Урок "Озоновый щит" планеты Земля

Разделы: Экология

Тема урока: «Озоновый щит» планеты Земля».

Цель урока: формирование экологической культуры личности и экологической ответственности на основе ноосферного мышления.

Задачи урока:

  • продолжить формирование познавательного интереса к предмету и ценностного отношения к живому миру, развитие умений систематизировать, выделять главное и существенное,
  • устанавливать причинно-следственные связи,
  • сформировать представление об «озоновом щите» и «озоновой дыре».

Тип урока: урок усвоения новых знаний.

Оборудование: компьютерная презентация по теме урока (Приложение).

ХОД УРОКА

1. Организационный этап

Вступление-приветствие, объявление темы урока, постановка цели и задач урока.

2. Изложение нового материала

Вся история человеческой цивилизации – история взаимоотношений человека и природы. Проблема взаимоотношений человека и природы возникла еще на заре человеческой цивилизации 10–15 тысяч лет тому назад.
Сейчас антропогенные изменения окружающей среды таковы, что можно говорить об их глобальном и катастрофическом характере, как по масштабам, так и по последствиям.
Атмосфера имеет исключительное значение для живых организмов Земли, являясь средой обитания большинства из них. При этом наибольшее значение для живых организмов имеет постоянный состав воздуха (атмосферы), сформировавшийся в ходе геобиоэво-люции Земли.
Другая важная функция атмосферы и особенно входящего в ее состав озонового слоя – защита живых организмов от вредного воздействия солнечной и космической радиации. Именно после формирования озонового слоя в атмосфере жизнь на Земле вышла на сушу.
Что же такое озоновый слой? Это присутствующий в слабой концентрации в стратосфере озон, который поглощает жесткое коротковолновое солнечное излучение, губительное для живых организмов.
Область наибольшей концентрации озона в атмосфере достаточно локальна и расположена на высоте 25 км, поэтому говорят об озоновом слое или озоновом щите. Если весь озон «распределить» у поверхности Земли при нормальных температуре и давлении, то получится газовый слой толщиной всего 3 мм.
Озон образуется в результате процесса фотодиссоциации кислорода:

O2 + hv = O2 (возбужденная молекула);
O2 + O2 = O3 + O (образование).

Образовавшиеся молекулы существуют недолго. Происходит обратная реакция фоторазложения озона, которая и представляет собой поглащение озоном коротковолновых фотонов:

О3 + hv = О2 + О (разложение).

Следовательно, в стратосфере существует цикл озона – сбалансированное образование и разложение, описываемое уравнениями выше.
Для нас, живущих на Земле, главная «заслуга» озона состоит в том, что он, «жертвуя собой», поглощает лучи с длинной волны 240-260 нм и, таким образом не допускает высокоэнергетические фотоны Солнца к Земле. В истории нашей планеты лишь с накоплением достаточного количества озона в стратосфере смогла спокойно оформляться и эволюционировать жизнь на Земле.
Проблема, связанная с озоном состоит из двух аспектов:

  1. Озон – фактор, обеспечивающий биологически безопасный уровень УФ-излучения у поверхности Земли, поддерживающий в стабильном состоянии климат планеты, контролирующий содержание некоторых загрязнителей в атмосфере.
  2. Содержание озона уменьшается в озоновом слое под действием антропогенных загрязнителей атмосферы.

Очевидно, что эти два аспекта взаимосвязаны и необходимо решать проблему сохранения и защиты озонового слоя с тем, чтобы, в конечном счете защитить себя.
Снижение концентрации стратосферного озона очень опасно. А именно этот процесс сейчас происходит при активном содействии человека. Рассмотрим, каким образом разрушается «озоновый щит» и образуется «озоновая дыра».
Впервые «озоновая дыра» была обнаружена в 1975 году над Антарктидой. Под «дырой» не следует понимать то, что в данной области совсем нет озона. Его слой истончается, и защитный эффект поглощения фотонов УФ-области спектра ослабевает. Почему концентрация озона так заметно снижается именно над полюсами? Это связано с атмосферными полярными вихрями, низкой температурой и стратосферными облаками, состоящими из кристалликов льда, являющихся катализаторами реакций хлорного цикла.
В результате хозяйственной деятельности человека, в атмосферу попадают различные загрязняющие вещества, в том числе те, которые разрушают озоновый слой.
В середине 70-х годов американские химики М.Молина и Ш.Роуленд установили, что исчезновение озона происходит в результате химических реакций инициируемых хлорфторуглеводородами.
В повседневной жизни они известны под названием фреоны и представляют собой синтетические химические вещества, производство которых началось еще в 1930-е годы и которые широко применяются в качестве охлаждающих сред, пропелентов в аэрозолях, растворителей и пенообразующих реагентов в огнетушителях и ряде строительных материалов. Первоначально фреоны быстро завоевали популярность в связи с тем, что они химически инертны, практически не вступают в химические реакции и поэтому не токсичны для живых организмов. Однако эта «инертность» по мере их накопления в атмосфере обернулась злом: попадая беспрепятственно без изменений в стратосферу и подвергаясь там УФ-облучению, они распадаются с высвобождением атомарного хлора

CF2Cl2 + hv = CF2 + Cl + Cl,

который выполняет роль катализатора при распаде озона:

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

Хлорфторуглеводороды и галогены накапливаются в тропосфере, постепенно поднимаясь вверх; при этом время их диффундирования составляет десятки лет, поэтому мы являемся в этом смысле заложниками ошибок прошлых лет.
Другой причиной разрушения озонового слоя является появление в атмосфере оксидов азота.
Разрушение озонового слоя в результате присутствия оксидов азота происходит по схеме так называемого азотного цикла:

NO + O3 = NO2 + O2
NO2 + O = NO + O2.

Монооксид азота присутствует в стратосферном слое как обязательный его компонент, но в низкой концентрации. Однако в последнее время активное использование сверхзвуковых транспортных самолетов привело к тому, что концентрация стала увеличиваться как раз на высотах «озонового щита».
Сльскохозяйственная деятельность человека тоже приводит к увеличению содержания монооксида азота в атмосфере. На почвах, обработанных нитратными удобрениями, анаэробныебактерии восстанавливают нитрат-ионы до молекулярного азота и оксида N2O
в качестве побочного продукта. Культивируемые земли «дышат» этим оксидом, который, уходя в стратосферу, реагирует там с атомами кислорода:

N2O + O = 2 NO.

Большую опасность для озонового слоя представляют ядерные взрывы в атмосфере, когда в высоко температурной области взрыва образуется колоссальное количество оксидов азота.
Таким образом, для спасения «озонового щита» человечеству необходимо срочно решить следующие проблемы:

  • ограничение использования хлорфторуглеродов и поиск экологически безопасных их заменителей;
  • сокращение числа полетов сверхзвуковых транспортных самолетов на другие, летающие на более низких высотах и совершенствовать авиационные двигатели;
  • сокращение использования азотных удобрений, введение более прогрессивных способов возделывания сельскохозяйственных и окультуриваемых земель;
  • прекратить испытание ядерного оружия в атмосфере.

Как видно, ответы достаточно просты и очевидны, но одновременно и сложны, поскольку проблема имеет сложные социально-экономические и политические аспекты. Для ее успешного решения необходима благоприятная обстановка доверия и мира, международное сотрудничество.

3. Закрепление знаний. Контроль

Ответы на вопросы.

ВЕРНО ИЛИ НЕВЕРНО, ЧТО:

  1. Антропогенные обмен веществ носит линейный незамкнутый характер: отходы и отработанные изделия не используются в качестве сырья и служат источником загрязнения окружающей среды.
  2. Озоновый слой, расположенный на высоте 25 км, поглощает большую часть жесткого коротковолнового излучения, идущего на Землю и губительного для белковых соединений живых организмов.
  3. Стоимость затраченных ресурсов и разрушенных экосистем может быть достаточно точно сопоставима с затратами на предотвращение загрязнения.
  4. Человек не может изменить свой образ жизни и стремления, а общество в целом сократить отрицательное воздействие на природу в целях защиты воздуха и воды.

ЗАПОЛНИТЕ ПРОПУСКИ:

  1. _______ – неустойчивый и химически активный газ, содержащий в молекуле три атома кислорода; образуется на больших высотах в результате воздействия солнечной радиации на молекулярный кислород.
  2. ________ _________ – присутствующий в слабой концентрации в стратосфере ________, поглощающий жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца и уменьшающий уровень губительной радиации, которая достигает поверхности Земли.
  3. ___________, более известные в повседневной жизни как _______, представляют собой класс синтетических химических веществ, которые широко применяются в качестве охлаждающих средств, пропеллентов в аэрозолях, пенообразующих реагентов.
  4. _______ _______ – продукты сгорания топлива самолетов, способствующие разрушению озонового слоя; насыщают атмосферу в результате ядерных взрывов и широкого применения азотных удобрений.
  5. Наибольшее значение для живых организмов Земли ________ состав атмосферы, сформировавшийся в ходе геобиоэволюции.

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ:

1. Сегодня ученые полагают, что разрушение озонового слоя вызвано:

а) увеличением интенсивности УФ-излучения Солнца;
б) фреонами и галогенами;
в) углекислым газом;
г) «зимней воронкой» над южным полюсом.

2. Исследователи обеспокоены разрушением озонового слоя в Арктике, поскольку:

а) в Арктике используют гораздо больше фреонов и других газов;
б) численность населения Северного полушария гораздо выше по сравнению с численностью населения Южного полушария;
в) существуют проекты промышленного развития Арктики;
г) разрушение озонового слоя происходит здесь по тем же причинам, что и над Южным полюсом.

3. Факторы, наиболее тесно связанные с увеличением «озоновой дыры» над Антарктидой, – это:

а) ее изолированность от антропогенных воздействий;
б) низкие температуры и присутствие в атмосфере кристаллов льда;
в) влияние магнитного полюса;
г) использование пестицидов в Южном полушарии;
д) интенсивное загрязнение атмосферы в Бразилии и Аргентине.

4. Факторами, способствующими сохранению защитного озонового экрана, являются:

а) предотвращение утечек фреонов из холодильников и кондиционеров;
б) предотвращение лесных пожаров и совершенствование методов борьбы с ними;
в) запрещение ядерных испытаний;
г) производство автомобильных авиационных двигателей с более эффективным использованием топлива.

4. Подведение итогов

5. Домашнее задание

– Спасибо, мне было очень приятно с вами работать.