Информационно – дидактический блок.

Атмосфера (от греч. «аthmos» – «пар», «sphaira» – «шар») - газовая оболочка Земли. На Земле сформировалась в результате геологической эволюции и непрерывной деятельности организмов. Состав современной атмосферы – результат динамического равновесия, поддерживаемого процессами жизнедеятельности организмов и различными геохимическими явлениями глобального масштаба.

Общая масса атмосферы Земли равна 5,3 х 10¹⁵ т, причем 90% сосредоточено в околоземном слое толщиной около 16 км. Поскольку атмосфера является наружной оболочкой Земли, она «разграничивает» планету и космическое пространство, ослабляя ряд поступающих из космоса излучений и сглаживая резкие колебания температуры в биосфере. Кроме того, она является средой распространения микроорганизмов, семян, плодов, а также местообитанием многих насекомых, птиц и млекопитающих.

Самый близкий к поверхности Земли слой атмосферы носит название “тропосфера”. В этом слое высотой 9-10 км в основном происходит явления, которые мы именуем погодой. Именно в этой части атмосферы образуются все осадки в виде дождей, почти все облака и возникает подавляющее число гроз и штормов.

Выше тропосферы расположен слой толщиной около 40 км, который называется стратосферой. Воздух в ней более разряжен, влажность его невысока. В стратосфере сконцентрирована основная часть атмосферного озона, и именно это обстоятельство обуславливает такое повышение температуры. Дело в том, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи Солнца, что и вызывает разогрев атмосферы.

Озоновый слой очень тонок. Если этот газ сосредоточить у поверхности земли, то он образовал бы плёнку толщиной всего 2-3 мм, однако эта пленка служит нам защитой.

За стратосферой, на высоте более 50 км, находится мезосфера, где температура опять понижается. За мезосферой, еще выше более 80 км над поверхностью расположена термосфера, не имеющей определенной верхней границы, где температура увеличивается и достигает на высоте 500-600 км +1600 градуса. Атмосферное давление с высотой уменьшается. И наконец, наиболее удалена от Земли – экзосфера – 800- 1600 км. В ней ещё обнаруживаются газы и наблюдается утечка атомов в космос.

Теперь остановимся на химическом составе нижних слоев и компонентах чистого сухого воздуха атмосферы.

Состав атмосферы, который сохраняется до высоты 400-600 км, представлен в таблице 3. Выше начинает преобладать гелий.

Таблица 3.

Химический состав и содержание приземной атмосферы

Компонент	Содержание		Компонент	Содержание
	% по массе	% по объему		% по массе	% по объему
Азот Кислород Аргон Оксид углерода Неон Гелий Криптон Ксенон	75.52 23.15 1.28 - 0.046 1.2*10 7.2*10 3.3*10 3.9*10	78.09 20.94 0.93 - 0.033 1.8*10 5.2*10 1*10 8*10	Оксид азота Водород Метан Диоксид азота Озон Диоксид серы Оксид углерода -		2.5-10 3.5*10 0.8*10 - 8*10 10--10 - - -	2.5*10 5*10 1.5*10 - 1.5*10 2*10 2*10 - 1*10

Атмосферы других планет совершенно иные (таблица 4).

Человечество, один из последовательных этапов развития жизни на земле, не может существовать без кислорода в атмосфере. Кислород, содержащийся в воздухе, жизненно необходим для дыхания растений и животных.Роль озона сводится к обеспечению защиты от ультрафиолетового излучения Солнца, которое может быть губительно для жизни. Однако и кислород и озон не всегда входило в состав земной атмосферы.

Углекислый газ непрерывно потребляется зелёными растениями в процессе фотосинтеза. Зеленые растения ежегодно извлекают из атмосферы 160 т углекислоты.

Исследование содержания углекислого газа в атмосфере показывает его нарастание за последние десятилетия.

Между тем хорошо известно, что углекислый газ действует в атмосфере, как стекло в оранжерее: он пропускает солнечную радиацию и не пропускает обратно инфракрасное излучение Земли. Тем самым создается так называемый “тепличный эффект”.

Классификация загрязняющих атмосферу веществ может быть проведена по следующим признакам:

* по агрегатному состоянию (твёрдые, жидкие и газообразные);

* по составу (например, сернистый ангидрид, хлористый водород, оксиды углерода, и т.д.)

* по происхождению (естественное и искусственное – антропогенное).

Источники загрязнения. Загрязнение атмосферного воздуха может быть глобальным, региональным, местным и локальным. Однако четко разделить эти видызагрязнений трудно, так как атмосферный воздух границ не имеет. Масштабы загрязнения связаны с мощностью выброса и характером воздушных потоков. Если эти два фактора совпадают по направлению и времени, загрязнение может быть глобальным, а если не совпадают – региональным, местным или локальным.

Под региональным загрязнением понимается загрязнение атмосферного воздуха на территории в сотни километров, которая находится под воздействием выбросов крупных промышленных и сельскохозяйственных комплексов.

Местное загрязнение определяется совокупностью выбросов множества источников, расположенных на территории, находящейся в этой зоне влияния.

Локальное загрязнение может быть обусловлено одним или несколькими источниками выбросов, зона влияния которых определяется главным образом изменчивой скоростью и направлением ветра.

Природное загрязнение происходит за счет естественных факторов: пыльные бури, извержение вулканов, выдувание почв, лесные пожары.

Антропогенные источники загрязнения атмосферы делятся на группы: промышленные предприятия, транспорт, бытовое и коммунальное хозяйства. Промышленные источники загрязнения, в свою очередь, подразделяются по отраслям, а также по ингредиентам.

Автотранспорт выбрасывает в атмосферу более 200 видов вредных веществ. Выбросы предприятий дополняют этот перечень.

Воздействие энергетики на состояние воздушного бассейна определяется, главным образом, видом сжигаемого топлива. Выбросы электростанций, потребляющих уголь, составляют 139 млн. кг в год оксидов серы, 21 млн. кг оксидов азота, 5 млн. кг твёрдых частиц.

Черная металлургия – следующий по интенсивности источник загрязнения атмосферы. При выплавке чугуна и переработке его на сталь в атмосферу выбрасываются соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути, цианистый водород, и т.д. Значительную роль взагрязнений атмосферы играют выбросы сталеплавильных цехов. Преобладающая часть пыли мартеновских печей состоит из триокиси железа и триокиси алюминия.

Источниками загрязнения угольной промышленности являются отвалы пустой породы, или так называемые терриконники. Внутри них вследствие самовозгорания идет горение угля и пирита сопровождающееся выделением сернистого газа, оксида углерода, продуктов возгонки смолистых веществ.

Воздушные выбросы нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности содержат большое количество углеводородов, сероводорода и дурно пахнущих газов. Выброс вредных веществ в атмосферу на нефтеперерабатывающих заводах происходит вследствие недостаточной герметизации оборудования.

Заводы синтетического каучука выбрасывают в атмосферу такие вредные вещества, как стирол, дивинил, толуол, ацетон, изопрен, и т.д.

Производство цемента и строительных материалов так же может быть источником загрязнения атмосферы различной пылью. Основные технологические процессы их производства – измельчение и термическая обработка шихт, полуфабрикатов и продуктов в потоках горячих газов, которые сопровождаются выбросом пыли в атмосферу.

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье людей и на окружающую среду различными способами – от прямой и немедленной угрозы (смог и др.) до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные компоненты экосистемы до такой степени, что регуляторные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное состояние и в результате механизм гомеостаза не срабатывает.

Таблица

Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов, мг / м³

Вещество	Максимально разовая	Среднесуточная
Оксид азота	0,6	0,06
Диоксид азота	0,086	0,085
Аммиак	0,2	0,04
Ацетон	0,35	0,35
Бензол	1,5	0,8
Бенз/а/пирен	-	0,000001
Пыль нетоксичная	0,5	0,15
Ртуть металлическая	-	0,0003
Сероводород	0,008	0,008
Сероуглерод	0,03	0,005
Оксид углерода	5,0	3,0
Фенол	0,01	0,003
Формальдегид	0,035	0,003
Хлор	0,1	0,03

Как влияет на окружающую среду локальное загрязнение атмосферы?

Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей чревато самыми серьёзными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает лёгочную ткань человека и животных. Особенно чётко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов. Согласно исследованиям американских учёных, при уровне загрязнения SO₂ до 0,049 мг/м³ показатель заболеваемости (в человека/днях) населения Нэшвилла (США) составлял 8,1%, при 0,150 – 0,349 мг/м³ – 10 и в районах с загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м³ - 43,8 %. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути.

Значения ПДК наиболее часто встречающихся загрязнителей атмосферного воздуха указаны в таблице 5.

Пыль, содержащая диоксид кремния, вызывает тяжёлое заболевание лёгких – силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжёлых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, лёгких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т.д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязнённом воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т.е. усиление токсичности всей газообразной смеси.

Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении им появляются общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход. Однако из-занизкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Среди взвешенных твёрдых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах лёгких, засорять слизистые оболочки.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными по объёму выбросами, как свинец, бенз(а)пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т.д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма.

Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьёзны и имеют широчайший диапазон действия: от кашля до летального исхода (таблица 6).

Тяжёлые последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма , тумана и пыли – смог. Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос- анджелесский тип).

Таблица

Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека (по Х.Ф. Френчу, 1992)

Вредные вещества	Последствия воздействия на организм человека
Оксид углерода	Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти
Свинец	Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы; вызывает, вероятно, снижение умственных способностей у детей, откладывается в костях и других тканях, поэтому опасен в течение длительного времени.
Оксиды азота	Могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным заболеваниям (типа гриппа), раздражают лёгкие, вызывают бронхит и пневмонию
Озон	Раздражает слизистую оболочку органов дыхания, вызывает кашель, нарушает работу лёгких; снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям, может обострять хронические заболевания сердца, а также вызывать астму , бронхит
Токсичные выбросы (тяжё-лые металлы)	Вызывают рак, нарушение функций половой системы и дефекты у новорожденных

Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных природных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия). 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 резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются.

Для защиты воздушного бассейна от негативного антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными веществами используют следующие меры;

• экологизацию технологических процессов;

• очистку газовых выбросов в атмосфере:

• рассеивание газовых выбросов в атмосфере:

• устройство санитарно-защитных зон, архитектурно- планировочные решения и т.д.

Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна от загрязнения – экологизация технологических процессов и в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.

Экологизация технологических процессов предусматривает, в частности, создание непрерывных технологических процессов производства, замену местных котельных установок на централизованное тепло, предварительное очищение топлива и сырья от вредных примесей, замену угля и мазута на природный газ, применение гидрообеспыливания, перевод на электропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов и др. Все шире применяют частичную рециркуляцию, т.е. повторное использование отходящих газов.

Ситуационная задача №1. Дать оценку изменениям биосферных процессов, возникающих в ответ на антропогенное загрязнение биосферы фреонами (хладонами) и озонаторами и способствующих истощению озонового слоя.

В последние годы наблюдается устойчивая тенденция снижения содержания озона в стратосфере. По разным оценкам, в средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило 2 – 10%.

Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой, где его содержание в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40 – 50%. Пространство, в пределах которого регистрируется заметное уменьшение концентрации озона, получило название “озоновой дыры”. В настоящее время “озоновая дыр” вышла за пределы континента и по размерам (10 млн. км²) превышает площадь США.

Меньшая по размерам “дыра” наблюдается и над Арктикой. Отмечается появление т.н. “блуждающих дыр” площадью от 10 до 100 тыс. км² в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня (около 0,06 мг/м³). Беспрецедентная аномалия озона, как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории, была отмечена в России над районами Восточной Сибири.

Крайне опасные для человека и многих животных последствия истощения озонового экрана - увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз. Из-за уменьшения концентрации озона только на 1% происходит увеличение интенсивности Уф излучения у поверхности Земли на 15%. В свою очередь, это, согласно официальным данным ООН, приводит к появлению в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи, а также снижению иммунитета как у человека, так и у животных.

Помимо ухудшения здоровья, истощение озонового слоя способствует усилению “парникового эффекта”, снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды. Согласно Ю.В. Новикову (1998 г.), проникновение через “озоновые дыры” солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50 – 100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га. лесов, в 2002 г. – более 1 млн. га.

Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, считают фреоны (хладоны), которые широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода аэрозольных баллончиках, холодильных установках и т.д.

Будучи чрезвычайно инертными, фреоны минуют тропосферу без изменений. Только в стратосфере они подвергаются фотохимическому разложению по радикальному механизму, например:

_{hv hv}

CFCl₃ CFCl₂ + Cl или CF₂Cl₂ CF₂Cl + Cl

Образовавшиеся активные атомы хлора включаются в циклический процесс разрушения озона:

Cl + O₃ ClO + O₂

ClO + O Cl + O₂

O₃ + O 2O₂

Фреоны способны находится в атмосфере, не разрушаясь 70 - 100 лет, поэтому они всегда достигают озонового слоя и разрушают его. При этом каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тыс. атомов озона. До недавнего времени в мире производилось около 1,3 млн. тон озонирующих веществ. Около 35% производимого объема приходилось на США, 40% - на страны Евро­пы, 10-12% - Японию,7-10% - Россию.

Из других техногенных причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных постав­щиков кислорода в атмосферу. Зарегистрировано также разрушение озона при ядерных взрывах в атмосфере, круп­ных пожарах и других явлениях, сопровождающихся по­ступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и не­которых углеводородов. Установлено также, что уничтожа­ют озон полеты сверхзвуковых самолетов в стратосфере, запуски космических ракет. Только один запуск авиакосмической системы «Шатл» приводит к потерям 10 млн. тон озо­на. 300 таких запусков в год - и практически весь озон бу­дет уничтожен.

В последнее время ученые высказывают предположение о существенном вкладе природных явлений в процессы раз­рушения озона и возникновения «озоновых дыр». К тако­вым относятся, например, 11 - летние циклы солнечной ак­тивности, выход озон разрушающих газов (водород, метан) из разломов земной коры, наличие своеобразных восходя­щих вихрей над Антарктидой, способствующих рассеива­нию озона.