолів у Тихому океані спеціальні хімічні речовини, внаслідок чого в озоновому шарі над цим острівцем утворилася «діра», яка затягнулася тільки через багато годин. У результаті на атолі загинула майже вся наземна біота: пальми та інші рослини, тварини, мікроорганізми; з хребетних тварин за­лишилося кілька великих черепах (їх урятував товстий кістяний панцир), але вони осліпли — сітківка їхніх очей була спалена ультрафіолетом.

Руйнування озонового шару відбувається так:

активне функціонування хімічної промисловості, яка випускає речовини, що містять хлор і бром, спричинює нагромадження в атмосфері озоноруйнівних газів (ОРГ);

ОРГ піднімаються на висоту 20—50 км над поверхнею Землі, де розташо­ваний озоновий шар (особливо сприятливі умови для цього в приполяр­них районах); сонячні промені діють на техногенні гази, з яких виділяється хлор;

хлор руйнує озон, відбираючи один із трьох атомів кисню й перетворюю­чи його на 0₂; при цьому кожний атом хлору здатен відокремити атом кисню майже 100 тис. разів.

За останні 15 років спостерігається руйнування озонового шару над кон­тинентальною Європою. За прогнозами, в першій чверті XXI ст. озоновий шар може стати тоншим на ЗО %.

За даними екологічного відділу ООН і Всесвітньої метеорологічної ради, відбувається руйнування озонового шару над усією Північною Америкою, Європою, територією колишнього СРСР, Австралією, Новою Зеландією та частиною Південної Америки.

Якщо озоновий шар зменшиться на 10 %, то це спричинить розвиток ра­ку шкіри додатково у 300 тис. чоловік, катаракти — у 1 млн 750 тис. чоловік. Постане серйозна загроза здоров'ю всього населення Землі, оскільки знизиться опірність людського організму.

Після 1991 р. в Чилі неодноразово реєструвалися випадки сліпоти лосо­севих риб, диких кроликів, овець, пов'язані з істотним зростанням інтен­сивності ультрафіолетового випромінювання. Водночас із тієї самої при­чини зменшилася кількість планктону в районі Антарктиди. В районах підвищеного ультрафіолетового опромінення пригнічується ріст рослин, знижується врожайність багатьох культур.

В Україні спостереження за станом озонового шару прово­дяться на п'яти озонометричних станціях (у Києві, Борисполі, Одесі, Львові й на Карадагу в Криму). За даними цих спостере­жень, протягом останніх 10 років загальний уміст озону в атмо­сфері був значно нижчим від кліматичної норми (аналогічна картина спостерігалася для всієї північної півкулі Землі в межах широт 40—60°).

Для виявлення озонових аномалій аналізується відхилення значень загального вмісту озону в одиницях стандартного відхи­лення о. Якщо ці відхилення становлять від — 2,0а до -2,5а, то це свідчить про критичну ситуацію, а коли пере­вищують значення — 2,5а, то констатується озонова аномалія («діра»).

Протягом 2000 р. озонових аномалій над Україною не спостерігалося, проте було зафіксовано кілька випадків зменшення вмісту озону до критичних значень.

Кислотні дощі (рис. 3.5) Оксиди сірки й азоту, що викида­ються в атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій (ТЕС) та автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють дрібні крапельки сірчаної та азотної кислот, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі вкрай шкідливо впливають на довкілля:

• знижується врожайність більшості сільськогосподарських куль­тур через ушкодження листя кислотами;

• з грунту вимиваються кальцій, калій і магній, що призводить до деградації рослинності й, як наслідок, — збіднення тварин­ного світу;

• гинуть ліси (найчутливіші до кислотних дощів кедр, бук і тис);

• отруюється вода озер і ставків, у них гине риба, зникають комахи;

• щезають водоплавні птахи й тварини, що живляться комахами;

• загибель лісів спричинює в гірських районах (таких як Карпа­ти) зсуви та селі;

• прискорюється руйнування пам'яток архітектури, споруд, особливо тих, що побудовані з вапняку, оздоблені мармуром;

• збільшується захворюваність людей (найчастіше хворобами очей, органів дихання тощо).

Ареали випадання кислотних дощів:

1 — Велика Британія (ушкоджено 67 % лісів); 2 — Північна Норвегія

(80 % озер стали біологічно мертвими); З — Швеція (20 тис. озер закиснеш,

в 4 тис. не живе риба); 4 — Німеччина (ушкоджено понад 50 % лісів);

5 — Польща (руйнуються залізничні колії, ушкоджено частину лісів);

6 — Україна, Білорусь (сильно ушкоджено ліси Полісся й Карпат);

7 — Японія (в Токіо кисле повітря становить серйозну загрозу для здоров'я

людей); 8 — Китай (у деяких районах ушкоджено рисові поля);

9 — Індія (гинуть ліси, руйнуються будинки в Бомбеї і Тадж-Махал);

10 — Південна Африка (руйнуються будинки, ушкоджено овочеві плантації);

11 — Греція (руйнуються Пантеон та інші пам'ятки архітектури);

12 — Швейцарія (в центральних районах Альп загинуло або ушкоджено близько

половини хвойних лісів); 13 — Бразилія (в Сан-Паулу завдається шкода

здоров'ю населення, руйнуються будівлі); 14 — США (гинуть хвойні ліси

Аппалачів, отруєно воду деяких озер, зростає захворюваність жителів великих

міст); 15 — Канада (ушкоджено рідкісні дерева, руйнуються цінні будівлі,

в 300 озерах Онтаріо рН води не перевищує 5)

Взимку поблизу ТЕС і металургійних заводів іноді випадає також кислотний сніг, іще шкідливіший, ніж кислотний дощ, що пояснюється більшим вмістом у ньому кислот. Райони випадан­ня такого снігу дістають одразу 4—5-місячну дозу забруднення, а внаслідок його танення навесні відбувається концентрація шкідливих речовин, тому тала вода інколи містить удесятеро більше кислот, ніж сам сніг.

Більш як 230 озер у горах Адірондак (штат Нью-Йорк) мають критичний рівень забруднення сірчаною та азотною кислотами, принесеними кислот­ними дощами й снігом.

До небезпечного для водних екосистем рівня закиснена також третина озер штату Флорида, 20 % озер штатів Массачусетс, Нью-Гемпшир, Род-Айленд.

У такому самому етані перебувають 20 тис. озер півдня Швеції, сотні озер і у Південній Канаді.

Питання для самоконтролю:

1 В якому шарі атмосфери знаходиться озоновий шар?

2 Як впливає озоновий шар на довкілля?

3 Які речовини руйнують озоновий шар?

4 Що таке “озонова дірка”?

5 Які причини зумовлюють кислотні дощі?

6 Які негативні наслідки кислотних дощів?