Экологические проблемы атмосферы

ВВЕДЕНИЕ

 

Происхождение атмосферы тесно связано с  происхождением Земли. Еще в те времена, когда Земля представляла собой  расплавленный шар, она, вероятно, была окутана плотной оболочкой космических  газов, в том числе и водорода, количество которого с удалением  от Земли постоянно убывало. По мере того как расплавленное ядро покрывалось  твердой кристаллической корой, выделялся углекислый газ, азот и водяные пары, образуя атмосферу, по составу похожую на газовые выделения вулканов. Дальнейшее охлаждение, вероятно, привело к выпадению из атмосферы водяного пара, что происходило в виде осадков, и на сегодняшний день он составляет менее 4% всего объема атмосферы. Содержащийся в атмосфере кислород начал вырабатываться зелеными растениями уже позже, как побочный продукт образования углерода при соединении воды с двуокисью углерода.

Атмосфера. Это очень важный и актуальный вопрос на сегодняшний день, поскольку воздух - важнейшая составная часть среды обитания людей, он - основа жизни на земле. Последствия экологических проблем атмосферы для общества велики. Они выражаются в потере равновесия в экосистеме, в утрате способностей экосистемы к самовосстановлению, и как результат гибели экосистемы.

Целью данной работы является рассмотрение экологических  проблем атмосферы и нахождение путей их решения.

Исходя из поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:

1. Изучить причины экологических проблем атмосферы;
2. Проанализировать полученные данные;
3. Сделать соответствующие выводы.

Работа выполнена  на основании литературных источников, основными из которых являются:

1. Современные глобальные изменения природной среды. В 2 томах. Т.1. – М.,2006
2. Калесник, С.В. Общее землеведение/С.В.Калесник. – М., 1955

 

ГЛАВА 1. АТМОСФЕРА КАК ЧАСТЬ ПРИРОДНОЙ  СРЕДЫ

 

Атмосфера (от греч. аtmoc – «пар», sphere –«шар») – воздушная оболочка Земли, удерживаемая силой притяжения и участвующая во вращении планеты. Сила земного притяжения удерживает атмосферу вблизи поверхности Земли. Наибольшее давление и плотность атмосферы наблюдается у земной поверхности, по мере поднятия вверх давление и плотность уменьшается. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли, а верхней условно принята высота 1000 – 1200 км [6].

Масса атмосферы  составляет 5,91015 т, объем - 13,2-1020 м³.

Доказательства  существования атмосферы следующие:

• на высоте 22 – 25 км в атмосфере располагаются перламутровые облака;
• на высоте 80 км бывают видны серебристые облака;
• на высоте около 100 – 120 км наблюдается сгорание метеоритов, т.е. здесь атмосфера обладает и достаточной плотностью;
• на высоте около 200 км начинается рассеивание света газами атмосферы (явление сумерек);
• у верхней границы атмосферы – 1000 – 1200 км – наблюдаются полярные сияния, что объясняется ионизацией воздуха корпускулярными потоками, идущими от Солнца.

Сильно  разреженная атмосфера простирается до высоты 20.000 км, образуя земную корону, незаметно переходя в межпланетный газ.

Атмосфера, как и планета в целом, вращается  против часовой стрелки с запада на восток. Из-за вращения она приобретает форму эллипсоида (значит толщина атмосферы у экватора больше, чем у полюсов).

Атмосфера также непосредственно связана  с другими геосферами тепловлагообменом. Энергией атмосферных процессов служит электромагнитное излучение Солнца.

Физические  свойства и состояние атмосферы  меняются во времени: в течение суток, сезонов, лет и в пространстве в зависимости от высоты над уровнем моря, широты местности, удаленности от океана.

 

1.1 Газовый состав атмосферы

Газовый состав сухого атмосферного воздуха, которым  мы дышим, состоит из 78,09% азота, 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона, 0,03 % углекислого газа. Остальные газы: неон, гелий, криптон, водород составляют менее 0,1 %. Процентное соотношение газов сохраняется неизменным до высоты 80 – 100 км, здесь простирается гомосфера. Выше происходит диссоциация (расщепление) молекул газа на атомы под действием ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца; атмосфера выше 100 км называется гетеросферой. До высоты 200 – 250 км преобладают атомарные кислород и водород. До 700 км – атомарный кислород, выше – атомарный водород. В верхних слоях атмосферы обнаружено новое соединение – гидроксил ОН. Наличие этого соединения объясняет образование водяного пара на больших высотах в атмосфере.

Таблица 1

Газовый состав атмосферы в объемном массовом отношении [6]

Компонент	% объемные	% массовые
N2	78,09	75,50
O2	20,95	23,15
Ar	0,933	1,292
CO2	0,03	0,046
Ne	1,8 10-3	1,4 10-3
He	4,6 10-4	6,4 10-5
CH4	1,52 10-4	8,4 10-5
Kr	1,14 10-4	3 10-4
H2	5 10-5	8 10-5
N2O	5 10-5	8 10-5
Xe	8,6 10-6	4 10-5
O3	3 10-7 - 3 10-6	5 10-7 - 5 10-6
Rn	6 10-18	4,5 10-17

 

Каждый  газ в атмосфере выполняет  свою функцию.

Основная  роль кислорода заключается в дыхании живых организмов, горении, окислении. Кислорода в атмосфере содержится 10¹⁵ т. 70 % приходится на долю тяжёлого кислорода (изотоп с массовой долей 18 – ¹⁸О), 30 % - на долю лёгкого (изотоп – 16 – ¹⁶О). По мнению В. Бгатова, именно лёгкий кислород участвует в фотосинтезе и имеет биогенное происхождение, а тяжёлый выделяется при  дегазации мантии.

Азот – важный элемент, входящий в состав белков. Его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Азот определяет скорость биохимических реакций, он играет роль «разбавителя кислорода». Считается, что если бы азота  в атмосфере было меньше, а кислорода больше, то живая материя окислялась бы энергичнее. Азота в атмосфере 4 · 10¹⁵ т. В атмосферу азот поступает при вулканических извержениях, а также как продукт деятельности денитрифицирующих бактерий.

Углекислого газа  в атмосфере немного. Его содержание постоянно колеблется в результате различной деятельности промышленных предприятий и человека: сжигание нефтепродуктов, вырубка лесов, осушение болот и т.д. Также отмечено изменение содержания СО₂ и по сезонам года: зимой количество углекислого газа возрастает, а летом уменьшается, что объясняется деятельностью растений.

Углекислый  газ является основным материалом для  построения органического вещества.

Озон (О₃) – играет важную роль в атмосфере. Он образует так называемый озоновый экран – ультрафиолетовый щит Земли, поглощая ультрафиолетовое излучение и смягчая мутации живых организмов.

 

1.2 Строение атмосферы

По температурному режиму и другим свойствам атмосферу  подразделяют на:

• тропосферу;
• стратосферу;
• мезосферу;
• термосферу;
• экзосферу.

Нижняя часть, непосредственно прилегающая к  земной поверхности, называется тропосферой. Она простирается до высоты 18 км на экваторе, 10 – 12 км в умеренных широтах, 8 – 9 км в полярных. Её средняя мощность около 11 км (в полярных широтах – 8 км, в экваториальных – 17 км).

В тропосфере сосредоточено свыше 80% массы атмосферы. Здесь, в тропосфере, происходят горизонтальные (адвекция) и вертикальные (конвекция) перемещения воздуха.

Физические  свойства воздуха тропосферы тесно  связаны с характером земной поверхности. Если на поверхности Земли температура равна +15^оС, то на верхней границе тропосферы она равна от  – 55^оС до – 50^оС. Влияние земной поверхности простирается приблизительно до высоты 20 км, а далее нагревание воздуха происходит непосредственно Солнцем. Таким образом, граница географической оболочки, лежащая на высоте 20-25 км, определяется в том числе и тепловым воздействием земной поверхности.

Выше тропосферы располагается стратосфера, которая отделяется от ниже лежащего слоя переходным – тропопаузой (1-2 км). Стратосфера простирается до высот 50-55 км. В нижней части стратосферы температура воздуха постоянна, здесь располагается изотермический слой. Начиная с высоты 22 км, температура воздуха начинает повышаться, на верхней границе стратосферы она достигает 0^оС. Повышение температуры объясняется здесь наличием озона, поглощающего солнечную радиацию. В стратосфере происходят интенсивные горизонтальные перемещения воздуха, скорость воздушных потоков достигает 300-400 км/ч. Воды в стратосфере мало. Только на высоте 22-25 км образуются перламутровые облака, состоящие из переохлаждённых ледяных капель. В стратосфере содержится менее 20% воздуха атмосферы.

Мезосфера отделяется от стратосферы переходным слоем - стратопаузой. Мезосфера располагается на высотах от 55 до 80 км. В этом слое температура воздуха с высотой уменьшается и вблизи верхней границы она падает до –80^оС. В верхней мезосфере на высоте 80 км в сумерки видны серебристые облака. Природа их ещё не изучена, предполагают, что они состоят из смёрзшихся газов.

Термосфера – слой атмосферного воздуха, лежащий выше мезосферы. В термосфере температура воздуха быстро растёт с высотой и достигает 1000^оС на высоте 800 км. Рост температуры объясняется поглощением солнечной радиации, вызывающей увеличение скорости движения молекул.

Выше на высотах  от 800 до 1200 км располагается сфера рассеяния - экзосфера. Как показывают многочисленные наблюдения, вследствие поглощения корпускулярного излучения Солнца температура экзосферы может увеличиваться до 15.000^оС. При такой температуре молекулы лёгких газов развивают скорость до 11.200 м/с и покидают сферу притяжения Земли [6].

Таким образом, можно сказать, что атмосфера  имеет слоистое строение. Благодаря  этому она является надёжным «щитом»  Земли от космического пространства.

 

1.3 Значение атмосферы для географической  оболочки

В жизни географической оболочки атмосфера имеет огромное значение.

• Через атмосферу осуществляется обмен веществ между Землей и Космосом, при этом Земля получает космическую пыль и метеориты и теряет самые легкие газы – водород и гелий;
• Атмосфера защищает Землю от многочисленных метеоритов. Ежесекундно в атмосферу попадает до 200 млн. метеоритов, доступных для наблюдения невооруженным глазом, но они сгорают в атмосфере. Замедляют свое движение в атмосфере мелкие частицы космической пыли;

• Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Ежесекундно на верхние слои атмосферы обрушивается поток космических лучей: гамма, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные. Если бы все они достигали земной поверхности, то в течение нескольких мгновений уничтожили бы все живое;

• Атмосфера пронизана мощной солнечной радиацией, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов;
• Между атмосферой, земной поверхностью и другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и газами, который вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие процессы;
• Атмосфера является теплоизоляционным фильтром. Без атмосферы перепад температур на Земле в сутки достигал бы 200^оС (от 100^оС днем до

     –100^оС ночью) [12].

Жизнь на Земле  возможна, пока существует атмосфера. Все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры, холодного «дыхания» космоса.

 

 

 

 

ГЛАВА 2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ. ОБЩИЙ ОБЗОР

Атмосфера играет исключительно важную роль в  жизни географической оболочки. Однако в результате жизнедеятельности  человека происходит заметное изменение самой атмосферы.

Человек сам загрязняет воздух в процессе своей деятельности. Над городами и промышленными районами в воздухе возрастает концентрация газов, которые обычно в атмосфере содержатся в очень незначительных количествах либо отсутствуют вовсе. Кроме того, загрязняет атмосферу и ухудшает видимость повышенное количество твердых частиц. Загрязненным воздухом не только неприятно дышать – он зачастую вреден для всякого живого существа. Человек страдает от этого непосредственно – ухудшение окружающей среды наносит вред здоровью – и косвенно – из-за порчи земель и снижения урожаев.

В результате хозяйственной деятельность атмосферный  воздух наиболее сильно загрязняется: газами (углекислый газ - при дыхании и горении; окись углерода - при работе двигателей транспорта и прочей техники; двуокись серы или сернистый ангидрид - при промышленном производстве и от естественных процессов, таких, как гниение; окислы азота и пр.); парами (нефтепродукты, ртуть, различные кислоты); пылью (органического и неорганического происхождения в городах, на горнодобывающих предприятиях, на ТЭЦ И ТЭС и пр.) [12].

Основная  причина химического загрязнения  воздуха - сжигание природного топлива. Уголь, горевший в домашних каминах, заводских топках и тепловозах, коптил города Европы и Северной Америки весь XIII, XIX и первую половину XX в. Сейчас ему на смену в воздух над городами выбрасываются в огромных количествах продукты сгорания жидкого топлива. Из печей и топок, особенно если они не содержатся в надлежащем порядке, в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них выделяется сернистый ангидрид (двуокись серы). Это ядовитый газ, легко растворимый в воде; вместе с дождевой водой он образует слабую серную кислоту, которая убивает растения и причиняет вред даже зданиям. В 1995г. загрязнение атмосферного воздуха только сернистым ангидридом - одним из распространенных загрязняющих веществ - отмечалось на территории 8,6 млн. га. Из топок и цилиндров автомобилей выбрасывается еще и удушливый дым, содержащий окислы азота; растворяясь в воде, они тоже образуют кислый раствор. Под действием солнечных лучей окислы азота образуют фотохимический смог, особенно характерный для Лос-Анджелеса, США. Частички сажи и пепла - несгоревший углерод - в больших количествах попадают в атмосферу. Они служат ядрами конденсации для водяного пара, что приводит к образованию дымки и тумана, а также оставляют черный жирный налет на строениях и тканях. Печально известный смог - это плотный устойчивый туман, который висит над городом и не может подняться, удерживаемый слоями воздуха различной температуры. Смог для людей смертельно опасен.