Г

Газовый состав атмосферы

Состав воздуха изучался с давних времен. Некоторые ученые древности (Анаксимен, VI в. до н.э.) даже полагали, что воздух – это первовещество, из разрежений и уплотнений которого состоит все: вода, камни, растения, животные, человек.

В XVII в. в связи с бурным развитием химии были выдвинуты новые гипотезы относительно происхождения и состава воздуха. Основной спор велся относительно того, является ли воздух смесью или же представляет собой химическое соединение. Последняя версия на некоторое время одержала верх. Объяснение было следующим: если воздух – смесь, а не вещество, то под действием силы тяжести должно происходить разделение газов по весу. Тогда атмосфера должна была бы напоминать слоеный пирог – тяжелые газы были бы внизу, а легкие – наверху. Ошибочностью этой теории был неучет процесса перемешивания газов.

В 80-е годы XVIII в. Генри Кавендишу удалось провести наиболее точный на тот период анализ состава воздуха и выделить кислород и азот. После взвешивания, правда, обнаружился некий остаток, но его сочли тогда ошибкой измерений. Лишь в конце XIX в. опыты Дж. Рэлея и

У. Рамзая показали, что это – не ошибка. Инертным остатком оказался аргон.

Дальнейшие исследования выявили содержание в атмосфере и других газов (табл. 3.2, 3.3).

Их содержание по сравнению с азотом, кислородом и аргоном очень мало. Но от этого не меньше важность их присутствия в атмосфере и роль в развитии географической оболочки в ходе всей истории формирования Земли.

Все газы и примеси, содержащиеся в атмосфере, можно разделить на пять групп.

1. Основные газовые составляющие воздуха – азот, кислород и аргон (табл. 3.2). На их долю приходится 99,96% массы атмосферы. Соотношение их содержания (N2 – 78,1%, О2 – 20,9% и Аr – 0,9%) сохраняется до высоты порядка 100 км.

Таблица 3.2. Состав сухого воздуха (без учета водяного пара)

у поверхности Земли (Г.В. Суркова, 2006)

Газ	Доля* по объему вблизи поверхности Земли, %	Относительная молекулярная масса	Плотность  по отношению  к плотности  сухого воздуха
Азот (N2)	78,084	28,0134	0,967
Кислород (О2)	20,946	31,9988	1,105
Аргон (Ar)	0,934	39,948	1,379
Углекислый газ (СО2)	0,033	44,00995	1,529
Неон (Ne)	1,818 10-3	20,183	0,095
Гелий (He)	5,239 10-4	4,0026	0,138
Криптон (Kr)	1,14 10-4	83,800	2,868
Водород (Н2)	5 10-5	2,01594	0,070
Ксенон (Хе)	8,7 10-6	131,300	4,524
Озон (О3)	10-6…10-5	47,9982	1,624
Сухой воздух	–	28,9645	1,000

* Выраженное в процентах отношение объема, занимаемого данной газовой составляющей, к общему объему смеси при условии приведения их к одинаковым давлению и температуре.

2. Малые газовые составляющие (МГС). Эти газы в небольшом количестве всегда присутствуют в атмосфере, хотя это количество может варьировать в различных местах земного шара. Наиболее важные малые газы – озон О3, углекислый газ СО2, метан СН4, оксид углерода СО, закись азота N2О (см. табл. 3.2 и 3.3).

Малые газы активно участвуют в химических превращениях. Кроме того, они оптически активны и способны поглощать коротковолновую и длинноволновую радиацию на разных участках спектра. Это свойство делает их чрезвычайно важными с точки зрения климатообразования. Концентрация этих газов в атмосфере контролируется как природными процессами, так и антропогенной деятельностью.

К малым газовым составляющим можно отнести и водяной пар, также играющий важную роль в формировании радиационного баланса Земли и химических процессах в атмосфере.

3. Неустойчивые молекулы и атомы (свободные радикалы). Их число в атмосфере невелико. За счет своей высокой реакционной способности время их пребывания в атмосфере иногда достигает доли секунды. К ним относятся атомный кислород (О), гидроксил (ОН), пергидроксил (НО2), оксид хлора (ClO) и другие молекулы и частицы. Многие из них образуются в результате фотодиссоциации молекул под воздействием солнечного излучения, в особенности в его ультрафиолетовой части спектра.

4. Аэрозоли – твердые и жидкие мелкие частицы, взвешенные в воздухе. Их состав, размеры и происхождение довольно разнообразны. Они имеют большую площадь поверхности относительно своей массы, что, при достаточно длительном времени их пребывания в атмосфере, позволяет им активно участвовать в гетерогенных химических реакциях со следовыми газами и радикалами.

5. Антропогенные примеси, полностью или частично поступающие в атмосферу за счет хозяйственной деятельности человека. Среди них наибольшие концентрации в атмосфере имеют углекислый газ, метан, оксид углерода и оксиды азота.

Глобальный уровень устойчивого развития.

Устойчивое развитие на глобальном уровне требует достойного уровня жизни для всех без исключения сегодня без ущерба для потребностей будущих поколений. Глобальный уровень устойчивого развития предполагает прогнозирование и отслеживание процессов в состоянии биосферы в целом и составляющих ее сфер. Эти процессы выражаются в глобальных изменениях климата, возникновении «парникового эффекта», разрушении озонового экрана, опустынивании планеты, загрязнении Мирового океана и других глобальных экологических проблемах. Суть глобального уровня устойчивого развития – в сохранении и восстановлении естественного механизма воспроизводства окружающей среды биосферой, который направляется совокупностью входящих в состав биосферы живых организмов. На глобальном уровне был решен ряд экологических проблем международного масштаба. Большим успехом международного сообщества стало запрещение испытаний ядерного оружия во всех средах. Заведены международные Красные книги с целью сохранения биоразнообразия. Силами мирового сообщества проводится изучение Арктики и Антарктики как естественных биосферных зон, не затронутых вмешательством человека, для сравнения с развитием зон, преобразованных человеческой деятельностью. Международным сообществом принята Декларация о запрещении производства хладагентов-фреонов, способствующих разрушению озонового слоя (Монреаль, 1972).

На Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде 1972 г. был образован постоянно действующий орган ООН по окружающей среде (ЮНЕП). Программа ЮНЕП предусматривает организацию и планирование природоохранных действий в пределах трех функциональных направлений: 1) оценка окружающей среды — глобальная система наблюдений; 2) управление окружающей средой; 3) вспомогательные меры (образование в области окружающей среды и подготовка кадров). ЮНЕП координирует также деятельность других международных организаций по использованию, воспроизводству и охране компонентов окружающей среды — земель, вод, атмосферы, растительного и животного мира и др.

Вывод: глобальный уровень устойчивого развития подразумевает собой решение глобальных экологических проблем, которые оказывают влияние на всю биосферу в целом. В этом направлении всё мировое сообщество принимает необходимые меры в области защиты окружающей среды и улучшения ее состояния. Это заключается в подписании соответствующих договоров, создании различных организаций (правительственных и неправительственных), внедрении инновационных технологий и т.д. Так как ля человека среда обитания — вся биосфера, которая представляет единую и целостную систему, то успешное продвижение всего мирового сообщества к устойчивому развитию возможно лишь на основе согласованных усилий всех государств.

Д

Диапазон толерантности. Стенобионтные и эврибионтные организмы

Экологическая толерантность - это способность организма выносить отклонения экологических факторов среды от оптимальных для него значений. Организмы с широким диапазоном толерантности обозначаются приставкой "эври-", а с узким диапазоном толерантности - приставкой "стено-" (эврибионт, стенобионт).

Стенобионты (от греч. “stenos” — “узкий, ограниченный” и “bion” – “живущий”)- это животные и растения, способные существовать лишь при относительно постоянных условиях окружающей среды (т. е. выдерживающие лишь небольшие колебания температуры, солёности, влажности, гидростатического или атмосферного давления и т.п.). Для некоторых стенобионтов ограничивающим может быть какой-либо один фактор внешней среды (например, характер пищи). Так, некоторые виды южноамериканской колибри питаются нектаром цветков определенного вида растений, и область их распространения ограничивается узким ареалом данного растения. Австралийский сумчатый медведь коала, к примеру, может жить только на тех видах эвкалиптов, листьями которых он питается. Для других стенобионтов возможность их существования и распространения ограничена одновременно несколькими факторами. К стенобионтам относятся многие паразиты и симбионты, способные существовать только совместно с представителями одного определенного вида, многие животные океанических глубин, обитатели пещер, влажных тропических лесов, высокогорных районов, изолированных океанических островов. Стенобионтность ограничивает возможность расселения и обусловливает локальное распространение видов (узкие ареалы). Стенобионтов противопоставляют эврибионтам, способным выдерживать колебания факторов внешней среды в широких пределах.

Эврибионты (от греч. “eury” — “широкий” и “bion” – “живущий”)-это животные и растительные организмы, способные существовать при значительные изменениях условий окружающей среды. Так, например, обитатели морской литорали переносят регулярное осушение во время отлива, летом — сильное прогревание, а зимой — охлаждение, а иногда и промерзание (эвритермные животные); обитатели эстуариев рек выдерживают значительные колебания солёности воды (эвригалинные животные); ряд животных существует в широком диапазоне гидростатического давления (эврибатные животные). Многие наземные обитатели умеренных широт способны выдерживать большие сезонные колебания температуры.

Эврибионтность вида увеличивается способностью переносить неблагоприятные условия в состоянии анабиоза (многие бактерии, споры и семена многих растений и др.) или спячки (некоторые млекопитающие). У некоторых насекомых и ракообразных (например, стрекозы, сухопутные крабы) личинки ведут водный образ жизни, а взрослые особи — наземный. Значит, условия существования на разных стадиях жизненного цикла различны, хотя каждая стадия ограничена более узким их диапазоном. Это относится и к некоторым паразитическим червям, обитающим на разных стадиях жизненного цикла в беспозвоночных, рыбах, млекопитающих и во внешней среде.

Таким образом, диапазон толерантности – это минимальное и максимальное значение экологического фактора, переносимого данным организмом или экосистемой в целом.