28 Антропогенное воздействие на атмосферу

Загрязнение парниковыми газами

Парнико́вый эффе́ктповышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

Парниковые газы прозрачны для коротковолновых солнечных лучей. Но они плохо пропускают длинноволновые излучения Земли в диапазоне 700…1200 нм, уходящие обратно в космическое пространство. Тепло удерживается у земной поверхности. В результате нижний слой атмосферы и поверхность Земли нагреваются.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются:

а) пары воды (Н₂О).Поглощают около 62 % инфракрасного излучения Земли;

б) углекислый газ диоксид углерода (СО₂). Поглощает примерно 22 % инфракрасного излучения Земли;

в) «малые газы», содержание которых в атмосфере чрезвычайно мало. Они вносят гораздо меньший вклад в парниковый эффект. Это: метан (СН₄), озон (О₃), хлорфторуглероды (ХФУили фреоны), хлорфторуглеводороды (ХФУВ), азота (закись азотагемиоксид азота (N₂O)).

г) созданные человеком газы. Содержание их в атмосфере крайне мало.

Последствия парникового эффекта:

а) глобальное потепление;

б) массовое таяние ледников, подъём уровня Мирового океана и сокращение поверхности суши;

в) усиление циклонической активности;

г) нарушение закономерностей функционирования экосистем;

д) рост сердечнососудистых, респираторных, паразитарных (клещевого энцефалита, болезни Лайма, малярии, лихорадок разного типа) заболеваний, психологических расстройств, травм;

е) голод.

Проблемы атмосферного озона и озоновых дыр

В тропосфере озона мало (6…14 % всего содержания в стратосфере). При такой концентрации он благоприятен. Но увеличение количества озона опасно: удушающие смоги, содержащие озон, губят людей. Он относится к парниковым газам. Поглощение тепла земли озоном лежит вблизи длины волны 9,6 мкм.

В стратосфере озона много и он образует экран. Озон поглощает жёсткое ультрафиолетовое излучение Солнца с длиной волны до 0,32 мкм. Эволюция выработала адаптацию к излучению более 0,32 мкм. Белок поглощает это излучение, как бы защищая нуклеиновые кислоты. А от излечения ниже 0,32 мкм защиты нет и как последствия – рак кожи, гемолиз (разрушение красных кровяных телец), поражение иммунной системы, сетчатки глаза (катаракта). Это излучение является мутагенным фактором среды обитания.

Последние десятилетия наблюдается уменьшение общего количества озона в стратосфере. Это уменьшение составило 2 %. Медики считают, что уменьшение озона даже на 1 % увеличивает заболеваемость раком на 10…20 %.

Озоновая дыра – область с пониженным содержанием озона. Озоновая дыра существовала практически всегда, то появляясь, время от времени, то исчезая в соответствии с сезонными изменениями в состоянии атмосферы. В 80-х годахXXвека произошли серьёзные изменения в динамике этого явления – «дыра» перестала восстанавливаться до исходного состояния.

Среди катализаторов разложения озона наиболее важная роль принадлежит оксидам азота, атомам хлора. В качестве катализатора реакции разложения озона может служить ОН-радикал, образующийся с участием паров воды.

Природной причиной разрушения озонового слоя из-за поступления в стратосферу атомарного хлора является хлорметан (СН₃Сl) – продукт жизнедеятельности организмов в океане и лесных пожаров на суше.

В результате деятельности человека в атмосфере появился избыток азотных и галогенуглеродных соединений. Оксиды азота (NO_x) образуются при сжигании топлива, особенно в современных двигателях воздушных судов, ракетной техники. Атомарный хлор образуется в стратосфере в результате фотохимического разрушения хлорфторуглеродов (ХФУ), или фреонов, или хладоновCF₂Cl₂иCFCl₃. Эти вещества летучи и устойчивы в тропосфере. В условиях стратосферы они начинают распадаться в связи с образованием свободных атомов галогенов.

В 1985 году подписана «Венская конвенция по охране озонового слоя», призывающая страны к проведению дополнительных исследований и обмену информацией по сокращению озонового слоя. В 1987 году в Монреале 98 стран заключили соглашение (Монреальский протокол) о постепенном прекращении производства ХФУ (хлорфторуглеродов) и о запрещении выбросов их в атмосферу.

Кислотные осадки

При нормальном природном составе воздуха обычная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН = 5,5…5,6). Это вязано с хорошей растворимостью в ней СО₂и образованием слабой угольной кислоты, а также присутствием в атмосфере оксидов серы и азота либо хлористого водорода природного происхождения.

Основная причина образования и выпадения кислотных (или кислых) осадков – дождя, тумана, росы, града, снега – наличие в атмосфере оксидов серы и азота, хлористого водорода и иных кислотообразующих соединений.

Диоксид серы SO₂образуется в больших количествах при сжигании природных органических топлив. В воздухе он подвержен фотохимическим (под действием солнечного света) превращениям и дальнейшему окислению с образованием триоксида серыSO₃. Соединяясь с парами воды, находящимися в воздухе,SO₃образует серную кислотуН₂SO₄.

Среди кислотных осадков наиболее сильной кислой реакцией отличаются кислотные туманы. Так, в Гамбурге однажды была зафиксирована кислотность тумана (рН 2) более высокая, чем у лимонного сока (рН = 2,3).

Воздействие кислотных осадков на живую и неживую материю может быть прямымикосвенным.

Приведём примеры прямого воздействия, кислотных осадков:

1) повреждаются листья и другие части растений. Деревья болеют, «лысеют» и быстро гибнут. Особенно страдают горные леса;

2) закисление почв;

3) закисление водоёмов. При этом нарушаются звенья питания в озёрах, которые становятся синими-синими и … мёртвыми;

4) разрушаются исторические памятники, изготовленные из природных минералов (мрамора, известняка и других, имеющих в своём составе СаСО₃и МgСО₃);

5) разрушение зданий, сооружений. Ускорение процессов коррозии металлов.

5) воздействие на человека, животных. В отдельных случаях кислотность осадков повышалась так, что непосредственно повреждались дыхательные пути животных и людей.

При косвенном воздействии влияют не сами осадки, а протекающие под их воздействием процессы. Например:

 изменяется химический состав грунта (вымывается кальций, калий и магний). Это является дополнительным негативным фактором для растений и микрофауны грунта;

 изменяется растворимость тяжёлых металлов, которые поглощаются растениями, что ведёт к их гибели, с питьевой водой могут попасть в организм животных, человека.

Осадки, содержащие соединения азота, некоторое время способствуют росту деревьев, так как дают питательные вещества. Далее происходит перенасыщение и закисление почвы.

Смог

Смог– ядовитая смесь дыма, тумана и пыли.

Фотохимический смог(летний или лос-анджелесский тип) образуется в ясную солнечную погоду, при низкой влажности, температуре выше +30С, при очень слабом движении воздуха или полном отсутствии ветра и высокой загрязнённости воздуха выхлопными газами автомобилей.

При интенсивном воздействии солнечной радиации (фотохимический эффект) идут химические реакции находящихся в воздухе углеводородов с оксидами азота и углерода с образованием новых высокотоксичных загрязнителей фотооксидантов (озон, органические перекиси, нитриты, и др.).

При фотохимическом смоге наблюдается появление голубоватой дымки или беловатого тумана и связанное с этим ухудшение видимости. Образовавшиеся загрязнители раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, лёгких и органов зрения.

Смог химически действует как окислитель (усиливает коррозию металлов, приводит к растрескиванию резины).

Фотохимический смог характерен для таких городов, как Днепропетровск, Донецк, Запорожье.

Лондонский (зимний) смогформируется в крупных промышленных городах при неблагоприятных метеорологических условиях (длительный штиль и температурная инверсия) и высокой концентрации продуктов сгорания жидкого и твёрдого топлива (SO₂, сажа,NO_xиСО). Наблюдается чаще в осенне-зимний период при относительной влажности воздуха около 100 %, температуре 0С.

Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300…400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыханий, и даже смерти.

Смог типа лондонского характерен для умеренных широт с влажным морским климатом – для Мариуполя, Одессы и других приморских городов.

Ядерная (поствзрывная) зима

Я́дерная зима́гипотетическое глобальное состояние климата Земли в результате широкомасштабной ядерной войны. В результате взрывов и пожаров атмосфера окажется насыщенной твёрдыми частицами пыли, пепла. Земля окажется закрытой (экранированной) от солнечных лучей длительное время. Наступит «ядерная ночь». Существенное повышения количества отражённых солнечных лучей приведёт к сильному понижению температуры. Температура на планете повсеместно снизится до арктической.

Я́дерная о́сеньгипотетическое состояние климата одного из регионов Земли в результате ограниченной ядерной войны.

Последствия поствзрывной(ядерной) зимы:

а) сильное понижение температуры;

б) снижение урожаев;

в) массовая гибель живых организмов от голода и холода;

г) в результате образования оксидов азота произойдёт разрушение озонового слоя планеты;

д) после восстановления прозрачности атмосферы для солнечных лучей живые организмы окажутся под воздействием жёсткой ультрафиолетовой радиации (из-за разрушения озонового экрана). Это приведёт к росту раковых и генетических заболеваний.