Атмосфера

Атмосфера – газовая оболочка Земли, простирающаяся более чем на 1500-2000 км от ее поверхности. Суммарная масса воздуха, т.е. смеси газов, составляющих атмосферу, 5,1...5,3^.10¹⁵т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха – 28,966г/моль.

Для атмосферы характерен постоянный обмен веществом, энергией с гидросферой, литосферой, живыми организмами, а также с космическим пространством. Атмосферу в порядке удаления от поверхности Земли делят на тропосферу (до высоты 11 км), стратосферу (до высоты 50 км), мезосферу (50-85 км), ионосферу (от 85 до 500 км), экзосферу (свыше 500 км). Состав атмосферы – результат длительных эволюционных процессов в недрах Земли и на ее поверхности, где решающим фактором была деятельность зеленых растений, животных и микроорганизмов. Данные о составе атмосферы приведены в табл. 1.

Таблица 1

Приближенный состав атмосферы

Элемент и газ	Содержание в нижних слоях атмосферы, %
	По объему	По массе
Азот Кислород Аргон Неон Гелий Криптон Водород Углекислый газ (в среднем) Водяной пар: в полярных широтах у экватора Озон : в тропосфере в стратосфере Метан Оксид азота (IV) Оксид углерода » в атмосфере городов	78,064 20,946 0,934 0,0018 0,000524 0,000114 0,00005 0,034 0,2 2,6 1.10–6 10-3...10–4 1,6.10–4 10–6 Следы 0,8.10–5	75,5 23,14 1,28 0,0012 0,00007 0,0003 5.10-6 0,0466 0,9.10–4 0,3.10–6 7,8·10–6

Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологичекую функцию, предохраняя Землю от абсолютно хо­лодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеориов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д. Однако в современных условиях возможности природных систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические по­следствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие экологические функции.

Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека как на атмосферу, так и на биосферу в целом является загрязнение.

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным (техногенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных и степных пожаров и др. Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняю­щих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

В зависимости от масштабов распространения выделяют различные типы загрязнения атмосферы: местное, региональное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших территориях (город, промышленный район, сельскохозяйственная зона и др.) При региональном загрязнении в сферу негативного воздействия вовлекается значительные пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды др.); 2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека — диоксид серы (SO₂), оксиды азота (NO_x), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ, среди которых — формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, ртути, кадмия и других тяжелых металлов (источники выброса: автомобили, плавильные заводы и др.); углеводороды , среди них наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов в др.), альдегиды, и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие загрязнители (бензины, спирты, эфиры и

Наиболее опасное загрязнение атмосферы - радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации.

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

1.Возможное потепление климата («парниковый эффект»);

Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплением в атмосфере так называемых «парниковых газов» - диоксида углерода (СО₂), метана (СН₄), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (O_s), оксидов азота в др.

Парниковые газы, в первую очередь СО₂, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. Атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой — почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей. Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих «парниковый эффект», является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности.

Масштабы потепления за относительно короткий срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими.

2.Нарушение озонового слоя;

Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20—25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.

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. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу. Еще до конца не установлено, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается, что образование «озоновых дыр» антропогенного происхождения, т.е. связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту. Поднимаясь в атмосферу они разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона. Однако ряд ученых настаивают на естественном происхождении «озоновых дыр», т.е причины их возникновения видят в естественной изменчивости озоносферы и циклической активностью Солнца.

3.Выпадение кислотных дождей.

Однa из важнейших экологических проблем, с которой связывают окисление природной среды, — кислотные дожди. Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты . В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6).На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека.

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. 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.