Вопросы для самопроверки

1. Особенности внутреннего строения земной коры.

2. Вулканы, причины их появлений. Современная проявления вулканиче- ская деятельность.

3. Землетрясения, их причины и интенсивность в сейсмических баллах.

4. Примеры стихийных проявлений природных процессов.

5. Антропогенная и техногенная деятельность. Дать пояснения и примеры.

Лекция 3 атмосфера

План

- Строение, состав и защитные функции атмосферы.

- Загрязнение атмосферы.

- Загрязнение атмосферы в г. Омске.

- Кислотные дожди.

- Парниковый эффект.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли, которая вращается вместе с ней как единое целое. Земля с атмосферой, как орех в скорлупе, вращаются в Космосе (Космос греч. слово – Вселенная).

Атмосфера имеет отчетливо слоистое строение (рис 4) и включает тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу, магнитосферу.

Рис. 4. Схематичное изображение строения атмосферы

Суммарная протяженность, высота атмосферы от поверхности Земли составляют около 2000 км. Сферы имеют разную плотность и газовый состав. Ионосфера – это электрическое небо. Здесь происходит разложение молекул газа на ионы и электроны – заряженные частицы. Именно они помогают налаживать радиосвязь.

Суммарная протяженность, высота атмосферы от поверхности Земли составляют около 2000 км. Сферы имеют разную плотность и газовый состав. Ионосфера – это электрическое небо. Здесь происходит разложение молекул газа на ионы и электроны – заряженные частицы. Именно они помогают налаживать радиосвязь.

В зоне тропосферы до высоты 8 км – высокие горы, на высоте 2–3 км – грозовые облака, 5–6 км – перистые облака. Температура воздуха в тропосфере опускается до минус 50–70 ^оС, выше несколько повышается, и в озоновом слое может быть даже нулевой, а еще выше достигает 90 ^оС, а в космосе – 270 ^оС.

Поверхность Земли нагревается Солнцем неравномерно (см. рис. 1), от этого происходит движение воздуха – циркуляция воздушных масс. На Земле изменяется погода. Климат – это погода в данной местности. Климат бывает тропический, арктический, резко континентальный и др. Он зависит от количества солнечных лучей, падающих на территорию, от рельефа (чем выше, тем холоднее, на равнинах и в долинах теплее), от наличия растительности (растения смягчают перепады температур), от близости океана, степени загрязнения атмосферы пылью, газами, туманами и пр.

Газовый состав тропосферы следующий: азота – 78,1 %, кислорода – 21 %, аргона – 0,93 %, углекислого газа – 0,03% и др. Далее вверх состав газов существенно изменяется. Главное в нем уменьшается количество кислорода.

Атмосфера как броня защищает поверхность Земли

– от губительного действия УФ коротковолнового излучения Солнца, которое убивает все живое (в отличие от длинноволнового УФ излучения, которое так необходимо для живых существ);

– от метеоров, они сгорают в атмосфере и редко достигают поверхности Земли в виде метеоритов.

Она способствует распространению звука (без атмосферы на Земле была бы полная тишина) и служит источником дыхания живых организмов (без пищи человек может прожить несколько недель, без воды – несколько дней, без воздуха – минуты). Без атмосферной защиты на Земле все бы погибло за несколько секунд.

Особенно ценен озоновый слой, который расположен в стратосфере. Озон греческое слово и означает – пахнущий. Это газ синего цвета с резким запахом, сильный окислитель. Именно озоновый слой защищает Землю от жестокого УФ облучения и от космического холода. В этом слое происходят преобразования между кислородом и озоном, которые сопровождаются выделением инфракрасного теплового излучения, и воздух здесь нагревается. В озоновом слое частицы газа очень редки. Полагают, что если слой озона мысленно опустить на поверхность Земли, то его толщина будет всего несколько миллиметров. Озон очень неустойчив, легко распадается от многих причин и если он исчезнет, то все живое на Земле погибнет. Озоновый слой разрушается под действием атомных взрывов, газовых выделений космических ракет типа Шатла (ракета сжигает до 10 млн. тонн кислорода во время полета) и самолетов, некоторых газов: соединений азота (от почв при разложении азотистых удобрений), хлора (от разложения фреонов – фторхлоруглеродов). Каждый атом хлора способен разрушить сотни, тысячи молекул озона. Даже есть специальные обязательства государств о прекращении производства фреонов. Озон подновляется притоком кислорода от зеленых массивов суши и от поверхности океанов за счет действия фитопланктона.

При сокращении содержания озона в атмосфере образуются так называемые озоновые дыры, в диаметре достигающие 2–3 тыс. км. Впервые такая дыра была обнаружена над Антарктидой, затем над Австралией. Были сведения об озоновой дыре и над Западной Сибирью. При появлении дыры жесткое УФ излучение Солнца напрямую проникает на поверхность планеты и тогда на Земле происходят негативные процессы. УФ электромагнитное коротковолновое излучение убивает клетки живых организмов, снижает урожайность, резко ухудшает здоровье людей. Врачи советуют быть осторожными при загаре в летнее время и носить затемненные очки. УФ излучение усиливает парниковый эффект, способствует изменению климата, появлению засухи и пр.

Атмосфера может загрязняться парами воды, туманом, радиоактивными частицами, пылью, газами, поступающими от труб предприятий и автомобильного транспорта и др.

Пыль может быть как естественного природного происхождения, так и искусственного. Выбросы пепла и газа вулканами, космическая пыль, минеральная пыль с поверхности пустынь (в пустыне Сахара со спутников фиксируются шлейфы пыли на расстоянии до 2,5 тыс. км от континента) и сельскохозяйственных полей при выветривании чернозема (черные бури), пепел от лесных и торфяных пожаров и другое относятся к источникам естественного природного происхождения. Пыль может быть и искусственного происхождения: цементная, асбестовая, радиоактивная, угольная, белковая от кормовых добавок, стиральных порошков, пестицидов и гербицидов, пыль от золы ТЭЦ.

Эталоном чистоты воздуха считается поверхность над океаном (до 100 пылинок на 1 см³). Мало пыли в горах. В сельской местности пыли в 15 раз больше, чем над водной поверхностью, в промышленных городах – в 150 и даже в 100 тысяч раз больше эталона.

Чем вредна пыль? Частицы пыли могут иметь заряд. Они притягивают влагу и газы. Область пыли в атмосфере является экраном, который поглощает инфракрасное излучение Солнца. При этом теряется тепло или наоборот создается парниковый эффект. Угольная и мучная пыль источники повышенной опасности. Они взрывоопасны. Пыль может содержать примеси токсичных веществ – мышьяка, кобальта, паров ртути и пр. Пыль вредна для здоровья человека. Она может быть источником заболеваний органов дыхания, аллергозов. Асбестовая пыль обладает канцерогенными свойствами и вызывает раковые заболевания.

Кроме пыли, в атмосферу от стационарных источников и автомобильного транспорта поступают газы (угарный, углекислый, сернистый), соединения азота, аммиак, фенол, формальдегид, бензол, толуол, хлористый водород, бензапирен, ацетальдегид и много других, в т.ч. летучие соединения мышьяка, бериллия, фтора, соединения металлов – железа, меди, свинца, цинка, кадмия и др.

Человек провоцирует по недосмотру, по халатности, по технологическому несовершенству оборудования, по несвоевременному улавливанию газовых отходов и по другим причинам выбросы большого объема загрязняющих газов, тем самым нарушая изначальный газовый состав атмосферы. Над городами зимой и летом создается дымка – смог. Особенно опасен оксид углерода – угарный газ. Его поступление в основном обязано автомобильному транспорту и может превышать естественное содержание вблизи автодорог в 1000 раз и более. Степень загрязнения атмосферы в среднем по Земному шару показа на рис. 5.

У поверхности Земли иногда образуется так называемый смог приземный. Для его формирования необходимы три условия: обилие выхлопных газов автотранспорта, яркий солнечный свет и полное безветрие.

Из выхлопных газов автотранспорта в воздух поступают соединения NO_Х. Под действием солнечных лучей соединения азота разлагаются, появляется свободный атомарный кислород О, который, соединяясь с кислородом воздуха, переходит в озон: О + О₂ = О₃. В безветренные дни особенно осенью такое сочетание дает озон приземный, обладающий сильным токсичным действием на все живое. Такой процесс в г. Омске иногда наблюдается в районе Ленинградского моста напротив магазина «Жемчужина».

Рис. 5. Степень загрязнения атмосферы в среднем по Земному шару

Омск – очень загрязненный, запыленный город. Суммарные выбросы ЗВ в атмосферу здесь достигают 350–600 тыс. тонн в год. По выбросам в атмосферу наш город занимал несколько лет назад 5–6 место в России среди других промышленных населенных пунктов. Индекс загрязнения составлял 15–17.

В последние годы загрязнение снизилось не за счет принятых мер, а в основном за счет того, что многие предприятия не работают или действуют не на полную мощность. Способствуют очищению воздуха и атмосферные осадки. По норме осадков (в основном по снегу на 1 км²) должно выпадать не более 0,7 т/год. В нашем городе, по данным Комитета природных ресурсов, совсем не так давно выпало почти 4 т/год, что в 4–5 раз выше нормы.

Для сравнения загрязнение воздуха в Москве – 800 тыс. т/год. В городах, где работают металлургические предприятия (Магнитогорске, Нижнем Тагиле, Новокузнецке и др.) загрязнение еще больше и составляет до 1–1,5 млн. т/год, а самый загрязненный город в России Норильск – более 2-х. млн. т/год.

Также очищению атмосферы от ЗВ в г. Омске способствуют такие природные факторы, как равнинный, даже слегка приподнятый рельеф, постоянные ветры и наличие широкой долины р. Иртыш, по которой и зимой и летом происходит как по аэродинамической трубе дополнительное движение воздуха. В других же городах, например в Магнитогорске, заниженный, котловинный рельеф усиливает застойные явления воздушных масс, что и создает увеличение загрязнений. Есть города – Рига, Сочи и другие – с наименьшим загрязнением, не превышающем 30 т/год и даже меньше.

В атмосфере, кроме пыли, влаги и загрязняющих газов, поступающих от поверхности Земли, находится еще и «мусор» от космических аппаратов. Из-за отделений от космических кораблей промежуточных ступеней, из-за аварийных выбросов с этих аппаратов в околоземном пространстве в настоящее время накопилось достаточно много отходов. Специалисты полагают, что природных твердых тел в околоземном пространстве присутствует около 200 кг, а обломков антропогенного происхождения уже порядка 3,5 тыс. тонн. На территории Казахстана, в Томской, Новосибирской и других областях Сибири нередко «падают с неба» ступени ракет в виде крупных обломков. Фрагментов более мелкого размера в воздухе уже накопилось до 7–8 тысяч штук и десятки тысяч мелких частиц, в том числе распыленное топливо, которое включает токсичные вещества.

КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ

Обилие газовых выделений в воздухе (особенно сернистого SO_2, соединений азота, хлора, капелек влаги) создает в атмосфере условия для образования так называемых кислотных дождей. Кислотность таких осадков оценивается показателем рН = 5–4–2. Признаки кислотных проявлений выражаются в пожелтении листьев на деревьях, деградации лесов; закислении водоемов, что приводит к гибели гидробиоты; порче архитектурных памятников из мрамора (их растворение); порче изделий из бетона, железа (крыши домов, корпуса автомашин); заболеванию населения (аллергозы, болезни органов дыхания).

ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ

Парниковый эффект возникает в основном от поступления в атмосферу углекислого газа СО₂, метана, соединений азота все в больших и больших количествах.

Долгие миллионы лет содержание СО₂ в атмосфере составляла 0,03 %. Солнечное тепло достигало поверхности Земли и свободно рассеивалось в околоземном пространстве. В связи с повышенными выбросами газов в результате антропогенной деятельности (сжигание топлива в огромных количествах на ТЭЦ и металлургических предприятиях, работа автомобильного транспорта, заводов, лесные и торфяные пожары, горение нефти и сжигание попутных газов при ее переработке и пр.) содержание СО₂ в атмосфере стало возрастать. Считается, что в настоящее время концентрация углекислого газа возросла на 30 %. Вследствие этого произошло уплотнение зоны с СО₂ в атмосфере, что нарушило выход тепла от поверхности Земли в Космос и его возвращение к поверхности планеты. А это в свою очередь привело к повышению температуры воздуха и возникновению «парникового эффекта». Парниковый эффект разрушает климат планеты (изменилось количество осадков, направление и сила ветров, облачность, океанические течения, размеры ледниковых покрытий).

Повышение температуры даже на несколько градусов способствует таянию ледников на суше и полюсах. В настоящее время происходит таяние льдов в Гренландии (крупный остров в Северном Ледовитом океане), 80 % территории покрыто льдами мощностью до 3400 м³. Теперь эти льды тают со скоростью 1 м³ в год, стали часто откалываться айсберги. Также тают льды в Антарктиде. Есть множество примеров таяния ледников в горах (например, Килиманджаро в Африке уже почти полностью потеряла ледяной панцирь). Интенсивно тают ледники на Кавказе и в других местах.

Таяние льдов и появление обильной воды приводят к повышению уровня мирового океана и затоплению прибрежных участков. Под угрозу затопления попадают прежде всего территории островных государств, таких как Великобритания, Япония и другие, наблюдается в последнее время затопление значительных территорий и в Европе. На площадях, удаленных от океанов, парниковый эффект тоже проявляется, но не в виде подтопления, а в виде засухи и, как следствие, потери урожая. В Сибири создается угроза оттаивания зоны вечной мерзлоты, что также приведет к нежелательным последствиям.

Какие меры необходимо принять, чтобы уменьшить загрязнение атмосферы? Как говорят, со всяким злом нужно бороться. Во-первых, атмосфера сама способна очищаться. Частицы пыли, сажи выпадают в осадок, рассеиваются, подавляются атмосферными осадками. Но загрязнение воздуха так велико, что требуются дополнительные меры:

– необходимо улучшить качество топлива для ТЭЦ, автомашин (заменить, например, бензин и уголь на газ);

– улавливать загрязняющие вещества более эффективно;

– сделать реконструкцию двигателей автомашин;

– сделать более высокие трубы для предприятий;

– усилить озеленение территорий. Выбросы ЗВ в атмосферу огромны, а усваиваются они растениями в настоящее время только на 10 %.