Конспект воспитательного мероприятия

Название воспитательного мероприятия

"Озоносфера – ее значение в функционировании климатической системы"

 

Озоносфера отражает жесткое ультрафиолетовое излучение, защищает живые организмы от губительного действия радиации. Именно благодаря образованию озона из кислорода воздуха стала возможна жизнь на суше.

XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы.

 

 

Цели мероприятия:

Образовательная: Дать общее представление о том, что такое Озоносфера, причины её загрязнения и исчезновения.

Воспитательная: убедить в том, что окружающая среда — это основная ценность, основной капитал человечества.

Развивающая: развить способность определять свои возможные действия, направленные на решение крупных, социально значимых задач.

Материально-техническое обеспечение мероприятия: компьютер с проектором.

Сценарий мероприятия

1. Организационный момент. Приветствие студентов. Знакомство.

2. Введение. Озоносфера, причины её загрязнения и исчезновения.

3.Основная часть мероприятия.

В ряду тревожных проблем – сдвиги в мировом климате, истощение лесных, почвенных и водных ресурсов, прогрессирующее опустошение планеты – находится и проблема разрушения озонового слоя. Возможно, что антарктический озон является предвестником глобальных изменений в озоносфере. Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка на территорию превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов (комплексов, геосистем) к антропогенным воздействиям.

У многих людей возникают вопросы, связанные с тематикой озоносферы: Что такое озон? Почему важен озон в атмосфере Земли? Почему мы говорим про «озоновый слой»?

 

Озон, процессы образования

 

Озоносфера (греч. ozo – пахну и sphaira – шар) распространяется в пределах тропосферы, стратосферы и мезосферы до высоты 70 км. Озоносфера имеет огромное климатическое значение. Образование озонового слоя на Земле по современным данным датируется 570–400 млн. лет тому назад. Озон (03) – трехатомный кислород, возникающий в результате расщепления молекул обычного кислорода (02) и перераспределения его атомов.

Озон, водяной пар и углекислый газ, совместно, образуют парниковый эффект атмосферы. Озон поглощает инфракрасное излучение Земли (9,6 мкм). Увеличение количества озона в тропосфере усиливает парниковый эффект и способствует повышению температуры воздуха. В озоновом слое находится почти 90% от всего мирового озона, и максимальное количество молекул озона в стратосфере, где концентрация озона самая большая, количество озона составляет 12 000 озоновых молекул на каждый 1 000 000 000 молекул воздуха (в т.ч., кислорода и азота).

Концентрация озона в атмосфере незначительна. Если весь озон осадить около поверхности Земли при нормальном давлении, то толщина слоя составит лишь 2 – 3 мм. Плотность озона распределяется неравномерно как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.

Стратосферный озон разрушается в результате антропогенного загрязнения атмосферы окислами азота, водорода, хлора, метана, фреоном. Озон обладает высокой окислительной активностью и легко вступает в химические соединения с другими веществами. Примеры химических реакций, которые уничтожают озон:

NO + O3 = NO2 + O2 НО2 + О = ОН + О2

Cl + O3 = ClO + O2 ClO + O= Cl + O2

ОН + О3 = НО2 + О2NO2 + O = NO + O2

Рассмотрим эти реакции. Обратим внимание на их левые части. Видим, что молекулы окислов азота, водорода и хлора гибнут, а в правой части этих реакций появились молекулы этих же газов. Значит, расхода озоноразрушающих газов не наблюдается. Эти реакции уничтожают молекулы озона и атомы кислорода, которые нужны для создания озона. Озоновый слой охватывает всю Землю, но его толщина сильно меняется, возрастая от экватора к полюсу.

Источником азотного, водородного и хлорного загрязнения атмосферы являются полеты авиации, космических кораблей, азотные удобрения, сжигание топлива, ядерные взрывы, запуски ракет, угледобыча, нефтедобыча и газодобыча и др. В популярной литературе слой озона очень часто называют волшебным щитом планеты. Это сравнение связано с оптическими свойствами молекулы озона, которые отличаются от свойств как составляющих его атомов (когда они существуют по отдельности), так и двухатомных молекул O2. Одной из наиболее важных оптических характеристик, какого–либо вещества является его спектр поглощения – изменение с длинной волны коэффициента поглощения, то есть способности поглощать проходящие через это вещество излучение. Спектр поглощения озона обладает несколькими важными особенностями, главной из них является способность сильно поглощать излучение в интервале длин волн 200–320 нм.

 

Значение озона в функционировании климатической системы

 

Озон и климат воздействуют друг на друга. Воздействие озона на климат проявляется, прежде всего, в изменении температуры. Чем больше озона в данном объёме воздуха, тем больше тепла он удерживает. Озон является источником тепла в стратосфере, поглощая ультрафиолетовое излучение солнца и восходящее инфракрасное излучение от тропосферы. Следовательно, уменьшение количества озона в стратосфере приводит к понижению температуры. А это в свою очередь приводит к истощению озона.

Самые крупные потери озона в Арктике и Антарктике происходят зимой и в начале весны, когда полярные стратосферные вихри изолируют воздух в своих пределах. Когда температура воздуха падает ниже -78 °С, формируются облака, состоящие изо льда, азотной и серной кислот. В результате химических реакций на поверхности ледяных кристаллов в облаках выделяются хлорфторуглероды. Из-за воздействия хлорфторуглерода начинается активный процесс разрушения озонового слоя, который приводит к образованию, так называемых «озоновых дыр».

Озон постоянно образуется и разрушается, однако при некоторых условиях, скорость его разрушения может превысить скорость образования. Как выяснилось, большое влияние на этот процесс оказывает человеческая деятельность. Как вещество крайне реактивное, озон вступает во взаимодействие с хлором, фтором, бромом, оксидом азота и другими веществами. В этом плане очень опасны фреоны, широко используемые в холодильниках, кондиционерах и аэрозольных баллончиках, а также в меньшей степени азотистые удобрения и вещества, возникающие при полетах высотной авиации и запусках ракет. Попадая в атмосферу, все эти изначально неопасные соединения медленно поднимаются вверх, пока не достигают озонового слоя, где оказываются под воздействием УФ излучения. Разлагаясь и высвобождая атомы хлора, брома, азота, они вступают во взаимодействие с озоном. При этом каждый атом хлора или брома разрушает молекулу озона, присоединяя атом кислорода.

Взаимодействие происходит по формуле:

O3+Y=YO+O2

YO+O=Y+O2

где Y=NO, OH, Cl, Br[13]

Впервые вопрос угрозы озоновому слою Земли поднялся еще в далеких 1960-х годах. Тогда считалось, что сверхзвуковые самолеты, выбрасывающие при полете выхлопные газы, состоящие из оксидов азота и водяных паров, могут серьезно повредить озоносфере. Также определенная опасность приписывалась азотным удобрениям. Но обе эти угрозы оказались незначительными. Сверхзвуковая авиация не нашла такого широкого применения, как предполагалось, и в настоящее время представлена только «Конкордом», совершающим рейсы над Атлантикой несколько раз в неделю, и военными самолетами. Азотные же удобрения нестойки и успевают разложиться прежде, чем достигнут стратосферы.

Распределение температуры контролирует динамические процессы в атмосферном газе. Таким образом, вся система циркуляции в стратосфере, включая и вертикальный перенос газа, зависит от распределения озона. И если под влиянием антропогенных процессов распределение озона заметно изменится, должна измениться вся картина динамических процессов, включая и взаимодействие стратосферы и тропосферы.

Расчеты с помощью атмосферных моделей показывают, что если повсеместно уменьшить концентрацию озона в два раза, то в мезосфере произойдет охлаждение атмосферного газа на 20° С. Это охлаждение в большей части стратосферы (18–40 км) составит 6 – 8° С, а на стыке тропосферы и стратосферы (7 – 18 км) составит 2 – 3° С.

Суть парникового эффекта состоит в том, что поверхность Земли поглощать энергию падающего на неё солнечного излучения (ближнего ультрафиолетового, видимого, инфракрасного – всего, которое до неё дошло, почти не поглотившись в воздухе) и переизлучает эту энергию в виде тепловых лучей сугубо в инфракрасной области. Если бы это инфракрасное излучение не поглощалось в атмосфере и не уходило назад в космическое пространство, на Земле было бы невыносимо холодно. Но этого не происходит потому, что большая часть переизлученной энергии не покидает нижних слоев атмосферы, а поглощается там облаками и различными малыми составляющими. Наиболее активны в этом поглощении две атмосферные составляющие – углекислый газ и пары воды.

В последние два десятилетия человечество все больше беспокоит проблема усиления парникового эффекта из–за увеличения в атмосфере количества CO2. Факт монотонного роста концентрации двуокиси углерода в тропосфере в результате человеческой деятельности (уменьшение площади лесов, сжигании органического топлива, и другие промышленные процессы) установлен с высокой степенью достоверности. Этот рост за последние 20 лет составляет 0,3 – 0,4% в год. Если тенденция роста CO2 в последующие десятилетия сохранится, то удвоение количества CO2 в атмосфере, которое существовало в доиндустриальную эру, должно произойти примерно в середине XXI в. Правда, наиболее оптимистические модели предсказывают такое удвоение лишь к 2100 г. Конечно, реальная картина будет зависеть, прежде всего, от того, как быстро будет расти потребляемое человечеством количество энергии и насколько удастся заменить существующие сегодня источники энергии новыми, чистыми в экологическом отношении.

 

Географическое распределение озона.

 

Озон постоянно образуется и распадается в атмосфере. Большая часть озона образуется в стратосфере (высокие слои атмосферы) в экваториальных районах. Однако если мы посмотрим на распределение озона по широтам Земли, то увидим, что как раз над экватором в стратосфере концентрация озона минимальна, она растёт по направлению к полюсам. Больше всего озона находится:

• в Северном полушарии на широте 65–75°

• в Южном полушарии на широте 60–65°

Возникает вопрос: «почему же так происходит?» Казалось бы, там, где озон в основном образуется, там его и должно быть больше всего. Дело в том, что в экваториальных широтах (как указано выше, высота озонового слоя там около 25 километров) озон не только образуется в больших количествах – он так же быстро и распадается. Потоки солнечного излучения разбивают молекулы озона, а также он разрушается и в результате реакций с атомарным кислородом. Среднее время жизни молекулы озона над экваториальными районами составляет всего несколько часов. Опускаясь из-за большей плотности и с нисходящими потоками в более нижние слои («озоновый дождь», о котором сказано выше), озон одновременно двигается с массами воздуха в направлении полюсов (такое движение воздушных масс от экватора к полюсам называется волнами России).

В более высоких широтах время жизни молекулы намного больше (в полярных районах молекула существует до распада в среднем сто суток), поэтому, несмотря на то, что озон образуется в высоких слоях экваториальной атмосферы, его содержание выше в более низких слоях атмосферы более высоких широт. Это правило (увеличение концентрации озона от тропических к полярным областям и от более высоких слоёв к более низким) носит название принципов Дютша–Добсона и Добсона-Норманда соответственно.

В течение суток концентрация озона растёт с утра до вечера. Это можно также объяснить тем, что ночью озон распадается, а необходимого для его образования потока солнечного излучения нет. В течение года минимум концентрации озона приходится на весенний период, а максимум – на осенний, при этом изменение концентрации по полушариям происходит зеркально, ведь когда у нас весна, в южном полушарии осень. Максимум содержания озона в северном полушарии совпадает с минимумом в южном.

Озоновый слой – главная защита Земли от чрезмерно интенсивного ультрафиолетового (УФ) солнечного излучения. Но, к сожалению, на протяжении вот уже более 20 лет во многих регионах мира, в том числе, в осенний и зимний периоды над странами Балтии, озоновый слой слишком «тонок». В результате увеличивается возможность заболевания раком кожи и катарактой глаз, ослабляется иммунитет, уменьшаются сельскохозяйственные урожаи, а также рыбные уловы и др. Результаты некоторых исследований свидетельствуют о том, что истончение озонового слоя сегодня практически остановилось, но другие говорят, что «озоновая дыра» в 2005 году достигла почти рекордных размеров. Таким образом, нужно думать, что именно этот и пара следующих годов в обновлении озонового слоя станут решающими. В защиту озонового слоя включились 189 стран мира, в том числе и Беларусь. Почти всем технологиям, в которых применяются вещества, утончающие озоновый слой, найдены альтернативы, и производство этих веществ, торговля ими и их использование стремительно уменьшается. Например, в 1986 году в мире было израсходовано примерно 1 100 000 тонн HFO или CFC (одно из наиболее распространенных веществ, утончающих озоновый слой, называемое также фреоном), а в 2001 году общее количество потребленного HFO составило только примерно 110 000 тонн. Ученые прогнозируют, что если будут соблюдены реализуемые сегодня мероприятия по защите озонового слоя, озоновый слой обновится и восстановит свое нормальное состояние к 2050–2060 годам.

 

Озоновые дыры: причины их возникновения. Антропогенное воздействвие на озоносферу

 

Впервые «озоновую дыру» обнаружили над Антарктидой. В 1984 г. Джордж Фарман, член Британской антарктической экспедиции отметил снижение концентрации стратосферного озона над станцией Халли-Бей в Антарктиде на 40%. При уточнении данных со спутника Nimbus (США), выяснилось, что сокращение концентрации озона над Антарктидой продолжается уже 10 лет. В 1985 г. был впервые опубликован доклад о том, что над Антарктикой имеется зона, испытывающая дефицит в озоне, причем зона эта растет уже с 1980 г. Это моментально стало сенсацией, и в прессе впервые возник термин «озоновая дыра». Он, конечно же, некорректный, так как и речи идти не может, чтобы какая-либо область на Земле полностью оказалась без озоновой защиты. [15]

Озоновая «дыра» существует не постоянно. Она появляется в начале антарктической весны в середине октября и исчезает через месяц. На высотах 13–24 км озоновый слой разрушается полностью, а на других сильно уменьшается. Общая потеря озона может достигать 97%, а размер «дыры» нескольких миллионов квадратных километров. «Озоновая дыра» означает лишь, что ежегодное весеннее уменьшение количества озона над Антарктидой превысило норму.

Озоновая дыра расположена именно над Антарктидой потому, что над Южным полюсом находится самая холодная атмосфера на нашей планете. Во время полярной ночи она еще охлаждается, и в стратосфере формируются ледяные облака. Кроме того, образование озона возможно только под действием ультрафиолета, отсутствующего во время поляной ночи. Устойчивые зимние вихри над полюсом препятствуют проникновению озона из более теплых широт. С наступлением же весны облака нагреваются под воздействием Солнца, и в атмосфере начинают происходить химические процессы, сильно отличающиеся от таковых в умеренных широтах. Содержание озона из-за климатических процессов значительно снижено, и озоновому слою вредит даже малое количество хлора и фтора. Содержание этих веществ над Антарктикой не уступает другим регионам планеты, а окислов азота, связывающих хлор и способных таким образом прекратить цепную реакцию разрушения озона, там из-за низкой температуры не хватает. Активное выделение азота начинается только поздней весной и летом, когда на облака попадает достаточно солнечного света. Поэтому разрушение озона прекращается до следующей весны.

О «дыре» говорят тогда, когда дефицит озона превышает 30%. С начала 90-х годов озоновая дыра постепенно увеличивалась, и к 2000 г. достигла берегов Новой Зеландии и города Пунта-Аренас в Чили. С начала тысячелетия рост ее прекратился, и сейчас ситуация определяется учеными как стабильная. По их прогнозам, при текущем уровне загрязнения атмосферы, уменьшение дыры может начаться только через 50–60 лет. Однако одновременно с этим отмечается и появление озоновой дыры над Арктическим регионом. Она значительно меньше, чем Антарктическая (чья площадь сравнима с площадью Северной Америки), и поэтому называется локальной. Еще одна такая же локальная дыра периодически отмечается над Центральной Азией. Уже само это сигнализирует, что появление озоновых дыр стало обычным явлением. Сразу же после обнаружения первой озоновой дыры были приняты решительные меры по восстановлению озонового слоя. В сентябре 1987 г. в Монреале 23 странами была подписана конвенция по сокращению и дальнейшему прекращению использования веществ, наносящих вред озоновому слою Земли. С тех пор к конвенции присоединились и другие страны, и сейчас их количество достигает 200. Многие страны ведут разработки в этом направлении, и мы можем надеяться, что скоро проблема все же будет решена. Оценки исследователей, журналистов и просто интересующихся разнообразны и зачастую противоречивы. Наряду с паникой из-за озоновых дыр, бытует и мнение, что весь ажиотаж вокруг этого вопроса надуманный. Запрет производства хлорфторуглеродов приводит к значительным убыткам компаний, производящих их. Еще в начале 90-х такие потрясения в химической промышленности казались многим неслучайными.

Можно сказать, что загрязнения – это поступление в окружающую среду каких-либо веществ или энергии в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия начинают наносить ущерб людям и окружающей среде. Легко распространяясь от одних компонентов системы жизнеобеспечения к другим, в той или иной степени влияет на все параметры среды – антропогенные и природные, физические и биотические. Еще в начале шестидесятых годов считали, что загрязнение атмосферы – это локальная проблема больших городов и индустриальных центров, но позже стало ясно, что атмосферные загрязнители способны распространяться по воздуху на большие расстояния, оказывая неблагоприятное воздействие на районы, находящиеся на значительном удалении от места выброса этих веществ.

На сегодняшний момент можно сделать несколько выводов:

· Во-первых, атмосфера над Антарктидой, особенно в зимнее время имеет ряд уникальных особенностей. Там существует так называемый циркумполярный вихрь, который практически изолирует её от остальной атмосферы Земли (над Арктикой тоже возможно образование такого вихря, но здесь он гораздо менее устойчив, возникает не всегда и не так надолго). Из-за этого вихря естественный процесс переноса озона от тропических областей не работает, озон разрушается, но нет притока, компенсирующего это разрушение.

· Во-вторых, температура воздуха в антарктической стратосфере очень низка (в нижних слоях в ночные часы ниже -80 °C.

· В-третьих, внутри циркумполярного вихря в стратосфере аномально низко содержание соединений азота и водяного пара и в то же время велико содержание компонентов хлорного цикла (может достигать десятикратной величины от концентрации этих компонентов «за стенками» вихря). Это вызывает процессы, приводящие к повышенной эффективности разложению озона компонентами обычного хлорного цикла (соединения азота нейтрализуют активные радикалы хлора) и даже к образованию специального, «димерного» хлорного цикла (он возможен только при низком содержании оксида азота).

С наступлением весны разрушается циркумполярный вихрь, повышается температура стратосферы над Антарктидой, растёт содержание в ней соединений азота и водяного пара, прекращается димерный хлорный цикл, к южному полюсу поступает озон из более низких широт и концентрация этого газа приходит в норму. Кроме антропогенных источников хлора, большое значение для атмосферы над Антарктидой имеет постоянно действующий вулкан Эребус. Он может выбрасывать до 90 тонн хлороводорода в день. Из написанного выше можно сделать вывод, что образование «озоновой дыры» – процесс в значительной мере естественный, не связанный исключительно с вредным воздействием человеческой цивилизации. В первую очередь играет роль образование циркумполярного вихря. В 1988-м году, когда этот вихрь существовал удивительно короткое время, озоновой дыры над Антарктидой практически не было.

В.Л. Сывороткин разработал альтернативную гипотезу, согласно которой озоновый слой уменьшается по естественным причинам. Известно, что цикл разрушения озона хлором не единственный. Существуют также азотный и водородный циклы разрушения озона. Именно водород – «главный газ Земли». Основные его запасы сосредоточены в ядре планеты и через систему глубинных разломов (рифтов) поступают в атмосферу. По примерным оценкам, природного водорода в десятки тысяч раз больше, чем хлора в техногенных фреонах. Однако решающим фактором в пользу водородной гипотезы Сывороткин В.Л. считает то, что очаги озоновых аномалий всегда располагаются над центрами водородной дегазации Земли.

Как показывает в своей работе Владимир Сывороткин, у огромных озоновых дыр над Антарктидой и прорех над Северным полушарием есть более существенные источники, нежели распыленный из баллончиков с аэрозольными дезодорантами или испарившийся из морозильной камеры фреон. Озоноразрушающими газами «дышит» Земля, причем количество таких газов, в первую очередь водорода, выбрасываемых естественным образом, несопоставимо с техногенными утечками.

Истощение озонового слоя планеты ведет к разрушению сложившегося биогенеза океана вследствие гибели планктона в экваториальной зоне, угнетению роста растений, резкому увеличению глазных и раковых заболеваний, а также болезней, связанных с ослаблением иммунной системы человека и животных, повышению окислительной способности атмосферы, коррозии материалов и т.д. Так, 5%- е уменьшение содержания озона увеличит на 14% вероятность заболевания блазальной клеточной карциномой – наиболее распространенной формой немеланомного рака кожи, и на 25% – плоскостной клеточной карциномой – его разновидностью, наиболее часто приводящей к смертельному исходу.

Сознавая важность защиты озонового слоя для сохранения жизни на земле, Республика Беларусь в числе первых подписала и ратифицировала Венскую конвенцию об охране озонового слоя и Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В законе Республики Беларусь «Об охране окружающей среды» и «Об охране атмосферного воздуха» закреплены требования о сокращении и последующем прекращении использования химических веществ, оказывающих вредное воздействие на озоновый слой.

Сенсацией в научном мире стало внезапное исчезновение в 1997–1998 гг. самого популярного у исследователей глобального климатического явления – течения Эль-Ниньо (в переводе с испанского «младенец»). Это течение, в значительной мере определявшее климат и южной части Атлантики, прославилось своим «по-младенчески капризным» нравом – практически ежегодными переменами характеристик, которые отражались на климате, урожайности и жизни десятков миллионов людей обширного региона, охватывающего большинство стран Южной и Центральной Америки. Еще более драматические последствия для климата планеты может иметь его исчезновение. Поэтому ученые всех стран бьются над разгадкой этого глобального события.

Анализ многолетних данных по количеству осадков, температурам поверхности океана и скорости ветров в этой части Атлантического океана позволяет сегодня утверждать, что «кончина» Эль-Ниньо – это действительно беспрецедентное (в современной истории) явление. Его основной причиной могло стать необычное усиление восточных ветров над Тихим океаном, послужившее «спусковым крючком» крупномасштабных процессов в Мировом океане Эль-Ниньо влияет на скорость вращения Земли с задержкой в 1–2 месяца после его возникновения, поскольку в атмосфере тепло распространяется медленнее, чем в воде.

Заключение

Озоновый экран в атмосфере играет очень большую роль: озон поглощает большую часть ультрафиолетовых лучей, губительных в больших количествах для живых организмов. Он защищает земную поверхность от охлаждения. Незначительные дозы ультрафиолетовой радиации, пропускаемой озоновым экраном, убивают микроорганизмы, но благоприятно влияют на организм человека.

В связи с поступлением в зону Озонового слоя окислов азота и фреонов, озон разрушается. В результате этого, в Озоновый слой периодически образуются огромные бреши – «дыры» (например, над Антарктидой), через которые свободно проникают ультрафиолетовые и другие космические лучи, что увеличивает опасность нарушения основных жизненных процессов на Земле.

В последнюю треть XX века обнаружено утоньшение озонового экрана и появление в нем дыр, в частности над Антарктидой, что связано с выделением в атмосферу промышленных и бытовых отходов, вызывающих многочисленные реакции замещения озона. Сокращение озона связано с чрезмерным поступлением в атмосферу хлора и хлорсодержащих соединений, в частности фреонов, которые широко используются в холодильных установках; сокращение количества озона связано и с использованием азота.

Первая проблема – потепление климата, изменение атмосферной циркуляции.

Вторая – загрязнение атмосферы в результате человеческой деятельности. Вся проблема заключается в том, какое соотношение между этими двумя факторами, которые определяют влияние на озоновый слой.

 

Заключение

В ходе прохождения научно-педагогической практики на кафедре зоологии РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева в период с 1.09.2011 г. по 23.09.2011 г. были успешно освоены основные навыки преподавания и проведения как теоретических, так и практических занятий, а также воспитательного мероприятия.

Также была освоена методика подготовки к занятиям, разработка календарно-тематических планов, учебно-методических комплексов, а также работа с соответствующей документацией и составление психолого-педагогической характеристики группы студентов.

Были разработаны и применены собственные планы как лекционных, так и лабораторно-практических занятий.