Экология атмосферы

6

Экология атмосферы

Содержание

1.Атмосфера и ее состав ………………………………………..с.2

2. Загрязнение атмосферы…………………………………….с. 3

3. Явление парникового эффекта атмосферы……………….с. 5

4. Истончение озонового слоя атмосферы…………………………..с. 9

1. Атмосфера и ее состав.

Атмосфера - внешняя оболочка биосферы, ее масса ничтожна - всего лишь одна миллионная массы Земли, но роль во всех природных процессах огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности планеты, защищает ее от вред-ного космического излучения и ультрафиолетового излучения Солнца. Циркуляция в атмосфере влияет на местные клима-тические условия, а через них - на режим рек, почвенно-рас-тительный покров и на процесс рельефообразования.

Современный газовый состав атмосферы - результат дли-тельного исторического развития природы. Воздух, как из-вестно, состоит из азота (78,09%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%), неона, других газов и паров воды. Кроме того, он содержит различные вещества, выделяемые природными источниками: пыль как раститель-ного, вулканического и космического происхождения, так и возникающую при эрозии почв, капельно-жидкую воду (туман), частицы морской соли, газы, образующиеся во время лесных и степных пожаров, различные продукты раститель-ного, животного или микробиологического происхождения.

Нижняя, преобладающая по массе, часть атмосферы назы-вается тропосферой.. Она простирается в среднем до высот 8-10 км в полярных широтах, до 10-12 км - в умеренных, до 16-20 - в тропических. Над тропосферой располагается стратосфера, от которой тропосфера отделена сравнительно тонким переходным слоем - тропопаузой. В стратосфере доля азота и кислорода снижается и увеличивается процент-ное содержание водорода, гелия и других газов. Именно между тропосферой и стратосферой находится озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетовой солнеч-ной радиации, предохраняя живую природу планеты.

Выше стратосферы, продолжающейся до высоты 55-95 км, простирается ионосфера (примерно до высоты 1000 км). Этот слой способен отражать радиоволны, что позволяет осущест-влять дальнюю радиосвязь по всему земному шару (это явле-ние обязано наличию здесь положительных и отрицательных ионов, а также свободных электронов). И, наконец, ионосфера переходит в экзосферу - зону утечки легких газов атмосферы в космическое пространство.

Для жизнедеятельности человека наиболее важной час-тью воздуха является кислород. Через легкие он поступает в кровь, которая доставляет его вместе с питательными ве-ществами в клетки организма. При повторном соединении кислорода с углеродом выделяется первоначальная энергия, стимулирующая работу мускулов, согревающая организм, обеспечивающая работу нервной системы, деятельность мозга, прохождения метаболических (т. е. обменных) про-цессов.

2. Загрязнение атмосферы.

Под загрязнением понимается процесс привнесения в воздух или образование в нем физичес-ких агентов, химических веществ или организмов, неблаго-приятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям. В определенном смысле за-грязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности, кислорода) крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма - они неблаго-приятно влияют на круговороты многих компонентов на земле. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверх-ностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружаю-щую среду, отрицательно сказываются на получении расти-тельной массы.

Загрязнение атмосферы сказывается и на климате планеты. На этот счет существуют три точки зрения. 1. Наблюдающее-ся в текущем столетии глобальное потепление климата обу-словлено возрастанием концентрации СО₂ в атмосфере, а к середине будущего столетия произойдет катастрофическое по-тепление климата, сопровождающееся сильным возрастанием высоты уровня Мирового океана. 2. Загрязнение атмосферы снижает уровень солнечной радиации, повышает количество ядер конденсации в облаках, в результате поверхность Земли охлаждается, что, в свою очередь, может вызвать новое оледе-нение в северных и южных широтах (сторонников этой точки зрения немного). 3. Согласно сторонникам третьей точки зре-ния, оба эти процесса уравновесятся и климат Земли сущест-венно не изменится.

Главные источники загрязнения атмосферы - предпри-ятия топливно-энергетического комплекса, обрабатывающей промышленности и транспорт. Более 80% всех выбросов в атмосферу составляют выбросы оксидов углерода, двуокиси серы, азота, углеводородов, твердых веществ. Из газообраз-ных загрязняющих веществ в наибольших количествах вы-брасываются окислы углерода, углекислый газ, угарный газ, образующиеся преимущественно при сгорании топлива. В больших количествах в атмосферу выбрасываются и оксиды серы: сернистый газ, сернистый ангидрид, сероуглерод, серо-водород и др. Самым многочисленным классом веществ, за-грязняющих воздух крупных городов, являются углеводоро-ды. К числу постоянных ингредиентов газового загрязне-ния атмосферы относятся также свободный хлор, его соедине-ния и др.

Помимо газообразных загрязняющих веществ в атмосферу поступают десятки миллионов тонн твердых частиц. Это пыль, копоть, сажа, которые в виде мелких частиц свободно проникают в дыхательные пути и оседают в бронхах и легких. Однако и это еще не все - «по пути» они обогащаются суль-фатами, свинцом, мышьяком, селеном, кадмием, цинком и другими элементами и веществами, многие из которых канце-рогенны. С этой точки зрения особенно опасна для здоровья человека асбестовая пыль. К первому классу опасности также принадлежат кадмий, мышьяк, ртуть и ванадий. (Любопытны результаты сравнительного анализа, выполненного американ-скими учеными. Содержание свинца в костях скелета абориге-на Перу, жившего 1600 лет назад, в 1000 раз меньше, чем в костях современных граждан США.)

С загрязнением атмосферы ассоциируется и такое специфи-ческое явление, как кислотные дожди.

3. Явление парникового эффекта атмосферы.

В последние годы стало отчетливо понятно, что аналогия между обычным парником и парниковым эффектом атмосферы не вполне корректна. Еще в конце прошлого века известный американский физик Вуд, заменив в лабораторной модели парника обычное стекло на кварцевое и не обнаружив при этом никаких изме-нений в функционировании парника, показал, что дело не в задержке теплового излучения почвы стеклом, пропускаю-щим солнечную радиацию. Роль стекла в данном случае состо-ит лишь в «отсечении» турбулентного теплообмена между по-верхностью почвы и атмосферой.

Парниковый (оранжерейный) эффект атмосферы - это ее свойство пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение (в том числе, в отличие от условий обычного парника, и длинноволновое), способствуя аккумуляции тепла Землей. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти пол-ностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь за счет поглощения солнечной радиации,

Частей на миллион

360

Диоксид углерода

310

260

1800 1900 2000 г.

Частей на миллион

1,8

Метан

1,2

0,6

1800 1900 2000 г.

Частей на миллион

310

Оксиды азота

300

290

280

1800 1900 2000 г.

Частей на миллион

0,3

CFC - 11

0,2

0,1

1800 1900 2000 г.

Рис. 1. Глобальная концентрация парниковых газов (по Д. Медоузу)

земная поверхность стано-вится источником земного, в основном длинноволнового, из-лучения, часть которого уходит в космическое пространство.

Ученые-исследователи продолжают спорить о составе так называемых парниковых газов (рис. 1). Наибольший интерес в этой связи вызывает влияние увеличивающейся концентра-ции углекислого газа (СО₂) на парниковый эффект атмосферы. Высказывается мнение, что известная схема: «рост концент-рации углекислого газа усиливает парниковый эффект, что ведет к потеплению глобального климата,) - предельно упро-щена и очень далека от действительности, так как наиболее важным «парниковым газом» является вовсе не углекислый газ (и не закись азота, не метан или хлорфторуглеводороды), а водяной пар. При этом оговорки, что концентрация водяно-го пара в атмосфере определяется лишь параметрами самой климатической системы, сегодня уже не выдерживают крити-ки, так как антропогенное воздействие на глобальный круго-ворот воды убедительно доказано.

В качестве научных гипотез укажем на следующие послед-ствия грядущего парникового эффекта. Во-первых. согласно наиболее распространенным оценкам, к концу ХХI в. содер-жание атмосферного СО₂ удвоится, что неизбежно приведет к повышению средней глобальной приземной температуры на 3-5° С. При этом потепление ожидается более сильным в высоких широтах и соответственно станет более засушливым лето в умеренных широтах Северного полушария.

Во-вторых, предполагается, что подобный рост средней гло-бальной приземной температуры приведет к повышению уров-ня Мирового океана на 20-165 см за счет термического рас-ширения воды. (Что касается ледникового щита Антарктиды, то его разрушение не является неизбежным, так как для тая-ния необходимы более высокие температуры. В любом случае, процесс таяния антарктических льдов займет весьма продолжительное время.)

В-третьих, концентрация атмосферного СО₂ может оказать весьма благоприятное воздействие на урожаи сельскохозяйственных культур. Результаты проведенных экспериментов по-зволяют предполагать, что в условиях прогрессирующего роста содержания СО₂ в воздухе природная и культурная рас-тительность достигнут оптимального состояния: возрастет листовая поверхность растений, повысится удельный вес су-хого вещества листьев, увеличатся средний размер плодов и число семян, ускорится созревание зерновых, а их урожай-ность повысится.

В-четвертых, в высоких широтах естественные леса, осо-бенно бореальные, могут оказаться весьма чувствительными к изменениям температуры. Потепление может привести к рез-кому сокращению площадей бореальных лесов, а также к перемещению их границ на север. Леса тропиков и субтропи-ков окажутся, вероятно, более чувствительными к изменению режима осадков, а не температуры. Однако прогнозы предсто-ящих изменений осадков очень неопределенны.

В целом, парниковый эффект атмосферы - это уравнение со многими неизвестными. Большая часть ученых полагает, что потепление реально проявится. Более того, многие ут-верждают, что глобальное потепление (примерно на 1° в ХХ в.) уже произошло (по крайней мере, его первая фаза), но оно было, как бы замаскировано естественными климатическими изменениями. Однако есть ученые, считаю-щие, что, как это ни парадоксально, ускоряющееся накопле-ние СО₂ может привести не к потеплению, а к похолоданию. Подобное мнение основывается на том, что прогноз «перегре-ва» Земли при удвоении концентрации СО₂ в воздухе сделан исходя из ошибочной оценки парникового эффекта этого газа. Считается, что сторонники «перегрева» не учитывают колос-сальной роли вод Океана в поглощении антропогенного СО₂ и недооценивают значения наземной биоты и, следовательно, почв как мощных ассимиляторов «избыточной» атмосферной углекислоты.

4. Истончение озонового слоя атмосферы.

Как известно, жизнь на Земле появилась только после того, как образовался охранный озоновый слой планеты. Многие века ничто не предвещало беды. Однако в последние десятилетия было заме-чено, что примерно с 1975 г. каждой весной над Антарктидой образуется так называемая озоновая дыра: содержание озона в стратосфере над шестым континентом снижается до 50%. Позже угроза обозначилась и на Севере - озоновый слой там сократился на 10%, а это уже непосредственно касается густо-населенных стран Европы и Северной Америки.

Ученые полагают, что изменяющаяся озоновая обстановка непременно скажется на состоянии растительного и животного мира. Урожайность некоторых сельскохозяйственных культур может резко упасть. Изменившиеся условия скажутся и на мик-роорганизмах - на том же планктоне - основном корме мор-ских обитателей. Увеличение дозы ультрафиолетовых лучей может резко ослабить иммунную систему человека и вызвать многие заболевания (глазные, рак кожи и т. д.).

В чем причины появления озоновых дыр? Есть разные вари-анты научных объяснений и прогнозов (возможно, виноваты циклы в природе, может быть, этого явления не замечали раньше, когда не было ни станций в Антарктиде, ни современ-ных приборов и т. п.). Однако большинство авторитетов схо-дятся в одном: основная причина в концентрации хлор- фто-руглеродов (фреонов). Это антропогенные вещества и химические соединения, ис-пользуемые в производстве аэрозолей, хладuгентов (в холо-дильниках), растворителей и т. д. Их широкое применение в течение нескольких десятилетий не вызывало никакой трево-ги. В нижних слоях атмосферы они не вступают ни в какие химические реакции и не оказывают токсичного действия. Но именно эта «инертность» позволяет им подниматься в страто-сферу. Как известно, стратосферный озон образуется в результате воздействия ультрафиолетового излучения на молекулы кис-лорода (О + 0₂ > Оз), но туда попадают и атомы хлора, вхо-дящие в состав «вторгающихся» хлорфторуглеродов, именно они наиболее эффективно разрушают слой озона (Cl + О_З > CIO + 0₂). Цикл начинается с того, что в присутствии атома хлора молекула озона расщепляется с образованием монокси-да хлора (ClO) и молекулярного кислорода, а затем идет новый разрушающий цикл, «подхватываются» новые атомы кислорода (СlO + О > Cl + О₂), хлор «подхлестывает» новый этап разрушения. Итак, считается, что главный «виновник» истончения озо-нового слоя - хлорфторуглероды (фреоны). До последних лет их производство в мире быстро росло: одни США давали 50% общей суммы. Вот почему в мире ширится движение за пол-ную приостановку выпуска фреонов. В 1987 г. в Монреале состоялась Первая международная конференция по озоновому слою, где приняли решение сократить выпуск хлорфторугле-родов к концу нынешнего столетия на 50% . Но уже через два года (в 1989 г.) в Лондоне собрались представители из 122 стран и потребовали немедленного прекращения выпуска про-дукции хлорфторуглеродов.Предлагаются и иные альтернативные (подчас «полуфан-тастические) решения: устранение загрязняющих веществ в атмосфере с помощью лазеров, распыление искусственного озона с самолетов, на которых будут установлены мощные генераторы этого газа, и т. д.

Вместе с тем на рубеже ХХ-ХХI вв. многие ученые стали оспаривать фатальную роль хлорфторуглеродных соединений в изменении озоновой оболочки Земли. В частности, высказы-вается мнение, что это изменение укладывается в рамки есте-ственных многолетних ритмов, происходящих в стратосфере. Все это говорит в пользу проведения более глубоких исследований проблемы озоновых дыр.