Экология атмосферы План лекции

1.1 Основные особенности атмосферы.

1.2 Экологическая роль природных атмосферных процессов

1.3 Антропогенные изменения атмосферы. Источники, загрязнители, загрязнения воздуха и их последствия.

1.1 Основные особенности атмосферы

Атмосфера – это внешняя газовая оболочка Земли, не имеющая четко выраженной верхней границы и существующая благодаря гравитационному притяжению планеты. Ее масса составляет 5 х 10¹⁵ т. 97 % всей массы сосредоточено в нижнем слое толщиной около 29 км (рис.4.1).

По резкой смене температур в ней выделяют несколько слоев, границы между которыми называются паузами (тропо-, страто-, мезопаузы) (рис.4. 2). В самом нижнем слое- тропосфере температура по мере удаления от поверхности падает от нормальной до – 55⁰ С (полюса) – минус 75⁰ С (экватор). В стратосфере происходит резкое повышение температуры с высотой, достигающее 0⁰С в стратопаузе на высоте 55 км. Мезосфера охватывает слой, располагающийся в интервале 55-80 км над поверхностью Земли, с температурой минус 85⁰ С. В термосфере температура повышается, достигая на высоте 400 км 1200⁰ С. Выше термосферы располагается зкзосфера, представляющая переходную область между атмосферой и межпланетным пространством.

В состав атмосферы входят различные газы, атмосферная влага (водяной пар) и пыль. Составные части делятся на три группы: постоянную, переменную и случайную. К первой относятся азот – около 78 %, кислород –

9

21 % и инертные газы – около 1 %. От широты и долготы местности их содержание не меняется. С высотой происходит уменьшение концентрации газов. В термосфере имеет место ионизация молекул азота и кислорода, вызванная поглощением солнечной радиации, из-за чего этот слой называют ионосферой.

В экзосфере гравитационное поле Земли не способно удерживать ионизированные газы, которые рассеиваются в космосе (зона диссипации).

Ко второй группе относятся диоксид углерода (0,02-0,04 %) и водяной пар (до 3 %), к третьей – случайные компоненты, определенные местными условиями. Так, вблизи металлургических заводов воздух часто содержит диоксид серы, в местах разложения органических остатков – аммиак.

Стратосфера в интервале 15-50 км содержит озон (0₃), наибольшая концентрация которого отмечается на высоте 25-30 км. В «озоновом слое» содержится до 90 % общего количества атмосферного озона. Часть озона содержится и в тропосфере, где он образуется при грозовых разрядах и при воздействии на кислород разрядов, вызванных геоэлектричеством.

Если собрать весь озон атмосферы в один слой, то при нормальных условиях (давление 1 атм и температуре 273⁰ С) он будет иметь толщину 0,3 см.

В обычных условиях озон представляет собой газ с резким специфическим запахом, является сильным ядом, превосходящим по токсичности синильную кислоту. Он обладает мутагенными и канцерогенными свойствами; действует на кровь, подобно ионизирующей радиации. В смеси с кислородом он взрывоопасен. Таким образом, присутствие озона в тропосфере представляет экологическую проблему, тем более что в последнее время отмечается рост его концентрации в приземных воздушных слоях. Озон стратосферы из-за способности поглощать губительное для биосферы коротковолновое излучение является защитным экраном Земли.

10

В атмосфере существуют закономерности в распределении озона по времени, широте и высоте. Послеобеденное содержание озона больше утреннего. Наибольших значений содержание озона достигает весной, а осенью падает до минимума. Максимум концентрации озона приходится на высоту 25 км. С повышением широты максимум концентрации озона падает с 25 до 13 км.

Помимо газов в составе атмосферы определенную роль играет водяной пар. Главным образом он содержится в тропосфере. Неконденсированные остатки воды проникают и в стратосферу. На высоте около 30 км существуют области «перламутровых» облаков, состоящих из водного льда с вмороженными в него частицами разнообразных соединений азота, хлора и углерода. У верхней границы мезосферы (80 км) происходит образование «серебристых» облаков, представляющих собой скопления ледяных кристалликов.

Важная особенность воздушной оболочки – ее запыленность, влияющая на прозрачность атмосферы. Естественным природным источником уменьшения прозрачности являются выбросы вулканического пепла. Кроме того, в результате вулканической деятельности в верхние слои атмосферы попадает огромное количество сернистого газа, который, окисляясь под воздействием солнечных лучей и реагируя с водяным паром, образует аэрозоль серной кислоты. Запыленности атмосферы способствует и антропогенная деятельность, значительно уменьшая ее прозрачность.