Характеристика опасных изменений состояния атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика опасных изменений состояния атмосферы

Введение

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.

В настоящее время из всех форм деградации природной среды России именно загрязненность атмосферы вредными веществами является наиболее опасной. Особенности экологической обстановки в отдельных регионах Российской Федерации и возникающие экологические проблемы обусловлены местными природными условиями и характером воздействия на них промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства. Степень загрязнения воздуха зависит, как правило, от степени урбанизированности и промышленного развития территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также от климатических условий, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биосферу, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

1. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы

Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредного космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования.

Атмосфера - это газообразная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов и простирающаяся на высоту более 100 км. Она имеет слоистое строение, которое включает ряд сфер и расположенные между ними паузы. Масса атмосферы составляет 5,91015 т, объем - 13,2-1020 м³.

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 1-10 км, а на экваторе 16-18 км. 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.

Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09%) и кислорода (20,95%). В норме в нем присутствуют также аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твердые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду.

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей, которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то, что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит быстрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах, но наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к серьезным нарушениям этих циклов.

2. Негативные изменения состояния атмосферы

Под загрязнением атмосферы понимают редкие и твердые частички и газовые вещества, которые поступают в атмосферу вследствие бытовой и промышленной деятельности людей, а так же физиологической деятельности людей и животных сверх нормы. И вообще, загрязнением атмосферы называют невосприимчивые изменения состояния атмосферного воздуха, полностью или частично обусловленные деятельностью человека.

Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха.

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия. В результате антропогенной деятельности происходит загрязнение атмосферы, что приводит к изменению химического состава атмосферного воздуха.

Самыми распространенными загрязнителями считаются пепел, сажа, оксид цинка, аммиак, озон, альдегиды, хлорид гидрогена. Большую опасность таит загрязнение природной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха свинцом.

Тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу газы, что содержат азот, кислород, оксид нитратов, оксиды карбона. Предприятия черной металлургии выбрасывают газы, которые содержат пыль и оксид карбона, металлов.

Предприятия цветной металлургии выбрасывают запыленные газы, которые содержат оксиды цветных и тяжелых металлов, в связи с чем можно получить до 100 кг меди и немного меньше свинца и цинка. Химические предприятия загрязняют атмосферу пылью, которая содержит органические и неорганические соединения, а так же разные газы.

Все источники загрязнения атмосферы воздуха промышленными выбросами можно квалифицировать по таким признакам:

1) за назначением: технологические, которые состоят из хвостовых газов после улавливания на установках, продувание аппаратуры и воздушных вытяжек; вентиляционные выбросы - местные выбросы от оборудования;

2) по месту расположения: не заниженные, или высокие, которые находятся в зоне воздушного недеформированного потока; заниженные, или низкие - расположенные на высоте в 2,5 раза ниже высоты строения; надземные, размещенные близко к земной поверхности;

3) за геометрической формой: точечные, линейные;

4) за режимом работы: беспрерывные, периодического действия.

Под влиянием атмосферных остатков, солнечной радиации, перенесение воздушных масс, взаимодействие с гидросферой и литосферой и деятельность микроорганизмов атмосферный воздух лишается посторонних примесей. Этот процесс называют самоочищением атмосферы. Но в результате антропогенной деятельности образуется такое большое количество загрязнений, что атмосфера уже не способна самоочищаться и происходит значительное накопление загрязняющих веществ в воздухе.

Хозяйственная деятельность человека, приобретая все более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощутимое влияние на процессы, происходящие в биосфере.

3. Экологические последствия загрязнения атмосферы

атмосфера загрязнение кислотный дождь

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1) возможное потепление климата («парниковый эффект»);

2) нарушение озонового слоя;

3) выпадение кислотных дождей.

Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.

Кислотные дожди

Оксиды сульфата и нитрогена, которые попали в атмосферу, окисляются и, объединяясь с водой, образуют туманоподобные капли сульфатной и нитрогенной кислоты. Переносясь ветрами на дальние расстояния, они со временем выпадают с дождем, которые имеет кислотную реакцию.

Кислотными называют любые осадки - дождь, снег, туман, если в них большая часть содержания сульфата и нитрогена.

Впервые кислотные дожди зарегистрированы в Англии в 1972 году, они были последствием попадания в атмосферу оксидов сульфата и нитрогена. Последовательно индустриализация охватывала все большее число стран, а количество сульфата и нитрогена беспрерывно увеличивалось. Поэтому кислотные осадки выпадают везде.

Под влиянием кислотных дождей происходит окисление водоемов и грунта, вымывания с грунта калия, магния и кальция. Уменьшается количество урожая сельскохозяйственных культур, деградация флоры и фауны. В окисленных водоемах гибнет рыба и некоторые виды насекомых. Вследствие выпадения кислотных дождей гибнут леса, особенно буковые, тисовые и кедровые. Кислотный снег создает еще больший вред, так как может накапливаться в течение долгого времени. Кислотность талой воды еще больше чем кислотность воды дождей.

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, особенно на зеленом покрове нашей планеты. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса и их самочувствие. Установлено, что хвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.

Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы - свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям.

Ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер. В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает несколько десятков миллионов гектаров. Отмечены и частные случаи закисления озер (Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных промышленных районов, а также фрагментарно на побережье Таймыра и Якутии.

Парниковый эффект

На протяжении всего исторического периода планеты ее климат не раз менялся. Однако эти изменения происходили постепенно. В последнее время в результате быстрого возрастания населения планеты и ее нужд происходит интенсивное развитие промышленности и энергетики. Все это привело к образованию и выбросу в атмосферу большого количества загрязнений и неиспользуемой теплоты.

Вследствие сгорания значительного количества горючего в атмосферу выбрасывается большое количество теплоты, которая рассеивается в окружающей среде. Потепление планеты происходит главным образом вследствие загрязнения атмосферы тепличными газами - большей частью углекислым газом и меньшим количеством метана.

Потепление воздействует на изменение климата почти на всей планете, что может иметь негативное или даже катастрофические последствия. Основные климатические зоны изменяются на юге на 400 км. Будет потепление в зоне тундр, увеличится засуха в средних широтах, где развито зерновое земледелие. Климат здесь будет наполовину пустынным, что приведет к значительному снижению количества урожая.

С целью избежания негативного влияния парниковых эффектов на всемирной конференции ООН в Токио в 1998 году было принято решение о выбросе парниковых газов. Это должно уменьшить возрастание выбросов парниковых газов.

Но очевидно, что ощутимый экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер с глобальным направлением экологической политики - максимально возможным сохранением сообществ организмов, природных экосистем и всей биосферы Земли.

Разрушение озонового слоя

Расположенный в атмосфере на расстоянии 20-35 км озоновый шар является природным защитным барьером от проникновения на Землю ультрафиолетового излучения Солнца. Этот шар имеет небольшую толщину, он надежно защищает живые вещества биосферы от губительного воздействия радиации. Если бы не существовало озонового шара, то жизнь на суше земли была бы невозможной.

Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние десять лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на 3% - в летнее. В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Так, например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т.д. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т.д. Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.).

С целью устранения разрушения озонового шара атмосферы была подписана Конвенция о защите озонового шара.

Ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения одни видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли.

Заключение

Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Снова и снова мы слышим об опасности, грозящей окружающей среде, но до сих пор многие из нас считают их неприятным, но неизбежным порождением цивилизации и полагают, что мы ещё успеем справиться со всеми выявившимися затруднениями.

Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Только во второй половине XX века благодаря развитию экологии и распространению экологических знаний среди населения стало очевидным, что человечество является непременной частью биосферы, что покорение природы, бесконтрольное использование ее ресурсов и загрязнение окружающей среды - тупик в развитии цивилизации и в эволюции самого человека. Поэтому важнейшее условие развития человечества - бережное отношение к природе, всесторонняя забота о рациональном использовании и восстановлении ее ресурсов, сохранении благоприятной окружающей среды.

Однако многие не понимают тесной взаимосвязи между хозяйственной деятельностью людей и состоянием окружающей природной среды.

Широкое эколого-природоохранное просвещение должно помочь людям в усвоении таких экологических знаний и этических норм и ценностей, отношений и образа жизни, которые необходимы для устойчивого развития природы и общества. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработает новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого природе человеком.

Список литературы:

1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. М.: Юнити, 2000.

2. Безуглая Э.Ю., Завадская Е.К. Влияние загрязнения атмосферы на здоровье населения. СПб.: Гидрометеоиздат, 1998. С. 171-199.

3. Гальперин М.В. Экология и основы природопользования. М.: Форум-Инфра-м, 2003.

4. Данилов-Данильян В.И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. М.: МНЭПУ, 1997.

5. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.

6. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. М.: Финансы и статистика, 1999.

7. Экологическое состояние территории России: Учебное пособие для студентов высш. пед. Учебных заведений / В.П. Бондарев, Л.Д. Долгушин, Б.С. Залогин и др.; Под ред. С.А. Ушакова, Я.Г. Каца - 2-е изд. М.: Академия, 2004.

8. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России. 2004. - М.: Метеоагентство, 2006, 216 с.

9. ЗапольскийА.К., А.И. Салюк А.И. - «Основы экологии» - Киев, Высшая школа, 2001-42 с.

Размещено на Allbest.ru