Структура и состав атмосферы – «Как сформировалась атмосфера Земли и каков ее состав?» – Яндекс.Знатоки

36. Атмосфера, ее состав и строение. Функции атмосферы.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли.

Атмосфера- это газовая оболочка земли, сост из смеси различ газов, водяных паров и пыли.

Общ масса Атмосферы-5,15*1015 т.

Состав атмосферы: N2 – 78%, O2 – 21%, Ar и др. инертные газы– 0,9%, CO2 – 0,03%.

Атмосфера сост из нескольких слоев, между котор нах-ся тонкие переходные слои, называемые мезопаузой. (экзосфера, ионосфера, мезосфера, стратосфера, тропосфера).

Атмосфера делится на гомосферу и гетеросферу, граница между ними на высоте 100км. Гомосфера характеризуется однородным и устойчивым газовым составом. Выше этой границы характерен нарастающий уровень ионизации газов за счет фотодиссоциации. Свойства – озоновый слой (термосфера, магнитосфера, тропосферы 4/5 массы атмосферы), низкая плотность воздуха – закрывает возможность существования организмов (околоземные организмы). Способность атмосферы к самоочищению (ветер, осадки, лес).

Функции атмосферы:

  1. Терморегулирующая – погода и климат на Земле зависит от распределения тепла, давления.

  2. Жизнеобеспечивающая.

  3. В тропосфере происходит глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс определяющий круговорот воды, теплообмен.

  4. Практически все поверхности геологические процессы обусловлены взаимодействием атмосферы, литосферы и гидросферы.

  5. Защитная – атмосфера защищает землю от космоса, солнечной радиации и метеоритной пыли.

37.Классификация загрязнений атмосферы. Экологические последствия

локальных загрязнений атмосферы СО2, SO2, пылью и др. Альбедо.

загрязнение атмосферы – люб изменение св-в и сост, оказыв негатив возд-е.

загрязнений атмосферы:

Естественное:

-внеземное происхождение — космич пыль(2-5 млн т)

— земное происхождение – вулканы,ветровая эрозия, лесные пожары.

Искусственное:

-по масштабу распространения- местное, региональное, глобальное.

-по агрегатному состоянию- газообр, жидкое, твердое.

Основные загрязнители:

1) CO – воздействует на нервную и сердечнососудистую системы;

2) Оксиды азота, в основном NO2 – взаимодействуя с углеводородами выхлопных газов, образуют фотохимический смог. В чистом виде приводят к отеку легких;

3) SO2 – накапливается в листьях и хвое, чем наносит урон лесам; раздражает слизистые оболочки;

4) Углеводороды (пары бензина, пентан, гексан) – обладают наркотическим действием, вызывают головные боли, головокружение;

5) Альдегиды – раздражают слизистые оболочки;

6) Соединения свинца – нарушают синтез гемоглобина, провоцируют заболевания дыхательных путей, нервной системы;

7) Атмосферная пыль: сажа, содержащаяся в пыли, обладает большой адсорбционной способностью к тяжелым углеводородам, что делает ее опасной для здоровья человека.

Кислотные дожди — осадки, кислотность которых выше нормальной. Связаны с выбросами в атмосферу сернистого газа, сероводорода, окисла и диокисла азота, углекислого газа. Антропогенным источником SO2 является процесс сжигания ископаемого топлива. Негативное воздействие: подкисление озер и рек, деградация лесов, вымывание биогенов из почвы, влияние на людей и изделия.

Атмосфера земли выполняет функции своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. Этот эффект достигается благодаря некоторым атмосферным газам второстепенного значения, каковыми являются, например, водный пар и CO2. Пропускают видимый и «ближний» инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают «далекое» инфракрасное излучение, имеющее более низкую частоту и образующееся при нагревании земной поверхности.

Пыль – гигиенич стандарты допуск содерж пыли 1.5 тонн/га. Ежедневно в атмосферу попадает более 259 млн. тонн пыли.

Альбедо (от позднелат. albedo — белизна), величина, характеризующая способность поверхности отражать падающий на нее поток электромагнитного излучения или частиц. Альбедо равно отношению отраженного потока к падающему.

Атмосфера, ее состав и структура. Функции атмосферы.

Атмосфера (от. греч. ατμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера») — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Атмосфера есть у всех массивных тел — планет земного типа, газовых гигантов.

Состав атмосферы

Атмосфера — это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.

Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО2 примерно на 10-12 %.Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.

Начальный состав атмосферы планеты обычно зависит от химических и температурных свойств солнца в период формирования планет и последующего выхода внешних газов. Затем состав газовой оболочки эволюционирует под действием различных факторов.

Атмосфера Венеры и Марса в основном состоят из двуокиси углерода с небольшими добавлениями азота, аргона, кислорода и других газов. Земная атмосфера в большой степени является продуктом живущих в ней организмов. Низкотемпературные газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — могут удерживать в основном газы с низкой молекулярной массой — водород и гелий. Высокотемпературные газовые гиганты, такие как Осирис или 51 Пегаса b, наоборот, не могут её удержать и молекулы их атмосферы рассеиваются в пространстве. Этот процесс протекает медленно, постоянно.

Азот,

самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.

Кислород, в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода — окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.

 

Структура атмосферы

Структура атмосферы складывается из двух частей: внутренней— тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, или ионосферы, и внешней — магнитосферы (экзосферы).

1)Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено 3\4 т.е. ~ 80% всей земной атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности и океана, поэтому толщина тропосферы на экваторе составляет 16 – 18 км, в умеренных широтах 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. Температура воздуха в тропосфере на высоте понижается на 0,6ºС на каждые 100м и колеблется от +40 до — 50ºС.

2)Стратосфера находится выше тропосферы и имеет высоту до 50км от поверхности планеты. Температура на высоте до 30км постоянная -50ºС. Затем она начинает повышаться и на высоте 50 км достигает +10ºС.

Верхней границей биосферы являются озоновый экран.

Озоновый экран – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющей максимальную плотность озона на высоте 20-26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7 — 8 км, у экватора в 17-18км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. Если спрессовать все молекулы озона, то получится слой ~ 3мм вокруг планеты.

3)Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80км. Главная её особенность – резкое понижение температуры -90ºС у её верхней границы. Здесь фиксируется серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.

4)Ионосфера (термосфера)- располагается до высоты 800 км и для неё характерно значительное повышение температуры:

150км температура +240ºС,

200км температура +500ºС,

600км температура +1500ºС.

Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний.

Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на планете.

5)Экзосфера – располагается выше 800км и простирается до 3000км. Здесь температура >2000ºС. Скорость движения газов приближается к критической ~ 11,2 км/сек. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли светящуюся корону, простирающуюся до высоты 20000км.

Функций атмосферы

1) Терморегулирующая – погода и климат на Земле зависит от распределения тепла, давления.

2) Жизнеобеспечивающая.

3) В тропосфере происходит глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс определяющий круговорот воды, теплообмен.

4) Практически все поверхности геологические процессы обусловлены взаимодействием атмосферы, литосферы и гидросферы.

5) Защитная – атмосфера защищает землю от космоса, солнечной радиации и метеоритной пыли.

Функции атмосферы. Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Человек ежедневно потребляет 12-15 кг. воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде. Кроме того, атмосфера надежно оберегает человека от опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты, космические излучения. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды — пять дней, без воздуха — пять минут. Нормальная жизнедеятельность людей требует не только воздуха, но и определенной его чистоты. От качества воздуха воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв. Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы земли, способствует перераспределению тепла на земном шаре. Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Если бы наша планета не была бы окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200 С. Атмосфера спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Велико значение атмосферы в распределении света. Ее воздух разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает равномерное освещение. Атмосфера служит проводником звуков.

Состав атмосферы

Состав атмосферы Земли.

Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2).

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся 2, СН4, NН3, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Нg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль)

Строение атмосферы и характеристика отдельных оболочек

В атмосфере различают следующие основные слои: тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т. п.

Тропосфера — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90% всей массы атмосферы и почти все водяные пары… Происходят все погодные явления.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км, на долю стратосферы — около 20% атмосферы. Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. поглощая губительные для жизни УФ-излучения Солнца. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и др. свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до −88°С. Верхней границей мезосферы является мезопауза. масса мезосферы — не более 0,3%

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в ионосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов. Защищает Землю от вредных космических лучей, термосферы — менее 0,05% от общей массы атмосферы

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближне космический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

Основные функции атмосферы

  • источник кислорода для дыхания

  • источник углекислого газа для процессов фотосинтеза

  • защита от действия ультрофиолетовой радиации, космической радиации

  • среда обитания живых организмов

  • определяет движение воздушных аотоков, погодные явления

Источники и виды загрязнения атмосферы

Виды загрязнения атмосферы

  1. газообразные

  2. аэрозоли и пыль

Существует два основных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный (производственное и бытовое).

  • Естественное загрязнение — это вулканы, лесные пожары, пыльные бури, выветривание, процессы разложения растений и животных.

  • Производственное загрязнение образуется в результате деятельности промышленных, сельскохозяйственных, строительных предприятий и различных видов транспорта. В глобальном масштабе наиболее крупные загрязнители это теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, химия и нефтехимия, промышленность строительных материалов.

По мнению специалистов, в результате деятельности человека в атмосферу Земли ежегодно поступает 25,5 миллиардов тонн оксидов углерода, 190 миллионов тонн оксидов серы, 65 миллионов тонн оксидов азота, 1,4 миллиона тонн хлорфторуглеродов. Половина всех выбросов в атмосферу приходится на предприятия таких отраслей промышленности, как энергетика 24,8% и металлургия 26,2%. В последние годы наибольшее количество вредных веществ в атмосферу выбрасывается с выхлопными газами автомобилей, причём их доля постоянно возрастает. В России она составляет более 30%, а в США — более 60% от общего выброса загрязняющих веществ в атмосферу.

  • Бытовые процессы это накопление, сжигание и переработка бытовых отходов. Канализационные системы, кухни, мусоропроводы, свалки это источники загрязнения атмосферы городов.

Специфические загрязнители – это шумы, инфразвук, вибрации, электромагнитные поля, ионизирующее излучение.

Атмосферные загрязнители разделяют на

  • первичные, поступающие непосредственно в атмосферу

  • вторичные, являющиеся результатом превращения последних.

Газообразные загрязнители

а) Оксид углерода. СО (угарный газ) страшный яд, концераген, приводит к развитию кислородной недостаточности, получается при неполном сгорании углеродистых веществ. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн.т., способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта. В воздух он попадает в результате

  • вулканическая деятельность

  • сжигания твердых отходов и топлива,

  • с выхлопными газами СО до 11%

  • выбросами промышленных предприятий.

б) СО2 углекислый газ до 2 % опт. для атмосферы, уход в геологию, свыше 2% подавление растений, нарушение жизнедеятельности человека

  • сжигания твердых отходов и топлива

  • вулканическая деятельность

  • с выхлопными газами

  • процессы дыхание

в) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса. Вызывает бронхиты, астмы и др.респираторные заболевания

г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению

  • искусственного волокна,

  • сахара,

  • коксохимические,

  • нефтеперерабатывающие,

  • нефтепромыслы.

д) Оксиды азота NO NO2 . Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн.т. в год.Приводит к нарушению функций легких и бронхов.

Основными источниками выброса являются предприятия, производящие

  • азотные удобрения (туков),

  • азотную кислоту и нитраты,

  • анилиновые красители, нитросоединения,

  • синтетических волокон — вискозный шелк, целлулоид.

е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений — фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих

  • соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

. Аэрозольное загрязнение атмосферы.

Аэрозоли — это твердые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма (аэрозоль с твердыми частицами), тумана(с жидкими), мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм.

Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже — оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы — искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС.

Свинец – появляется в отработанных газах в случае применения антидетанационной присадки к бензинам. Поражает нервную систему и кроветворные органы. Свинец накапливается в лесной подстилке, низкая миграционная активность.

Сажа – твердый фильтрат отработанных газов, состоящий из углеродов. Сажа является адсорбентом канцерогенных веществ.

Пыль это разновидность аэрозоли

В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения.

Большое разнообразие свойственно органической пыли, которая образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.

Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс.куб.м. условного оксида углерода и более 150 т. пыли.

Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств — измельчение и химическая обработка полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу.

Автотранспорт –основной частью пали является кварц, запыление в результате покрытие автомагистралей, типы шин, интенсивность движения, уборка улиц, грузоподъемность автомобилей.

Проблема «парникового эффекта»

Атмосфера и Земля поглощают примерно 67% солнечного излучения. Около 33%излучения отражается обратно. Лучше всего отражают облака, атмосферная пыль, молекулы атмосферных газов, снег и земля, лишенная растительности. Поток солнечного излучения содержит лучи инфракрасной части спектра (ИК), видимые лучи и ультрафиолетовые (УФ), максимум приходится на видимые лучи.

Еще в 1827 году французский физик Жозеф Фурье предположил, что атмосфера земли выполняет функцию своего рода стекла в теплице: воздух пропускает солнечное тепло, не давая ему при этом испариться обратно в космос. В этом и состоит сущность парникового эффекта. Этот эффект достигается благодаря наличию в атмосфере некоторых атмосферным газам. Они пропускают видимый и инфракрасный свет, излучаемый солнцем, но поглощают инфракрасное излучение, образующееся при нагревании земной поверхности солнечными лучами. Их называют парниковыми газами

Видимый свет от солнца достигает поверхности земли и нагревает ее. Земля отдает поглощенную энергию в атмосферу в виде инфракрасного излучения. Часть инфракрасного излучения поглощается СО2 и таким образом улавливается атмосферой. Еще часть отражается или переизлучается обратно к земле.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар (главный парниковый газ), углекислый газ(60%), метан(20%), озон, галоуглероды или фреоны и оксид азота. В атмосферу попадают как результат человеческой деятельности. Некоторые из этих газов куда более опасны с точки зрения глобального потепления, чем углекислый газ.

Количество СО2 в атмосфере неуклонно растет вот уже более века из-за того, что в качестве источника энергии стали широко применяться различные виды ископаемого топлива (уголь и нефть), Источниками углекислого газа в атмосфере Земли являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов, деятельность человека. Антропогенными источниками является сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы (в т. ч. сведение лесов), некоторые промышленные процессы (например производство цемента).

Основными антропогенными источниками метана являются пищеварительная ферментация у скота (скотоводство), рисоводство, горение биомассы, предположительно в результате увеличения пахотных земель и пастбищ и выжигания лесов, использования древесины для отопления, увеличения поголовья домашнего скота, количества нечистот, свалки. Некоторый вклад в поступление метана дают утечки при разработке месторождений каменного угля и природного газа, а также эмиссия метана в составе биогаза, образующегося на полигонах захоронения отходов. В середине 21 века ожидается удвоение концентрации метана в атмосфере.

  • Средняя глобальная температура у поверхности Земли составляет 15°С. Именно такая температура необходима для поддержания теплового равновесия у поверхности земли. Увеличение концентрации парниковых газов приведет к разогреву нижних слоев атмосферы и поверхности земли. К 2100должно произойти повышение температуры на 1,5—5,8 °С.

последствия глобального потепления

  • Уровень мирового океана может повысится на 84-117 см к 2050г и 156-345 см к 2100г из-за таяния полярных льдов и расширения воды. При повышении уровня океана на несколько метров будут затоплены такие города как Нью-Йорк, Лондон, Санкт-Петербург, Амстердам, Шанхай, Токио и густонаселенный\е прибрежные территории, где проживает около 30-50% населения.

  • Сдвинуться природные зоны и зоны земледелия. С тостом температуры увеличится количество осадков. Ливни затопят тропики. Засушливые зоны сдвинуться на север. Площадь пустынь увеличится. Урожаи сократятся. Серьезные изменения климата произойдут в рв Скандинавии. Сибири и Канаде.

  • При глобальном потеплении на 2 °С сплошной многолетней мерзлоты не будет . а зона лесотундры достигнет побережья Ледовитого окена. Для сельского хозяйства Европейской части может быть благоприятно, так как позволит возделывать теплолюбивые культуры на более обширных территориях.

Тем не менее, ведутся ожесточенные споры вокруг того, какое конкретно количество этих газов вызовет потепление климата и в какой степени, а также как скоро это произойдет. В конце восьмидесятых — начале девяностых годов XX века несколько лет подряд среднегодовая глобальная температура была выше обычной. Это вызвало опасения в том, что вызванное человеческой деятельностью глобальное потепление уже началось. Среди ученых существует консенсус, что за последние сто лет среднегодовая глобальная температура поднялась на 0,3 — 0,6 градусов Цельсия. Однако среди них нет согласия в том, что именно вызвало это явление. Трудно с уверенностью сказать, происходит глобальное потепление или нет, так как наблюдаемый рост температуры все еще находится в пределах естественных температурных колебаний.

  • Группа ученых под руководством Будыко выяснила что скорость образования карбонатных отложений пропорциональна количеству СО2 в атмосфере. Т.е. углекислый газ уйдет в геологию.

  • Повышение температуры приведет к усилению испарения, увеличению облачности и уменьшению поступления солнечной радиации на поверхность земли, и как следствие понижение температуры приземного слоя воздуха т.е. похоладание.

  • Американский физик Шнейдер , автор фундаментальной работы по климатологии отмечает ,что увеличение поступления углекислого газа в атмосфере вызовет возрастание скорости потребления его растениями и океаном, и последствия парникового эффекта могут быть смещены.

В декабре 1997 года на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем ста шестидесяти стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол обязывает тридцать восемь индустриально развитых стран сократить к 20082012 годам выбросы СО2 на 5% от уровня 1990 года:

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества парниковых газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительныe выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом предполагается, что главная цель — сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5% — будет выполнена.

Тем не менее, переговоры по вопросу сокращения выбросов парниковых газов идут очень сложно. Прежде всего, конфликт существует на уровне официальных лиц и бизнеса с одной стороны и неправительственного сектора — с другой. Неправительственные экологические организации считают, что достигнутое соглашение не решает проблемы, так как пятипроцентное сокращение выбросов тепличных газов недостаточно для того, чтобы остановить потепление, и призывают сократить выбросы как минимум на 60%.

Кроме того, конфликт существует и на уровне государств. Такие развивающиеся страны, как Индия и Китай, вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферы тепличными газами, присутствовали на встрече в Киото, но не подписали соглашение. Развивающиеся страны вообще с настороженностью воспринимают экологические инициативы индустриальных государств. Аргументы просты:

  • основное загрязнение тепличными газами осуществляют развитые страны

  • ужесточение контроля на руку индустриальным странам, так как это будет сдерживать экономическое развитие развивающихся стран.

В 2001 году СЩА отказались ратифицировать протокол и были осуждены многими странами.

В любом случае проблема глобального потепления климата — яркий пример того, какие механизмы, подчас, включены в решение экологической проблемы. Такие компоненты, как научная неопределенность, экономика и политика нередко играют в этом процессе ключевую роль.

Мероприятия

  • отказ от ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь

  • развитие атомной энергетики

  • развитие альтернативных видов энергетики (ветровая, солнечная, геотермальная)

  • всемирная экономия энергии.

Проблема разрушения и сохранения озонового слоя

Важнейшей составной частью атмосферы, защищающей все живое на Земле от вредного действия ультрафиолетового излучения, является озоновый слой. Он образовался 570—400 мил.лет назад. Озоновый слой — это воздушный слой в верхних слоях атмосферы (стратосфере) состоящий из особой формы кислорода — озона. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода (О3). Озоновый слой начинается на высотах около 8 км над полюсами (или 17 км над Экватором) и простирается вверх до высот приблизительно равных 50-ти км. Однако плотность озона очень низкая, и если сжать его до плотности, которую имеет воздух у поверхности земли, то толщина озонового слоя не превысит 3,5 мм.. Озон образуется, когда солнечное ультрафиолетовое излучение бомбардирует молекулы кислорода (О2 —> О3).

Почему так важно поглощение озоном жесткого ультрафиолетового излучении ?

УФ излучение с длинной волны менее200нм хорошо поглощается кислородом, от 200 до 320 нм отражается озоном, а более320 нм проникает на землю. Спектр от200-400 нм называют биологически активным ультрофиолетом. В случае истощения озонового слоя человечеству грозит резкий рост заболеваний раком кожи и слепота, ожоги кожи, возникновение мутаций, и др. изменения на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях.

В 1985 году британские ученые обнародовали данные, согласно которым в предшествующие восемь лет были обнаружены увеличивающиеся каждую весну озоновые дыры над Северным и Южным полюсами.

Ученые предложили три теории, объяснявшие причины этого феномена:

  1. разрушение озонового слоя окисями азота — соединениями, образующимися естественным образом на солнечном свету;

  2. воздушные потоки из нижних слоев атмосферы при движении вверх расталкивают озон

  3. соединения хлора в атмосфере разрушают озон.

Попытаемся разобраться в механизме образования и разрушения озонового слоя.

Образование озона начинается с реакции диссоциации молекулярного кислорода под действием УФ

О2 +квант света hv→О·+ О·

Образовавшиеся радикалы либо образуют молекулы кислорода или озона

О+О → О2 или О+О2 → О3

Образовавшийся озон либо разрушается под влиянием внешних условий либо будучи химически активным образует молекулы кислорода

О3 + hv→ О2 + О или О + О3 → О2 + О2

Циклы разрушения

Азотный О+NO2 → O2+NO (1)

NO + O3 NO2+ O2 (2)

O + O3 → O2 + O3

Водородный O+HO2 → OH + O2 (1)

OH + O3 HO2 + O2 (2)

O=O3 → O2+O2

Хлорный CI + O3 → CIO + O2 (1)

O + CIO → CI + O2 (2)

O+O3 → O2+ O2

Обратите внимание, что в первых двух реакциях 1и2 озон реагирует с веществом, которое в ходе химических реакций никуда не исчезает. В первой реакции оно вступает в процесс, во второй образуется в первоначальном виде . Эти вещества называются катализаторами, они ускоряют реакции при этом сами не расходуются.

Источники этих веществ:

  • гражданская авиация и химические производства

  • применение азотных удобрений

  • хлорирование питьевой воды

  • Ученые пришли к заключению, что соединения хлора, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ) или фреоны, которые широко использовались в промышленности и в быту, несут ответственность за разрушение озонового слоя земли. Некоторые виды хлорфторуглеродов использовались в качестве охладителей в холодильных установках и кондиционерах.

  • Другие ХФУ применялись для производства поролонов и пенопластов — материалов, широко используемых во многих потребительских товарах, начиная от одноразовой пенопластовой посуды и заканчивая изоляционными материалами.

  • Хлорфторуглероды нашли широкое применение в баллонах для распыления аэрозолей и в качестве веществ для промывания электрооборудования.

В середине сентября 1987 года представители двадцати четырех стран встретились в Монреале и подписали соглашение, по которому обязались сократить вдвое использование озоноразрушаюших ХФУ к 1999-му году. Однако в связи с ухудшающейся ситуацией в 1990-м году в Лондоне были приняты поправки к Монреальскому протоколу. Согласно Лондонским поправкам в список регулируемых ХФУ вошли еще десять веществ и было принято решение прекратить использование ХФУ, галогенов и четырехлористого углерода к 2000-х тысячному, а метилхлороформа — к 2005-му году. В 1994 году Генеральная Ассамблея провозгласила 16 сентября Международным днем охраны озонового слоя. День установлен в память о подписании Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой.

Генеральный секретарь ООН Кофи Аннан в своём послании в 2006 году отметил огромный прогресс в усилиях по сохранению озонового слоя, сказал об оптимистических прогнозах, предсказывающих восстановление озонового слоя.

1.3. Структура и химический состав атмосферы

Наиболее важной для жизни человека является атмосфера. Атмосфера Земли (от греческого слова «atmos» — пар и «sphaira» — шар)- газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Масса атмосферы составляет около 5,15*1015 тонн.

На основании многочисленных наблюдений установлено, что атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение. Из всех слоев атмосферы наибольшее значение имеет самый нижний слой — тропосфера, высота которого изменяется от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км у экватора.

Тропосфера является одним из самых плотных слоев атмосферы — в нем сосредоточено 80% всей массы атмосферы. При подъеме от поверхности Земли наблюдается изменение плотности, давления и температуры (на 6оС на 1 км). При этом, все структурные параметры атмосферы (температура, давление, плотность) обладают значительной пространственно-временной изменчивостью (широтной, годовой, сезонной, суточной и др.). Над тропосферой расположен переходный слой — тропопауза с температурой 190-220К, выше которой начинается стратосфера. В нижней части стратосферы уменьшение температуры с высотой прекращается, и температура остается приблизительно постоянной до высоты 25 км. Выше стратосферы находятся слои атмосферы (мезосфера, ионосфера, термосфера, экзосфера), в которых любые формы жизни практически невозможны.

По своему химическому составу атмосфера Земли является сложной смесью различных газов, распределение которых весьма неравномерно и зависит от пространственно-временных параметров, температуры, давления, степени индустриального развития региона и др. факторов. Средние значения химического состава атмосферы у поверхности Земли приведены в таблице.

Химический состав сухого атмосферного воздуха у земной поверхности

Наименование газа

Объемная концентрация, %

Азот

78,084

Кислород

20,9476

Аргон

0,934

Углекислый газ

0,0314

Инертные и другие газы

 0,005

Таким образом, атмосфера Земли на 99% состоит из азота и кислорода, постоянство данного состава атмосферы определяет качество атмосферного воздуха.

Однако следует отметить, что несмотря на то, что содержание отдельных газов в атмосфере невелико, их изменчивость и неравномерность распределения играет чрезвычайно важную роль в формировании и развитии биосферы.

Наличие атмосферы является одним из необходимых условий существования жизни на Земле. Атмосфера регулирует климат Земли; суточные колебания температуры на планете без атмосферы достигали бы 200 оС. В настоящее время средняя температура Земли благодаря существованию атмосферы составляет14 оС. Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, в ней образуются облака, дождь, снег, ветер. Она также выполняет роль переносчика влаги на Земле, является средой распространения звука, без воздуха на Земле царила бы немая тишина.

Атмосфера служит источником кислородного дыхания, воспринимает газообразные продукты обмена веществ, оказывает влияние на теплообмен и другие функции живых организмов. Изменение физических и химических свойств атмосферы может отрицательно сказаться на здоровье людей, их работоспособности, продолжительности жизни.

Как видно из таблицы, атмосфера состоит на 78,09% из азота и на 20,95% из кислорода, а на долю остальных компонентов: водяного пара, инертных и ряда других газов (аргон, углекислый газ, неон, гелий, метан, криптон, водород, ксенон, озон, окись углерода, окислы азота, аммиак, иод) приходится около 1% объема атмосферы. Этот состав практически не изменяется до высоты в несколько десятков километров. Другие газы и аэрозоли рассматривают как атмосферные примеси или как вещества, загрязняющие атмосферу.

Азот выделяется из земной коры в результате деятельности микроорганизмов. Горные породы содержат его в 50 раз больше, чем земная атмосфера. Атмосферный азот для биологических процессов имеет сравнительно небольшое значение, так как большинством организмов он непосредственно не усваивается и в круговорот вовлекается в малых количествах.

Кислород в свободном состоянии является продуктом жизнедеятельности растительных организмов. Он является составной частью всех животных и растительных организмов, входя в состав белков, жиров и углеводов.

Кислород используется всеми компонентами экосистем, обеспечивает дыхание животных и растений в атмосфере, почве, воде, участвует во всех химических реакциях в горных породах, почве и гидросфере.

Слой воздуха высотой 50-100 м, а иногда и выше над земной поверхностью называют приземным: метеорологические факторы в нем изменяются наиболее резко. Для этого слоя характерны примерно постоянные по высоте значения потоков воздуха и количества тепла.

Структура и состав атмосферы

Атмосфера является основной частью биосферы и представляет собой газообразную оболочку Земли. Атмосфера (от греческого “атмос” — воздух) является основой жизни, определяет окислительные процессы живой и неживой природы, предохраняет от резких суточных перепадов температуры (они могли бы достигать 150-200оС), защищает от вредных солнечных и космических излучений.

По сравнению с другими компонентами биосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей: высокую подвижность, изменчивость составляющих ее компонентов, своеобразие физико-химических процессов. Распределение тепла и влаги в атмосфере — основная причина существования природных зон на Земле, определяющих особенности режима рек, почвенно-растительного покрова и важные процессы формирования рельефа.

Общая масса газовой оболочки нашей планеты — атмосферы составляет 5,14 1015 т. Это примерно одна миллионная часть от веса Земли. Внутренняя часть этой оболочки, толщиной до 200 км, имеет одинаковую плотность. Выше 200 км, температура и плотность воздуха сильно меняются, атмосфера пульсирует, расширяется и сжимается, поэтому внешняя часть атмосферы имеет неправильную форму. Атмосфера мощностью до 20000 км имеет слоистое строение и состоит из тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы (термосферы) и экзосферы.

Тропосфера — нижний, наиболее плотный слой воздуха высотой 10-15км, составляет 90% от массы атмосферы. Стратосфера расположена над тропосферой до высоты 50 км. В ней находится озоновый слой, защищающий все живое от воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Мезосфера расположена на высотах 50-85 км. Падение температуры достигает здесь -70-80 оС, строение ее еще мало изучено.

Ионосфера расположена до высоты 1000 км, характеризуется повышенной ионизацией молекул и защищает все живое от воздействия космической радиации.

Экзосфера — внешний слой атмосферы, характеризуется разреженностью вещества, близкой к межпланетному пространству.

Условно принято атмосферу делить на две большие части: верхнюю и нижнюю. В этом случае тропосферу и стратосферу относят к нижним слоям атмосферы, а мезосферу и ионосферы объединяют в понятие верхние слои атмосферы. Верхние слои атмосферы по составу образующих ее компонентов в значительной степени отличаются от нижних слоев.

Для экологов наибольший интерес представляет нижняя часть атмосферы, главным образом тропосфера.

В атмосфере происходят основные метеорологические явления влияющие на загрязнение атмосферного воздуха. Тропосфера практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней водяной пар, углекислота довольно сильно поглощают длинноволновое (тепловое) излучение нашей планеты, в результате чего тропосфера нагревается. Это нагревание является причиной вертикального перемещения потоков воздуха, конденсации водяного пара, образования облаков и выпадения осадков.

Установлено, что в тропосфере температура падает на 0,5-0,6 оС на каждые 100 м высоты.

Состав газов тропосферы остается неизменным, и эта смесь газов называется атмосферным воздухом. До высоты 100 км воздух атмосферы имеет стабильный состав вследствие хорошего перемешивания.

Постоянный состав атмосферы сохраняется в природе миллионы лет и определяется сбалансированностью всех веществ, участвующих в круговороте материи и энергии.

Главным компонентом атмосферы (табл. 3) является азот, на долю которого в приземном слое приходится  78 об. долей, %; кислород  21 об. доля, % и аргон  0,9 об. долей, %. На долю всех остальных компонентов приходится менее 0,1 об. доли, %, но роль их в общей характеристике атмосферы чрезвычайно велика. Концентрация квазипостоянных компонентов (N2, О2, Аr, He, Xe, Kr, H2) остается неизменной вплоть до высоты 100 км. “Активные” газы и аэрозоли испытывают существенные вариации в зависимости от сезона, географического положения и высоты над уровнем моря.

Таблица 3

Состав атмосферы в приземном слое атмосферы

Квазипостоян-ные компоненты

Концентра-ция, об. д.,%

“Активные”

примеси

Концент-рация, об. д.,%

Азот N2

Кислород O2

Аргон Ar

Неон Ne

Гелий He

Криптон Kr

Ксенон Xe

Водород H2

Диоксид угле- рода CO2

78,09

20,95

0,93

18,18*10-4

5,24*10-4

1,14*10-4

0,09*10-4

0,5*10-4

0,03

Вода H2O

Оксид угле-рода CO

Озон O3

Сернистый ангидрид SO2

Метан CH4

Диоксид азота NO2

0-7

0,01-0,1

3*10-5

3*10-4

1

,6*10-4

2,10*10-6

Азот воздуха является веществом инертным и почти не принимает участия в поглощении энергии и превращениях веществ в атмосфере. Кислород необходим для дыхания живых организмов и процессов окисления, он участвует в реакциях со многими веществами атмосферы, его молекулы поглощают солнечную энергию в ультрафиолетовой части спектра. Аргон и другие инертные газы пассивны в атмосфере. Диоксид углерода принимает большое участие в процессах поглощения и излучения тепла в атмосфере. Он энергично потребляется растениями на земной поверхности и водорослями океана, имея важное значение в биотических процессах. В последнее столетие концентрация СО2 в атмосферном воздухе увеличилась почти на 0,003 об. долей, %. По некоторым теоретическим оценкам из-за накопления СО2 в атмосфере должно произойти повышение средней температуры приземного воздуха. Озон (О3) постоянно образуется в стратосфере из свободного кислорода. Озон стратосферы занял бы слой толщиной 2,5-3 мм, если бы он был собран весь вместе. Но в рассеянных атомах этого количества достаточно, чтобы защитить все живое от воздействия коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца.

В результате постоянно усиливающегося воздействия человека на окружающую среду баланс веществ в атмосфере стал нарушаться. Возникли качественные изменения состава воздуха и структуры атмосферы. Хотя атмосферный воздух относится к неисчерпаемым природным ресурсам Земли., но при современном научно-техническом прогрессе использование атмосферного воздуха можно считать неисчерпаемым только при реализации крупномасштабных затрат на восстановление его качества.

Загрязнение и защита атмосферы. Строение и состав атмосферы.

Атмосфера — газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся (условно) на высоту 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет 5,9’1015 т, объем — 13,2-1020 м3. Атмосфера играет огромную роль во всех природных процессах и, в первую очередь, регулирует тепловой режим и общие климатические условия, а также защищает человечество от вредного космического излучения.

Основными газовыми компонентами атмосферы являются азот (78%), кислород (21%), аргон (0,9%) и углекислый газ (0,03%). Газовый состав атмосферы меняется с высотой. В приземном слое из-за антропогенных воздействий количество углекислого газа возрастает, а кислорода снижается. В отдельных регионах в результате хозяйственной деятельности в атмосфере увеличивается количество метана, оксидов азота и других газов, вызывающих такие неблагоприятные явления, как парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, смог.

Циркуляция атмосферы влияет на режим рек, почвенно-растительный покров, а также экзогенные процессы рельефообразования. И, наконец, воздух — необходимое условие жизни на Земле.

Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Толщина ее составляет: на средних широтах 10…12 км, над уровнем моря и на полюсах 7…10 км, а на экваторе 16…18 км.

Из-за неравномерности нагрева солнечной энергией в атмосфере образуются мощные вертикальные потоки воздуха, а в приземном слое отмечается неустойчивость его температуры, относительной влажности, давления и т.п. Но при этом температура в тропосфере по высоте является стабильной и уменьшается на 0,6°С на каждые 100 м в диапазоне от +40 до -50°С. В тропосфере содержится до 80% всей влаги, имеющейся в атмосфере, в ней образуются облака и формируются все виды осадков, которые по своей сути являются очистителями воздуха от примесей.

Выше тропосферы расположена стратосфера, а между ними находится тропопауза. Толщина стратосферы составляет около 40 км, воздух в ней заряжен, влажность его невысока, при этом температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км над уровнем моря постоянна (около -50°С), а затем она постепенно повышается до +10°С на высоте 50 км. Под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы газов в стратосфере ионизируются, в результате образуется озон. Озоновый слой, располагаемый до 40 км, играет очень большую роль, оберегая все живое на Земле от ультрафиолетовых лучей.

Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы, в которой количество озона уменьшается, а температура на высоте примерно 80 км над уровнем моря составляет -70°С. Резкий перепад температур между стратосферой и мезосферой объясняется наличием озонового слоя.

Загрязнение атмосферы Качество атмосферы и особенности ее загрязнения

Под качеством атмосферы понимают совокупность ее свойств, определяющих степень воздействия физических, химических и биологических факторов на людей, растительный и животный мир, а также на материалы, конструкции и окружающую среду в целом. Качество атмосферы зависит от ее загрязненности, причем сами загрязнения могут попадать в нее от природных и антропогенных источников. С развитием цивилизации в загрязнении атмосферы все больше и больше превалируют антропогенные источники.

В зависимости от формы материи загрязнения подразделяют на вещественные (ингредиентные), энергетические (параметрические) и вещественно-энергетические. К первым относят механические, химические и биологические загрязнения, которые обычно объединяют общим понятием — примеси, ко вторым — тепловые, акустические, электромагнитные и ионизирующие излучения, а также излучения оптического диапазона; к третьим — радионуклиды.

В глобальном масштабе наибольшую опасность представляет загрязнение атмосферы примесями, так как атмосферный воздух выступает своего рода посредником загрязнения всех других объектов природы, способствуя распространению больших масс загрязнения на значительные расстояния. Промышленными выбросами (примесями), переносимыми по воздуху, загрязняется Мировой океан, закисляются почва и вода, изменяется климат и разрушается озоновый слой.

Под загрязнением атмосферы понимают привнесение в нее примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.

Численность населения Земли и темпы его роста являются предопределяющими факторами повышения интенсивности загрязнения всех геосфер Земли, в том числе и атмосферы, так как с их увеличением возрастают объемы и темпы всего того, что добывается, производится, потребляется и отправляется в отходы. Наибольшее загрязнение атмосферы наблюдается в городах, где обычные загрязнители — это пыль, сернистый газ, оксид углерода, диоксид азота, сероводород и др. В некоторых городах в связи с особенностями промышленного производства в воздухе содержатся специфические вредные вещества, такие, как серная и соляная кислота, стирол, бенз(а)пирен, сажа, марганец, хром, свинец, метилметакрилат. Всего в городах насчитывается несколько сотен различных загрязнителей воздуха.

Особую тревогу вызывают загрязнения атмосферы вновь создаваемыми веществами и соединениями. Всемирная организация здравоохранения отмечает, что из 105 известных элементов таблицы Менделеева 90 используются в производственной практике, а на их базе получено свыше 500 новых химических соединений, почти 10% из которых вредные или особо вредные.

Лекция № 9. Загрязнение атмосферы

9.1 Состав, строение и значение атмосферы

Атмосфера является средой обитания наземных живых организмов (человека, животных и растений), поэтому ее физическое состояние и происходящие процессы и явления оказывают огромное влияние на земную жизнь и формирование условий среды. Атмосферные явления также оказывают большое воздействие на процессы, протекающие в других средах – воде, почве, и существенно влияют на физические условия в них.

9.1.1 Состав, строение атмосферы.

По своим физическим свойствам атмосфера очень неоднородна в горизонтальном и, особенно, в вертикальном направлении. В частности, изменяются такие физические свойства, как температура, влажность, плотность, давление и состав воздуха, содержание в нем аэрозолей и др.

По вертикали атмосферу разделяют на ряд слоев, существенно различающихся по тому или иному признаку:

  1. характеру изменения температуры воздуха с высотой,

  2. степени ионизации воздуха,

  3. его составу,

  4. взаимодействию атмосферы с земной поверхностью и др.

Существует несколько классификаций вертикального строения атмосферы. Разные классификации используются в зависимости от конкретной цели.

1) Наиболее часто используют классификацию атмосферных слоев по характеру изменения температуры с высотой. По этому признаку атмосферу делят на пять основных слоев (сфер):

  • тропосферу,

  • стратосферу,

  • мезосферу,

  • термосферу

  • экзосферу

Основные атмосферные слои разделяются переходными слоями относительно небольшой вертикальной протяженности: тропопауза, стратопауза, мезопауза и термопауза.

Самым нижним слоем атмосферы является тропосфера. Отличительный признак ее – понижение температуры с увеличением высоты со средним градиентом 0,65оС на каждые 100 м высоты.

Высота, до которой простирается тропосфера, изменяется в широких пределах в зависимости от широты места, сезона года и иных причин. В среднем в умеренных широтах она равна 11 км. Средняя годовая температура по верхней границе тропосферы составляет в среднем по земному шару -56,5оС (35).

В тропосфере сосредоточено около 80 % массы атмосферы и почти весь водяной пар. В ней интенсивно развиты процессы перемешивания воздуха – перемещения его в горизонтальном и вертикальном направлениях; тепло- и влагооборота, а также взаимодействия атмосферы с земной поверхностью. Процессы, происходящие в тропосфере, оказывают решающее влияние на формирование погоды и климата, а значит, и на формирование условий среды для живых организмов.

Рисунок 9.1 — Строение атмосферы

Над тропосферой до высоты около 50 км простирается стратосфера, характеризующаяся иным характером изменения температуры с высотой. Начиная с тропопаузы (мощность ее до 1 – 2 км) падения температур с высотой замедляется.

Выше стратосферы, до высоты приблизительно 90 км, лежит мезосфера, для которой характерны быстрое понижение температуры с высотой (с градиентом в среднем 0,35оС/100 м) и очень низкие температуры воздуха вблизи верхней границы (от -85оС до -90оС).

В вышележащем слое – в термосфере вновь наблюдается рост температуры с высотой, который происходит главным образом за счет поглощения некоторой части ультрафиолетовой солнечной радиации кислородом.

Термосфера простирается до высоты 450 км и отличается очень высокими температурами – до 1000оС и более (особенно в годы активного Солнца)..

Внешний слой атмосферы – экзосфера простирается до верхней границы атмосферы, где постепенно переходит в космическое пространство. Этот слой выделяется по признаку рассеивания газов (в основном атомов водорода), а не по температурному признаку. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния. Как и в термосфере, в экзосфере очень высокие температуры воздуха и еще большее разряжение.

2) По степени ионизации воздуха слой атмосферы, характеризующийся относительно высокой концентрацией молекулярных и атомных ионов и свободных электронов, называется ионосферой. Этот слой начинается с высоты 50 – 60 км и простирается до высоты порядка тысячи километров. Причинами ионизации воздуха являются ультрафиолетовая и рентгеновская радиация Солнца, а также корпускулярное (поток протонов и электронов высоких энергий) космическое и солнечное излучения.

Ионосфера обладает значительной электропроводностью, ней наблюдаются полярные сияния, возникающие при взаимодействии корпускулярного излучения с частицами воздуха в верхней атмосфере. При этом протоны и электроны высоких энергий сталкиваются с молекулами и атомами воздуха (кислорода и азота) и ионизируют их, вызывая свечение. Очень большую роль играет ионосфера в распространении радиоволн, отражая их. В периоды высокой активности Солнца в ионосфере могут наблюдаться резкое увеличения степени ионизации (ионосферные бури), сопровождаемые магнитными бурями, что ведет к изменению отражающих свойств ионосферы и, как следствие, к ослаблению или прекращению радиосвязи. 

4)По характеру взаимодействия с земной поверхностью выделяют пограничный слой или слой трения до высоты 1,0 – 1,5 км и свободную атмосферу. В слое трения на движение воздуха оказывает влияние сила трения о земную поверхность, и физические свойства воздуха определяются в основном взаимодействием его с земной поверхностью. Нижняя часть пограничного слоя до высоты 50 – 100 м называют приземным слоем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *