Озоновый щит Земли
методическая разработка по географии (6 класс) по теме

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

 средняя общеобразовательная школа №22

города Южно - Сахалинска

«Озоновый щит Земли»

Материал к уроку по теме «Атмосфера»  

 разработала: учитель географии                                                            

Захаренко Анна Янкелевна

г. Южно – Сахалинск  2013год

Оглавление:

1. Введение. «Современное состояние экологии: причины и перспективы предотвращения экологической катастрофы»……………………………………..3
2. Атмосфера.………………………………………………………………...5

2.1. Атмосферные слои………………………………………………………….5

2.2. Как образуется озон………………………………………………………..6

3.Защитная роль озонового слоя………………………………………………. 6

3.1.Химические и биологические свойства…………………………………….6

3.2.Условия образования озона………………………………………………...7

 4. Устойчивость «озонового щита»………………………………………………8

4.1.Что будет, если озон исчезнет?...................................................................8

4.2.Истощение озонового слоя………………………………………………….8

4.3.Понятие «озоновая дыра»…………………………………………………..9

5.Причины разрушения «озонового щита»……………………………………10

5.1.Влияние результатов человеческой деятельности………………………..11

5.2.Природные факторы………………………………………………………..12

5.3.Защита озонового слоя……………………………………………………..12

Заключение. «Пути решения проблемы»……………………………………………13

Литература……………………………………………………………………………..14

Приложение…………………………………………………………………………… 15

1. Введение

«Можно, пожалуй, сказать, что назначение

человека как бы заключается в том, чтобы

уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Ж.Б.Ламарк  (французский учёный-естествоиспытатель)

Как не прискорбны слова Ламарка, но они отражают современное опасное вмешательство высокоиндустриального общества в природу. С возникновением человеческой цивилизации появился новый фактор, влияющий на судьбу живой природы. Пять миллиардов наших современников оказывают на природу такое же по масштабам воздействие, какое могли оказать люди каменного века, если бы их численность составила 50 миллиардов человек.

Опасность вмешательства в природу заключается:

1.Биосфера Земли подвергается нарастающему влиянию человека на природу.

2.Повышается расход невозобновляемого сырья.

3.Выбывают из экономики пахотные земли из-за строительства ГЭС, городов, заводов.

4.Прогрессирует накопление углекислого газа в атмосфере  повышение среднегодовой температуры на планете.

В результате перед обществом возникла дилемма:

–  либо бездушно катиться к неизбежной гибели в надвигающейся  экологической катастрофе;

–  либо сознательно использовать могучие силы науки и техники для

защиты природы и самого человека.

Угроза экологического кризиса требует непрерывного экологического образования и просвещения людей. Мы должны знать, что оказывает существенное влияние на наше здоровье:

Динамика факторов к 2008 году:

Характеризуя современное состояние экологии, как критическое, можно выделить главные причины, которые ведут к экологической катастрофе:

1. Загрязнение, отравление среды обитания.
2. Обеднение атмосферы кислородом; озоновые дыры.

Цель: обобщение литературных данных о причинных и последствиях разрушения озонового слоя, являющегося «щитом» Земли, а также способах решения проблемы образования «озоновых дыр».

Гипотеза исследования если  люди  изучат  данную проблему, то будут знать:

Как защитить нашу планету Земля!

Задачи:

1.Изучить литературу по вопросу «Атмосфера»

2.Познакомиться с проблемой и причинами истощения озонового слоя

3.Разработать памятку:  О ЗАЩИТЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ!

Методы:

- анализ

-анкетирование

2. Атмосфера

Атмосфера – внешняя оболочка биосферы, масса ее ничтожна – всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Современный газовый состав атмосферы – результат длительного исторического развития земного шара: смесь компонентов: азот – 78,09%, кислород – 20,95%. Газы:  аргон – 0,93%, углекислый газ – 0,03%, инертные газы (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиак, метан, озон, диоксиды серы и др. Твердые частицы – продукты горения,  вулканической деятельности, частицы почвы, космическая пыль. Водяной пар, продукты растительного, животного и микробного происхождения. Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа: кислород, углекислый газ и азот.

                    2.1. Атмосферные слои

Атмосферные слои – результат воздействия излучения Солнца на атмосферу.

а) Ионосфера –это верхний слой атмосферы, от 50–809 км до 1000 км, характеризующийся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Причина существования ионосферы – разложение на ионы и электроны (ионизация) молекул атмосферных газов под действием РГ и УФ.

б) Стратосферный озоновый слой – слой на высоте 10–15 км, отличающийся повышенной концентрацией озона. Озон образуется при поглощении кислородом УФ излучения.

Часть двухатомных молекул кислорода разлагается на атомы:

О2 + h   О +О , которые присоединяются к сохранившимся молекулам:

О + О2  О3 и образуется трехатомная молекула озона.

Одновременно происходит обратный процесс превращения озона в кислород:

О + О3  2О2 ;  О3 + h   О2 + О. Поэтому усредненная концентрация озона в течение длительного времени остается постоянной.

в) Тропосфера – слой вблизи поверхности Земли отличается повышенной концентрацией озона. Основной причиной образования озона является распад на атомы молекул газов, образующихся при сгорании топлива с последующим образованием озона под воздействием видимого излучения, при разряде молнии. Тропосферный озон характеризуется термином «плохой» озон, так как озон в больших количествах вреден для дыхания.

Наиболее типичным и основным по массе органических загрязнителей атмосферы является СН4.

2.2.Как образуется озон

Озон представляет собой едкий, слегка голубоватый газ. Его молекула состоит из трех атомов кислорода (O3), так что озон является “химическим родственником”более стабильного и изобилующего в атмосфере вещества, необходимого для дыхания человека, состоящего из двух атомов кислорода (О2). Озон образуется, когда молекула кислорода распадается на атомы под воздействием солнечного ультрафиолетового излучения. Атомы кислорода вступают в связь с молекулами кислорода, при этом образуется озон (О+ О2—>O3).

3. Защитная роль озонового слоя

Озон открыт сравнительно недавно, 150 лет назад. И с самого начала удивил ученых своими свойствами. С одной стороны, высокая окислительная способность, с другой – избыток внутренней энергии. Озон входит в шестерку самых опасных для биологических видов веществ; в то же время существует озонотерапия для лечения некоторых заболеваний.

3.1. Химические и биологические особенности озона

Озон является модификацией кислорода. Характер химических связей в озоне обуславливает его неустойчивость: через определенное время озон самопроизвольно переходит в кислород  и высокую окислительную способность (озон способен на ряд реакций, в которые молекулярный кислород не вступает). Окислительное действие озона на органические вещества связано с образованием радикалов.  Эти радикалы вызывают цепные реакции с органическими молекулами (липидами, белками, нуклеиновыми кислотами), что приводит к гибели клеток. Применение озона для стерилизации питьевой воды основано на его способности убивать  микробы. Озон не безразличен и для высших организмов.

 Длительное пребывание в атмосфере, содержащей озон (кабинет физиотерапии, кварцевании) может вызвать тяжелые нарушения нервной системы. Поэтому, озон в больших дозах является токсичным газом.

3.2. Условия образования озона

Известно, что основная часть природного озона сосредоточена в стратосфере на высоте от 15 до 50 км над поверхностью Земли.

Процесс образования и разложения озона называют циклом Чемпена. Результатом процессов в цикле является переход солнечной энергии в теплоту. Озоновый цикл ответственен за повышение температуры на высоте 15 км.

В слое ниже 15 км озон заносится из вышележащих слоев при перемешивании воздуха. Возрастание содержания озона с высотой практически не сказывается на доле азота и кислорода, так как в сравнении с ними озона в верхних слоях очень мало. Если бы можно было сосредоточить весь атмосферный озон под нормальным давлением, он образовал бы слой только толщиной 3 мм, хотя общее его количество составляет 3 млрд. тонн.

Озон поглощает часть УФ излучения Солнца: причем широкая полоса его поглощения (длина волны 200 – 300 нм) включает и губительное для всего живого на Земле излучение. Это защитное свойство озона было изучено уже в начале XX века, в 50-е годы, когда ученые активно изучали атмосферу.

Было выяснено, озон сам является климатообразующим фактором. Поскольку прогревает стратосферу, являющуюся «крышкой котла», в котором «варится» погода. Если озона мало, «крышка поднимается», и меняется климат. Есть еще одна функция озонового слоя: передавать слабые космические воздействия – солнечный «ветер», изменения магнитного поля и т.д. – через озон на Землю. Все это влияет на климат.

4. Устойчивость «озонового щита»

Ученые выяснили, что защитная система планеты очень «нежна и хрупка». Причем реставрация озонового слоя происходит крайне медленно. Он уязвим перед природными воздействиями и антропогенными факторами.

4.1.Если озон исчезнет

Излучение, которое задерживается озоном, достигнет Земли. И человечество получило бы большую дозу облучения. Невосполнимый ущерб наносился бы и окружающей среде. УФ излучение вредно для планктона, мальков, креветок, обитающих на поверхности океана. Даже пластмасса портится от УФ излучения. По мнению врачей, каждый потерянный процент озона в масштабах планеты вызывает до 150 тыс. дополнительных случаев слепоты из-за катаракты, на 2,6 процента увеличивается количество раковых заболеваний кожи (меланома).

Значительно возрастает количество болезней, вызванных ослаблением иммунной системы человека.

Так как озон, поглощая солнечную радиацию, повышает температуру тех слоев атмосферы, в которых он находится, то его исчезновение приведет к понижению температуры атмосферы. Исчезновение озона обострит проблему «загрязнения» солнечного спектра жесткими, вредными для всего живого УФ лучами.

4.2.Истощение озонового слоя

В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение «озонового щита».

 Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты. В 1985 году было обнаружено, что содержание озона в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 г. по 1985 г. на 40%.

Эта область простирается за пределы Антарктиды и на высоте охватывает слой от 12 до 24 км, то есть значительную часть нижней стратосферы. Фактически это означало, что в полярной атмосфере имеется «озоновая дыра».

В начале 80-х аналогичная дыра была обнаружена и в Арктике, правда, она охватывала меньшую площадь, и падение уровня озона невелико – 9%.

Это открытие обеспокоило ученых, поскольку из него следовало, что защитный озон Земли находится в большой опасности.

Феномен Антарктической «озоновой дыры» пока не понятен: то ли «дыра» возникла в результате антропогенного загрязнения атмосферы, то ли это естественный геоастрофизический процесс.

4.3.Понятие озоновой дыры

Прежде всего следует уяснить, что озоновая дыра – это не брешь в атмосфере.

 В 1985 году британские ученые на Южном полюсе обнаружили, что во время антарктической весны уровень озона в атмосфере ниже нормы. Ежегодно в одно и то же время количество озона уменьшается в разной степени.

 Подобные, но не столь ярко выраженные озоновые дыры, появлялись также над Северным полюсом во время арктической весны.

 Ученые выяснили, отчего появляется озоновая дыра. В долгую полярную ночь происходит резкое падение температуры и образуются высокие стратосферные облака, содержащие кристаллики льда.

Их появление вызывает серию сложных химических реакций, приводящих к накоплению молекулярного хлора.

Весной под действием УФ Солнца происходит разрыв внутримолекулярных связей и в атмосферу устремляется поток атомов хлора. Эти атомы выступают в роли катализаторов реакций превращения озона в простой кислород.

Причем исходные атомы хлора остаются в свободном состоянии и снова участвуют в этом процессе: одна молекула хлора разрушает миллион молекул озона. Поэтому озон начинает исчезать из атмосферы над Антарктидой, образуя озоновую дыру.

5. Причины разрушения озонового слоя

Различные точки зрения на происхождение «озоновых дыр» говорят о том, что причины их возникновения до конца не выяснены.

5.1. Результаты человеческой деятельности

Есть множество причин ослабления озонового щита.

1. Это запуски космических ракет. Сгорающее топливо «выжигает» в озоновом слое большие дыры. Предполагалось, что они затягиваются, но оказалось нет.
2. Самолеты, летающие на высоте 12–15 км. Выбрасываемый ими пар и другие вещества разрушают озон. Но в то же время самолеты, летающие ниже 12 км, дают прибавку озона.
3. Оксиды азота. Их выбрасывают самолеты, но больше всего их выделяется с поверхности почвы, особенно при разложении азотных удобрений.
4. Хлор и его соединения. До 700 тысяч тонн этого газа поступает в атмосферу прежде всего от разложения фреонов (хлорфторуглероды или углеводороды, в которых атомы водорода заменены фтором и хлором).

Фреоны –  это не вступающие у поверхности Земли ни в какие химические реакции газы, кипящие при комнатной температуре, а поэтому резко увеличивающие свой объем, что делает их хорошими распылителями.

При расширении снижается температура фреонов, поэтому их широко используют в холодильниках и кондиционерах. Аэрозольные баллончики, как средства химической чистки, тушение пожаров, на транспорте, как пенообразователи – мировое производство этих веществ достигло почти 1,5 млн.т.

Будучи легколетучими и довольно устойчивыми к химическим воздействиям, фреоны после использования  попадают в атмосферу и могут там находиться до 75 лет, достигая высоты озонового слоя. Здесь под действием солнечного света они разлагаются, выделяя атомарный хлор, который и служит «разрушителем» озона. Один атом хлора способен превратить в кислород 100000 молекул озона, причем сам хлор не уничтожается.

Предполагается, что из-за разрушительного действия хлора и аналогичного действия брома к концу 1990-х годов концентрация озона в стратосфере снизилась на 10%.

Если кондиционер работает, он не разрушает озон. Но когда при ремонте загрязненный фреон выпускают, он попадет в атмосферу – это называется вторичным загрязнением. 85% всего фреона приходится на аэрозольные упаковки, 15% в холодильниках и кондиционерах. Использование фреонов таково, что 95% их попадает а атмосферу через 1–2 года после производства. Это 5,27 млн.т. + 7,75 млн.т. в 1981 г. рано или поздно должно поступить в стратосферу и включиться в цикл разрушения озона.

5.2.Природные факторы истощения озонового слоя

Ученые считают, что сильное извержение вулканов влияет на уменьшение содержания озона. В 1982 г. в Мексике сильное извержение вулкана Эль-Чичон вызвало в Северном полушарии падение содержания озона на 10%.

 В 1992 г. на Филиппинах произошло одно из мощных в XX веке извержение вулкана Пинатубо. Выброшенный пепел выпал на большой площади, а мельчайшие его частицы образовали огромное облако, опоясавшее весь земной шар по экватору. В его центральной части содержалось мало озона, а по краям – много диоксида серы, которого при извержении было выброшено более 20 млн. тонн.

Пепловое облако вулкана Пинатубо, как и вулкана Кракатау в 1883 году привело к некоторому понижению температуры, так как пепловые частицы образуют экран, задерживающий солнечный свет.

С комических спутников было зарегистрировано присутствие в атмосфере соединений хлора в больших концентрациях и других «неполезных» газов.

Проведенные исследования показали наличие фреонов в пробах воздуха над вулканом Масайя, в пузырьках воздуха антаркитческого льда возрастом 2000 лет, в воде, извлеченной в 1982 г. с глубины 4000 метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине 4500 м у берегов Антарктиды. Эти факты свидетельствуют о геологическом источнике разрушения озонового слоя.

Было установлено, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых других частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору большую эффективность в процессе разрушения ими озона.

5.3.Защита озонового слоя

16 сентября –  День защиты озонового слоя. В этот день в 1985 году передовые страны, обеспокоенные истощением озонового слоя, приняли Венскую конвенцию о его защите.

По данным исследователей, без принятия мер по Венской конвенции об охране окружающей среды и Монреальскому протоколу по веществам, разрушающим озоновый слой, к 2050 году истощение озонового слоя достигло бы 50% в средних широтах и 70% в северных. Это примерно в десять раз хуже текущего состояния.

Редкий случай! Это единственные экологические соглашения, где все страны были едины, несмотря на то, что проблема не так уж очевидна для неспециалистов. Тем не менее, совсем недавно в Монреале 200 стран, почти все члены ООН, что невиданно, подписали поправку к Монреальскому протоколу о том, что надо ускорить процесс вывода из обращения озоноопасных веществ.

 Заключение: Пути решения проблемы

1. Чтобы начать глобальное восстановление нужно уменьшить доступ в атмосферу всех веществ, которые очень быстро уничтожают озон и долго там хранятся.
2. Все люди должны понимать и помочь природе включить процесс восстановления озонового слоя. Нужны новые посадки лесов, хватит вырубать лес для других стран, которые почему-то не хотят вырубать свой, а делают на нашем лесе деньги.
3. Для восстановления озонового слоя нужно его подпитывать. Российский консорциум «Интерозон» предлагает производить озон непосредственно в атмосфере. Планируется поднять на высоту 15 км аэростаты с инфракрасными лазерами для получения озона из двухатомного кислорода. В дальнейшем предполагается на высоте 400 км использовать космические платформы с источниками энергии и лазерами, лучи которых будут направлены в центр озонового слоя и станут постоянно его подпитывать. Осуществится ли грандиозный проект – покажет время.
4. Принимая во внимание чрезвычайность ситуации необходимо расширить экспериментальные исследования по проблеме сохранения озонового слоя.

Памятка для учащихся школ по сохранению озонового слоя Земли. (Приложение1)

Литература

1.Е.А.Криксунов, В.В.Пасечник, А.П.Сидорин  «Экология». – «Дрофа», 1995 год.

2.К.Н.Зеленин «Органические вещества атмосферы». Саровский образовательный журнал, 1998 г. №4.

3.Страны и народы: Земля и человечество. Глобальные проблемы.Фролов И.Г. М.: Мысль, 1982

4.Популярный научный сайт http:/ www. elementy. ru.

5.Интернет-журнал www. vestnik.com.

6.Энциклопедический словарь юного географа-краеведа.─ М.:«Педагошка», 1981.

Приложение 1

Памятка для учащихся школ по сохранению озонового слоя Земли.

1. Сохранение озонового слоя, а значит и все нашей планеты, - дело каждого человека. Поэтому не думайте, что от вас ничего не зависит.

2. Наиболее опасными для озонового слоя являются фреоны, производство которых приводит к образованию «озоновых дыр». Потому, покупая кондиционер или холодильник, обратите внимание, на чем работает компрессор. Фреон R-22 с 2010 года запрещен во многих странах, поэтому приобретая устаревшую технику, вы заведомо наносите вред атмосфере.

3.Огромный вред наносят озоновому слою земли всевозможные спреи и аэрозоли. Старайтесь сократить до минимума использование химических средств в баллончиках, таких как дезодоранты, лаки для волос, освежители воздуха, полироли и т.д.

4.Не секрет, что одним из основных загрязнителей являются выхлопные газы автомобилей. Старайтесь поменьше ездить на личном автотранспорте, предпочитая ему общественный или, что еще лучше, велосипед. По возможности вообще откажитесь от автомобиля.

5.Зеленый насаждения обогащают воздух кислородом и препятствуют разрушению озонового слоя. Поэтому посадите дерево или несколько деревьев возле дома, в саду, на даче. Участвуйте в озеленении собственного города.

6.Сократите количество отходов и мусора, ведь их переработка нанесет непоправимый вред атмосфере. Поэтому пользуйтесь экологически чистыми сумками, отказавшись от полиэтилена. Отдавайте предпочтение развесному, а не упакованному товару. Выбирайте товар, содержащий экологическую маркировку. Установите фильтр для воды, отказавшись, таким образом, от покупки бутилированной. Старую обувь, одежду и другие вещи старайтесь раздавать или продавать, воспользовавшись специальными ресурсами, а не отправлять на свалку.