Тема 6. Характеристики атмосферы, ее проблемы и пути их решения

Строение и функции атмосферы Земли. Виды и источники загрязнения атмосферы. Характеристика основных загрязнителей и последствия их воздействия. Экологические проблемы загрязнения атмосферы: глобальные -разрушение озонового слоя, парниковый эффект; региональные и локальные Международная деятельность по охране атмосферы.

Внешней геологической газовой оболочкой Земли является атмосфера. Она простирается на высоту 1,5–2 тыс. км, что составляет 1/3 радиуса планеты. Атмосфера является важнейшим фактором метеорологического режима, условием для протекания физико-химических, биологических процессов в биосфере:

• перемещение воздушных масс (ветер) влияет на температуру и влажность воздуха, т. е. определяет климат и погоду;

• осадки в виде дождя, снега или града обеспечивают влагой растения, животных, почву и подпитывают источники пресной воды на планете;

• кислород атмосферы необходим для дыхания абсолютного большинства животных и человека;

• углекислый газ используется зелеными растениями в процессе фотосинтеза;

• предохраняет Землю от резких перепадов температур, воздействия космического излучения и ультрафиолета.

Важным свойством атмосферы является ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на большие расстояния, а также связь с другими сферами – особенно с Мировым океаном, что определяет высокую степень ее самоочищения.

Основные компоненты воздуха – азот, составляющий около 78 %, и кислород – 20,9 %. Остальную долю чистого воздуха составляют аргон (около 0,9 %), по 0,002 % таких инертных газов, как неон, гелий, криптон, водород, ксенон. В атмосфере содержится также небольшое количество метана и озона, 0,03 % углекислого газа и водяные пары, количество которых во многом определяется антропогенным воздействием на атмосферу.

Различают следующие основные слои атмосферы: нижний, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы и имеет высоту над полюсами 7–10 и 16–18 км над экватором. Важнейшей характеристикой этого слоя атмосферы, который иначе называют приземной атмосферой, является содержание 80 % всей массы воздуха атмосферы, атмосферных примесей и практически всего водяного пара. Именно это делает возможным образование в тропосфере облаков, гроз, дождей, т. е. протекание физических процессов, формирующих климат и погоду на планете. Вследствие перемешивания воздуха как по горизонтали, так и по вертикали температура в тропосфере понижается на 6 °С с каждым километром высоты.

Тропосферу от следующего слоя атмосферы стратосферы отделяет воздушный слой протяженностью несколько сотен метров – тропопауза, где температура перестает понижаться.

Стратосфера простирается до высоты 50–60 км и характеризуется сильным разряжением воздуха, т. к. количество кислорода и азота уменьшается, а водорода, гелия и других легких газов – увеличивается. Масса воздуха составляет 19 %. Для стратосферы характерны слабые воздушные потоки (чем и опасно загрязнение этого слоя атмосферы), малое количество облаков, постоянная температура –56 °С до высоты приблизительно 25 км. Выше она начинает повышаться и на уровне стратопаузы (46–54 км) достигает 0 °С. Важным моментом в строении стратосферы является наличие озонового экрана (20–25 км), который поглощает ультрафиолетовые солнечные лучи, губительные для живых организмов.

Выше стратопаузы до высоты 80–85 км простирается следующий слой атмосферы – мезосфера, – в котором нарастает разряжение воздуха. Между высотой 80–800 км расположена термо- или ионосфера, в составе которой преобладают разрушенные космическим излучением атомы газов – ионы. Именно они определяют отражение и прохождение радиоволн дальней космической связи и снижают интенсивность идущей к Земле космической радиации. Масса атмосферного воздуха в этом слое составляет 0,9 %. На высоте свыше 150 км температура атмосферы превышает 1500 °С.

Самый верхний, сильно разряженный слой атмосферы называется экзосферой. В ней температура свыше 2000 °С, а газы находятся в атомарном состоянии. Экзосфера переходит в межпланетное пространство, газовая оболочка Земли – в межзвездный газ, состоящий на 76 % из водорода и на 23 % – из гелия.

До высоты примерно 400–600 км сохраняется преимущественно кислородно-азотный состав атмосферы. Свыше 600 км начинается так называемый гелиевый пояс атмосферы или, как его назвал В. И. Вернадский, «гелиевая корона Земли», имеющая протяженность до 1,6 тыс. км.

Виды и источники загрязнения атмосферного воздуха

Виды загрязнения атмосферы.

По своей природе происхождения загрязнения делятся на следующие виды:

физические – мехнические частицы, шумовое загрязнение, различные виды электромагнитного излучения, электромагнитные поля;

химические – газообразные соединения углерода, азота, хлора, фтора, серы, а также брызги, содержащие в своем составе соединения, включающие эти элементы;

биологические – бактерии, вирусы, споры микроорганизмов, поднятые в воздух.

Основные химические загрязнители, имеющие антропогенное происхождение и обуславливаемые ими изменения в атмосфере представлены в таблице 1.

Таблица 1

Основные загрязнители атмосферного воздуха и вызываемые ими эффекты

Загрязнители атмосферного воздуха	Экологические эффекты воздействия
	Парнико- вый эффект	Разрушение озонового экрана	Кислотные дожди	Фотохими-ческий смог	Прозрачность атмосферы	Самоочищение атмосферы
Монооксид углерода СО						–
Диоксид углерода СО2	+
Диоксид серы			+		-
Метан СН4	+	+
Оксиды азота NO3, NO2, N2O	+	+	+	+	–	–
Фреоны	+	+
Озон О3	+			+		+

Изменения в атмосфере под влиянием загрязнителей («+» – усиление, «–» – ослабление

Перечисленные выше загрязнители атмосферы обусловливают такие значимые экологические проблемы, как изменение климата на планете, разрушение озонового экрана, выпадение кислотных осадков и др.

Среди физических факторов, весьма значимое значение в современном индустриальном мире имеет шум. Шум относится к числу вредных для здоровья человека факторов воздействия, распространяющийся через атмосферу. Интенсивность шума измеряется в децибелах (дБ). Шум в 25 дБ воспринимается как помеха (шум листвы и шелест морского прибоя – 20 дБ). Норма по шуму составляет от 60 до 90 дБ (телевизор, работающий с умеренной громкостью – 70 дБ). Шум, превышающий 90 дБ, приводит к повышенной утомляемости, повышению кровяного давления, нарушению функции таких желез внутренней секреции, как щитовидная, слюнные, желудочные, кора надпочечников. Верхний предел переносимости шума человеком равен 140 дБ – это взлет реактивного самолета. При такой интенсивности шума возникают вибрации грудной клетки, мышц рук и ног, страдает слуховой аппарат и центральная нервная система.

Норма уровня шума на улицах городов РБ равна 55 дБ, однако в Минске на некоторых улицах уровень шума превышает 80 дБ, в других городах он варьирует от 64 до 77 дБ.

Источники загрязнения

Источники загрязнения атмосферы, также как и других сфер нашей планеты, можно подразделить на следующие группы:

Естественные источники – атмосфера; космос (метеориты); естественные процессы разложение органических остатков, горения; волнения моря; извержения вулканов; пыльные бурию

Искусственные источники загрязнения делятся на группы:

Промышленные – выбросы в атмосферу промышленности химических, физических и биологических видов загрязнения, наиболее разнообразных по своему составу

Энергетика – обеспечивает попадание в атмосферу химических и физических видов загрязнения.

Транспорт – наиболее массовый на сегодняшний день источник загрязнения, обеспечивающий в отдельных регионах до70% объемного загрязнения атмосферы (автотранспорт) разнообразными видами продуктов сгорания органического топлива (химическое загрязнение), а также шумовым загрязнением.

Авиация. Серьезная опасность заключается в потреблении огромного количества молекулярного кислорода. Для перелета через Атлантику требуется 120 тыс. м³ воздуха – столько его необходимо для дыхания 30 человек в течение года. Сверхзвуковые самолеты совершают полеты на высоте свыше 20 км, а это значит, что, выбрасывая отработавшие газы высокой температуры с большим количеством оксидов азота, разрушают озоновый слой. Страдает озоновый экран и при запуске космических кораблей. Так, запуск шаттла сжигает 10 млн т озона и образует дыру диаметром 1,8 тыс. км, которая затягивается в течение нескольких часов.

Сельское хозяйство – весьма значимый источник, обеспечивающий, загрязнение атмосферы, прежде всего, химическими и биологическими видами от животноводческих комплексов, полей и обслуживающего их сельскохозяйственного транспорта.

Коммунально – бытовой сектор обеспечивает загрязнение атмосферы разнообразными выбросами биологического, химического происхождения. Существенным фактором воздействия на окружающую среду в городах и других населенных пунктах, источником которого является коммунально-бытовой сектор, является световое загрязнение, нарушающее биоритмы как растительного, так и животного мира городов.