Атмосфера Земли , её загрязнение

, его причины и последствия. Возможные изменения климата планеты

состоит из смеси азота (78%),кислорода (21%),аргона (менее 1%),углекислого газа (0,02%-

0,03%),а также небольшой примеси гелия , неона, ксенона, криптона, водорода, озона, аммиака, йода и других веществ, на долю которых приходится около 0,01% объёма атмосферы. Ещё примерно 4% составляют пары воды и пыль.

Атмосфера содержит слой озона (трёхатомного кислорода,О3),который располагается у экватора на высоте 15-20 км,в умеренных широтах - 22-26 км и на полюсах - 8-10 км.

Благодаря специфическому газовому составу, способности поглощать и отражать солнечную радиацию, озоновому слою, в котором задерживается основная часть коротковолнового излучения Солнца, благоприятному для животного и растительного мира температурному режиму и присутствию водяного пара, атмосферу можно назвать одним из главных источников жизни на Земле.

тропосфера (до озонового экрана),над ней расположен озоновый экран, над ним

- стратосфера (до 38 км от поверхности Земли, мезосфера (38-42 км),термосфера (42-80 км) и ионосфера (80-500 км).
Озоновый слой, охраняющий биосферу от жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца, имеет огромное значение для существования жизни на Земле.
По широтным поясам Земли средняя высота его расположения меняется следующим образом: минимальная высота - у полюсов (8 км) и у экватора (15 км), максимальная - в умеренных широтах (45 гр. с. и ю. широты)- 25 км. Концентрация озона в верхней части атмосферы (стратосфере) непостоянна, увеличивается от экватора к полюсам и подвержена сезонным изменениям с весенним максимумом.

важными составляющими атмосферного воздуха являются: кислород, углекислый газ, озон и

водяной пар.
Кислород расходуется в процессах дыхания, окисления органического вещества и неорганических элементов.
Углекислый газ расходуется в проессе фотосинтеза продуцентами (зелёными растениями) и выделяется при разложении органики.
Озон - это фильтр, поглощающий вредную для жизни часть солнечной радиации.
В ХХ столетии на состав атмосферы значительное влияние начал оказывать антропогенный фактор, вызывающий её прогрессирующее загрязнение.

и основные вещества -загрязнители.
В основе загрязнения атмосферы - техногенное загрязнение.

Производственные мощности на Земле удваиваются каждые 14-15 лет. Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасывается 700 млн.т различных аэрозолей и газов, не считая твёрдых частиц размером более 10 мкм, которые оседают вблизи источника загрязнения.
Транспорт. Один из основных источников загрязнения атмосферы - автомобильный транспорт. Мировой парк автомобилей насчитывал ещё в 1986 г более 300 млн. машин, ежегодно он значительно расширяется. Годовой выброс вредных веществ автомобильным транспортом в атмосферу составляет 50 млн.т углеводородов и 200 млн.т оксида углерода ,при использовании бензиновых двигателей. Кроме того автотранспортом выбрасываются и другие вредные примеси: оксиды азота, канцерогенный бензопирен, альдегиды, диоксид серы, свинец, хлор, бром. Дизельные двигатели выделяют значительные количества сажи и частичек копоти.
При сгорании 1 кг горючего карбюраторный двигатель выбрасывает в воздух 800 г окиси углерода (СО),или угарного газа,90 г углеводородов,20 г оксидов азота,0,7 г альдегидов,0,6 г диоксида серы,0,5 г соединений свинца,0,001 г бензапирена и др.

сильно загрязняют и другие виды транспорта - железнодорожный, морской, речной

и авиационный. например, один самолёт при перелёте на расстояние 1000 км тратит столько же кислорода, сколько потребляет человек в течение года. Особенно загрязнены вокзалы, порты, причалы и аэродромы.

Промышленные предприятия. Основными загрязнителями являются чёрная и цветная металлургия, цементная промышленность, коксовое производство, нефтяная и химическая промышленность. Они загрязняют атмосферу такими веществами и материалами, как пыль, дымы, в том числе дымы окислов железа рыжего цвета, соединениями С, S, фтора, N, Cl и др.

Много вредных веществ выделяются котельными теплоэлектроцентралей и при использовании котелков для отопления домов. В некоторых странах для отопления используют низкокачественный каменный и бурый уголь, содержащие высокие концентрации серы, а например в Индии, в Калькутте, топят сухим навозом.

(СО),угарный газ.
Составляет, в среднем 33% всех вредных выбросов в атмосферу.

Ниже всего концентрация СО вблизи озонового слоя (озон - активный окислитель), на высоте 8-25 км, а также у поверхности Земли, особенно на суше, так как в почве много микрофлоры, окисляющей СО до СО2. Оксид углерода и продукты его фотохимических превращений очень токсичны для человека. В организме он вытесняет кислород из его соединений с гемоглобином крови и человек может погибнуть от кислородного голодания.
Двуокись серы,SO2.
Раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательного тракта, вызывает хронические бронхиты, эмфизему, воспаление лёгких и др. От двуокиси серы страдают также хвойные и фруктовые деревья.
Во влажном воздухе двуокись серы соединяясь с парами воды образует сернистую кислоту и выпадает на землю в виде кислотных дождей. При наличии в воздухе или почве металлов (особенно свинца, ртути, кадмия, алюминия), образуются поражающие всё живое соли серной кислоты.

аэрозоли.
Это хлор, фтор,аэрозоли и дымы (твёрдые частицы углерода, золы,

кремнезёмной и цементной пыли).
При современной технологии производства цемента примерно 20% его идёт на выбросы в атмосферу.
Загрязнение атмосферы влияет и на растительный покров (наступает гибель всех физиологических функций растений, в частности, угнетение роста, цветения и плодоношения),ухудшает качество почв (особенно, если при соединении SO3 c водой образуется серная кислота),наступает подкисление почв, нарушаются газовый режим и микробиологические процессы, разрушает здания и сооружения ,так как твёрдые частицы играют роль абразивных материалов и вызывают коррозию металлов.

и синоптических ситуаций.
При постоянных выбросах наиболее опасны для человека условия

антициклона, с безградиентным барическим полем, со слабыми ветрами и штилями, отсутствием горизонтального и вертикального перемешивания воздушных масс, с образованием приземных смогов.
И наоборот, циклонические условия наиболее благоприятны для рассеивания вредных примесей.
В высоких широтах токсические вещества разлагаются медленнее, чем в тропиках,где выше уровень солнечной радиации, особенно ультрафиолетового излучения, вызывающего фотохимические реакции окисления техногенных выбросов. Во влажных тёплых районах токсиканты разрушаются и вымываются быстрее, чем в сухих холодных районах, где происходит накопление токсикантов.
Опасны с точки зрения загрязнения также межгорные котловины и долины, где часто наблюдается застой воздуха. Холмистая местность более опасна, чем открытая ветрам равнина.
.

загрязнения.
Местное загрязнение.
Хотя промышленные города занимают не более 2% суши,

именно они являются основными источниками загрязнения атмосферы. Над промышленными городами обычно образуется -смог - смесь техногенной пыли, паров бензина и других углеводородов, окислов азота, а также сернистого газа и оксида углерода СО. Выделяют три типа смогов: ледяной (на Аляске), лондонский и лос-анжелесский (светохимический).

Ледяные смоги формируются, когда Солнце на Аляске не поднимается более чем на 4,5 часа над горизонтом, нет суточного хода температуры и температура воздуха ниже -35 градусов по С. При этом водяные пары превращаются в микроркристаллы льда диаметром 5-10 мкм и резко уменьшает видимость, до 10 м.При этом часто они соединяются с SО2 , образуя капли серной кислоты.

при сильных туманах и температуре около 0 градусов, когда основными

загрязнителями являются продукты сжигания угля и нефти. Он известен для крупных городов, например Лондона, Нью-Йорка и Брюсселя. Такой смог известен уже более 100 лет и нередко служил причиной заболеваний и гибели людей. При нём резко снижается видимость, быстро нарастает концентрация вредных веществ, воздух приобретает неприятный запах. Такой смог наиболее част и силён в осенне-зимнее время.

в субтропиках или летом в умеренной зоне, при усиленном загрязнении

выхлопными газами и высоких значениях солнечной радиации. Его называют также фотохимическим смогом. В результате фотохимических реакций в нём образуются новые вещества, по своей токсичности превышающие исходные. основой этого смога являются фотооксиданты (озон, органические перекиси, нитриты, оксиды азота). В отличие от “чёрного” лондонского смога (дыма-тумана с копотью) лос-анжелесский называют “белым”. дымовая шапка такого смога держится в Лос-Анжелесе 270 дней в году.

Смог уменьшает количество солнечной радиации в городах на 30-40% и почти полностью не пропускает ультрафиолетовое излучение, которое разрушает многие токсические вещества (способствует окислению, гидрированию или изомеризации некоторых полициклических ароматических углеводородов - бензапирена, антрацена и др., содержащихся в выхлопных газах автотранспорта и продуктах неполного сгорания в доменных и коксовальных печах.

cреды.
К основным методам охраны атмосферной cреды относят:

1.Снижение количества загрязнителей.
-улучшение качества испольэуемого топлива (снижение содержания в жидком топливе серы, использование присадок, обеспечение его быстрого сгорания);
-совершенствование технологических процессов, внедрение замкнутых технологических циклов, использование синтетических материалов, способствующих распаду вредных веществ:
- улучшение конструкции двигателей, электронных схем зажигания, внедрение роторных двигателей, досжигание несгоревшего топлива, рост электромобилестроения и паромобилестроения;
- расширение применения электроэнергии для отопления жилья.
2,Обработка и нейтрализация вредных выбросов.
-широкое строительство очистных сооружений, внедрение фильтров, пылеулавливателей и т.п. ,в частности использование абсорбционного способа очистки газов с использованием специальных установок- абсорберов;
-применения бактериологического разложения загрязнителей;
-применение поглощения загрязнителей растительностью.
3.Рациональное размещение загрязняющих предприятий.

Защита атмосферной среды контролируется Всемирной Метеорологической организацией, имеющей сеть слежения во всех регионах мира.
Например, только в Москве есть 30 пунктов, где трижды в сутки берутся пробы воздуха на трёх горизонтах: на уровне роста человека, на уровнях 6 и 10 этажей.

влиянием антропогенного загрязнения атмосферы.
Уже доказано, что климат

нашей планеты меняется в последние 100 лет под влиянием антропогенного загрязнения атмосферы. Можно назвать три основные причины антропогенного нарушения теплового баланса:
-насыщение атмосферы техногенными выбросами, прежде всего “парниковыми газами”,в особенности углекислым газом;
- возрастание техногенной запылённости атмосферы;
-рассеяние тепла при сжигании топлива.

Главная причина заключается в том, что диоксид углерода,

или углекислый газ (СО2) обладает свойством поглощать значительную часть длинноволновой радиации. Его накопление в атмосфере способствует возникновению “парникового эффекта”,что приводит к потеплению климата у земной поверхности.
До 1850 г содержание углекислого газа в атмосфере было стабильным (265-290 частей на 1 млн. частей объёма воздуха), С 1957 года содержание углекислого газа ежегодно возрастало на 1 часть/миллион, составив в 1970 г 326, а в 1980 г - 338 частей на миллион. В целом за столетие масса углекислого газа возросла на 10-15%,к 2000 г она увеличится на 30-40%,а к 2025 г - на 100%,то-есть вдвое. при этом средняя температура нижнего слоя атмосферы Земли повысится на 2-4 градуса С (по теории академика М. И. Будыко). Растают вечные льды Гренландии и Антарктиды, уровень океана может подняться на 50 м, произойдёт затопление большинства прибрежных стран.
Действительно, в 1960 г в атмосферу выбрасывалось 8,8 млрд.т углекислого газа ежегодно, в 1990 г -21,8 а в 2020 (по прогнозу) - около 30 млрд.т.

потепление климата Земли:
в 1950 г средняя температура у поверхности была

15,05 градуса С, в 1980 - 15,1,в 1990 - 15,3 ,в 2000 (по прогнозу) - 15,5.
Подтверждением изменений климата стали катастрофические засухи в Африке (в Сахельской зоне в 70-х гг, затем в Эфиопии и др.),унесшие много человеческих жизней. Засухи наблюдались и в СССР в 70-х и начале 80-х гг, в США и Канаде в 1988 г.
В северном полушарии предполагается дальнейший рост температуры на 2-4 гр. к 2050 г ,по сравнению с периодом 1950-1980 гг

концентрации пыли в атмосфере отмечено уже начиная с 40-х годов

нашего века. Это связано с ростом городов, развитием транспорта, энергетики, промышленности, вырубкой лесов, наступлением степей и пустынь.
В последние 20 лет наблюдается также усиление вулканической деятельности.
Ежегодно в атмосферу вносится в среднем 2 млрд тонн пыли. Кроме того в атмосфере при определённых условиях некоторые газообразные вещества могут переходить в твёрдое пылеобразное состояние. К 2000 году искусственная запылённость атмосферы возрастёт примерно в 2 раза (сейчас её доля составляет в разных районах 15-50%). Сначала это будет способствовать повышению температуры, но затем возможно заметное похолодание. Предполагается всё- же, что парниковый эффект пересилит эти явления, и проявится отчётливая тенденция к потеплению.

сжигании топлива.
Сейчас человек ежегодно выбрасывает в атмосферу лишь примерно

0,01% количества тепла, получаемого Землёй от Солнца.
Однако в будущем, при развитии ядерной энергетики будет происходить удвоение производства энергии каждые 10 лет, и через 10-15 лет мы будем производить 0,1% поглощаемой энергии Солнца, а в 2030 году - около 1%.
В этом случае через 100-200 лет общий приток тепловой энергии удвоится по сравнению с нормой и климат планеты значительно изменится в сторону потепления.

существуют различные проекты, в том числе:
- регулирование облачного

покрова;
-рассеивание в нижней части стратосферы аэрозолей для изменения отражающей способности;
- аккумуляция солнечной энергии с помощью эндотермических химических реакций в специальных пакетах на территориях тропических пустынь и полупустынь;
-широкое внедрение малоэнергоёмких технологий и уменьшение выбросов газов в атмосферу;
-расширение использования альтернативных источников энергии - гелио-, ветро - и гидротермальной энергетики и т.п.;
Выдвигается также идея создания специального “ Международного фонда атмосферы” за счёт денежного налога на индустриальные страны, негативно влияющие на атмосферу. Существует межправительственный Совет по атмосфере, учреждённый ЮНЕП и Международной Метеорологической организацией. ЮНЕП выполняет ряд программ по контролю за состоянием атмосферной среды в различных регионах мира.