Атмосфера как внешняя оболочка биосферы

Экология

Оглавление

Введение

1. Атмосфера как внешняя оболочка биосферы

2. Сущность антропогенного воздействия на атмосферу

3.Заключение

4.Список литературы 

Введение

Актуальность работы заключается в том, что человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека.

Антропогенное воздействие на природу - различные формы влияния деятельности человека на природу. Антропогенные воздействия охватывают отдельные Компоненты природы и природные комплексы. Количественной и качественной характеристикой антропогенных воздействий является антропогенная Нагрузка. Антропогенные воздействия могут носить как позитивный, так и негативный Характер, последнее вызывает необходимость в применении специальных природоохранных мер.

Цель работы – изучить сущность антропогенного воздействия на атмосферу.

Структура работы – данная работа состоит из введения, глав, заключения и списка литературы.

1. Атмосфера как внешняя оболочка биосферы

Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако ее роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного то шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования. Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09%) и кислорода (20,95%). В норме в нем присутствуют также аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твердые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.[185]

Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные. запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека.

Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду.

Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.[186]

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей (к счастью, весьма многочисленных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит быстрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах, но наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к серьезным нарушениям этих циклов.

2. Сущность антропогенного воздействия на атмосферу

К основным загрязняющим веществам, поступающим в атмосферный воздух, относятся следующие:

- оксид углерода (CO),

- оксиды азота (NOx), под общей формулой NOx, обычно подразумевают сумму NO и NO2

- диоксид серы (SO2),

- углеводороды (CmHn),

- пыль.

Эти вещества составляют 98% от массы всех остальных загрязнителей и поэтому их называют основными.

Основные загрязняющие вещества атмосферы имеют природное и антропогенное происхождение. Природное происхождение: вулканизм, почвенные процессы, поверхность морей, океанов, пыльные бури, лесные пожары и др., а для оксидов азота кроме того – грозовые разряды.

Антропогенное происхождение:

Оксид углерода (СО) – самая распространенная и наиболее значительная примесь атмосферы Основная масса выбросов СО образуется в процессе сжигания топлива – автотранспорт, ТЭС, котельные промышленность. Наиболее высокая концентрация СО наблюдается  на улицах и площадях с интенсивным движением транспорта.[187]

СО – агрессивный газ, легко соединяющийся с гемоглобином крови, образуя карбоксигемоглобин. При этом ухудшается острота зрения, нарушаются функции головного мозга, деятельность сердца, легких, возникает головная боль, сонливость, нарушается дыхание. Степень воздействия СО на организм человека зависит от длительности воздействия и содержания карбоксигемоглобина.

В атмосфере СО постепенно окисляется до СО2.

Оксиды азота (NOx), – образуются в процессе горения  при высокой температуре путем окисления части азота находящегося в атмосферном воздухе. Основными источниками выбросов NOx являются автотранспорт, ТЭС, промышленные печи и др.

Другими источниками NOх являются промышленные предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту, анилиновые красители,  вискозный шелк и др.

При контакте оксидов азота с водяным паром, поверхностью слизистой образуются кислоты, что может привести к отеку легких.

Диоксид серы (SО2). На его долю приходится до 95% от общего объема сернистых соединений, поступающих от антропогенных источников. Основным источником является сжигание угля, мазута на ТЭС, в котельных, в промышленности. Другими источниками SО2 являются металлургия, строительная промышленность, производство серной кислоты и другие виды промышленности.

Диоксид серы раздражает слизистую оболочку рта, глаз, во рту возникает неприятный привкус, при соединении с влагой воздуха или слизистой образуется серная кислота.

Углеводороды (CmHn). Основной техногенный источник – пары бензина, метан, пентан, гексан – автотранспорт. При неполном сгорании топлива происходит также выброс циклических углеводородов, обладающих канцерогенными свойствами. Углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают головную боль, головокружение, кашель, неприятные ощущения в горле.

Основные источники образования пыли в атмосфере: строительная промышленность, ТЭС, черная и цветная металлургия, места складирования промышленных и бытовых отходов, автотранспорт, карьеры добычи полезных ископаемых, разработанные грунты и т. д. Размеры пылинок в воздухе составляют от сотых долей до нескольких десятков микрометров. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция, углерода, а также оксиды металлов.

Пыль оказывает вредное воздействие на человека, растительный и животный мир, у людей могут возникать специфические заболевания.

Глобальные экологические проблемы, связанные с загрязнением атмосферы.

К глобальным экологическим проблемам в связи загрязнением атмосферы многие ученые относят:

- нарушение озонового  слоя;

- парниковый эффект:

- кислотные дожди;

- смоги.

Нарушение озонового слоя. Озон (О3) – представляет собой третью форму существования кислорода, образуется в атмосфере естественным путем при воздействии на атмосферный кислород солнечного ультрафиолетового излучения (которое можно обозначить hν):

О2 + hν  О + О;  О2 + О  О.

Наибольшая концентрация молекул озона находится в стратосфере на высоте 20 – 22 км (~в 10 раз выше, чем у поверхности Земли) и распространяется она примерно на 5 км по высоте, этот слой и называют озоновым слоем. Если весь озон сконцентрировать в один слой, то толщина его составит ~ 2,9 мм.[188]

Озоновый слой задерживает жесткое ультрафиолетовое излучение, губительное для всего живого на Земле. Оно может вызвать большие изменения в организмах, чем гамма-излучение, рентгеновское излучение и привести к заболеваниям иммунной системы, раку кожи, поражению сетчатки глаза и другим заболеваниям.

В настоящее время озоновый слой нарушается, т. е. снижается концентрация озона в озоновом слое. Впервые истощение озонового слоя обнаружили в 1985 году над Антарктидой, когда над ней концентрация озона была снижена на 50%. Это пространство получило название “озоновой дыры”. С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное нарушение озонового слоя на всей планете (концентрация озона в озоновом слое снижается в разное время года на 10 – 20 %, особенно над промышленными странами).

Наука до конца не установила основные причины, нарушающие озоновый слой. Предполагается как естественное, так и антропогенное  происхождение “озоновых дыр”.

По мнению большинства ученых, главными разрушителями озонового слоя являются химические вещества, объединенные термином “хлорфторуглеводороды” (ХФУ) – так называемые фреоны, а также оксиды азота (NОх) и углерода (СО). Фреоны начали использовать в 1930-е годы в качестве хладонов в холодильных установках, затем в системах кондиционирования воздуха, для производства полимеров, дезодорантов, лаков, красок, как растворители, распылители в аэрозольных упаковках. Они нетоксичны, инертны, стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и хранении. Эти разрушители взаимодействуют с молекулой озона и разрушают ее, их называют катализаторами, так как они только своим присутствием разрушают озон, например:

О3 + NО   О2 + NО2;  NО2 + О    NО + О2;

О3 + Cl    ClО + О2;  ClО + О    Cl + О2.

В соответствии с  международными соглашениями (Венская конвенция об охране озонового слоя – 1985г., а также Протоколы к этой конвенции), к которым присоединилась Украина, все страны-участницы этой Конвенции должны прекратить производство и использование практически всех озоноразрушающих веществ.

Собственного производства ХФУ Украина не имеет. Потребности промышленности в этих веществах обеспечиваются поставками из России. Основными потребителями ХФУ в Украине являются заводы бытовой химии, холодильной техники, а также они используются в пожаротушении.

Парниковый эффект – это способность атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию, но задерживать земное тепловое длинноволновое излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей.

Солнечная энергия проникает сквозь атмосферу, поглощается поверхностью Земли, нагревает ее и выделяется в виде инфракрасного или  теплового длинноволнового излучения. Однако некоторые газы атмосферы его задерживают, поглощают, нагреваются и тем самым нагревают атмосферу в целом. Эти газы называют парниковыми.

Парниковый эффект существует в природе вне деятельности человека, и без него жизнь на Земле была бы невозможна. Если бы не было этого явления, на Земле наблюдались бы сильные суточные и сезонные колебания температуры.

Основным парниковым газом является углекислый газ, на его долю приходится до 60% парникового эффекта. Другими парниковыми веществами являются  хлорфторуглеводороды, метан, оксиды азота, тропосферный озон, а также аэрозоли, пары воды.

Экологическая проблема парникового эффекта заключается в том, что содержание парниковых газов в атмосфере растет в связи с антропогенной деятельностью. В природной биосфере содержание углекислого газа в воздухе поддерживалось на одном уровне, так как его поступление равнялось удалению. В связи с вырубкой лесов и сжиганием ископаемого топлива это равновесие нарушается.[189]

В настоящее время из-за парникового эффекта средняя температура на нашей планете увеличилась, в среднем на 0,6о С. Если в дальнейшем будет сохранено существующее положение с вырубкой лесов и сжиганием топлива, то концентрация углекислого газа к 2050 году может удвоиться. Климатологи прогнозируют среднее потепление в таком случае на 1,5 – 4,5о С. Такое потепление вызовет таяние полярных льдов и горных ледников, подъем уровня мирового океана (уровень мирового океана может подняться на 1,5 м), что приведет к затоплению обширных прибрежных территорий суши.

Влияние потепления также скажется на режиме осадков, по прогнозам в северных районах их количество может снизиться на 40%, это может привести к развитию пустынь.

Кислотные дожди. Одной из важнейших экологических проблем, с которой связано закисление природной среды, являются кислотные дожди.

Основными источниками кислотных дождей являются промышленные выбросы диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоту.

Природные осадки имеют подкисленный характер, при отсутствии загрязнителей рh дождевой воды равно 5,6. Кислотными называют любые осадки, кислотность которых, выше природной, т. е. при рh < 5,6. В последнее время среднее значение рh осадков составляет 4Кислотные дожди выпадают во всех промышленных районах мира и воздействуют в целом на экосистемы:

Нарушают восковой покров листьев, что делает их уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов.

Выщелачивают биогенные вещества из листьев, ветвей, почв и истощают их. Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость деревьев к засухам, болезням, загрязнением, что приводит к еще более выраженной деградации их как природных экосистем.

Кислотные дожди выщелачивают также из почвы токсичные металлы – свинец, кадмий, алюминий и др., растворяют их, а в последствии они усваиваются живыми организмами, передаются по пищевой цепи и негативно на них воздействуют. Растворенные загрязнители легко проникают в подземные и поверхностные воды.

Кислотные дожди воздействуют на почвенные организмы, замедляют их активность, почвообразовательные процессы разложения и минерализации детрита.

Под действием кислотных дождей происходит закисление пресных вод. Особенно интенсивно происходит закисление озер в Швеции, Норвегии, Финляндии, где коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие от осадочных пород, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Повышение кислотности влияет на популяции различных видов рыб, приводит к гибели фитопланктона, различных видов водорослей и других его обитателей.

Кислотные дожди разрушают предметы, конструкции из металла (в городах коррозия металла в десятки раз быстрее происходит, чем в сельской местности), также они воздействуют на здания, сооружения, памятники архитектуры. Памятники и здания простоявшие сотни и даже тысячи лет, сейчас разрушаются и рассыпаются в крошево.[190]

Смоги. Слово смог происходит от английского smoke – дым, fog – туман. Смог - атмосферное явление накопления в воздухе нижней тропосферы первичных антропогенных загрязнителей и последующее вторичное загрязнение этих же масс воздуха продуктами реакций на основе первичных загрязнителей и солнечной радиации. Смоги образуются в воздушном пространстве больших городов, а в связи с развитием автомобильного и авиационного транспорта, стали захватывать даже отдельные регионы.

Образуются смоги в безветренную погоду, при наличии большого количества загрязнителей в атмосфере.

Различают следующие виды смогов: влажный, ледяной, фотохимический.

Влажный смог – ядовитая смесь в атмосфере газообразных продуктов сгорания твердого и жидкого топлива (NОх, SO2, CO, в основном диоксида серы), частичек пыли, сажи и тумана. Наблюдается чаще в осенне-зимний период и характерен для умеренных широт с влажным морским климатом при неблагоприятных погодных условиях.

Рассеять смог может только ветер, а улучшить ситуацию – сокращение выбросов загрязняющих веществ. – 4,5, а иногда оно опускается до 3 и даже ниже. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе – рh = 2,3 (для сравнения, домашний уксус имеет рh = 2,8).

Ледяной смог – смесь газообразных загрязнителей (в основном диоксида серы), частичек пыли, сажи и мельчайших кристалликов льда. Он образуется в городах, расположенных в северных широтах, при температурах ниже – 300С и наличии высокой влажности воздуха. Капельки водяного пара превращаются в мельчайшие кристаллики льда (размером 5 – 10 мкм) и впитывают загрязнители. Образуется белый густой туман, при таком тумане дышать практически невозможно. Образованию высокой влажности в атмосфере способствуют аварии на теплотрассах, незамерзающие водохранилища из-за сброса не достаточно охлажденных промышленных сточных вод, которые при такой температуре постоянно парят.

Фотохимический или Лос-анжелесский смог не менее опасен, чем лондонский. Он образуется в районах с сухим и жарким климатом при интенсивном воздействии солнечной радиации.

Основными первичными загрязнителями этого смога являются оксиды азота и углеводороды (автотранспорт, ТЭС, промышленность). При безветрии в атмосфере происходят сложные реакции с образованием новых загрязнителей – фотооксидантов (органические перекиси, нитраты, тропосферный озон и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких, бронхов, органов зрения.

Таким образом, антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но и отрицательно влияют на животных, птиц, состояние растений и экосистем в целом. В экологической литературе описаны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах веществ большой концентрации.

Заключение

Различные негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образом с изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха.

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различные машиностроительные предприятия.

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии природных экосистем, особенно на зеленом покрове нашей планеты. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса их самочувствие.

Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Установлено, что хвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные

Воздушная экологическая проблема истощения озонового слоя, в том числе появление озоновых дыр над Антарктидой и Арктикой, связана с чрезмерным применением фреонов в производстве и быту.

Список литературы

Никаноров А. М., Хоружая Т. А. Экология. - М.: Приор, 2009.

Новиков А. В. О механизме регулирования окружающей среды от загрязнения. – М., 2008.

Радкевич В. А. Экология. – Минск: Высшая школа, 2008.

Современные проблемы экологии. / Под редакцией Касьяна А. – М., 2010.

Степановских А. С. Общая экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 2009.

Трушина Т. П. Экологические основы природопользования. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2009.

Шилов И. А. Общая экология. - М.: Высшая школа, 2007.

Экологические основы природопользования. Учебник / под ред. М. В. Гальперина. - М. Форум-инфра-М, 2010.

Экологические основы природопользования. Учебник / под ред. В. М. Константинова и Ю. Б. Челидзе. - М. АСАДЕМА, 2008.