Экология
региональное природопользование

Поля

Фототермическая защита Земли атмосферой

В настоящее время принято считать, что биосфера (как часть среды обитания живых организмов) включает верхние горизонты твердой составляющей Земли (литосфера), водное пространство (гидросфера), приземной слой воздуха (тропосфера 8—12 км). На высоте 12—40 км от поверхности Земли расположена стратосфера, в которой наблюдается повышенное содержание трехатомного кислорода (озона). Этот газ является очень сильным окислителем, в верхних слоях атмосферы (стратосферы) он образуется под действием ультрафиолетового излучения (УФИ). В природных условиях озон может локально образовываться в нижних слоях атмосферы при наличии ионизирующего излучения или при электрическом разряде во время грозы.

Благодаря наличию озонового слоя поверхности Земли достигает жизненно важный поток солнечной радиации. Одной из характеристик, определяющих защитные свойства атмосферы и спектр солнечного излучения на поверхности Земли, является зависимость температуры атмосферы от высоты

Материальное и энергетическое загрязнение земной поверхности в основном определяет состояние стратосферы.В стратосфере основная масса озона сосредоточена на высоте 20—25 км. Толщина озонового слоя, приведенного к нормальному давлению (760 мм рт. ст.), при температуре 15 °С составляет 3 мм.

Основным свойством озонового слоя атмосферы является его способность поглощать наиболее биологически активные инфракрасное и ультрафиолетовое излучения Солнца.

Для биообъектов основное значение имеет излучение в коротковолновой части спектра, в частности УФИ, способное вызвать разрушительные фотохимические процессы на молекулярном уровне.

Принято считать, что УФИ делится на три биологические зоны:

  1. Зона «С» 220—280 нм ионизирующее излучение; именно оно полностью поглощается озоновым слоем и обладает деструктивным биологическим эффектом.
  2. Зона «В» 280—320 нм биологически активное излучение, пропускаемое озоновым слоем. В общем случае УФИ «В» обладает конструктивным (жизнеобеспечивающим) действием. Одновременно это наиболее «коварная» зона, обладающая слабым ионизирующим действием. При передозировке излучения, получаемого биообъектом, возможны разрушительные процессы, подобные действию зоны «С».
  3. Зона «А» 320—400 нм. Мягкое УФИ, не вызывающее биологически отрицательных реакций, используется в качестве лечебного излучения (укрепляющая физиотерапия).

Из изложенного выше ясно, что если по какимлибо причинам озоновый слой будет исчезать, то это приведет к проникновению на Землю УФИ зоны «С» и существенному увеличению интенсивности УФИ зоны «В».

Естественный процесс может нарушаться при появлении в стратосфере водорода, галогенидов, оксидов азота и углерода. В их присутствии фотохимические реакции разрушения озона носят каталитический характер.

Содержание озона в атмосфере за последние 20 лет уменьшилось примерно на 7%. Эта опасная тенденция, по мнению некоторых специалистов, уже привела к увеличению числа раковых заболеваний, поскольку УФИ «С» и частично «В» разрушают генетический аппарат клетки, нарушают структуру мембран и т. д.

Причина обсуждаемого явления загрязнение атмосферы фторированными и хлорированными углеводородами и метаном. Углеводороды появляются в результате потерь теплоносителей в холодильниках и кондиционерах, при производстве пластмасс и пенопластов; разнообразные аэрозоли также вносят свой вклад в загрязнение атмосферы. Метан уходит в атмосферу при добыче природного газа и нефти, обычно больше при добыче нефти. Метан растворен в нефти и при выходе ее из скважины вьщеляется в атмосферу. Этот так называемый попутный газ в лучшем случае сжигают на месте добычи нефти, а часто его просто выбрасывают. Метан может попадать в атмосферу и в результате природных процессов (из вулканов), а также как продукт жизнедеятельности.

В стратосфере метан не взаимодействует с кислородом, но окисляется озоном. Водяные пары превращаются в кристаллики льда, на них совершается каталитический процесс разложения фтор и хлорсодержащих углеводородов с выделением элементарного хлора. Хлор вступает в химическую реакцию с озоном. В итоге скорость уничтожения озона оказывается больше скорости его образования в ходе естественных процессов. Попадая в стратосферу, хлористые соединения под действия УФизлучения разлагаются и выделяют свободный галоген, который и играет роль катализатора при разрушении озона.

Оригинальная гипотеза о связи озоновых аномалий с разломами земной коры и дегазацией Земли выдвинута В.Л. Сывороткиным (МГУ), однако эта гипотеза нуждается в дальнейшей проработке. Проблема «озоновых дыр» это очень сложная и во многом противоречивая проблема. Например, чл. корр. РАН А.П. Капица считает, что главным фактором возникновения «озоновых дыр» могут быть природные, естественные причины. Опасность техногенных факторов для человечества значительно преувеличена, и огромные затраты на реконструкцию промышленности, которые лягут на плечи потребителя, неоправданны имоглибы значительно эффективнее использоваться для решения других экологических проблем.

Однако проблема чрезвычайно актуальна, разрушители озона известны, решение проблемы приведет к новому этапу познания мироздания и научнотехническому прогрессу. Так, в России производители холодильной техники приступили к замене фреонов на озонобезопасные вещества: пропанобутановую смесь, вспениватель с циклопентаном, хладагент ГФУ134а. Во Всероссийском институте легких сплавов (ВИЛС) удалось добиться экологически чистого производства холодильных установок, основанного на использовании эффекта Пельтье. В этом случае при пропускании электрического тока через полупроводниковую систему на одной обкладке кристалла возникает тепло, а на другой холод. Чем интенсивнее сбрасывается тепло, тем быстрее растет холод. В новом агрегате нет ни электродвигателя, ни компрессора, что позволяет почти вдвое экономить электроэнергию, а долговечность полупроводниковых элементов повышает его надежность.

Российские физики (Институт общей физики РАН) предложили уничтожить сам источник разрушения озона, организовать глобальную очистку атмосферы от фреонов, воздействуя на нее микроволновым разрядом. Образовавшаяся плазма избирательно очистит атмосферу от фреонов, не нанося вреда какимлибо другим ее компонентам, не повышая температуру и не вызывая появления новых соединений.

Расчеты показали: создание необходимого для уничтожения фреона количества плазмы требует относительно малых энергетических затрат, так как плазма создается импульсами продолжительностью всего в миллиардные доли секунды. Для создания в атмосфере плазмы экономически и экологически выгодно использовать мощные микроволновые пушки, уже выпускаемые оборонной промышленностью. По замыслу исследователей, два источника микроволнового излучения устанавливаются на Земле на некотором расстоянии друг от друга, посылаемые ими импульсы взаимодействуют в атмосфере. Энергия взаимодействия создает плазму, а поворачивая излучатели каждый раз под разным углом, можно охватывать огромную область. Пока еще не разработана технологическая схема применения этого метода; возможно, эффективнее устанавливать источники микроволнового излучения не на Земле, а на искусственных спутниках и действительно штопать «озоновую дыру».

Расчеты показали, что Солнце производит в одну секунду 5— 6 тонн озона, однако процесс его разрушения идет быстрее. Оказывается, озон в стратосфере можно получать искусственно. Идея (НПО «Энергия») заключается в оптической «раскачке» молекул кислорода в полосе его поглощения лазерными импульсами на высоте 20—25 км. При такой обработке значительно ослабляются молекулярные связи, и дальше с помощью Солнца процесс выработки озона идет естественным путем. Этот метод привлекает своей многогранностью, поскольку, варьируя интенсивность и частоту импульсов, можно одновременно разрушить вредные компоненты, например окись хлора (СЮ). Это особенно важно, так как UO участвует в каталитических реакциях, разрушающих озон. Оптические (лазерные) исследования состава атмосферы наиболее перспективны, поскольку позволяют не только понять, но и прогнозировать происходящие в ней процессы, и нетолько в плане озона, но и глобального загрязнения атмосферы.

<Естественные и техногенные факторы определяющие жизнедеятельность
Главная   |   Поля   |   Жизнедеятельность   |   Природопользование   |   Безопасность   |   Карта сайта
2008-2015 © p0d.ru, E-mail:info@p0d.ru