Эколого-геохимическая оценка состояния биосферы

     С урожаем ржи наибольший вынос отмечается также у  азота =1488 кг/год в дерново-подзолистых почвах и в черноземах = 716 кг/год. На втором месте находится калий = 582 кг/год.

     Исходя из этих данных можно сказать, то, что возникает наиболее тесная связь между компонентами (элементами азота) и растениями рожь – пшеница.

           
 

                                    10.Состав и строение атмосферы.

10.1.

     История формирования атмосферы – яркий пример действия живого вещества на окружающую среду. Состав современной газовой оболочки Земли -    итог длительного процесса, где ведущее значение имеет геохимическая деятельность живых организмов. Масса атмосферы составляет приблизительно 5,2*10 ¹⁵ тонн.  Основным признаком, определяющим подразделение атмосферы на отдельные слои, является изменение ее температуры с высотой. Характер этого изменения во многом зависит от состава атмосферы.

     Кроме постоянных компонентов, атмосфера содержит переменные компоненты: озон и водяной пар. Эти компоненты оказывают большое влияние на тепловой режим Земли и ее атмосферы.

     Нижний  слой атмосферы Земли – тропосфера – имеет следующий химический состав (по объему, в процентах): 
азот - 78.09, кислород - 20.95, аргон - 0.93, углекислый газ - 0.03.

     На  долю остальных газов приходятся уже тысячные и десятитысячные доли процента. Такой состав атмосфера имеет почти до высоты 90 км.

     В тропосфере температура быстро падает с высотой: на 6-7 градусов на километр высоты (зимой чуть меньше). Это происходит потому, что нижние, (приземные) слои атмосферы получают тепло от земной поверхности, излучающей его в диапазоне инфракрасных лучей и передающей тепло за счет конвекции и теплопроводности.

     В тропосфере образуются облака, осадки, дуют ветры, образуются самые различные метеорологические явления.

     В зависимости от строения атомов и  молекул различных газов они  способны поглощать в различной степени излучение в различных диапазонах длин волн. Например, молекула воды интенсивно поглощает инфракрасные лучи во всем диапазоне, кроме «окна» на длинах волн 8-13 мкм. А озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 0,36 мкм.

     На  уровне  11 - 17 км падение температуры с высотой прекращается и начинается стратосфера - сравнительно спокойная область атмосферы с почти постоянной температурой до высоты 34-36 км и ростом температуры до уровня 50 км. Этот рост происходит за счет поглощения солнечных ультрафиолетовых лучей слоем озона. Пограничная область между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой.

     Выше  стратосферы, от уровня озонного пика температуры и до 80-85 км простирается мезосфера - область нового падения температуры с высотой. Мезосферу от стратосферы отделяет узкая область стратопаузы, примерно соответствующей высоте озонного максимума.

     Еще выше температура снова растет. Сюда еще доходит ультрафиолетовое излучение Солнца на длинах волн короче 0,2 мкм, а в этой области спектра находятся полосы поглощения Шумана-Рунге молекулы кислорода. Еще дальше в сторону коротких длин волн расположена сплошная область поглощения, называемая континуумом Шумана-Рунге. Поглощение лучей этих длин волн молекулярным кислородом приводит к нагреванию нижней термосферы.

     Поглощение солнечных ультрафиолетовых лучей приводит к другому процессу - диссоциации молекул кислорода на атомы. Этот процесс начинается от высоты 80 км и заканчивается на высотах 120-130 км. Выше весь кислород оказывается диссоциированным - состоящим из атомов. 
    Диссоциация азота возможна только в результате более сложных реакций. Сперва происходит ионизация молекулы азота, а потом молекулярный ион рекомбинирует с электроном, распадаясь при этом на два атома азота. Диссоциация азота начинается выше, чем диссоциация кислорода, начиная с 300 км, причем концентрация атомов азота начинает превышать концентрацию молекул только на высоте 400 км. 

     Ультрафиолетовое излучение Солнца обусловливает продолжающийся рост температуры с высотой в верхней термосфере (выше 150 км) . В верхних слоях атмосферы происходит ионизация атомов и молекул, образуются слои заряженных частиц, известные под общим названием ионосфера. Но солнечные лучи, ионизуя атомы и молекулы воздуха, сообщают им дополнительную энергию, переходящую в скорости беспорядочных движений, что и проявляется в увеличении температуры до 2000 градусов на высоте около 1000 км. Заряженные частицы путем столкновений передают энергию нейтральным частицам. Выше 100 км начинается диффузионное разделение газов, т.к. перемешивание на этих высотах уже не играет той роли, как на более низких уровнях.

     Химический  состав атмосферы начинает меняться с высотой. Эта область переменного  состава атмосферы называется гетеросферой, тогда как область постоянного состава (ниже 100 км) называется гомосферой. Если до высоты 180 км главным компонентом атмосферы продолжают оставаться молекулы азота, то в интервале высот 180-600 км их место занимают атомы кислорода. Между 600 и 1500 км главным компонентом является гелий, еще выше - атомарный водород. Но эти границы условны и зависят от времени суток, а также от уровня солнечной активности.

10.2.

      Из всех составных частей биосферы для нормальной жизнедеятельности человека нужен воздух. В сутки человек в среднем потребляет кислород из двадцати килограммов воздуха. Но потребляемый воздух должен отвечать определённым санитарным требованиям, иначе он вызовет острые или хронические заболевания. В результате промышленных выбросов воздух многих зарубежных городов загрязнен настолько, что днем почти не видно солнца. Промышленная пыль представляет собой один из основных видов загрязнения атмосферы. Вред, причиняемый пылью и золой, является глобальным. Запыленная атмосфера плохо пропускает ультрафиолетовую радиацию, обладающую бактерицидными свойствами, и препятствующую самоочищению атмосферы. Пыль засоряет слизистые оболочки дыхательных органов и глаз, раздражает кожные покровы человека, является переносчиком бактерий и вирусов, снижает освещенность улиц, заводских зданий, жилищ, вызывая перерасход электроэнергии. Сажа, являющаяся компонентом пыли и представляющая собой практически чистый атмосферный углерод, увеличивает заболеваемость раком легких.

    Важную роль во всех природных процессах играет атмосфера. Она служит надежной защитой от вредных космических излучений, определяет климат данной местности и планеты в целом. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды, её животворным источником. Беречь его, сохранять в чистоте - значит сохранять жизнь на Земле.

       Условно принято атмосферу делить  на две большие составные части:  верхнюю и нижнюю. Для людей большую ценность имеет нижняя часть атмосферы, потому что в ней содержится тропосфера, а в ней происходят основные метеорологические явления, влияющие на загрязнение атмосферного воздуха.  Атмосферный воздух выступает посредником загрязнения всех других объектов природы. Он способствует распространению больших масс загрязнений на большие расстояния.

     Промышленными выбросами, переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода.

     На территорию России ежегодно через западные границы вместе с воздушными массами поступает около 2 млн. тонн двуокиси серы и около 10 млн. тонн сульфатов. Сжигание таких видов топлива, как угля, нефти, ведет к загрязнению воздуха сернистым газом - источником закисления почв и водоемов. Высвободившиеся при этом тепло рассеивается в окружающую среду и служит источником теплового загрязнения атмосферы. 
 

10.3.

     Проблема  чистоты атмосферы возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, нефти. Быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в XX столетии привел к такому увеличению объемов и токсичности выбросов, которые не могут быть «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций.

     Загрязнение атмосферы имеет естественное и  искусственное происхождение.

     К естественным факторам относят:

     1) внеземное загрязнение воздуха  космической пылью и излучением;

     2) земное загрязнение атмосферы при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возникающих от ударов молний, выносе морских солей.

     Искусственное загрязнение атмосферы разделяют на

• радиоактивное,
• электромагнитное,
• шумовое,
• дисперсное,
• газообразное,
• по отраслям промышленности,
• по видам технологических процессов.

Наиболее  опасными источниками загрязнения атмосферы являются:

     1) промышленные, транспортные и бытовые выбросы:

     2) тепловые выбросы, электромагнитные поля, ультрафиолетовое, инфракрасное, световое излучение.

     Из-за деятельности человека в атмосферу поступают углекислый газ (СО ) и угарный газ (СО), диоксид серы (SO ), метан (СН ), оксиды азота (N0 , N0, и N О). При использовании аэрозолей, в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате автотранспорта – углеводороды

     Загрязняющие  вещества из атмосферы с воздушными потоками, осадками, вовлекаясь в общий геологический и биологический круговороты, попадают в почву, водоемы, живые организмы и оказывают на них отрицательное воздействие.

     За  счет газов промышленного происхождения  образуются кислотные осадки (серная и азотная кислоты) и смог - ядовитый туман из смеси газов (окислы азота, углеводороды, озон), появляющийся в центре промышленных районов, оказывающие канцерогенное, мутагенное, аллергическое воздействие на живые организмы.

     Увеличение  содержания углекислого газа и метана в атмосфере обуславливает парниковый эффект. Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За последние 100 лет концентрация в атмосфере СО выросла на 25 %,а СН - на 100 %, что сопровождалось потеплением климата.

     Применение  людьми хлорфторуглеродов в виде аэрозолей и растворителей ведет к разрушению озонового экрана и опасности губительного воздействия для живых организмов ультрафиолетового излучения.

      Существует  ряд мероприятий  по уменьшению вредных веществ в атмосфере, сохранению озонового экрана и защите планеты от парникового эффекта.

• Снижение выбросов в атмосферу путем использования безотходных и малообъемных  технологий, проведения инженерных мероприятий.
• Лесомелиоративные мероприятия.
• Организационные мероприятия – организация СЗЗ, планирование размещения объекта относительно источника выбросов с учетом розы ветров.
• При выращивании сельскохозяйственных культур в загрязненной зоне: культивирование устойчивых видов и сортов, создание условий оптимальной обеспеченности растений питательными веществами.

10.4.

     Определить среднее время пребывания паров воды  в атмосфере, если по оценкам  специалистов в атмосфере находится 12523 км ³  воды,  а на поверхность суши и океана выпадает в виде атмосферного осадка в среднем 567 *10 ¹²   м ³ воды в год.

    Среднее время пребывания компонентов в атмосфере в условиях динамического равновесия можно определить по формуле:

                                    Т= ;

где

Т - время пребывания вещества в атмосфере, в единице времени;

А - количество вещества в атмосфере, в единице массы;

Q - скорость поступления или вывода вещества из атмосферы в единице массы на единицу времени;

10⁹ - коэффициент перевода км в м .

Т = 12523*10 :567*10 = 22,1*10 .

22,1*10 * 365= 8,5 дней.

Вывод:

Среднее время пребывания паров воды в атмосфере в условиях динамического равновесия  8,5 дней.