Атмосфера Земли: строение, состав, характеристики

Содержание

1. Атмосфера Земли: строение, состав, характеристики…………………………..4

2. Антропогенные факторы  и их воздействие на биосферу………………………4

3. Антропогенный ресурсный  цикл…………………………………………………6

4. Загрязнение Мирового  океана……………………………………………………9

5. Рекультивация земель……………………………………………………………15

   Список литературы……………………………………………………………….17

1. Атмосфера Земли:  строение, состав, характеристики.

Планета Земля отличается от других планет наличием воздушной  оболочки, атмосферы.

Атмосферный воздух – смесь  различных газов. В его составе  по объему 78,08% азота, 20,9% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа и около 0,01% других газов (гелий, метан, неон, ксенон, родон и др.)

Значение атмосферного воздуха  для живых организмов огромно  и разнообразно. Это источник кислорода  для дыхания и углекислоты  для фотосинтеза. Он защищает живые  организмы от вредных космических  излучений, способствует сохранению от вредных космических излучений, способствует сохранению тепла на Земле.

Атмосфера – важная часть  экосферы, с которой она связана биогеохимическими циклами, включающими газообразные компоненты: круговоротами углерода, азона, кислорода и воды. Большое значение имеют и физические свойства атмосферы. Так воздух оказывает лишь незначительное сопротивление движению и не может служить опорой для наземных организмов , что непосредственно сказалось на их строении. Вместе с тем некоторые группы животных стали использовать полет как способ передвижения. Особо следует отметить, что в атмосфере постоянно происходит циркуляция воздушных масс, энергию которой поставляет Солнце.

Результатом циркуляции является перераспределение водяных паров, так как атмосфера захватывает  их в одном месте (где вода испаряется), переносит и отдает в другом месте (где выпадают осадки). Если же в атмосферу  поступают газы, в том числе  загрязняющие, такие, как двуокись серы в промышленных районах, то система  атмосферной циркуляции перераспределит  их и они выпадут в других местах, растворенные в дождевой воде.

2. Антропогенные  факторы и их воздействие на  биосферу.

Действие человека как  экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и всеобщего, т.е. планетарного влияния, как человек, хотя это наиболее молодой фактор из всех действующих на природу. Влияние антропогенного фактора постепенно усиливалось, начиная от эпохи собирательства до наших дней, эпохи научно-технического прогресса и демографического взрыва. В процессе своей деятельности человек создал большое количество самых разнообразных видов животных и растений, существенным образом преобразовывал естественные природные комплексы. На значительных территориях создал особые, нередко практически оптимальные условия жизни многим видам. Создавая огромное разнообразие сортов и видов растений и животных, человек способствовал появлению у них новых свойств и качеств, обеспечивающих им выживание в неблагоприятных условиях, как в борьбе за существование с другими видами, так и невосприимчивости к воздействию патогенных организмов. Изменения, производимые человеком в природной среде, создают для одних видов благоприятные условия для размножения и развития, для других – неблагоприятные. И как результат, между видами создаются новые численные отношения, перестраива пищевые цепи, возникают приспособления, необходимые для существования организмов в измененной среде.

Однако, в конце 20 – начале 21 столетия создали критическую  ситуацию следующие негативные тенденции:

1. Потребление ресурсов  Земли настолько превысило темпы  их естественного воспроизводства,  что истощение природных богатств стало оказывать заметное влияние на их использование, на национальную и мировую экономику, привело к необратимому обеднению литосферы и биосферы.

2. Отходы, побочные продукты  производства и быта загрязняют  биосферу, вызывают деформации экологических  систем, нарушают глобальный круговорот  веществ и создают угрозу для  здоровья человечества.

Антропогенные воздействия  нарушают замкнутость круговорота  веществ в экосистемах.

Влияние антропогенного фактора  в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли. Создает сельскохозяйственные угодья (агроценозы), выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяют одних и уничтожает других. Эти воздействия часто являются положительными, но нередко носят отрицательный характер. Например, необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.

К случайным относятся воздействия. Происходящие в природе под влиянием человеческой деятельности. Но не были заранее предусмотрены и запланированы им, и таких примеров немало: распространение различных вредителей. Паразитов, случайный завоз различных организмов с грузом, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями в природе, например, нежелательные явления, вызванные осушением болот. Постройкой плотин, распашкой целины и др.

Человек может оказывать  на животных и растительный покров Земли как прямое влияние, так и косвенное. Влияние человека на природу является мощным экологическим фактором.

3. Антропогенный  ресурсный цикл.

Антропогенное воздействие  на биосферу вызывает не только ее загрязнение, но и разрушение вследствие несбалансированности биохимических процессов.

Для создания необходимых  продуктов, развития искусственной  среды обитания человек вовлекает  естественные природные богатства  в ресурсный цикл.

 Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ на всех этапах использования его человеком (включая его выявление, подготовку, эксплуатацию, извлечение из природной среды, переработку, превращение, возвращение в природу). «Цикл» предполагает замкнутость процесса. Но ресурсный цикл, который иначе можно назвать антропогенным круговоротом, фактически не замкнут (рис. 1)

Рис. 1. Примерная  схема ресурсного цикла

Если поглощенный растениями углерод в составе диоксида углерода возвращается в атмосферу при  дыхании тех же растений, животных и микроорганизмов, то каменный уголь, т.е. тот же углерод, добытый и  переработанный, обратно в места  залегания не возвращается. На каждом этапе ресурсного цикла неизбежны  потери либо вследствие особенностей промышленных технологий, либо ввиду  субъективных причин. Значительная доля добытого ископаемого теряется при  транспортировке к месту переработки, при его перегрузке и при его  переработке.

Если ресурсом служит топливо (например, каменный уголь), то при его  сгорании образуется большое количество золы, шлаков, разного рода оксидов, выбрасываемых в атмосферу, или  отвалы. Зола, которая поступает  в атмосферу с выбросами ряда заводов, оказывает прямое воздействие  на урожай сельскохозяйственных культур, возделываемых вблизи завода. Газообразные загрязнители воздействуют аналогичным  образом на многие виды растений. Возникает  вопрос о возмещении убытков, нанесенных землевладельцам, вследствие выброса  фитотоксичных газов предприятием. В результате исследований был разработан метод объективной оценки экономических потерь. В настоящее время полагают, что снижение урожая пропорционально количеству погибшей листвы.

Воздух является не единственным элементом окружающей среды, «отравленным»  человеком. Загрязнение континентальных  вод – столь же важная проблема, и установленная система арендной платы способствует созданию станций  по очистке сточных вод. И все-таки в настоящее время флора и  фауна многих водоемов погублены в результате сброса сточных вод.

Таким образом, как только технический прогресс достигает  определенного порога, необходимо принимать  новые решения, которые, в свою очередь, порождают новые проблемы. А страдает по-прежнему природа.

          С какой бы стороны мы ни смотрели, мы все время оказываемся перед проблемой ограниченности природных ресурсов, ограниченности пространства, в котором мы живем, и, наконец, проблемой себестоимости потребляемых нами благ.

          Во многих отношениях было бы лучше замедлить рост современной экономики, включить в национальный доход стоимость того, что до сих пор не учитывалось, а именно качество жизни и окружающей среды. Нет сомнения, что настало время постепенно переводить экономику на рельсы экологии. И лишь этим путем в ближайшем будущем можно обеспечить не только достаточное количество продуктов питания, но и рост экономики, не нарушающий экологического равновесия при рациональном использовании природных ресурсов. Сплошные линии на рис.1 – возможные пути повышения эффективности цикла за счет снижения отходов, пунктирные – возврат ресурсов. Справа – потери ресурсов, являющиеся источником загрязнения природной среды.

Ресурсообеспечение – это прежде всего энергетическая эффективность, определяемая соотношением между затрачиваемой (или имеющейся) энергией и полезным продуктом, получаемым при этих затратах. Превращение высококачественной энергии, извлекаемой из ядерного топлива, в тепловую энергию с температурой в несколько тысяч градусов и далее в высококачественную электроэнергию, а затем использование этой энергии для поддержания температуры в доме на уровне 20о С является чрезвычайно расточительным процессом.

            Поэтому основным принципом использования энергии должно быть соответствие ее качества поставленным задачам.

           4. Загрязнение Мирового океана.

Нефть и нефтепродукты

Нефть представляет собой  вязкую маслянистую жидкость, имеющую  темно-коричневый цвет и обладающую слабой флуоресценцией. Нефть состоит  преимущественно из насыщенных алифатических  и гидроароматических углеводородов. Основные компоненты нефти - углеводороды (до 98%) - подразделяются на 4 класса:

а) Парафины (алкены). (до 90% от общего состава) - устойчивые вещества, молекулы которых выражены прямой и разветвленной цепью атомов углерода. Легкие парафины обладают максимальной летучестью и растворимостью в воде.

б) Циклопарафины. (30 - 60% от общего состава) насыщенные циклические соединения с 5-6 атомами углерода в кольце. Кроме циклопентана и циклогексана в нефти встречаются бициклические и полициклические соединения этой группы. Эти соединения очень устойчивы и плохо поддаются биоразложению.

в) Ароматические углеводороды. (20 - 40% от общего состава) - ненасыщенные циклические соединения ряда бензола, содержащие в кольце на 6 атомов углерода меньше, чем циклопарафины. В нефти присутствуют летучие соединения с молекулой в виде одинарного кольца ( бензол, толуол, ксилол) , затем бициклические ( нафталин) , полициклические ( пирон).

г). Олефины (алкены). (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Нефть и нефтепродукты  являются наиболее распространенными  загрязняющими веществами в Мировом  океане. К началу 80-ых годов в океан  ежегодно поступало около 16 млн. т. нефти, что составляло 0, 23% мировой добычи. Наибольшие потери нефти связаны  с ее транспортировкой из районов  добычи. Аварийные ситуации, слив за борт танкерами промывочных и  балластных вод, - все это обуславливает  присутствие постоянных полей загрязнения  на трассах морских путей. В период за 1962-79 годы в результате аварий в  морскую среду поступило около 2 млн. т. нефти. За последние 30 лет, начиная  с 1964 года, пробурено около 2000 скважин  в Мировом океане, из них только в Северном море 1000 и 350 промышленных скважин оборудовано. Из-за незначительных утечек ежегодно теряется 0,1 млн. т. нефти. Большие массы нефти поступают  в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми  стоками. Объем загрязнений из этого  источника составляет 2,0 млн. т. /год . Со стоками промышленности ежегодно попадает 0, 5 млн. т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности.

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность  проникновения в воду света. Пропускание  света тонкими пленками сырой  нефти составляет 11-10% (280 нм), 60-70% (400нм). Пленка толщиной 30-40 мкм 0полностью полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую нефть в воде и обратную вода в нефти . Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Пестициды

Пестициды составляют группу искусственно созданных веществ, используемых для борьбы с вредителями и  болезнями растений. Пестициды делятся  на следующие группы:

- инсектициды для борьбы  с вредными насекомыми,

- фунгициды и бактерициды  - для борьбы с бактериальными  болезнями растений,

- гербициды против сорных  растений.

Установлено, что пестициды уничтожая вредителей, наносят вред многим полезным организмам и подрывают здоровье биоценозов. В сельском хозяйстве давно уже стоит проблема перехода от химических (загрязняющих среду) к биологическим (экологически чистым) методам борьбы с вредителями. В настоящее время более 5 млн. т. пестицидов поступает на мировой рынок. Около 1, 5 млн. т. этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем золовым и водным путем. Промышленное производство пестицидов сопровождается появлением большого количества побочных продуктов, загрязняющих сточные воды. В водной среде чаще других встречаются представители инсектицидов, фунгицидов и гербицидов. Синтезированные инсектициды делятся на три основных группы: хлорорганические, фосфорорганические и карбонаты.

Хлорорганические инсектициды  получают путем хлорирования ароматических  и гетероциклических жидких углеводородов. К ним относятся ДДТ и его  производные, в молекулах которых  устойчивость алифатических и ароматических  групп в совместном присутствии  возрастает, всевозможные хлорированные  производные хлородиена (элдрин). Эти вещества имеют период полураспада до нескольких десятков лет и очень устойчивы к биодеградации. В водной среде часто встречаются полихлорбифенилы - производные ДДТ без алифатической части, насчитывающие 210 гомологов и изомеров. За последние 40 0лет использовано более 1, 2 млн. т. полихлорбифенилов в производстве пластмасс, красителей, трансформаторов, конденсаторов. Полихлорбифенилы ( ПХБ) попадают в окружающую среду в результате сбросов промышленных сточных вод и сжигания твердых отходах на свалках. Последний источник поставляет ПБХ в атмосферу, откуда они с атмосферными осадками выпадают во все районах земного шара. Так в пробах снега, взятых в Антарктиде, содержание ПБХ составило 0, 03 - 1, 2 кг. /л.

Синтетические поверхностно-активные вещества

Детергенты (СПАВ) относятся  к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они  входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в  быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ, попадают в материковые  воды и морскую среду. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых  растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты, пербораты), кальцинированная сода, карбоксиметилцеллюлоза, силикаты натрия. В зависимости от природы и структуры гидрофильной части молекулы СПАВ делятся на анионактивные, катионактивные, амфотерные и неионогенные. Последние не образуют ионов в воде. Наиболее распространенными среди СПАВ являются анионактивные вещества. На их долю приходится более 50% всех производимых в мире СПАВ. Присутствие, СПАВ в сточных водах промышленности связано с использованием их в таких процессах, как флотационное обогащение руд, разделение продуктов химических технологий, получение полимеров, улучшение условий бурения нефтяных и газовых скважин, борьба с коррозией оборудования. В сельском хозяйстве, СПАВ, применяется в составе пестицидов.

Соединения с  канцерогенными свойствами

Канцерогенные вещества - это  химически однородные соединения, проявляющие  трансформирующую активность и способность  вызывать канцерогенные, тератогенные (нарушение процессов эмбрионального развития) или мутагенные изменения  в организмах. В зависимости от условий воздействия они могут  приводить к ингибированию роста, ускорению старения, нарушению индивидуального  развития и изменению генофонда  организмов. К веществам, обладающим канцерогенными свойствами, относятся  хлорированные алифатические углеводороды, винилхлорид, и особенно, полициклические  ароматические углеводороды (ПАУ). Максимальное количество ПАУ в современных  данных осадках Мирового океана (более 100 мкг/км массы сухого вещества) 0обнаружено в тектонически - активных зонах, подверженным глубинному термическому воздействию. Основные антропогенные источники ПАУ в окружающей среде - это пиролиз органических веществ при сжигании различных материалов, древесины и топлива.

Тяжелые металлы.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк, ) относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Большие массы этих соединений поступают в океан через атмосферу. Для морских биоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий. Ртуть переносится в океан с материковым стоком и через атмосферу. При выветривании осадочных и изверженных пород ежегодно выделяется 3, 5 тыс. т. ртути. В составе атмосферной пыли содержится около 121тыс. т. 0ртути, причем значительная часть - антропогенного происхождения. Около половины годового промышленного производства этого металла ( 910 тыс. т. /год) различными путями попадает в океан. В районах, загрязняемых промышленными водами, концентрация ртути в растворе и взвесях сильно повышается. При этом некоторые бактерии переводят хлориды в высокотоксичную метил-ртуть. Заражение морепродуктов неоднократно приводило к ртутному отравлению прибрежного населения. К 1977 году насчитывалось 2800 0жертв болезни Миномата, причиной которой послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, на которых в качестве катализатора использовалась хлористая ртуть. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Минамата. Свиний - типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свиний активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Это выбросы с промышленными и бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий, с выхлопными газами двигателей внутреннего сгорания. Миграционный поток свинца с континента в океан идет не только с речными стоками, но и через атмосферу.

С континентальной пылью  океан получает ( 20-30)*10^3 т. свинца в год.

Сброс отходов  в море с целью захоронения

Многие страны, имеющие  выход к морю, производят морское  захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных  отходов. Объем захоронений составил около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой  океан. Основанием для дампинга в  море служит возможность морской  среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воды. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается  как вынужденная мера, временная  дань общества несовершенству технологии. В шлаках промышленных производств присутствуют разнообразные органические вещества и соединения тяжелых металлов. Бытовой мусор в среднем содержит ( на массу сухого вещества) 32-40% 0органических веществ; 0,56% азота; 0,44% фосфора; 0,155% цинка; 0, 085% свинца; 0,001% ртути; 0, 001% кадмия. Во время сброса прохождении материала сквозь столб воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения. Одновременно повышается мутность воды. Наличие органических веществ чисто приводит к быстрому расходованию кислорода в воде и не едко к его полному исчезновению, растворению взвесей, накоплению металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Присутствие большого количества органических веществ создает в грунтах устойчивую восстановительную среду, в которой возникает особый тип иловых вод, содержащих сероводород, аммиак, ионы металлов. Воздействию сбрасываемых материалов в разной степени подвергаются организмы бентоса и др. В случае образования поверхностных пленок, содержащих нефтяные углеводороды и СПАВ, нарушается газообмен на границе воздух - вода. Загрязняющие вещества, поступающие в раствор, могут аккумулироваться в тканях и органах гидробионтов и оказывать токсическое воздействие на них. Сброс материалов дампинга на дно и длительная повышенная мутность приданной воды приводит к гибели от удушья малоподвижные формы бентоса. У выживших рыб, моллюсков и ракообразных сокращается скорость роста за счет ухудшения условий питания и дыхания. Нередко изменяется видовой состав данного сообщества. При организации системы контроля за выбросами отходов в море решающее значение имеет определение районов дампинга, определение динамики загрязнения морской воды и донных отложений. Для выявления возможных объемов сброса в море необходимо проводить расчеты всех загрязняющих веществ в составе материального сброса.

Тепловое загрязнение

Тепловое загрязнение  поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает  в результате сброса нагретых сточных  вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс  нагретых вод во многих случаях обуславливает  повышение температуры воды в  водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь  пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. Более устойчивая температурная  стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоем. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей. На основании обобщения материала можно сделать вывод , что эффекты антропогенного воздействия на водную среду проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, и длительное действие загрязняющих веществ приводит к упрощению экосистемы.

5. Рекультивация  земель.

Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности изменены гидрологический режим и рельеф местности. Разрушен и загрязнен почвенный покров. Уничтожена растительность, называют нарушенными. Расширение добычи полезных ископаемых, особенно открытым способом, привело к образованию в стране обширных площадей нарушенных земель. Нарушение природных ландшафтов горно-рудной промышленностью сопряжено с населением окружающей среде огромного ущерба.

Все нарушенные территории делят на две группы:

- земли с насыпным грунтом  – промышленные отходы, отвалы  подземных горных разработок;

- территории. Поврежденные  в результате выемки грунта  – карьеры и отвалы при открытых  горных работах, провалы на  месте подземных разработок.

Для использования нарушенных земель в хозяйственных целях  необходимо их восстановление. Процесс  восстановления нарушенных земель называют рекультивацией. Восстановление территорий осуществляется в четырех направлениях: для сельскохозяйственного использования (земледелие, животноводство), под лесные насаждения, под водоемы. Жилищное и капитальное строительство. Обычно выделяют два этапа рекультивации: горнотехнический и биологический.

Горнотехнический этап состоит  в подготовке территории: планировка отвалов, придание удобной для использования  формы, насыпание плодородных грунтов, создание подъездных путей и т.д.

Биологический этап заключается  в восстановлении нарушенных земель путем выращивания сельскохозяйственных культур или посадки древесных  пород.

Список литературы

1. Степановских А. С. Общая Экология, Второе издание – М: Юнити, 2005.

2. Степановских А.С. Прикладная Экология, учебник – М: Юнити, 2003.

3. Степановских А.С. Биологическая Экология, Теория и Практика –М: Юнити, 2009.

4. http://ekolog.org/books

5. http://www.ecosystema.ru/