Склад і структура атмосфери, джерела її забруднення

Размещено на http://www.allbest.ru

Склад і структура атмосфери, джерела її забруднення

План

Вступ

1. Атмосфера, її склад і структура

1.1 Поняття атмосфери

1.2 Висота, межі і будова атмосфери

1.3 Загальна циркуляція атмосфери, тиск, вітри, водяна пара та інші показники

2. Джерела забруднення та методи очищення викидів в атмосферу

2.1 Стан повітряного середовища України

2.2 Методи та засоби очищення викидів в атмосферу

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Мета роботи: охарактеризувати атмосферу, її склад і структуру; розглянути джерела забруднення та методи очищення викидів в атмосферу.

Структурна схема довкілля

Середовище, яке оточує людину, формувалось мільйони років. Воно складається із штучного середовища, створеного людьми в процесі розвитку (господарсько-побутової, промислової, транспортної, енергетичної та інших інфраструктур); природного середовища, яке утворилось в процесі еволюційного формування Землі і життя на ній; природних ресурсів, без яких неможливе існування та розвиток суспільства (рис.). Природна сфера включає в себе землю, ґрунти, надра, гідросферу, атмосферу, флору, фауну, ландшафти.

Географічна оболонка - комплексна оболонка Землі, що утворилася внаслідок взаємопроникнення і взаємодії речовин окремих геосфер - літосфери, гідросфери, атмосфери і біосфери. Географічна оболонка є навколишнім середовищем людського суспільства, і в свою чергу, зазнає значного перетворюючого впливу від нього.

Верхню межу географічної оболонки проводять в атмосфері на висоті 25-30 км, нижню - в межах літосфери на глибині кількох сотень метрів, а іноді до 4 - 5 км чи по океанічному дну. Отже, до її складу входять повністю гідросфера і біосфера, більша частина атмосфери й частина літосфери. Географічна оболонка являє собою складну динамічну природну систему, що характеризується наявністю речовин у трьох агрегатних станах - твердому, рідкому і газоподібному. Географічна оболонка - найбільший природний комплекс, у розвитку якого є певні закономірності:

· цілісність - всі компоненти географічної оболонки становлять єдине ціле, взаємодіють між собою, а речовина і енергія перебувають у постійному кругообігу;

· ритмічність - періодичне повторення подібних природних явищ, які тривають добу (ніч і день), рік (весна, літо, осінь, зима), тисячоліття (похолодання і потепління клімату) чи мільйони років (горотворення і т. ін.);

· зональність - зміна характеру і властивостей природних комплексів та їх компонентів від екватора до полюсів, пов'язана з нерівномірним розподілом сонячного тепла залежно від географічної широти;

· висотна поясність - зміна рельєфу, клімату, вод, ґрунтів, рослинності і тваринного світу в залежності від абсолютної висоти місцевості, експозиції схилів та протяжності гірських країн відносно переважаючих повітряних мас.

1. Атмосфера, її склад і структура

1.1 Поняття атмосфери

Атмосфера (від грецької мови atmos - повітря і сфера - куля) - повітряна оболонка, що оточує Землю і обертається разом з нею під дією сили тяжіння. Маса атмосфери становить 5,15*10¹⁵ т (майже 0,000001 частка маси Землі). Нижньою межею атмосфери є поверхня Землі; Верхня - на висоті 2000-3000 км, хоч вона поширюється до 20000 км і поступово переходить у міжпланетний простір.

Основними складовими частинами повітря (за об'ємом) є азот (78,10 %), кисень (20,93 %), аргон (0,93 %).

Крім цих основних газів, у повітрі в мізерній кількості містяться водень, гелій, неон, криптон, ксенон. До складу повітря входять також вуглекислий газ, озон, метан, водяна пара. У зваженому стані в повітрі утримуються водяні краплі, частинки льоду і дрібні частинки пилу різного походження. Азот, кисень, аргон, водень, гелій, неон, криптон, ксенон за вмістом у повітрі сталі, а решта - несталі. Через те, що в природі відбувається кругообіг речовин і повітря безперервно переміщується у вертикальному і горизонтальному напрямах, ці складові частини скрізь на Землі лишаються незмінними. Це стосується і відносно високих шарів повітря. З висотою склад повітря мало змінюється. За даними штучних супутників, на висоті понад 250 км повітря складається з атомарних іонів кисню й азоту. Серед них більше іонів атомарного кисню. Найвища атмосфера складається в основному з гелію і водню.

Несталі складові повітря, властиві головним чином тропосфері, - це вуглекислий газ, озон, метан, водяна пара і різні частинки у зваженому стані, їхня кількість невелика і змінюється в часі і просторі. Проте і вони відіграють важливу роль у процесах, що відбуваються в географічній оболонці.

Із сталих складових атмосфери найважливішу роль у життєвих процесах, що відбуваються в географічній оболонці, відіграє кисень. Він прямо впливає на життя людини. Збільшення або зменшення кисню в природі призвело б до згубних-для організмів наслідків. Кисень витрачається на окислення багатьох елементів земної кори тощо. Проте кількість його лишається незмінною. Кисень у повітря безперервно постачають рослини. Майже весь вільний кисень атмосфери - продукт життєдіяльності зелених рослин. У процесі життєдіяльності вони розкладають вуглекислий газ на вуглець і кисень. Вуглець іде на побудову їхнього тіла, а кисень виділяється в атмосферу.

Азот засвоюють рослини, його вдихають тварини і люди.

З групи несталих складових атмосфери на особливу увагу заслуговують вуглекислий газ і водяна пара. Вуглекислого газу в повітрі небагато - 0,03 %, але він відіграє важливу роль у географічній оболонці. В атмосферу він надходить з вулканів, мінеральних джерел, ґрунтів, організмів, промислових підприємств.

Нерівномірно розподіляється вуглекислий газ і по земній поверхні. Над океаном, у полярних країнах, сільській місцевості його менше, ніж у містах (особливо у промислових), у вулканічних областях.

Роль вуглекислого газу не вичерпується тим, що він основний матеріал для побудови органічної речовини рослин. Він має велике значення як отеплювач Землі. Вуглекислий газ легко пропускає до Землі короткохвильове проміння Сонця, але затримує довгохвильове.

Водяна пара - найбільш нестала із складових атмосфери. Вона надходить у повітря в результаті випаровування води з морів та океанів, з поверхні суші та внаслідок транспірації рослинами. Вона відіграє важливу роль у географічній оболонці: поглинає і затримує тепло, яке випромінює Земля, з неї утворюються хмари й опади, під час конденсації водяної пари виділяється тепло, яке нагріває повітря.

Атмосфера відіграє важливу роль у перетворенні сонячної енергії - поглинанні, розсіюванні, відбиванні. Вона одержує тепло від суші й моря і охолоджується зверху, випромінюючи тепло в міжпланетний простір, і, отже, проводить тепло від Землі. Проте більше вона затримує тепла і таким чином відіграє роль отеплювача Землі. Атмосфера пропускає 3/4 сонячного випромінювання до Землі і затримує довгохвильове випромінювання земної поверхні. Цим атмосфера збільшує кількість тепла на Землі, яке впливає на розвиток різних фізико-географічних процесів.

Між атмосферою і поверхнею Землі відбувається безперервна взаємодія. Атмосфера зумовлює безпосередньо ряд процесів на Землі й впливає на їхній хід. Повітря разом з водою фізично і хімічно впливає на земну кору, спричиняє її вивітрювання, яке відіграє одну з першорядних ролей в утворенні рельєфу. Атмосферні опади дають початок текучим водам, а вони, в свою чергу, впливають на рельєф поверхні Землі.

Атмосфера перебуває в безперервному русі. Внаслідок цього здійснюється обмін теплом і холодом між різними зонами й ділянками, які по-різному нагріваються. Атмосфера переносить вологу в стані пари і в краплиннорідкому з одних ділянок в інші і так розподіляє її на Землі. Атмосфера є також величезним, практично невичерпним джерелом мінеральної сировини. З повітря добувають азот, кисень, аргон та інші гази для потреб народного господарства.

До складу атмосфери входять азот (78 %), кисень (21 %), інші гази становлять лише 1%, вт. ч. вуглекислий газ - 0,03 %. Таке співвідношення газів зберігається до висоти 100 км. Кожний з газів забезпечує дихання і горіння. Азот входить до складу білків - речовин, з яких складається все живе.

Шар озону (озоносфера) вбирає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця, захищаючи життя на Землі. Основна маса озону знаходиться на висоті 20 - 25 км. Вуглекислий газ, вміст якого в атмосфері з розвитком виробництва зростає (від 0,029 % на початку XX ст. до 0,033 % у 80-х роках), має здатність вбирати довгохвильове випромінювання Землі, що створює парниковий ефект атмосфери і зменшує тепловіддачу Землі.

Атмосфера підтримує різні форми життя на Землі, регулює теплообмін планети з космічним простором, впливає на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів.

1.2 Висота, межі і будова атмосфери

Межі атмосфери умовні. Верхню межу тонно не визначено. Густина повітря з висотою зменшується, атмосфера поступово, без чіткої межі переходить у міжпланетний простір. За верхню межу іноді беруть таку висоту, на якій окремі розрізнені частини повітря ще обертаються разом із Землею, де сила притягання ще більша за відцентрову силу. За даними сучасних досліджень, верхня межа атмосфери простежується до 3 000 км. Там її густина наближається до густини міжпланетного простору. За нижню межу атмосфери практично беруть поверхню Землі. Але й поверхня Землі - межа умовна, бо повітря проникає і в земну кору, і у воду.

Атмосфера неоднорідна. Вона має добре виражену шарувату будову. Її шари, або концентричні оболонки, за фізичними особливостями відрізняються між собою. Атмосферу ділять на п'ять основних шарів (сфер): тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) і екзосферу. Сфери не мають чітких меж вони поступово переходять одна в одну, утворюючи перехідні межі.

Тропосфера - нижній шар атмосфери, що безпосередньо прилягає до Землі. Висота її над різними широтами різна: над полюсами близько 8 км, над помірними широтами 11 - 12 км, над екватором до 17 - 18 км. Такий розподіл висот зумовлений різним температурним станом полюсів і екватора та обертанням Землі навколо осі.

Тропосфера - найдіяльніший шар атмосфери. Велика активність тропосфери пояснюється тим, що вона безпосередньо прилягає до земної поверхні. Поверхня Землі - основне джерело нагрівання повітря. Отже, можна стверджувати, що фізичні властивості тропосфери повністю визначаються впливом Землі.

Для тропосфери характерні інтенсивне переміщування повітря по вертикалі та його горизонтальні рухи. Серед горизонтальних рухів переважають західні вітри. У верхній частині тропосфери спостерігаються струминні течії. Найбільш сталі з них спрямовані вздовж 30 - 40-х паралелей.

Тропосфера - шар найактивнішого тепло- і вологообміну з поверхнею Землі. Для неї характерне зниження температури відповідно до висоти - в середньому на 6,5°С на кожний кілометр. Це пояснюється тим, що тепло передається від Землі в основному через переміщування повітря. Через те що над екватором потужність тропосфери найбільша, там на межі тропосфери температури повітря найнижчі: - 80°С, тоді як над помірними широтами - 55°С, а над полярними - 50°С. У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара. В ній розвиваються всі явища погоди - утворюються хмари, випадають опади і т. ін. В цьому полягає одне з найважливіших значень тропосфери для процесів, що відбуваються в ландшафтній оболонці Землі.

Стратосфера - шар повітря, який лежить над тропосферою. Від тропосфери стратосфера відокремлюється перехідним шаром - тропопаузою, або субстратосферою, завтовшки близько 1-2 км. Стратосфера - безхмарний або малохмарний шар повітря, що простягається в середньому від 11-12 до 25 км. Для стратосфери характерна в цілому однакова температура (ізотермія). В ній температура в середньому близька до тієї, яка властива верхній межі тропосфери, - 55°С. Стратосфера охоплена потужними горизонтальними рухами повітря типу струминних течій, але є і вертикальні рухи, які сприяють перемішуванню повітря.

Мезосфера - шар повітря від 25 до 85 км. Він відділяється від стратосфери стратопаузою. Для мезосфери в інтервалі 25-52 км характерне підвищення температури від - 55 до +10°С (явище інверсії), а далі до верхньої межі - зниження до - 107°С. Інверсія температури в мезосфері пояснюється наявністю шару озону. Шар озону в мезосфері - важливе явище. Найбільша концентрація цього газу на висоті 27-28 км. Озон поглинає коротке ультрафіолетове проміння і цим захищає від його згубної дії світ мікробів. Якби не було озону, зникли б мікроорганізми, а з ними й численні процеси (ґрунтоутворення та ін.) в географічній оболонці. У мезосфері теж більше горизонтальних рухів повітря зі швидкістю 40-100 м/с.

Термосфера (коли йдеться про її електричні властивості, її називають іоносферою) простягається від 80 до 800-1000 км. Там гази дуже розріджені, тиск дуже низький. З цих причин молекули там рухаються з такою швидкістю, як у газі, нагрітому до кількох сотень градусів. Термосфера - інверсійний іонізований шар повітря, розташований вище від низьких температур. За вимірами штучних супутників і геофізичних ракет, температура на висоті 150 км становить 600°С, на висоті 200 км - 1000°С, на висоті 500 км - до 2200-2750°С.

Під впливом космічної радіації молекули газів іонізуються - утворюють додатні й від'ємні іони і вільні електрони. В іоносфері виникають полярні сяйва, спостерігаються різні коливання магнітного поля.

Екзосфера, або сфера розсіювання, розташована на висоті понад 800 - 1000 км. Вона характеризується найбільшою розрідженістю газів: окремі їхні частинки, рухаючись з великими швидкостями, майже не стикаються одна з одною. Це - верхній шар атмосфери, який межує з міжпланетними просторами. Він простягається до висоти, що вимірюється кількома десятками тисяч кілометрів, де густина повітря близька до густини міжпланетного простору (одна молекула, атом або іон на 1 куб. см). Це зона відтікання легких газів атмосфери в Космос, тому екзосферу називають ще сферою розсіювання.

Густина повітря з висотою зменшується, тому маса атмосфери навколо Землі розподіляється так: у шарі повітря до 5 км зосереджено близько 50 % усієї маси атмосфери, в товщі тропосфери - близько 79 % її маси, в стратосфері й мезосфері разом - близько 20 %, у термосфері - менш як 0,5 %. Маса атмосфери становить 1/1000 000 маси Землі.

1.3 Загальна циркуляція атмосфери, тиск, вітри, водяна пара та інші показники

Загальна циркуляція атмосфери - складне і важливе явище природи, яке зумовлює що, денні зміни погоди й формування кліматів земної кулі. Під загальною циркуляцією атмосфери розуміють рух повітряних течій, який охоплює всю атмосферу і здійснює обмін теплом, вологою та зваженими в повітрі домішками між окремими поясами земної кулі.

Важливою рисою цього руху є безперервна мінливість, що створює враження хаотичності. Проте повітряні течії мають постійні напрями, які підпорядковуються певним закономірностям і складаються в систему повітряних течій., Причиною повітряних течій є різниця атмосферного тиску в сусідніх ділянках. Повітря, як правило, переміщується з ділянок високого тиску в ділянки низького тиску. Сила і швидкість вітру залежать від баричного градієнта. За нормальний тиск взято тиск на рівні моря, який дорівнює 760 мм, або 1013,25 мб. Атмосферний тиск біля Землі змінюється від 887 до 1080 мб.

Першопричиною розподілу атмосферного тиску на Землі є різне нагрівання її у високих і низьких широтах. В екваторіальній смузі нагріте і насичене вологою повітря стає легким і піднімається. Над полюсами холодне і сухе повітря як важке опускається і наче притискується до Землі. Тому на однаковій висоті над екватором тиск вищий, ніж над полюсами. У вільній атмосфері він поступово зменшується від екватора до полюсів.

У приземному шарі тропосфери тиск розподіляється інакше. У полярних регіонах він вищий, в екваторіальній смузі знижений і змінюється від полюсів до екватора нерівномірно. У приземному шарі його розподіл визначається неоднаковим нагріванням суші і моря, нерівностями рельєфу, які затримують рух повітря, тощо. В результаті в одні місця повітря надходить, з інших - відтікає. Так утворюються зони високого і низького тиску. Вони розташовуються так над поверхнею Землі, що утворюють уздовж паралелей смуги високого і низького тиску, які чергуються по широті.

Над полюсами в приземних шарах повітря низькі температури зумовлюють більш-менш постійні ділянки високого тиску.

У субполярних поясах розташовані дві смуги низького тиску (часте утворення циклонів). Простори помірних поясів (від субтропіків до субполярних широт) характеризуються мінливим розташуванням циклональних та антициклональних ділянок, що залежить від пір року та розподілу суші і моря. Влітку над теплими континентами встановлюються ділянки низького тиску, над холоднішими океанами - високого. Взимку навпаки над теплими океанами - низький тиск, а над холодними континентами - високий.

У субтропічних смугах обох півкуль приблизно між 25 і 30° ш. скупчуються антициклони. Вони утворюють майже постійні і суцільні пояси високого тиску. Від них тиск спадає до екватора, де він завжди менший від норми.

Екваторіальна зона низького тиску збігається зі смугою найвищого полуденного положення Сонця і переміщується в різні пори року слідом за Сонцем. Ця зона відповідає термічному екватору і є баричним екватором. З переміщенням баричного екватора за Сонцем відповідно зміщуються й інші смуги тиску, бо всі вони зв'язані між собою.

Отже, розподіл тиску в основному має зональний характер. Але смуги високого і низького тиску зміщуються по широті від літа до зими і навпаки.

Ці закономірності в розподілі тиску визначають циркуляцію атмосфери на Землі. Загальна циркуляція атмосфери - це закономірно взаємопов'язана система повітряних течій планетарних масштабів.

Сила баричного градієнта, зумовлена різницею тисків угорі між екватором і полюсами, примушує маси повітря рухатись із зростаючими швидкостями від ділянок високого тиску до ділянок низького (від екваторіальної зони до полюсів). Але на цей рух відразу ж починає діяти сила Коріоліса, яка відхиляє повітряні маси у Північній півкулі вправо, а в Південній - вліво. Із збільшенням широти збільшується відхилення. Зрештою повітря починає рухатися вздовж паралелей із заходу на схід і набуває постійної швидкості, яка відповідає баричному градієнту.

Від полюсів до тропіків над усією земною кулею панують західні вітри. Вони у високих і помірних широтах починаються з висоти 3-4 км, а над екватором - 10 км.

Нижче від зазначених висотних рівнів відповідно до розподілу тиску єдність загальної циркуляції порушується. В приземній частині тропосфери вона розподіляється на ряд зональних поясів.

Є такі типи повітряних мас: арктичні (та антарктичні), полярні (помірні), тропічні та екваторіальні.

Арктичне (антарктичне) повітря - повітряна маса, що формується над Арктикою, північними частинами Євразії! Північної Америки, а також над Антарктидою. Характеризується низькою температурою, малим вмістом вологи, великою прозорістю. Проникаючи в нижчі широти, спричиняє похолодання (хвилі холоду). Морське арктичне повітря, що формується над океаном у приполярних районах, вільних від льоду, відрізняється більшим вмістом вологи і трохи вищою температурою.

Полярне (помірне) повітря - це повітряні маси, які формуються поза тропічними (високими і середніми) широтами Землі. Полярне повітря прогріте значно краще, має влітку підвищений вміст вологи, знаходиться переважно над океанами. Західні вітри і циклони переносять морське помірне повітря далеко в глибину материків, де воно супроводжується нерідко опадами. Континентальне помірне повітря взимку дуже охолоджується, і погода в ньому стійка, морозна.

Тропічне повітря - повітряні маси, які формуються в тропічних і субтропічних широтах, а влітку також у континентальних районах на півдні помірних широт. Є континентальне і морське тропічне повітря. Тропічне повітря характеризується високими температурами, значним вмістом вологи, запиленістю. Воно нерідко поширюється в помірні та екваторіальні широти, де атмосферний тиск нижчий.

Екваторіальне повітря - це повітряні маси, що формуються в зоні екватора або скеровуються від нього. Характеризується постійними високими температурами і підвищеним вмістом вологи і над океаном, і над сушею. У після-полуденний час тут часті зливові дощі.

Тиск атмосфери - це тиск, який діє атмосферним повітрям на всі розмішені в ньому предмети і на земну поверхню.

Хоч повітря й не важке, проте сила, з якою вся товща атмосфери тисне на земну поверхню, величезна. На дні повітряного океану на кожний квадратний сантиметр земної поверхні, чи то суші, чи води, атмосфера тисне з силою близько одного кілограма. Це означає, що на людську долоню поверхнею 150см² повітря тисне з силою в 150кг. Однак наш організм пристосований до такого тиску, тому ми його не помічаємо.

З висотою тиск атмосфери безперервно зменшується. Середній тиск повітря на рівні океану відповідає вазі ртутного стовпчика висотою 760 мм з перерізом 1 см². Цей тиск називається нормальним. Одиницею вимірювання тиску атмосфери є мілібари: 1 мм тиску становить 1,33 мб. Відстань по вертикалі, на якій атмосферний тиск зменшується на одиницю виміру (1 мм або 1 мб), називається баричним ступенем. У нижніх шарах атмосфери біля земної поверхні тиск зменшується приблизно на 1 мм на кожні 10і5м висоти.

Атмосферний тиск не залишається завжди однаковим, він безперервно змінюється. Навіть невеликі коливання тиску дуже істотно впливають на погоду. Коли тиск різко зменшується, погода, звичайно, погіршується - йде дощ або сніг. А коли тиск збільшується, то погода прояснюється, у небі з'являються блакитні просвіти.

Тиск повітря вимірюють барометром. Найчастіше використовують ртутний барометр і анероїд. Ртутний барометр ґрунтується на принципі сполучених посудин. У чашковому ртутному барометрі скляна трубочка зі ртуттю, запаяна зверху, занурена відкритим кінцем у чашечку зі ртуттю; над поверхнею ртуті в трубці створюється вакуум. При зміні атмосферного тиску ртуть у чашечці піднімається або опускається. Величина атмосферного тиску визначається за висотою ртутного стовпчика в трубці.

Анероїд - прилад для вимірювання атмосферного тиску за деформацією пружної металевої коробки, без повітря. Деформація коробки через систему важелів передається на стрілку, що переміщується по шкалі.

У повітрі завжди є водяна пара.

Водяна пара - це безбарвний невидимий газ. Хмари складаються з дрібнісіньких краплинок води і є результатом переходу водяної пари з газоподібного стану в рідкий - у воду. Такий перехід газу в рідину називається конденсацією, а зворотний перехід рідкої води у водяну пару має назву випаровування. Конденсація і випаровування тісно пов'язані зі змінами температури повітря.

Певний об'єм простору - порожнього чи наповненого повітря, може вмістити в себе тільки відповідну кількість водяної пари. Тому випаровування буде тривати лише доти, поки водяна пара не досягне стану насиченості, тобто такого стану, коли цей простір уже не спроможний увібрати більше вологи..

Виявляється, що кількість водяної пари, яка потрібна для того, щоб «наситити» нею простір не завжди однакова, - вона змінюється залежно від зміни температури повітря. Чим вища температура, тим більше потрібно водяної пари аби наситити даний простір.

При температурі нижче 0°С вода в атмосфері може перебувати не в двох, а в трьох станах - газоподібному (водяна пара), рідкому (вода) і твердому (лід). Рідкі краплі можуть плавати в повітрі навіть при від'ємній температурі, тобто нижче 0°С, все-таки не замерзаючи; у цьому випадку вода перебуватиме в переохолодженому стані, хоч, як правило, вона починає замерзати вже при 0°С.

При морозі конденсація дуже ускладнюється у зв'язку зі здатністю льоду притягувати до себе вологу.

При температурі 10°С морозу 1 м³ повітря, коли немає поблизу льоду, може містити до 2,35 г водяної пари. Якщо ж у цей об'єм повітря внести кусок льоду, то на його поверхні починає утворюватися білий сніговий наліт і кількість водяної пари в повітрі зменшиться до 2,19г. Отже, при морозі місткість простору для водяної пари залежить не тільки від температури, а й від того, чи стикається це повітря з льодом чи ні. В присутності льоду ця місткість зменшується, і повітря насичується меншою кількістю водяної пари.

Атмосферні опади - це вода в рідкому і твердому стані, що випадає з хмар, а також та, яка виділяється з повітря на земну поверхню і на предмети. Із хмар атмосферні опади випадають у вигляді дощу, снігу, крупи, фалу, мряки, мокрого снігу, льодового дощу. З повітря виділяються на ґрунт і на наземні предмети роса, рідкий наліт, іній, твердий наліт, мряка. До атмосферних опадів належить також ожеледь.

Хмари складаються з дуже дрібних краплинок води або кристалів льоду, що плавають у повітрі. Ці краплинки та кристалики такі малі, що під дією ваги лише повільно опускаються.

Коли хмарні краплі і кристали збільшуються і стають важчі, вони починають падати швидше, із хмари випадає дощ або сніг. Основною умовою утворення опадів є одночасна наявність у повітрі твердої, рідкої і газоподібної води, яка перебуває у змішаних хмарах. Крапельки в хмарах можуть зберігатися в рідкому стані і при температурі нижче 0^оС, але частіше при низьких температурах утворюються кристалики льоду або сніжинки. При температурі від -7 до -18°С хмари складаються одночасно з льодових кристаликів і водяних крапель.

Досягаючи розмірів від 0,05 до 0,1 мм, краплинки води в хмарах не можуть більше перебувати у повітрі і падають на землю у вигляді атмосферних опадів. При від'ємних температурах водяні крапельки випаровують вологу, а льодові кристалики конденсують її. Збільшуючись, вони падають, приєднуючи до себе інші крапельки води; які приморожуються до кристалів. Зимою такі кристалики падають на земну поверхню у вигляді снігу або крупи, а літом внаслідок танення в нижніх шарах атмосфери - у вигляді дощових крапель різної величини (діаметром від 0,05 до 7 мм). Під час грози вони можуть випадати у вигляді граду.

2. Джерела забруднення та методи очищення викидів в атмосферу

Атмосфера завжди містить певну кількість домішок, котрі зумовлюються природними та антропогенними джерелами.

До числа домішок, котрі виділяються природними джерелами, відносяться: пил (рослинного, вулканічного, космічного походження, внаслідок ерозії ґрунту, частинки морської солі тощо); туман, дим, гази від лісових та степових пожеж; гази вулканічного походження; різноманітні продукти рослинного, тваринного та мікробіологічного походження.

Природні забруднювачі бувають розподіленими, наприклад, випадання космічного пилу, або короткочасними стихійними, наприклад, лісові та степові пожежі, виверження вулканів тощо. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і несуттєво змінюється з плином часу.

Ще п'ятдесят років тому природа досить успішно ліквідовувала різноманітні забруднення, оскільки атмосфера має могутні властивості самоочищення, але нині вона з цим завданням вже не справляється.

Основними джерелами забруднення атмосфери є природні, промислові і побутові процеси, їх об'єднують у такі групи.

· забруднювачі природного походження (мінеральні, рослинні, тваринні, мікробіологічні);

· забруднювачі, які утворюються при згоранні палива для потреб промисловості, опалення житлових будинків, при роботі всіх видів транспорту;

· забруднювачі, які утворюються в результаті промислових викидів;

· забруднювачі, зумовлені згоранням і переробкою побутових і промислових відходів.

За останні кілька років в світі спалюється в середньому по 10 млрд. тонн палива на рік. При цьому викидається 22 млрд. тонн вуглекислого газу, 150 млн. тонн двоокису сірки, близько 300 млн. тонн оксиду вуглецю, 50 млн. тонн оксиду азоту, 200-700 млн. тонн пилу і диму та багато інших речовин, з якими надходять в атмосферу шкідливі, хвороботворні, в тому числі канцерогенні та мутагенні речовини.

Найбільш поширеними токсичними речовинами, котрі забруднюють атмосферу, є: оксид вуглецю СО, діоксид сірки 5О₂, оксид азоту NО_x, вуглеводні С_nН_m та пил. Основні джерела забруднення атмосфери та їх щорічні викиди наведено в табл. 1.

Крім згаданих вище речовин та пилу, в атмосферу викидаються й інші, більш токсичні речовини (табл. 2).

Зараз налічується більше 500 шкідливих речовин, котрі забруднюють атмосферу, і їх кількість зростає.

Високі концентрації домішок та їх міграція в атмосферному повітрі призводять до утворення більш токсичних речовин (смог, кислоти), або до таких явищ, як парниковий ефект та руйнування озонового шару.

Загальна схема реакцій утворення фотохімічного смогу досить складна і у спрощеному вигляді може бути подана наступними реакціями:

NO₂ + hv > NO + O

O + O₂ > O₃

C_nH_m + O > ПАН (пероксіацилнітрати)

C_nH_m + O₃ > ПАН (пероксіацилнітрати)

Смог досить токсичний, оскільки його склад знаходиться в наступних межах: О₃ - 60...75%; ПАН, Н₂О₂, альдегіди тощо - 25...40%.

Основна маса забруднень повітря припадає на спалювання органічних енергоносіїв (вугілля, нафти, газу, торфу, сланців, деревини), у містах до 60% забруднень дає автотранспорт. Забруднення повітря стало великою соціальною і економічною проблемою для багатьох розвинених країн, особливо для великих міст, промислових агломератів.

Сьогодні в містах забруднення повітря в 15 разів вище, ніж у сільській місцевості і в 150 разів вище, ніж над океаном. У промислових районах за добу випадає понад 1 тонну пилу на 1 км², У забруднених містах за рік - більше 1 кг/м² пилу і сажі.

Таблиця 1. Джерела викидів в атмосферу

Домішки	Основні джерела	Середньорічна концентрація в повітрі, мг/м3
	природні	антропогенні
Тверді частки (зола, пил тощо)	Вулканічні виверження, пилові бурі, лісові пожежі тощо	Спалювання палива в промислових та побутових установках	В містах - 0,04...0,4
SO2	Вулканічні виверження, окислення сірки, сульфатів, розсіяних в морі	Те ж	В містах - до 1,0
NOx	Лісові пожежі	Промисловість, автотранспорт, теплоелектростанції	В промислово розвинених регіонах - до 0,2
CO	Лісові пожежі, виділення океанів, окислення терпенів	Автотранспорт, промислові енергоустановки, чорна металургія	В містах - від 1 до 50
Леткі вуглеводні	Лісові пожежі, природний метан, природні терпени	Автотранспорт, опалювання відходів, випаровування нафтопродуктів	В промислово розвинених регіонах - до 3,0
Полі циклічні, ароматичні вуглеводні	-	Автотранспорт, хімічні заводи, нафтопереробні заводи	В промислово розвинених регіонах - до 0,01

Сажа являє собою частинки вугілля або інших видів палива, які не згоріли. Пил складається з частинок вугілля, попелу. Справжнім лихом для міст є автомобілі. Більш як 300 млн. автомашин щодня викидають в повітря 800 тис. тонн окису вуглецю, 1 тис. тонн свинцю. Більшість з 200 компонентів вихлопних газів автомашин згубно впливає на організм людини, а оксид азоту є одним із компонентів смогу.

атмосфера оболонка циркуляція забруднення

Таблиця 2. Кількість щорічних викидів до атмосфери Землі

Речовина	Викиди, млн. тонн	Частка антропогенних домішок від загальних надходжень
	природні	антропогенні
Тверді частки	3700	1000	27
SOx	650	100	13.3
NOx	770	53	6,5
CO	5000	304	5,7
CnHm	2600	8	3,3
CO2	485000	18300	3,6

Промислові викиди в атмосферу порушують озоновий шар, який, немов щит, прикриває Землю відсильного ультрафіолетового опромінення. Виявлено різке зменшення шару озону над Антарктидою - своєрідну "озонову дірку". Вміст озону над Антарктидою дедалі зменшується, межі "озонової дірки" розширюються. "Озонова дірка" існує не постійно, а близько місяця на рік, переважно в жовтні. Вона розширюється в бік Австралії, Південної Америки й Африки, що викликає тривогу. "Озонова дірка" - це гігантський атмосферний вихор, який циркулює проти стрілки годинника. Щодо причин цього явища є три припущення:

§ взаємодія оксидів азоту з озоном;

§ реакція антропогенного хлору з озоном;

§ антропогенні фреони реагують з озоном.

2.1 Стан повітряного середовища України

Основними забруднювачами повітря України є підприємства чорної металургії (33%), енергетики (30%), вугільної промисловості (10%), хімічної та нафтохімічної промисловості (7%).

Щорічно по всій Україні в атмосферу виділяється 17 мільйонів тонн шкідливих речовин, тобто на кожну людину - по 300 кг.

Понад третину всіх промислових викидів шкідливих домішок у повітрі припадає на теплові станції, які використовують паливо.

Найбільший внесок у викиди сірчистого ангідриду дають підприємства енергетики, чорної металургії та вугільної промисловості (їх частка складає 80% викидів).

У викиди оксидів азоту головний внесок - 72% - дають підприємства енергетики та металургії.

Підприємства хімічної, нафтохімічної і газової промисловості дають найбільший внесок - 43% - у викиди вуглеводнів.

Більше третини загального обсягу шкідливих викидів в атмосферу дає автотранспорт - 6,5 млн. тонн на рік. В Євпаторії та Ужгороді згаданий показник складає 91% від загальної кількості викидів.

Встановлено два нормативи забруднення повітря: максимально-разова і середньодобова гранично допустима концентрація (ГДК).

Максимально-разова ГДК необхідна для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, зміни біоелектричної активності головного мозку, світлової чутливості очей тощо) при короткотривалому впливу забруднювачів (до 20 хв.), а середньодобова - з метою попередження їх резорбтивного (загальнотоксичного, канцерогенного, мутагенного та ін.) впливу.

Для оцінки впливу забруднювачів на здоров'я населення потрібно користуватися не лише максимально-разовими і середньодобовими ГДК, які регламентують вміст хімічних речовин у повітрі населених пунктів, але й показниками, які характеризують вміст шкідливих речовин за тривалий період (місяць, рік). Підставою для цього є те, що невеликі концентрації речовин при тривалій дії справляють такий же негативний ефект, що й висока концентрація за короткий проміжок часу.

Встановлено, що довготривале забруднення атмосферного повітря сірчистим газом, окислами вуглецю, азоту та іншими речовинами шкідливо впливає на здоров'я людей. При цьому може збільшуватися загальна захворюваність населення, яка обумовлена ураженням окремих органів і систем організму.

На території України функціонує 1500 підприємств зі шкідливими відходами. Загальна кількість відходів щороку збільшується на 12 мільйонів тонн.

Найбільш високе забруднення атмосферного повітря характерне для Донецького і Придністровського регіонів України, а також навколо обласних центрів.

В нашій державі вживаються заходи щодо зниження викидів в атмосферу шляхом оснащення джерел викидів шкідливих речовин пилогазоочисними установками. Здійснюється заміна або реконструкція морально та фізично застарілих пилогазоочисних установок, впровадження мало- та безвідходних технологічних процесів та інше. Одне з провідних місць у забрудненні атмосфери займає транспорт. Так, більше 40% оксиду вуглецю, 46% вуглеводнів і близько 30% окислів азоту від загальної кількості цих речовин, які потрапляють в атмосферу, припадає на транспорт. Загальний обсяг шкідливих викидів автотранспорту - 2,7 млн. тонн на рік. В Україні викиди автотранспорту становлять близько 27% від всього об'єму викидів забруднюючих речовин.

2.2 Методи та засоби очищення викидів в атмосферу

Методи та засоби очищення викидів в атмосферу. Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Садіння дерев та кущів сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксидів сірки та інших речовин. Найкращі поглинальні властивості стосовно діоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в нешкідливу речовину. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям та мікроорганізмам. Однак можливості природи щодо самоочищення обмежені, що слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.

Важливим показником є ступінь очищення викидів від шкідливих речовин К_оч:

К_оч = М_в / М_заг,

де М_в - маса шкідливих речовин, які вловлюються в очисному пристрої; М_заг - загальна маса шкідливих речовин у викидах.

Ступінь очищення повинен визначатися за кожною забруднюючою речовиною. Ступінь очищення поділяється на проектний та фактичний, а за рівнем - на максимальний та експлуатаційний.

Для оцінки забезпеченості підприємств очищенням в часі використовується коефіцієнт забезпеченості технологічних процесів газоочищенням:

К_зо = Т_г / Т_то,

де Т_то - час роботи технологічного обладнання; Т_г - час роботи газоочисних установок.

За несприятливих метеорологічних умов, коли викиди із забрудненнями можуть бути шкідливими для здоров'я населення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення.

Сучасні вимоги до якості та ступеня очищення викидів досить високі. Для їх дотримання необхідно використовувати технологічні процеси та обладнання, котрі знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин; експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, котре виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин; закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ; застосовувати антитоксичні присадки, перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ.

Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об'єднати в наступні групи:

§ очищення викидів від пилу та аерозолів шкідливих речовин;

§ очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;

§ зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згорання транспортних засобів та стаціонарних установок;

§ зниження забруднення атмосфери при транспортуванні навантаженні і вивантаженні сипких вантажів.

Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи. Механічні методи базуються на використанні сил ваги (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, на використанні сепарації, дифузії, захоплювання тощо. Фізичні методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації, кристалізації, поглинання. В хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізації, термоокислення. Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції, (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції та флотації.

Висновок

Атмосферне повітря є одним з головних джерел життя на Землі. Людина не може прожити без повітря більше 5 хв. Потреба людини в повітрі залежить від його стану, умов роботи і лежить в межах від 15 до 150 тис. л на добу. Повітря використовується і в багатьох виробничих процесах, оскільки є окислювачем в процесах горіння.

Атмосфера є зовнішньою газовою оболонкою Землі, що сягає від її поверхні в космічний простір приблизно на 3000 км і ділиться на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу та екзосферу.

Атмосфера є не лише життєдайним "буфером" між Космосом і поверхнею нашої планети, носієм тепла та вологи, через неї відбувається також фотосинтез і обмін енергії - головні процеси біосфери.

Важливою змінною складової атмосфери є також вуглекислий газ, вміст якого в атмосфері з розвитком виробництва зростає (від 0,029% на початку XX ст. до 0,033% в наш час), має здатність вбирати довгохвильове випромінювання Землі, що створює парниковий ефект атмосфери і зменшує тепловіддачу Землі. Мінливість вмісту вуглекислого газу пов'язана з життєздатністю рослин, його розчинністю в морській воді та діяльністю людини.

Атмосфера регулює теплообмін Землі з космічним простором, впливає на її радіаційний та водний баланси. Одним з найважливіших факторів, що визначають стан атмосфери, є її взаємодія з океаном. Наприклад, процеси газообміну і теплообміну між ними суттєво впливають на клімат Землі.

Значного розвитку набули дослідження щодо впливу атмосфери на живі організми, і в першу чергу - на людину. Наприклад, вплив коливань атмосферного тиску, дія сонячної радіації та геомагнетичного поля, вміст окремих газів та забруднюючих домішок тощо.

Погода - це стан атмосфери окремої місцевості, який характеризується сукупністю метеорологічних особливостей на певний час. Поняття «погода» включає шість основних показників: температуру повітря, атмосферний тиск, швидкість, силу і напрям вітру, вологість повітря, хмарність та опади. Наука, що вивчає зміни основних показників стану повітря, називається метеорологією. Спостереження за погодою ведуть на метеорологічних станціях за допомогою спеціальних приладів. Такі станції розміщені на території всієї земної кулі.

Температура повітря характеризує тепловий стан атмосфери і вимірюється в градусах Цельсія (°С) і Кельвіна (К). Вона визначає умови формування і характер погоди і залежить від кута падіння сонячних променів. На температуру також впливають прозорість атмосфери, хмарність, напрям вітру, опади тощо. Різницю між найвищою і найнижчою температурами повітря називають амплітудою коливань температур. Розрізняють добову амплітуду - різницю між найвищою і найнижчою температурою протягом доби, місячну - різницю середніх температур діб протягом місяця, річну - різницю між найтеплішим і найхолоднішим ' місяцем року. Річні амплітуди коливань температур збільшуються від екватора до полюсів. На екваторі вони становлять близько 1°С, на широті Києва - 27,7°С.

Атмосферний тиск - сила, з якою повітря тисне на земну поверхню. Тиск вимірюється за допомогою барометра. Одиницею виміру атмосферного тиску є міліметр ртутного стовпчика або мілібари. Середня величина атмосферного тиску над рівнем моря («нормальний тиск») близько 760 мм ртутного стовпчика або 1013 мб. Одиницею виміру атмосферного тиску в міжнародній системі одиниць (СІ) є паскаль (Па), який еквівалентний 0,01 мб; числова величина атмосферного тиску в гектопаскалях (гПа) дорівнює числовій величині в мілібарах, тобто 760 мм = 1013 мб = 1013 гПа. З висотою тиск знижується на кожні 100 м підйому на 10 мм ртутного стовпчика. Це явище характерне тільки для нижніх шарів тропосфери. Розподіл атмосферного тиску впливає на переміщення тепла і вологи, швидкість і напрям вітру, розвиток циклонів та антициклонів.

Вітер - горизонтальний рух повітря з ділянки високого тиску в ділянку низького. Вітер характеризується швидкістю (вимірюється у м/с, км/год), напрямом, який визначають за стороною горизонту, звідки він дме. Вітер із швидкістю 5-8 м/с вважається помірним, до 15 м/с - сильним, понад 20-25 м/с - штормовим, понад 30 м/с - ураганом. Є такі вітри: бриз - вдень дме на суходіл, вночі навпаки; мусони - влітку спрямовані з океану на сушу, взимку - навпаки; пасати - постійні вітри помірної сили (в середньому 5-8 м/с), що дмуть із субтропічних антициклонів у бік екватора.

Вологість повітря - це вміст водяної пари в повітрі. Вона вимірюється у грамах на 1 м³ (г/м³). Вологість повітря залежить від температури: чим вища температура повітря, тим більше водяної пари в ньому. Абсолютна вологість - це кількість водяної пари у грамах, яка може міститися на 1 м³ повітря при даній температурі. Відносна вологість - відношення фактичного вмісту водяної пари в повітрі до можливого при даній температурі, виражене у відсотках. Вимірюють відносну вологість приладом, який називається гігрометром.

В Україні відносна вологість змінюється за сезонами: влітку - нижча, взимку - вища. Вологість має велике значення для розвитку рослин.

Хмарність - це ступінь покриття небосхилу хмарами. Залежить від температури повітря. Хмари - скупчення завислих в атмосфері дрібних крапель води або кристаликів льоду. Є кілька десятків видів хмар, та найчастіше трапляються перисті (утворюються на висоті понад 6000 м, складаються із кристаликів льоду, за формою нагадують пір'я птаха), шаруваті (розташовані на висоті близько 0,2-2 км, покриваючи щільною пеленою небо), купчасті - утворюються на висоті 2-3 км. Вони нагадують шматки вати, розкидані на небі.

Хмарність визначається у балах - від 0 (при ясному небі) до 10 (небо суцільно затягнуте хмарами). Середня хмарність Землі - 5,5 балів, над материками вона менша, над океанами - більша. Хмарність впливає на інші показники погоди, зокрема на температуру.

Атмосферні опади - це вода, що випадає з хмар чи безпосередньо з повітря у рідкому або твердому станах. До рідких опадів належать дощ, роса, туман. До твердих - сніг, град, паморозь. Вимірюється кількість опадів шаром води (в мм), який утворюється, якщо вода, що випала, не стікає і не випаровується.

Список використаної літератури

1. В.С. Джигирей, В.М. Сторожук, Р.А. Яцюк. Основи екології та охорона навколишнього природного середовища.

2. С.В. Белов. Охрана окружающей среды.

3. П.Г. Тищенко, Я.Б. Олійник, А.В. Степаненко, П.О. Масляк. Географія.

4. А.А. Горелов. Экология.

5. Білявський Г.О., Падун М.М., Фурдуй Р.С. Основи загальної екології.

6. Голубець М.А. Від біосфери до соціосфери.

7. Назарук М.М. Основи екології та соціоекології.

8. Демина Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды.

9. Одум Ю. Основы экологии.

10. К.М. Сытник. Биосфера, экология, охрана природы.

11. Л. Беттен. Погода в нашей жизни.

12. В.Б. Некос. Географія України.

13. Пестушко В.Ю., Сасихов В.О., Уварові Г.Є. Географія світу.

14. Заставний Ф.Д. Географія України.

Размещено на Allbest.ru