МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего образования

«Астраханский государственный университет имени В. Н. Татищева»

(Астраханский государственный университет им. В. Н. Татищева)

Факультет агро-биологический

Кафедра биотехнологии, зоологии

и аквакультуры

ХИМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ

Реферат по дисциплине «Экологический мониторинг»

Выполнил:

Дьяченко Максим Геннадьевич

Студент 4 курса ДБЛ-41 группы

очной формы обучения

Проверил:

Кандидат биологических наук

Сокольская Евгения Аркадьевна

Астрахань, 2024

СОДЕРЖАНИЕ

Y

ВВЕДЕНИЕ 3

Глава 1. Состав и строение атмосферы 5

Глава 2. Принципы химического мониторинга 9

Глава 3. Источники загрязнения атмосферы 13

3.1. Источники техногенного загрязнения 13

3.2. Природные источники загрязнения атмосферы 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 21

Введение

Атмосфера – это важнейшая составляющая окружающей среды, играющая ключевую роль в поддержании жизни на Земле. Однако современное общество сталкивается с серьезными вызовами в виде загрязнения атмосферы различными химическими веществами, порожденными промышленными и транспортными процессами, а также другими антропогенными источниками. Это приводит к ухудшению качества воздуха и угрожает как здоровью человека, так и экосистемам.

В современном мире проблема загрязнения атмосферы становится все более актуальной, требуя непрерывного контроля и мониторинга состояния атмосферного воздуха. Химический мониторинг атмосферы является важным инструментом в этом процессе. Он позволяет отслеживать концентрации различных загрязнителей, таких как оксиды азота, серы, углеводороды, тяжелые металлы и другие вредные вещества.

Путем изучения и анализа современных методов мониторинга атмосферы и оценки их эффективности мы сможем лучше понять текущее состояние атмосферы, выявить потенциальные проблемы и разработать меры по их решению. Это имеет важное значение для сохранения здоровья населения и биоразнообразия, а также для обеспечения устойчивого развития нашей планеты.

Цель настоящего реферата состоит в рассмотрении основных аспектов химического мониторинга состояния атмосферы, его методов и принципов, а также в оценке влияния загрязнителей на окружающую среду и здоровье человека. Важными задачами данного исследования являются систематизация и анализ имеющейся научной информации, выявление основных трендов в области мониторинга атмосферы, а также выработка рекомендаций для развития этой области и охраны окружающей среды в целом.

Глава 1. Состав и строение атмосферы

Атмосфера Земли (от греч. ἀτμός – пар, испарение и σφαῖρα – шар), воздушная оболочка, состоящая из ряда газов и взвешенных в ней частиц примесей – аэрозолей. Масса атмосферы 5,157·1015 т. Столб воздуха оказывает давление на поверхность Земли: среднее на уровне моря 1013,25 гПа (около 760 мм рт. ст.). Средняя по глобусу температура воздуха у поверхности Земли 15 °C, при этом температура изменяется примерно от 57 °C в субтропических пустынях до –89 °C в Антарктиде. Плотность воздуха и давление убывают с высотой по закону, близкому к экспоненциальному.

Среднегодовое вертикальное распределение температуры в атмосфере

По вертикали атмосфера имеет слоистую структуру, определяемую главным образом особенностями вертикального распределения температуры (рис. 1), которое зависит от географического положения, сезона, времени суток и т. д. Нижний слой атмосферы – тропосфера – характеризуется падением температуры с высотой (примерно на 6 °C на 1 км), его высота от 8–10 км в полярных широтах до 16–18 км в тропиках. Благодаря быстрому убыванию плотности воздуха с высотой в тропосфере находится около 80 % всей массы атмосферы.

Рисунок 1. Среднегодовое вертикальное распределение температуры в атмосфере.

Над тропосферой располагается стратосфера – слой, который характеризуется повышением температуры с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. В нижней стратосфере до уровня около 20 км температура мало меняется с высотой (т. н. изотермическая область) и нередко даже незначительно уменьшается. Выше температура возрастает из-за поглощения УФ-радиации Солнца озоном, вначале медленно, а с уровня 34–36 км – быстрее. Верхняя граница стратосферы – стратопауза – расположена на высоте 50–55 км, соответствующей максимуму температуры (260–270 К). Слой атмосферы, расположенный на высоте 55–85 км, где температура снова падает с высотой, называется мезосферой, на его верхней границе – мезопаузе – температура достигает летом 150–160 К, а зимой 200–230 К. Над мезопаузой начинается термосфера – слой, характеризующийся быстрым повышением температуры, достигающей на высоте 250 км значений 800–1200 К. В термосфере поглощается корпускулярная и рентгеновская радиация Солнца, тормозятся и сгорают метеоры, поэтому она выполняет функцию защитного слоя Земли. Ещё выше находится экзосфера, откуда атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство за счёт диссипации и где происходит постепенный переход от атмосферы к межпланетному пространству [9].

До высоты около 100 км атмосфера практически однородна по химическому составу и средняя молекулярная масса воздуха в ней постоянна. Вблизи поверхности Земли атмосфера состоит из азота (около 78,1 % по объёму) и кислорода (около 20,9 %), а также содержит малые количества аргона, диоксида углерода, неона и других постоянных и переменных компонентов.

Кроме того, атмосфера содержит небольшие количества озона, оксидов азота, аммиака, радона и др. Относительное содержание основных составляющих воздуха постоянно во времени и однородно в разных географических районах. Содержание водяного пара и озона переменно в пространстве и времени; несмотря на малое содержание, их роль в атмосферных процессах весьма существенна.

Выше 100–110 км происходит диссоциация молекул кислорода, углекислого газа и водяного пара, поэтому молекулярная масса воздуха уменьшается. На высоте около 1000 км начинают преобладать лёгкие газы – гелий и водород, а ещё выше атмосфера Земли постепенно переходит в межпланетный газ.

Наиболее важная переменная компонента атмосферы – водяной пар, который поступает в атмосферу при испарении с поверхности воды и влажной почвы, а также путём транспирации растениями. Относительное содержание водяного пара меняется у земной поверхности от 2,6 % в тропиках до 0,2 % в полярных широтах. С высотой оно быстро падает, убывая наполовину уже на высоте 1,5–2 км. В вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах содержится около 1,7 см «слоя осаждённой воды». При конденсации водяного пара образуются облака, из которых выпадают атмосферные осадки в виде дождя, града, снега.

Важной составляющей атмосферного воздуха является озон, сосредоточенный на 90 % в стратосфере (между 10 и 50 км), около 10 % его находится в тропосфере. Озон обеспечивает поглощение жёсткой УФ-радиации (с длиной волны менее 290 нм), и в этом его защитная роль для биосферы. Значения общего содержания озона меняются в зависимости от широты и сезона в пределах от 0,22 до 0,45 см (толщина слоя озона при давлении P=1 атмосфера и температуре T=0 °C). В озоновых дырах, наблюдаемых весной в Антарктике с начала 1980-х гг., содержание озона может падать до 0,07 см. Оно увеличивается от экватора к полюсам и имеет годовой ход с максимумом весной и минимумом осенью, причём амплитуда годового хода мала в тропиках и растёт к высоким широтам. Существенной переменной компонентой атмосферы является углекислый газ, содержание которого в атмосфере за последние 200 лет выросло на 35 %, что объясняется в основном антропогенным фактором. Наблюдается его широтная и сезонная изменчивость, связанная с фотосинтезом растений и растворимостью в морской воде (согласно закону Генри, растворимость газа в воде уменьшается с ростом её температуры) [2].

Важную роль в формировании климата планеты играет атмосферный аэрозоль – взвешенные в воздухе твёрдые и жидкие частицы размером от нескольких нанометров до десятков микрометров. Различаются аэрозоли естественного и антропогенного происхождения. Аэрозоль образуется в процессе газофазных реакций из продуктов жизнедеятельности растений и хозяйственной деятельности человека, вулканических извержений, в результате подъёма пыли ветром с поверхности планеты, особенно с её пустынных регионов, а также из космической пыли, попадающей в верхние слои атмосферы. Большая часть аэрозоля сосредоточена в тропосфере, аэрозоль от вулканических извержений образует т. н. слой Юнге на высоте около 20 км. Наибольшее количество антропогенного аэрозоля попадает в атмосферу в результате работы автотранспорта и ТЭЦ, химических производств, сжигания топлива и др. Поэтому в некоторых районах состав атмосферы заметно отличается от обычного воздуха, что потребовало создания специальной службы наблюдений и контроля за уровнем загрязнения атмосферного воздуха [7].