Способ восстановления озонового слоя атмосферы
Изобретение относится к проблемам сохранения окружающей среды, а имеено сохранения озонового слоя атмосферы. Цель — более экономичный и сравнительно безопасный для живых организмов, а также связанный с меньшими затратами энергии ультрафиолетового излучения способ образования озона из паров воды. Способ заключается в подъеме на заданную высоту полета жидкого реагента в виде воды, который получают от двигателя летательного аппарата с рабочей смесью водород + кислород и распыляют на высоте 20 25 км с помощью специального распылителя.
Изобретение относится к проблемам сохранения окружающей среды, а именно сохранения озонового слоя атмосферы.
Известен способ восстановления озонового слоя путем подъема с помощью летательных аппаратов и выпуск в атмосферу на высоте 12-30 км продуцированного на Земле озона или кислорода, молекулы которого под действием солнечного излучения комбинирует и образует озон (прототип).
Недостатками известного способа являются большие экономические затраты на получение озона, сложность и опасность его перевозки, ограниченное количество озона, образующегося под воздействием на кислород ультрафиолетового излучения, незначительная высота выпуска озона в атмосферу (12 км), что связано с опасностью попадания озона в приземные слои атмосферы, где он оказывает отравляющее действие на живые организмы.
Целью изобретения является создание более экономичного и сравнительно безопасного для живых организмов, а также связанного с меньшими затратами энергии ультрафиолетового излучения способа образования озона из паров воды.
Это достигается путем восстановления озонового слоя атмосферы, заключающегося в подъеме с помощью летательного аппарата на заданную высоту полета источника жидкого реагента, который после его рассеивания в атмосфере под действием солнечного излучения образует окон, в качестве источника жидкого реагента в виде воды используют двигатель летательного аппарата с рабочей смесью водород + кислород, а распыление получаемой воды производят на высоте 20-25 км с помощью специального распылителя.
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОЗОНОВОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ, заключающийся в подъеме с помощью летательного аппарата на заданную высоту полета источника жидкого реагента, который после его рассеивания в атмосфере под действием солнечного излучения образует озон, отличающийся тем, что в качестве источника жидкого реагента в виде воды используют двигатель летательного аппарата с рабочей смесью водород + кислород, причем рассеивание получаемой воды производят на высоте полета 20 — 25 км с помощью специального распылителя.
Источник
Озоновые дыры
Земля — это единственная планета в Солнечной системе, на которой есть жизнь. Существование живых организмов возможно потому, что планету защищает от смертоносного солнечного излучения озоновый слой, расположенный в стратосфере (10 – 50 км от планетарной поверхности). Озон – газ голубоватого цвета, молекула которого состоит из трех атомов кислорода. Его название в переводе с греческого языка означает «пахнущий». Действительно, после грозы, глубоко вдохнув воздух, можно почувствовать, как пахнет газ.
Без озонового слоя планета буквально сгорит под ультрафиолетовым воздействием Солнца. Однако человечество так и не научилось быть благодарным за возможность жить на Земле. Озоновые дыры существовали на планете всегда. Они то появляются, то исчезают по естественным причинам. Однако в результате антропогенной деятельности отмечается опасное расширение незащищенных озоном участков атмосферы, из-за чего Земля становится все более подверженной воздействию ультрафиолета.
Что такое озоновые дыры?
Не стоит думать, что озоновая дыра – пространство в атмосфере, полностью лишенное защитного газа. В действительности озон на этом участке присутствует, но в меньшей концентрации. Сквозь такой участок атмосферы ультрафиолетовому излучению легче пробиться к земной поверхности. В пределах озоновой дыры концентрация голубого газа может составлять всего 30% от нормы.
Первую и самую большую озоновую дыру, в диаметре достигающую 1000 км, выявили в 1985 году над Антарктидой. Концентрация газа в этом пространстве была ниже нормы на 50%, причем наибольшее истощение озонового слоя отмечалось на расстоянии 15 – 20 км от планетарной поверхности.
Для дыры над южной приполярной областью характерна сезонность появления и исчезновения. Существенное снижение концентрации газа отмечается в конце зимы и ранней весной (в южном полушарии это август и сентябрь). Обусловлено такое явление особенностями приполярного климата.
В период антарктической зимы вследствие понижения температуры воздуха формируется вихрь. Воздушная масса в составе вихря циркулирует вокруг южного полюса. Смешивание с воздушными массами других широт слабое, либо вообще отсутствует. В период полярной зимы планетарная поверхность лишена солнечного света, формирование озона остановлено. А накопившийся летом газ постепенно разрушается, так как молекулы вещества не отличаются стабильностью. Когда заканчивается полярная ночь, возвращается антарктическое лето, концентрация озона начинает медленно расти и к концу лета достигает максимального значения.
Аналогичная сезонная дыра, но не такая крупная, находится над Северным Ледовитым океаном. Образования меньшего размера выявляются исследователями по всему земному шару.
Причины разрушения озонового слоя
Причинами истощения озонового слоя являются факторы двух типов:
- естественные (природные процессы, вызывающие загрязнение воздуха);
- антропогенные (обусловленные влиянием человека).
Естественная причина возникновения областей с пониженной концентрацией озона – процессы, происходящие в приполярных областях планеты. Согласно научной теории, в полярные ночи, когда из-за отсутствия солнечного излучения в атмосфере не вырабатывается озон, происходит формирование хлорных облаков. Хлор, составляющий основу облачной массы, оказывает разрушающее воздействие на оставшийся в стратосфере озон.
Образовавшаяся дыра затягивается, как только наступает полярный день, солнечный ультрафиолет вступает во взаимодействие с молекулами кислорода. Образующийся голубой газ, представляющий собой концентрированный вариант кислорода, поднимается в стратосферный слой. Данная теория показывает, что истончение и возобновление озонового слоя – беспрерывный естественный процесс, существовавший всегда.
Также на образование озоновых дыр в атмосфере влияет вулканическая активность. При взрывах вулканов в воздух выбрасываются продукты горения, оказывающие разрушающее воздействие на молекулы озона.
Однако в последние десятилетия нарушение озонового слоя приобрело угрожающее масштабы, что обусловлено антропогенным воздействием. Озон – газ неустойчивый. Он разрушается из-за увеличения выбросов хлора, брома, водорода, фреонов и прочих химических соединений, попадающих в атмосферу в результате деятельности человека, создающих парниковый эффект.
Основные источники загрязнения атмосферного пространства:
- заводы и фабрики, не снабженные или недостаточно снабженные очистными установками;
- ТЭЦ;
- вносимые в обрабатываемые земли минеральные удобрения;
- реактивные самолеты;
- ядерные взрывы.
При полетах реактивного воздушного транспорта в результате горения топлива в турбинах в воздушное пространство выбрасываются оксиды азота. Оказавшись в стратосфере, они разрушают молекулы голубого газа. Сегодня 1/3 выбросов азотных оксидов приходится на воздушный транспорт.
Ядерные испытания запрещены ООН в 1996 году, однако вызванная ими экологическая проблема до сих пор существует. При ядерном взрыве образовывалось гигантское количество оксидов азота, разрушающих озоновый слой. За 20 лет, в течение которых проводились ядерные испытания, в атмосфере распространилось более 3 млн. тонн азотных соединений.
Минеральные удобрения, попадая в грунт и взаимодействуя с почвенными микроорганизмами, тоже путем сложных химических реакций преобразуются в оксиды азота.
Последствия озоновых дыр
Уменьшение озонового слоя приводит к усилению воздействия солнечного излучения на поверхность планеты. Солнечная радиация без озонового экрана несет смертельную опасность для живых организмов.
Главным последствием разрушения озонового слоя Земли станет вымирание всех представителей животного и растительного мира. Уже сегодня ученые отмечают массовую гибель морских планктонных видов и глубоководных обитателей вследствие усилившегося негативного воздействия ультрафиолета.
Что касается влияния на человека, то повышение солнечной радиации отрицательно сказывается на состоянии кожного покрова, становится причиной возрастания случаев меланомы – рака кожи. Если количество поступающего на Землю ультрафиолета будет расти, то возрастет заболеваемость и другими онкологическими патологиями. Так, если уровень голубого газа в стратосфере понизится еще на 1%, то количество раковых больных будет повышаться на 7 тысяч в год.
Способы решения проблемы
Поскольку главный виновник уничтожения озонового слоя планеты – человеческая деятельность, то для нормализации состояния атмосферы требуется создание новых технологий производства и эксплуатации, направленных на существенное сокращение и даже исключение выбросов фреонов и других вредных соединений.
Чтобы предупредить появление озоновых дыр, требуется:
- усовершенствование очистительных конструкций на заводских трубах;
- сокращение применения минеральных удобрений;
- создание транспортных средств, работающих не на горючем топливе, а на электричестве и иных источниках энергии.
Такие предупредительные меры дают положительный эффект, однако гораздо эффективнее, по мнению экологов, мероприятия по восстановлению озонового слоя. Имеется в виду распыление искусственно синтезированного газа специальными летательными устройствами на высоте 10 – 30 км над земной поверхностью. Такой метод позволит быстро залатать прорехи в атмосфере, однако он не лишен минусов. Первая проблема – высокая стоимость мероприятия (оно экономически целесообразно только при совместном участии нескольких государств). Вторая проблема – доставка синтетического озона к месту распыления сложна и опасна для перевозчика.
В 1985 году принята Венская конвекция о защите озонового слоя. В 1987 году создан Монреальский протокол, в котором перечислены самые вредные летучие вещества, появляющиеся в воздушном пространстве в результате человеческой деятельности. Страны-участницы обязались сократить выбросы этих веществ, а к началу 21 века исключить.
Результаты международного соглашения заметны. Сократилась площадь озоновых дыр в разных частях планеты, в том числе над Антарктидой. Мировое сообщество продолжает серьезно бороться с проблемой: создаются экологически безопасные транспортные средства, совершенствуются технологии промышленного и сельскохозяйственного производства.
Источник
Результаты новых исследований: озоновый слой восстанавливается
Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой — это международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя от 1985 года. Он был разработан для того, чтобы защитить истончающийся озоновый слой, прикрывающий Землю от жесткого УФ-излучения Солнца. Проблема была в том, что в промышленности начали массово использовать химические соединения, активно вступающие с озоном в реакцию и разрушающие его.
Кстати, есть версия, что исследования о вреде, наносимом теми же фреонами озоновому слою, проводились при массированной финансовой поддержке коммерческих компаний, которые создали альтернативу хлорфторуглеродам (ХФУ), причем более дорогую. И эти компании решили вытеснить производителей указанных веществ, запустив информационную программу, доказывающую «смертельность» этого хладагента для озона. Версия не доказана, но такое мнение есть. Как бы там ни было, сейчас появились результаты новых исследований, связанных с озоновым слоем. И результаты однозначно демонстрируют одно — озоновые дыры стали затягиваться.
Хлорфторуглероды использовались не только в качестве хладагентов. Они стали широко применяться и в качестве пропеллентов в аэрозольных баллонах, вспенивающих агентов, взрывобезопасных растворителей.
После того, как был принят ряд ключевых решений по запрету использования хлорфторуглеродов в промышленности, возник вопрос о том, как можно оценить влияние такого запрета. Дело в том, что озоновый слой сам по себе довольно динамичен. Есть сезонные колебания и многолетние циклы. Размеры озоновых дыр изменяется в зависимости от сезона и разного рода метеорологических явлений.
Генерирование озона — крайне медленный процесс. Настолько медленный, что люди, которые заявляли о восстановлении озонового слоя, многими воспринимались, как мошенники. Кто-то говорил, что дыры затягиваются, но затем поступали сведения о том, что ничего подобного не случилось, а прореха в защитном слое планеты, наоборот, расширилась.
Хуже всего то, что не только хлорфторуглероды взаимодействуют с озоном — в химическую реакцию с ним вступают и другие химические соединения. Да и погодные условия тоже влияют на озоновый слой, поскольку химические вещества разного рода переносятся воздушными массами в самых разных направлениях. Так что определить влияние именно ХФУ очень сложно, и методик, позволяющих все уточнить, предлагалось очень много. Большинство из них оказались неподходящими.
Решение предложило агентство НАСА. Организация запустила спутник «Аврора», который предназначен, в первую очередь, для отслеживания химического состава атмосферы. Сейчас двое исследователей из НАСА, Центра космических полётов Годдарда, изучают данные наблюдений спутника за продолжительный период времени в несколько лет. Огромное количество информации уже обработано, благодаря чему можно сделать определенные выводы относительно динамики озонового слоя.
Ученые наблюдали за концентрацией как хлорфортуглеродов, так и оксида азота. Как оказалось, динамика переноса первых и второго совпадает, поскольку воздушные массы переносят в Антарктику, где есть озоновая дыра, оба типа веществ примерно из одних и тех же регионов. При этом оксид азота никак не взаимодействует с озоном, поэтому по его концентрации можно, проведя соответствующие корреляции, можно определить и концентрацию приносимых в регион хлорфортуглеродов.
Еще один способ определить динамику концентрации последних — отслеживание наличия в атмосфере соляной кислоты. Дело в том, что хлорфортуглероды, кроме озона, реагируют еще и с метаном, причем продуктом такой реакции является соляная кислота. Зная концентрацию последней в атмосфере, можно выяснить объем прореагировавших ХФУ.
Благодаря всем этим сравнениям ученые смогли доказать, что хлорфортуглеродов поступает в регион Антарктики все меньше с каждым годом.
После проведения всех необходимых исследований ученые сделали следующий вывод: «Все это является доказательством эффективности действий регуляторов в рамках Монреальского протокола — количество хлорфортуглеродов в атмосфере над Антарктикой снижается, а концентрация озона — увеличивается».
Источник
