Лекции мудл / 2.2-2.3_Конспект

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОХРАНА АТМОСФЕРЫ

Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера – газовая оболочка, состоящая в естественном состоянии из азота (объемная доля 78 %), кислорода (21 %) и других газов (1 %). Соотношение количества кислорода и углекислого газа в атмосфере является чрезвычайно важным фактором условий существования жизни на Земле.

Современная атмосфера и ее состав – продукт живого вещества биосферы. Живое вещество способствовало превращению ее из углекисло-метановой в азотно-кислородную. Это произошло в начале каменноугольного периода примерно 300–350 млн лет назад. Как видим, значительная часть углекислого газа была выведена из атмосферы Земли в результате эволюции органической жизни. Кроме того, часть углекислоты растворена в водах океана.

До высоты 100 км современный химический состав атмосферы не меняется. Относительно постоянный состав воздуха поддерживается непрерывно идущим процессом использования газов живыми организмами и выделения их в атмосферу. Естественные процессы потребления газов и их поступления в атмосферу сбалансированы

Заметную, но сильно переменную долю атмосферного воздуха составляет влага в виде водяного пара Ее значение колеблется от 1 до 3 %. Роль водяного пара атмосферы заключается не только в образовании облаков и осадков, водяной пар вносит большой вклад в способность атмосферы поглощать инфракрасное тепловое излучение. Помимо газов и водяных паров, в атмосфере содержатся еще кристаллы соли и пыль.

Атмосфера всегда находится в движении, образуя ветер и перепады давления воздуха.

Функции атмосферы в экосистеме Земли:

Атмосфера защищает живые организмы от вредного воздействия космических ультрафиолетовых лучей, от метеоритного воздействия и резких колебаний температур.

Атмосфера обеспечивает человека, животный и растительный мир Земли жизненно необходимыми газовыми элементами, в частности кислородом.

Ресурс атмосферного кислорода очень велик и возобновим. Но чувствительность живых организмов даже к небольшим изменениям состава воздуха в результате его загрязнения заставляет рассматривать загрязнение атмосферы как суще-

ственное изъятие важнейшего природного ресурса. В настоящее время загрязнение атмосферы - это самый острый вопрос современной экологической ситуации на нашей планете.

Проблема загрязнения воздушной среды возникла со времени первых поселений людей и до середины XIX века не наносила ущерба окружающей среде. Природа сама обладала способностью к самоочищению.

Загрязнение и очищение атмосферы – это два взаимопротивоположных процесса. Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на нейтрализацию. Способность атмосферы к самоочищению имеет определенный предел, и если он будет превышен, то самоочищение в атмосфере не приведет к полному рассеиванию и разложению примесей.

Загрязнение атмосферы Земли — поступление в атмосферный воздух неспецифичных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации.

На состав воздушной среды влияет как человек, так и природа. Источники загрязнения атмосферного воздуха подразделяются на естественные и антропогенные.

Естественными источниками загрязнения атмосферы становятся природные явления, которые происходят независимо от участия или желания человека. К ним относятся последствия лесных пожаров, вулканических извержений, песчаных и пыльных бурь. Кроме того, воздух загрязняется разнообразными выделениями, которые появляются в результате жизнедеятельности растений и животных, например, пыльца, экскременты и т.д.

Антропогенные источники вызваны человеческой деятельностью, научными и промышленными достижениями.

К ним относятся: выбросы предприятий химической, топливной, металлургической и машиностроительной промышленности; выбросы от сжигания топлива на теплоэлектростанциях; выхлопные газы транспортных средств; сельскохозяйственная деятельность, такая как распыление пестицидов с помощью авиации. Серьезный вклад в загрязнение воздушной среды вносят отходы животноводства.

В перечень антропогенных источников загрязнения атмосферы включаются открытые участки хранения твердых бытовых отходов.

Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются:

1.Соединения углерода такие как оксид и диоксид углерода. Диоксид углерода или углекислый газ - один из парниковых газов, который влияет на теплообмен Земли с окружающим пространством, а значит, и на климат. Оксид углерода или угарный газ. Образуется в результате неполного сгорания ископаемого топлива (угля, газа, нефти) в условиях недостатка кислорода и при низкой температуре.

2.Углеводороды. К ним относят множество различных органических соединений, в состав которых входят атомы водорода и углерода. Большинство из них содержится в несгоревшем бензине, жидкостях, применяемых в химчистке, промышленных растворителях и т. д.

3.Производные серы такие как диоксид серы или сернистый ангидрид способствуют образованию кислотных дождей и усыханию растений. Диоксид серы образуется в процессе сгорания серосодержащих ископаемых видов топлива, в основном угля, а также при переработке сернистых руд.

4.Производные азота, например, оксид и диоксид азота образуются при всех процессах горения. Чем выше температура сгорания, тем интенсивнее идет образование окислов азота. Другим источником окислов азота являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты.

5.Твердые частицы, которые содержат пыль, золу и сажу. Основными источниками антропогенных аэрозольных загрязнений воздуха являются теплоэлектростанции, потребляющие уголь.

Особую опасность для здоровья человека представляет воздух, содержащий тяжёлые металлы, такие как кадмий, свинец, мышьяк.

Исходя из природы явления, различают следующие виды загрязнений воз-

духа: химическое, физическое и биологическое.

Впервом случае в атмосфере наблюдается повышенная концентрация углеводородов, тяжёлых металлов, диоксида серы, аммиака, альдегидов, окислов азота и углерода.

При биологическом загрязнении в воздухе присутствуют продукты жизнедеятельности различных организмов, токсины, вирусы, споры грибов и бактерий.

Большое количество пыли или радионуклидов в атмосфере свидетельствует

офизическом загрязнении. К этому же виду относят последствия тепловых, шумовых и электромагнитных выбросов.

Выбросы в атмосферу пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасываемые в воздушную среду России и всего

мира, представлены в литературе и ежегодных отчетах региональных комитетов по экологии и охране окружающей среды.

Загрязнение атмосферы – одна из основных причин роста числа респираторных заболеваний, как острых, так и хронических. Вредные примеси, содержащиеся в воздухе, способствуют развитию онкологических заболеваний дыхательных путей, сердечных болезней и инсультов.

Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, расположенных в неблагоприятных климатических условиях. В них часто наблюдается такое неприятное явление, как смог.

Смог представляет собой образованную из дыма и газообразных отходов (особенно диоксида серы) туманную завесу.

Скопление частиц пыли, воды и дыма в воздухе снижает видимость на дорогах, из-за чего учащается количество ДТП. Агрессивные вещества усиливают коррозию металлических конструкций, а также отрицательно влияют на состояние растительного и животного мира. Наибольшую опасность смог представляет для людей с заболеваниями дыхательной системы. Метеорологическими предпосылками образования смога являются: инверсия температуры воздуха – образование слоя теплого воздуха над населенным пунктом, который препятствует рассеиванию загрязняющих веществ; тихая безветренная погода и относительно ровный рельеф, когда горизонтальный и вертикальный обмен воздуха затруднен.

Смог может быть сухим и влажным.

Влажный (лондонский) смог – ядовитый густой грязно-желтый туман. Он представляет собой смесь тумана, газов, в частности диоксида серы и дыма, когда на частицах воды адсорбируются продукты отходов химического производства.

Сухой (фотохимический) смог – синеватая или буроватая дымка, а не туман. Он характерен для городов внутри континентов. Образуется в солнечные дни в городах с интенсивным автомобильным движением и развитой химической промышленностью. Это результат в основном фотохимических реакций между оксидами азота и углеводородами под действием солнечного света.

В настоящее время активно исследуются и контролируются три глобальные экологические проблемы, связанные с антропогенным загрязнением атмосферы: кислотные дожди, парниковый эффект и озоновые дыры.

Одной из первостепенных экологических проблем является повышение кислотности окружающей среды.

Кислотный дождь – атмосферные осадки в виде дождя или снега, у которых проявляется кислая реакция среды (т.е. показатель кислотности рН ниже 5,6 единиц).

Давайте разберемся в чем же причина образования кислотных дождей. Поступление в атмосферу больших количеств диоксида серы и окислов азота приводит к снижению рН – повышению концентрации ионов водорода в атмосферных осадках. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению кислотных дождей. Концентрация ионов водорода (рН) в дождевой воде в ряде случаев снижается на 2–2,5 единицы.

Кислотные осадки наносят значительный экологический, экономический и эстетический ущерб.

С экологической точки зрения важное значение имеет рН атмосферных осадков. От его значения зависит жизнедеятельность всех организмов, особенно в водной среде. В пресноводных бассейнах рН воды равняется 6–7 единицам. Большинство форм жизни погибает при показателе рН меньше 5. Кроме того, многие пищевые цепи, охватывающие диких животных, начинаются в водоемах. Далее сокращаются популяции птиц, т.к. личинки для их питания погибают в кислой воде. В воде озер вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные (бескислородные) процессы с выделением метана и сероводорода.

Наиболее опасно подкисление океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых цепей и глубокое нарушение экологического равновесия в Мировом океане.

На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов. Опадает хвоя, загнивает древесина. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты нарушают защитный восковой покров, делая деревья уязвимыми для насекомыхвредителей и болезней.

Кислотные осадки, просачиваясь через почву, способны выщелачивать алюминий и тяжелые металлы. Соединения алюминия являются токсичными соединениями, которые разрушают корневую систему растений и резко снижают деятельность редуцентов.

Экономический и эстетический ущерб от кислотных дождей проявляется в следующем: кислотные осадки медленно, но верно растворяют сооружения из мрамора и известняка.

Следующей глобальной экологической проблемой является повышение температуры нижних слоёв атмосферы Земли, так называемый «парниковый эффект». Главной причиной этого естественного природного процесса служит содержание в атмосфере паров воды, углекислого газа и некоторых других газов (диоксида азота, метана и т. д.), молекулы которых поглощают тепловое излучение. Их называют парниковыми газами.

С конца XIX века по настоящее время наблюдается отчетливая тенденция повышения средней глобальной температуры атмосферы, приводящая к стремительному изменению климата на планете. Происходит ли климатическая аномалия под действием естественных причин или является следствием антропогенной деятельности? Эта проблема – одна из крупнейших научных загадок.

Климат – это сложная динамическая система. Для его описания необходимо учитывать следующие факторы: такие как концентрация парниковых газов, а также солнечная и вулканическая активность.

Если сложить оба этих фактора – техногенный и естественный, то в ближайшие 60–70 лет средняя температура планеты по прогнозам ученых повысится еще на 1 °С.

Солнечная радиация, падающая на Землю, трансформируется: 30 % отражается в космическое пространство, 70 % поглощается поверхностью суши и океана. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается обратно в космос в виде инфракрасных лучей. Чистая атмосфера для них прозрачна, а загрязненная – поглощает инфракрасные лучи. Благодаря этому воздух нагревается.

Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в парнике. Аналогичное явление возникает, например, в автомобиле, который был оставлен на солнце.

Тенденции глобального потепления придается в мире очень большое значение. В последние годы вопрос о парниковых газах и потеплении стал предметом рассмотрения на многих международных форумах. В Рио-де-Жанейро в 1992 г. на конференции по окружающей среде и развитию была принята международная конвенция, которая предполагает введение квот на выброс парниковых газов и налог на превышение этих квот.

Третьей глобальной экологической проблемой считается нарушение озо-

нового слоя.

Озоновый слой находится на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли, в верхних слоях атмосферы. Озоносфера (или озоновый экран) в разных

широтах планеты находится на разных уровнях. В тропических широтах озоновый слой находится на расстоянии от 25 до 30 км, в умеренных — от 20 до 25 км, в полярном круге расстояние еще меньше — от 15 до 25 км. Озоновый слой отличается повышенной концентрацией озона – газа, молекулы которого состоят из трех атомов кислорода.

Озоновый слой – это защита всего живого на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения солнца. Ослабление озонового экрана опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей. Истощение толщины озонового слоя вызывает резкий рост онкологических заболеваний кожи и болезни глаз, сокращает количество планктона и ракообразных в океане, неблагоприятно сказывается на сельскохозяйственных культурах.

Существует несколько гипотез о причинах формирования этого явления. Большинство специалистов склоняются к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр.

Главной причиной нарушения озонового слоя является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора, фтора и других активных галогенов, типа фреонов.

Вобычных условиях это инертные и нетоксичные газы. Их источниками являются ядерные взрывы в атмосфере, выбросы высотных сверхзвуковых самолетов, выбросы, происходящие при запусках ракет и космических кораблей. Они используются как наполнители в кондиционерах, холодильниках, а также в полиуретановых подошвах обуви, матрацах из вспененной пластмассы и т. д.

Атмосфера содержит очень мало хлорных продуктов естественного происхождения. Основная часть их поступает за счет хозяйственной деятельности человека. Под действием ультрафиолетовых лучей в стратосфере они распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить множество молекул озона. Хлор выступает как катализатор т.е. ускоряет реакцию, но сам не расходуется.

Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами – создание новых малоотходных технологий с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

Всфере теплоэнергетики следует делать ставку на альтернативные источники энергии. На состояние воздушной среды позитивно сказывается переход к комбинированной выработке энергии и тепла.

Вборьбе за чистый воздух важным элементом стратегии является комплексная программа по утилизации отходов. Она должна быть направлена на

уменьшение количества мусора, а также его сортировку, переработку или повторное использование. Городское планирование, нацеленное на улучшение среды, в том числе и воздушной, предполагает совершенствование энергоэффективности зданий, строительство велосипедной инфраструктуры, развитие скоростного городского транспорта.

Положительно влияние на состояние атмосферного воздуха оказывают зеленые насаждения. Разумное использование и отказ от непродуманных вырубок леса, сохранение и создание новых лесополос возле промышленных предприятий, а также увеличение парковых зон в городской черте способствуют улучшению состояния воздушной среды.

1.Олейник, Я. Б. «Основы экологии» / Я. Б. Олейник.– Одесса, 2008 г. –

622 с.

2.Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. Экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.

3.Марфенин Н.Н. Экология: учебник для вузов / Н. Н. Марфенин .— Москва : Академия, 2012. — 509 с.