Атмосфера Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Атмосфера -- газовая оболочка Земли, которая вращается вместе с ней как единое целое. В атмосфере принято выделять несколько зон, располагающихся на разных высотах и имеющих разные состав и температуру.

Самый близкий к поверхности Земли слой -- тропосфера, которая простирается на высоту 10 -- 12 км над уровнем моря. Температура воздуха в ней уменьшается на 0,6°С через каждые 100 м высоты. В этом слое происходят такие природные явления, как дожди, облака, грозы, ветры. Основная масса атмосферы сосредоточена в тропосфере.

Выше тропосферы расположен слой, толщиной около 40 км, -- это стратосфера. Воздух в этом слое более разрежен, влажность его низкая. Температура на высоте 30 км около -50С, а на высоте 50 км повышается до+10°С. На границе тропосферы и стратосферы располагается слой озона -- озоновый экран, поглощающий избыточные ультрафиолетовые лучи Солнца, губительные для живых организмов. Слой озона очень тонок -- примерно 2--4 мм. Разрывы в нем называют озоновыми дырами.

За стратосферой, выше 50 км, находится мезосфера, где температура опять понижается до -70°С. Выше 80 км располагается термосфера, не имеющая определенной верхней границы, где температура увеличивается и на высоте 500-- 600 км достигает +1600°С. Газы здесь сильно разрежены, атмосферное давление почти исчезает.

Наиболее удалена от Земли (на 800--1600 км) экзосфера. Газы в ней не обнаружены, а наблюдается утечка атомов водорода и гелия в космос.

С высотой меняется состав атмосферы. Если до высоты 400--600 км преобладают азот, кислород и углекислый газ. На высоте 1600 км расположена «гелиевая корона» -- преобладает гелий, а далее -- водород.

Появление жизни на Земле связано с образованием атмосферы -- газовой оболочки, защищающей живые организмы от вредного воздействия космических излучений, резких колебаний температуры и содержащей необходимый для дыхания живых организмов кислород.

Относительное постоянство состава и чистоты атмосферы сохраняются благодаря процессам природного самоочищения -- горизонтальному и вертикальному перемещениям воздушных масс, способствующих удалению загрязняющих веществ из населенных мест, промывающему действию осадков.

Образующийся в результате процесса фотосинтеза кислород атмосферы, под действием ультрафиолетовых лучей преобразуется в озон. Возникший при этом озоновый экран, защищает поверхность Земли и живущие на ней организмы от губительного действия космического излучения. Все живые организмы (в том числе и растения, активнее в темноте) в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Процессы разложения, окисления, гниения также сопровождаются выделением углекислого газа, который используется в фотосинтезе зелеными растениями на свету (для образования органических веществ). Таким образом, благодаря жизнедеятельности живых организмов поддерживается соотношение содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере.

Однако естественные силы самоочищения не всегда могут обеспечить все более возрастающее антропогенное воздействие на атмосферу. Поэтому необходимо проведение мероприятий по санитарной охране атмосферного воздуха от загрязнения.

Поскольку организм человека постоянно находится в соприкосновении с воздушной средой, то на него оказывает влияние не только химический состав воздуха, но и метеорологические факторы: температура, влажность, движение воздуха, атмосферное давление, солнечная радиация.

Совокупность этих факторов определяют погода и климат местности.

Химический состав воздуха

Атмосферный воздух нижних слоев представляет собой смесь газов в таком соотношении: 78,3% азота, 20,95% кислорода, 0,032% углекислого газа, 0,93% инертные газы и примеси.

Чистый атмосферный воздух в лесу, парке, у берегов морей и океанов содержит незначительное количество озона (0,00007% -- летом, 0,00002% -- зимой). Пары воды составляют 3--4% от всего объема воздуха.

Физиологическое значение составных частей воздуха заключается в том, что кислород, содержащийся во вдыхаемом воздухе (в концентрации 20,95%), расходуется живыми организмами в процессах окисления. В выдыхаемом воздухе его концентрация составляет всего 15,4--16,0%. Поэтому при содержании кислорода в воздухе 16-- 17% у человека отмечается кислородная недостаточность, ведущая к резкому снижению его работоспособности, а при 7--8% концентрации кислорода может наступить смерть.

В медицине используют приборы барокамеры, в которых концентрация кислорода достигает 40--60%, а давление воздуха повышено до 3 атмосфер. Вдыхание воздуха, обогащенного кислородом, применяют в лечении кислородной недостаточности, что улучшает кислородный режим в тканях, нормализует их жизнедеятельность, усиливает обменные процессы и регенерацию. Такой метод носит название гипербарической оксигенации или оксигенотерапии.

Углекислый газ выделяется при дыхании в концентрации 3,4--4,7% (против 0,032% во вдыхаемом воздухе). Он в 1--1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому накапливается в нижней части замкнутых помещений, что возникает при недостаточной вентиляции. Следовательно, концентрация углекислого газа -- косвенный показатель чистоты воздуха замкнутого помещения. При концентрации углекислого газа 1% в организме человека развиваются нарушения кислотно - щелочного равновесия (ацидоз), а при большей концентрации (1,5 -- 3%) возможно появление признаков отравления (одышка, головная боль) и снижение работоспособности.

Концентрация 6% -- критический уровень. При ней создается реальная угроза жизни человека. При 10 -- 12% концентрации наступает потеря сознания и даже смерть.

Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере до 0,04% ведет к сложным глобальным процессам потепления климата на планете, поскольку углекислый газ свободно пропускает коротковолновое солнечное излучение, но задерживает тепловые лучи, идущие от нагретой земной поверхности. Возникает так называемый парниковый эффект.

Азот и инертные газы составляют около 79% атмосферного воздуха. Однако концентрация их во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе практически не изменяется.

Физические параметры воздушной среды

Состояние воздушной среды оказывает существенное влияние на самочувствие, работоспособность и здоровье человека. Климат ограниченного участка земной поверхности называют микроклиматом. Микроклимат характеризуется следующими параметрами: температурой, относительной влажностью, скоростью движения воздуха, а также инфракрасным излучением от окружающих поверхностей. Различают следующие виды микроклимата: нормальный, когда все физические параметры в норме, нагревающий, который характеризуется повышенной температурой воздуха и мощным инфракрасным излучением от окружающих поверхностей, охлаждающий, когда температура воздуха понижена и окружающие поверхности имеют низкие температуры. Экологическое значение этих показателей заключается в их влиянии на тепловое равновесие организма.

Отдача тепла при нормальном микроклимате происходит благодаря излучению, конвекции и испарению с поверхности кожи и слизистых оболочек. Высокая температура воздуха в сочетании с повышенной относительной влажностью затрудняет отдачу тепла с помощью конвекции и испарения, вследствие чего может произойти перегревание организма. При низкой температуре влажность воздуха, наоборот, способствует охлаждению организма, так как увеличивается отдача тепла способом проведения, или кондукции (по сравнению с сухим воздухом вода имеет значительно большие теплопроводность и теплоемкость). Увеличение скорости движения воздуха способствует теплоотдаче за счет конвекции и испарения.

Поэтому для создания комфортных условий самочувствия рекомендуются следующие физические параметры микроклимата в помещениях.

Оптимальная температура воздуха +18 Ь20°С (для детей +20 22°С). Температурой комфорта считают +27°С.

Перепады температуры воздуха в горизонтальном направлении от наружной стены к внутренней не должны превышать 2°С, а в вертикальном направлении 2,5°С на каждый метр высоты. В течение суток колебания температуры воздуха в помещении при центральном отоплении не должны превышать 3°С.

1. Относительная влажность воздуха при указанных температурах может колебаться в пределах 40 -- 60% (зимой 30 -- 50%).

2. Скорость движения воздуха в жилых и общественных помещениях должна быть 0,2 -- 0,4 м/с, в спортивных залах -- 0,5 м/с, в помещениях с нагревающим микроклиматом -- 1 -- 1,5 м/с.

Кроме скорости движения воздуха определяют направление ветра по той части горизонта, откуда дует ветер. Направление ветра учитывают при строительстве и взаиморасположении жилых и промышленных объектов. Поскольку направление ветра часто меняется, необходимо знать господствующие (преобладающие) в данной местности ветры.

Для этого учитывают частоту повторяемости направлений ветров в данной местности в течение года (иногда сезона, месяца). По этим данным строят диаграмму, получившую название роза ветров. Таким образом, роза ветров представляет собой графическое изображение повторяемости ветров в данной местности за определенный промежуток времени.

На схеме 3 представлена роза ветров с северо-западными господствующими ветрами. Следовательно, промышленные объекты целесообразно располагать на южной, восточной или юго-восточной окраине населенного пункта, для которого была составлена данная роза ветров.

Для профилактики солнечного голодания используют облучение организма ультрафиолетовыми лучами в фотариях при помощи эритемных ламп с длиной волны, расположенной в области В ультрафиолетовой части солнечного спектра. Для приобретения загара в соляриях используют лампы, дающие излучение в области А ультрафиолетовой части солнечного спектра.

Комплексная оценка физических параметров воздушной среды проводится при определении состояния атмосферы над данной территорией в определенный промежуток времени и носит название погода. Погода характеризуется солнечным излучением, показаниями температуры и относительной влажности, направлением движения воздуха, атмосферным давлением, прозрачностью атмосферы, характером облачности и наличием осадков. Погода значительно влияет на физиологическое состояние человека и его здоровье. Люди, страдающие сердечно-сосудистыми, нервно-психическими, простудными заболеваниями и заболеваниями опорно-двигательного аппарата, особенно чувствительны к резким изменениям погоды. В этот период у них возникают метеотропные реакции.

Под климатом понимают характерный для данной местности многолетний режим погоды, определяемый закономерной последовательностью метеорологических процессов. Основные факторы, влияющие на формирование климата, это -- интенсивность солнечной радиации, характер поверхности, особенности движения воздушных масс и др. На территории России выделяют следующие климатические районы:

1. холодный (I климатический район);

2. умеренный (II климатический район);

3. теплый (III климатический район).

Приспособление организма к изменившимся климатическим условиям называют акклиматизацией.

Источники загрязнения и охрана атмосферы

атмосфера земля загрязнение охрана

Классификация загрязняющих атмосферу веществ может быть произведена по следующим признакам:

по агрегатному состоянию: твердые (крупнодисперсные и мелкодисперсные аэрозоли); жидкие; газообразные и смешанные;

по составу: оксиды и диоксиды углерода, фтористые соединения, оксиды азота;

по территории распространения: глобальные, региональные, локальные;

по происхождению: естественные и искусственные (антропогенные -- связанные с хозяйственной деятельностью человека), их примеры представлены в таблице1.

Таблица Источники загрязнения атмосферы

Наибольшее загрязнение атмосферы приходится на долю промышленности (черная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефтехимия, предприятия стройиндустрии) и теплоэнергетики. При сжигании топлива (угля, мазута, природного газа) в воздух выбрасывается значительное количество золы, сажи, оксида и диоксида углерода, сернистого и серного газа, оксидов азота, ароматических углеводородов, тяжелых металлов.

Из перечисленных видов топлива горение угля (особенно низкокачественного) сопровождается не только образованием угарного и углекислого газов, но и выделением сернистого и серного газов. Они образуются при горении серы, содержащейся в некоторых видах угля. Сернистый газ в воздухе частично окисляется до серного, который, взаимодействуя с парами воздуха, образует серную кислоту. Ее содержание в воздухе приводит в появлению кислотных туманов или дождей.

Угарный газ, выделяющийся при горении чрезвычайно ядовит: соединяясь с гемоглобином крови, этот газ блокирует его, делая невозможным перенос кислорода. Образующийся при этом карбоксигемоглобин, нарушает деятельность дыхательных ферментов, что приводит к развитию тканевой гипоксии. Отравление угарным газом может закончиться смертью.

Частицы золы, содержащиеся в дыме, также способствуют загрязнению атмосферного воздуха. Являясь центрам и конденсации водяных паров, они способствуют увеличению облачности, уменьшению солнечной радиации и являются причиной образования смога (токсического тумана) лон донского типа

Для обеспечения чистоты атмосферного воздуха большое точение имеют охранные мероприятия: научно-исследовательские, планировочные, санитарно-технические, технонологические и законодательные.

Для оценки степени загрязнения атмосферы используют научно- исследовательские мероприятия, которые заключаются в отборе проб воздуха и определении в них концентрации токсических веществ с целью сравнения их с ПДК -- предельно допустимой концентрацией. ПДК химических веществ в воздухе, воде, почве, пище, не оказывает вредного воздействия на организм человека и не отражается на состоянии и здоровья последующих поколений. Для всех токсических веществ разработаны ПДК разовые, среднесуточные и концентрации веществ в рабочей зоне (при нахождении и ной не более 8 ч). Существуют также ПДУ -- предельно допустимые уровни воздействия (например, шума, вибрации), ПДД -- предельно допустимые дозы (например, радиации) и ПДВ (ПДС) -- предельно допустимые выбросы (сбросы ) для газообразных или жидких отходов.

Большая роль в санитарной охране атмосферного воздуха и принадлежит правильной планировке городов и мероприятиям по их благоустройству. Территория городов должна быть лонирована, т. е. разделена на промышленные, жилые районы, зону зеленых насаждений и транспортно-складскую (или зону подъездных путей). Промышленные районы необходимо располагать так, чтобы преобладающие ветры дули по направлению от жилых районов к промышленным. Расстояние между жилыми кварталами и промышленными объектами называют санитарно-защитной зоной (СЗЗ). Размеры СЗЗ зависят от класса вредности промышленного предприятия.

Учитывая защитную роль зеленых насаждений, следует проводить массовое озеленение территории между жилыми и промышленными районами, широколиственными древесными и кустарниковыми породами. Для борьбы с почвенной пылью укладывают асфальт и дорожные плиты, озеленяют травянистой растительностью все свободные территории.

Для улавливания токсических веществ на промышленных предприятиях, теплоэлектростанциях и автотранспорте используют газоочистительные установки (ГОУ). Такие мероприятия относятся к санитарно-техническим. Аппараты для очистки выбросов в атмосферу делят на:

· пылеуловители (сухие, электрические, мокрые фильтры );

· туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);

· аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, нейтрализаторы);

· аппараты многоступенчатой очистки.

Выделяют сухие и влажные способы очистки выбросов н атмосферу. К установкам, осуществляющим сухую очистку, относят различные виды фильтров, циклоны. Аппараты для влажной очистки -- скрубберы.

Технологические мероприятия направлены на изменение типологии производства, его переоборудование с целью уменьшения или полного исключения выбросов в атмосферу (создание безотходных производств), механизацию и автоматизацию производственных процессов, герметизацию аппаратуры, в которой происходит обработка токсических пни пылящих материалов.

Размещено на Allbest.ru