Состав земной атмосферы. Состав и строение атмосферы. Граница атмосферы Земли

Строение и состав атмосферы Земли, нужно сказать, не всегда были постоянными величинами в тот или иной период развития нашей планеты. Сегодня вертикальное строение этого элемента, имеющего общую «толщину» 1,5-2,0 тыс. км, представлено несколькими основными слоями, в том числе:

  1. Тропосферой.
  2. Тропопаузой.
  3. Стратосферой.
  4. Стратопаузой.
  5. Мезосферой и мезопаузой.
  6. Термосферой.
  7. Экзосферой.

Основные элементы атмосферы

Тропосфера представляет собой слой, в котором наблюдаются сильные вертикальные и горизонтальные движения, именно здесь формируется погода, осадочные явления, климатические условия. Она простирается на 7-8 километров от поверхности планеты почти повсеместно, за исключением полярных регионов (там - до 15 км). В тропосфере наблюдается постепенное понижение температуры, приблизительно на 6,4°С с каждым километром высоты. Этот показатель может отличаться для разных широт и времен года.

Состав атмосферы Земли в этой части представлен следующими элементами и их процентными долями:

Азот - около 78 процентов;

Кислород - почти 21 процент;

Аргон - около одного процента;

Углекислый газ - менее 0.05 %.

Единый состав до высоты 90 километров

Кроме того, здесь можно найти пыль, капельки воды, водяной пар, продукты горения, кристаллики льда, морские соли, множество аэрозольных частиц и др. Такой состав атмосферы Земли наблюдается приблизительно до девяноста километров высоты, поэтому воздух примерно одинаков по химическому составу, не только в тропосфере, но и в вышележащих слоях. Но там атмосфера имеет принципиально другие физические свойства. Слой же, который имеет общий химический состав, называют гомосферой.

Какие элементы еще входят в состав атмосферы Земли? В процентах (по объему, в сухом воздухе) здесь представлены такие газы как криптон (около 1.14 х 10 -4), ксенон (8.7 х 10 -7), водород (5.0 х 10 -5), метан (около 1.7 х 10 -4), закись азота (5.0 х 10 -5) и др. В процентах по массе из перечисленных компонентов больше всего закиси азота и водорода, далее следует гелий, криптон и пр.

Физические свойства разных атмосферных слоев

Физические свойства тропосферы тесно связаны с ее прилеганием к поверхности планеты. Отсюда отраженное солнечное тепло в форме инфракрасных лучей направляется обратно вверх, включая процессы теплопроводности и конвекции. Именно поэтому с удалением от земной поверхности падает температура. Такое явление наблюдается до высоты стратосферы (11-17 километров), потом температура становится практически неизменной до отметки 34-35 км, и далее идет опять рост температур до высот в 50 километров (верхняя граница стратосферы). Между стратосферой и тропосферой есть тонкий промежуточный слой тропопаузы (до 1-2 км), где наблюдаются постоянные температуры над экватором - около минус 70°С и ниже. Над полюсами же тропопауза «прогревается» летом до минус 45°С, зимой температуры здесь колеблются около отметки -65°С.

Газовый состав атмосферы Земли включает в себя такой важный элемент, как озон. Его относительно немного у поверхности (десять в минус шестой степени от процента), так как газ образуется под воздействием солнечных лучей из атомарного кислорода в верхних частях атмосферы. В частности, больше всего озона на высоте около 25 км, а весь «озоновый экран» расположен в областях от 7-8 км в области полюсов, от 18 км на экваторе и до пятидесяти километров в общем над поверхностью планеты.

Атмосфера защищает от солнечной радиации

Состав воздуха атмосферы Земли играет очень важную роль в сохранении жизни, так как отдельные химические элементы и композиции удачно ограничивают доступ солнечной радиации к земной поверхности и живущим на ней людям, животным, растениям. Например, молекулы водяного пара эффективно поглощают почти все диапазоны инфракрасного излучения, за исключением длин в интервале от 8 до 13 мкм. Озон же поглощает ультрафиолет вплоть до длины волн в 3100 А. Без его тонкого слоя (составит всего в среднем 3 мм, если его расположить на поверхности планеты) обитаемы могут быть только воды на глубине более 10 метров и подземные пещеры, куда не доходит солнечная радиация.

Ноль по Цельсию в стратопаузе

Между двумя следующими уровнями атмосферы, стратосферой и мезосферой, существует примечательный слой - стратопауза. Он приблизительно соответствует высоте озонных максимумов и здесь наблюдается относительно комфортная для человека температура - около 0°С. Выше стратопаузы, в мезосфере (начинается где-то на высоте 50 км и заканчивается на высоте 80-90 км), наблюдается опять же падение температур с увеличением расстояния от поверхности Земли (до минус 70-80°С). В мезосфере обычно полностью сгорают метеоры.

В термосфере - плюс 2000 К!

Химический состав атмосферы Земли в термосфере (начинается после мезопаузы с высот около 85-90 до 800 км) определяет возможность такого явления, как постепенный нагрев слоев весьма разреженного «воздуха» под воздействием солнечного излучения. В этой части «воздушного покрывала» планеты встречаются температуры от 200 до 2000 К, которые получаются в связи с ионизацией кислорода (выше 300 км находится атомарный кислород), а также рекомбинацией атомов кислорода в молекулы, сопровождающейся выделением большого количества тепла. Термосфера - это место возникновения полярных сияний.

Выше термосферы находится экзосфера - внешний слой атмосферы, из которого легкие и быстро перемещающиеся атомы водорода могут уходить в космическое пространство. Химический состав атмосферы Земли здесь представлен больше отдельными атомами кислорода в нижних слоях, атомами гелия в средних, и почти исключительно атомами водорода - в верхних. Здесь господствуют высокие температуры - около 3000 К и отсутствует атмосферное давление.

Как образовалась земная атмосфера?

Но, как уже упоминалось выше, такой состав атмосферы планета имела не всегда. Всего существует три концепции происхождения этого элемента. Первая гипотеза предполагает, что атмосфера была взята в процессе аккреции из протопланетного облака. Однако сегодня эта теория подвергается существенной критике, так как такая первичная атмосфера должна была быть разрушена солнечным «ветром» от светила в нашей планетной системе. Кроме того, предполагается, что летучие элементы не могли удержаться в зоне образования планет по типу земной группы из-за слишком высоких температур.

Состав первичной атмосферы Земли, как предполагает вторая гипотеза, мог быть сформирован за счет активной бомбардировки поверхности астероидами и кометами, которые прибыли из окрестностей Солнечной системы на ранних этапах развития. Подтвердить или опровергнуть эту концепцию достаточно сложно.

Эксперимент в ИДГ РАН

Самой правдоподобной представляется третья гипотеза, которая считает, что атмосфера появилась в результате выделения газов из мантии земной коры приблизительно 4 млрд. лет назад. Эту концепцию удалось проверить в ИДГ РАН в ходе эксперимента под названием «Царев 2», когда в вакууме был разогрет образец вещества метеорного происхождения. Тогда было зафиксировано выделение таких газов как Н 2 , СН 4 , СО, Н 2 О, N 2 и др. Поэтому ученые справедливо предположили, что химический состав первичной атмосферы Земли включал в себя водяной и углекислый газ, пары фтороводорода (HF), угарного газа (CO), сероводорода (H 2 S), соединений азота, водород, метан (СН 4), пары аммиака (NH 3), аргон и др. Водный пар из первичной атмосферы участвовал в образовании гидросферы, углекислый газ оказался в большей мере в связанном состоянии в органических веществах и горных породах, азот перешел в состав современного воздуха, а также опять в осадочные породы и органические вещества.

Состав первичной атмосферы Земли не позволил бы современным людям находиться в ней без дыхательных аппаратов, так как кислорода в требуемых количествах тогда не было. Этот элемент в значительных объемах появился полтора миллиарда лет назад, как полагают, в связи с развитием процесса фотосинтеза у сине-зеленых и других водорослей, которые являются древнейшими обитателями нашей планеты.

Минимум кислорода

На то, что состав атмосферы Земли изначально был почти бескислородным, указывает то, что в древнейших (катархейских) породах находят легкоокисляемый, но не окисленный графит (углерод). Впоследствии появились так называемые полосчатые железные руды, которые включали в себя прослойки обогащенных окислов железа, что означает появление на планете мощного источника кислорода в молекулярной форме. Но эти элементы попадались только периодически (возможно, те же водоросли или другие продуценты кислорода появились небольшими островками в бескислородной пустыне), в то время как остальной мир был анаэробным. В пользу последнего говорит то, что легко окисляемый пирит находили в виде гальки, обработанной течением без следов химических реакций. Так как текучие воды не могут быть плохо аэрированными, выработалась точка зрения, что атмосфера до начала кембрия содержала менее одного процента кислорода от сегодняшнего состава.

Революционное изменение состава воздуха

Приблизительно в середине протерозоя (1,8 млрд. лет назад) произошла «кислородная революция», когда мир перешел к аэробному дыханию, в ходе которого из одной молекулы питательного вещества (глюкоза) можно получать 38, а не две (как при анаэробном дыхании) единицы энергии. Состав атмосферы Земли, в части кислорода, стал превышать один процент от современного, стал возникать озоновый слой, защищающий организмы от радиации. Именно от нее «скрывались» под толстыми панцирями, к примеру, такие древние животные, как трилобиты. С тех пор и до нашего времени содержание основного «дыхательного» элемента постепенно и медленно возрастало, обеспечивая многообразие развития форм жизни на планете.

Толщина атмосферы - примерно 120 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха в атмосфере - (5,1-5,3)·10 18 кг. Из них масса сухого воздуха составляет 5,1352 ±0,0003·10 18 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·10 16 кг.

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11-25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25-40 км от −56,5 до 0,8 ° (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой .

Стратопауза

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Атмосфера Земли

Граница атмосферы Земли

Термосфера

Верхний предел - около 800 км. Температура растёт до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния ») - основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца . В периоды низкой активности - например, в 2008-2009 гг - происходит заметное уменьшение размеров этого слоя .

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200-250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000-3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум , который заполнен сильно разрежёнными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы - около 20 %; масса мезосферы - не более 0,3 %, термосферы - менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000-3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу . Гетеросфера - это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера . Граница между этими слоями называется турбопаузой , она лежит на высоте около 120 км.

Физиологические и другие свойства атмосферы

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60-90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100-130 км знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана , за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.

На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства - способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т. е. с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, - с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение .

История образования атмосферы

Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад). На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком , водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами:

  • утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство ;
  • химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.

Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы , характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим - азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов).

Азот

Образование большого количества азота N 2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О 2 , который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N 2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы.

Азот N 2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами.

Кислород

Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов , в результате фотосинтеза , сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений - аммиака, углеводородов, закисной формы железа , содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере , литосфере и биосфере , это событие получило название Кислородная катастрофа .

Благородные газы

Загрязнение атмосферы

В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек . Результатом его деятельности стал постоянный значительный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества СО 2 потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание СО 2 в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 200-300 лет количество СО 2 в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата .

Сжигание топлива - основной источник и загрязняющих газов (СО , , SO 2). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до SO 3 в верхних слоях атмосферы, который в свою очередь взаимодействует с парами воды и аммиака, а образующиеся при этом серная кислота (Н 2 SO 4) и сульфат аммония ((NH 4) 2 SO 4) возвращаются на поверхность Земли в виде т. н. кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец Pb(CH 3 CH 2) 4)).

Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и др.), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и т. п.). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу - одна из возможных причин изменений климата планеты.

См. также

  • Jacchia (модель атмосферы)

Примечания

Ссылки

Литература

  1. В. В. Парин, Ф. П. Космолинский, Б. А. Душков «Космическая биология и медицина» (издание 2-е, переработанное и дополненное), М.: «Просвещение», 1975, 223 стр.
  2. Н. В. Гусакова «Химия окружающей среды», Ростов-на-Дону: Феникс, 2004, 192 с ISBN 5-222-05386-5
  3. Соколов В. А. Геохимия природных газов, М., 1971;
  4. МакИвен М., Филлипс Л. Химия атмосферы, М., 1978;
  5. Уорк K., Уорнер С. Загрязнение воздуха. Источники и контроль, пер. с англ., М.. 1980;
  6. Мониторинг фонового загрязнения природных сред. в. 1, Л., 1982.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Атмосфера Земли" в других словарях:

    Атмосфера Земли - Атмосфера Земли. Вертикальное распределение температуры и плотности. АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ, воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса около 5,15´1015 т. Состав воздуха (по объему) у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Состав Земли. Воздух

Воздух - это механическая смесь из различных газов, составляющих атмосферу Земли. Воздух необходим для дыхания живых организмов, находит широкое применение в промышленности.

То, что воздух представляет собой именно смесь, а не однородную субстанцию, было доказано в ходе экспериментов шотландского учёного Джозефа Блэка. В ходе одного из них учёный обнаружил, что при нагревании белой магнезии (углекислый магний) выделяется «связанный воздух», то есть углекислый газ, и образуется жжёная магнезия (окись магния). При обжиге известняка, напротив, происходит удаление «связанного воздуха». На основе этих экспериментов учёный сделал вывод, что различие между углекислыми и едкими щелочами заключается в том, что в состав первых входит углекислый газ, являющийся одной из составных частей воздуха. Сегодня же мы знаем, что кроме углекислого, в состав земного воздуха входят:

Указанное в таблице соотношение газов в земной атмосфере характерно для её нижних слоёв, до высоты 120 км. В этих областях лежит хорошо перемешанная, однородная по составу область, называемая гомосферой. Выше гомосферы лежит гетеросфера, для которой характерно разложение молекул газов на атомы и ионы. Области отделены друг от друга турбопаузой.

Химическая реакция, при которой под воздействием солнечного и космического излучения происходит разложение молекул на атомы, называется фотодиссоциацией. При распаде молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, являющийся основным газом атмосферы на высотах свыше 200 км. На высотах от 1200 км начинают преобладать водород и гелий, являющиеся наиболее лёгкими из газов.

Поскольку основная масса воздуха сосредоточена в 3 нижних атмосферных слоях, изменения состава воздуха на высотах более 100 км не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы.

Азот - самый распространенный газ, на долю которого приходится более трёх четвертей объёма земного воздуха. Современный азот образовался при окислении ранней аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом, который образуется в процессе фотосинтеза. В настоящее время небольшое количество азота в атмосферу поступает в результате денитрификации - процесса восстановления нитратов до нитритов, с последующим образованием газообразных оксидов и молекулярного азота, который производится анаэробными прокариотами. Часть азота в атмосферу поступает при вулканических извержениях.

В верхних слоях атмосферы при воздействии электрических разрядов при участии озона молекулярный азот окисляется до монооксида азота:

N 2 + O 2 → 2NO

В обычных условиях монооксид тотчас же вступает в реакцию с кислородом с образованием закиси азота:

2NO + O 2 → 2N 2 O

Азот является важнейшим химическим элементом земной атмосферы. Азот входит в состав белков, обеспечивает минеральное питание растений. Он определяет скорость биохимических реакций, играет роль разбавителя кислорода.

Вторым по распространённости газом атмосферы Земли является кислород. Образование этого газа связывают с фотосинтезирующей деятельностью растений и бактерий. И чем более разнообразными и многочисленными становились фотосинтезирующие организмы, тем более значительным становился процесс содержания кислорода в атмосфере. Небольшое количество тяжёлого кислорода выделяется при дегазации мантии.

В верхних слоях тропосферы и стратосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения (обозначим его как hν) образуется озон:

O 2 + hν → 2O

В результате действия того же ультрафиолетового излучения происходит и распад озона:

О 3 + hν → О 2 + О

О 3 + O → 2О 2

В результате первой реакции образуется атомарный кислород, в результате второй - молекулярный кислород. Все 4 реакции носят название «механизм Чепмена», по имени британского учёного Сидни Чепмена открывшего их в 1930 году.

Кислород служит для дыхания живых организмов. С его помощью происходят процессы окисления и горения.

Озон служит для защиты живых организмов от ультрафиолетового излучения, которое вызывает необратимые мутации. Наибольшая концентрация озона наблюдается в нижней стратосфере в пределах т.н. озонового слоя или озонового экрана, лежащего на высотах 22-25 км. Содержание озона невелико: при нормальном давлении весь озон земной атмосферы занимал бы слой толщиной всего 2,91 мм.

Образование третьего по распространенности в атмосфере газа аргона, а также неона, гелия, криптона и ксенона связывают с вулканическими извержениями и распадом радиоактивных элементов.

В частности гелий является продуктом радиоактивного распада урана, тория и радия: 238 U → 234 Th + α, 230 Th → 226 Ra + 4 He, 226 Ra → 222 Rn + α (в этих реакция α-частица является ядром гелия, которая в процессе потери энергии захватывает электроны и становится 4 He).

Аргон образуется в процессе распада радиоактивного изотопа калия: 40 K → 40 Ar + γ.

Неон улетучивается из изверженных пород.

Криптон образуется как конечный продукт распада урана (235 U и 238 U) и тория Th.

Основная масса атмосферного криптона образовалась ещё на ранних стадиях эволюции Земли как результат распада трансурановых элементов с феноменально малым периодом полураспада или поступила из космоса, содержание криптона в котором в десять миллионов раз выше чем на Земле.

Ксенон является результатом деления урана, но основная масса этого газа осталась с ранних стадий образования Земли, от первичной атмосферы.

Углекислый газ поступает в атмосферу в результате вулканических извержений и в процессе разложения органического вещества. Его содержание в атмосфере средних широт Земли сильно различается в зависимости от сезонов года: зимой количество CO 2 возрастает, а летом - снижается. Связано данное колебание с деятельностью растений, которые используют углекислый газ в процессе фотосинтеза.

Водород образуется в результате разложения воды солнечным излучением. Но, будучи самым лёгким из газов, входящих в состав атмосферы, постоянно улетучивается в космическое пространство, и потому содержание его в атмосфере очень невелико.

Водяной пар является результатом испарения воды с поверхности озёр, рек, морей и суши.

Концентрация основных газов в нижних слоях атмосферы, за исключением водяных паров и углекислого газа, постоянна. В небольших количествах в атмосфере содержатся оксид серы SO 2 , аммиак NH 3 , монооксид углерода СО, озон O 3 , хлороводород HCl, фтороводород HF, монооксид азота NO, углеводороды, пары ртути Hg, йода I 2 и многие другие. В нижнем атмосферном слое тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц.

Источниками твёрдых частиц в атмосфере Земли являются вулканические извержения, пыльца растений, микроорганизмы, а в последнее время и деятельность человека, например, сжигание ископаемого топлива в процессе производства. Мельчайшие частицы пыли, которые являющиеся ядрами конденсации, служат причинами образования туманов и облаков. Без твёрдых частиц, постоянно присутствующих в атмосфере, на Землю не выпадали бы осадки.

Экологические аспекты безопасности

Экологическая безопасность – сумма условий, при которых достигается научно-обоснованное ограничение или исключение вредного воздействия хозяйственной деятельности на жизнедеятельность населения и качество окружающей среды.

Экологическая безопасность достигается системой мероприятий (прогнозирование, планирование, подготовка к осуществлению комплекса профилактических мер), обеспечивающих минимальный уровень неблагоприятных воздействий природы и технологических процессов ее освоения на жизнедеятельность и здоровье людей (человека) при сохранении темпов экономического развития.

Качество окружающей среды складывается из качества отдельных компонентов природы (атмосферного воздуха, климата, природных вод, почвенного покрова и т.д.), хозяйственно-бытовых элементов (производство, жилище, коммунальное благоустройство) и социально-экономических условий (уровень доходов, образование).

На современном этапе исторического развития принято выделять две формы взаимодействия общества и природы:

экономическая – потребление природных ресурсов;

экологическая – охрана окружающей природной среды с целью сохранения человека и его естественной среды обитания.

Человек, потребляя ресурсы окружающей среды для удовлетворения своих материальных и духовных потребностей, изменяет природную среду, которая начинает воздействовать на самого человека. Негативная антропогенная деятельность проявляется в трех основных направлениях:

· загрязнение окружающей среды – процесс привнесения в среду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее агентов, оказывающих на ее составляющие негативное воздействие.

Существует три вида загрязнений: физическое (солнечная радиация, электромагнитное излучение и т.д.), химическое (аэрозоли, тяжелые металлы и др.), биологическое (бактериологическое, микробиологическое). Каждый вид загрязнения имеет характерный и специфичный для него источник загрязнения. Источник загрязнения – природный или хозяйственный объект, являющийся началом поступления вещества-загрязнителя в окружающую среду. Различают природные и антропогенные источники загрязнения. Антропогенный поток поступления экотоксикантов в окружающую среду превалирует над естественным (50-80%) и лишь в некоторых случаях сопоставим с ним;

· истощение природных ресурсов ;

· разрушение окружающей природной среды .

Масштаб воздействия человека на природу стал в современных условиях планетарным, а по количественному эффекту деятельность человека превосходит многие естественные процессы, что приводит к тяжелым экологическим последствиям. Антропогенное влияние распространяется на все важнейшие составляющие биосферы: атмосферу, гидросферу, литосферу. Перейдем к их подробной характеристике.

I. Изменение состояния атмосферы.

Атмосфера – газовая оболочка планеты, достигающая высоты 1000 км . За пределами данного расстояния атмосфера становится разреженной и постепенно переходит в космическое пространство. Атмосфера обеспечивает функцию дыхания всех живых организмов; определяет общий тепловой режим поверхности планеты; защищает от вредного космического и ультрафиолетового излучения Солнца. Циркуляция атмосферы влияет на местные климатические условия, а через них на режим рек, косвенно на растительный покров и на процессы рельефообразования.

Специалисты, изучающие атмосферу, выделяют в ней несколько зон, располагающихся на различных высотах от Земли в зависимости от их температуры (Рис.).

Тропосфера самый близкий слой к поверхности Земли, его высота 9-16 км. В этом слое происходят явления, которые мы именуем погодой.

Стратосфера – слой, достигающий высоты 45-50 км. Именно здесь сконцентрирована основная часть атмосферного озона (20-25 км), имеющего чрезвычайно важное биологическое значение – защита живых организмов от коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Мезосфера – слой, расположенные на высотах 50-80 км от земной поверхности. Этот слой характеризуется быстрым понижением температуры, так на верхней его границе температура может достигать – 100 о С.

Термосфера начинается на высоте более 80 км, ее верхняя граница достигает 600-800 км. Это область полетов искусственных спутников Земли и межконтинентальных баллистических ракет. Для нижней границы термосферы характерно непрерывное повышение температуры, достигающей +250 о С. Важнейшей физической особенностью этого слоя является повышенная ионизация, т.е. наличие огромного количества электрически зараженных частиц, что позволяет наблюдать полярные сияния.

Экзосфера – внешний слой атмосферы. Отсюда атмосферные газы рассеиваются в космическое пространство. От космического пространства экзосфера отличается наличием большого количества свободных электронов, образующих верхние радиационные пояса Земли.

Хотя процессы, происходящие в земной атмосфере, необычайно сложны, ее химический состав сравнительно однороден:

· азот (N 2)– 78,1%

· кислород (O 2) – 20,95%

· аргон (Ar) – 0,9%

· углекислый газ (CO 2) – 0,03%

· водород (H 2) , гелий (He), неон (Ne) и другие газы – 1,8*10 -4 %.

Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению. Однако, превышая пределы данной способности, деятельность человека изменяет сложившееся в природе равновесие. Большинство экологически негативных последствий деятельности людей проявляется в загрязнении природного вещества.

1. Загрязнение атмосферы – представляет собой изменение физико-химического состава воздуха, которое угрожает состоянию здоровья и жизни человека, а также естественной среде обитания.

В экологической литературе загрязняющие вещества получили название полютантов (экотоксикантов). Степень загрязнения атмосферного воздуха оценивается по двум основным группам экотоксикантов:

a) канцерогенные вещества – бенз(а)пирен, бензол, формальдегид (источником которых являются выхлопные газы автотранспорта), а также свинец, кадмий, никель, хром, мышьяк, сероуглерод, асбест, хлорсодержащие вещества (результат производственной деятельности). Канцерогенез – это способность металла проникать в клетку и реагировать с молекулой ДНК, приводя к хромосомным нарушениям клетки.

b) неканцерогенные вещества – оксиды азота, углерода, серы, озон, частицы пыли и сажи. К наиболее распространенным и повсеместно контролируемым полютантам, которых, по данным ЮНЕП, ежегодно выделяется до 25 млрд.т., относят:

·диоксид серы и частицы пыли – 200 млн т/год;

·оксиды азота (N x O y) – 60 млн т/год;

·оксиды углерода (CO и CO 2) – 8000 млн т/год;

· углеводороды (C x H y) – 80 млн т/год.

В последние десятилетия над промышленными центрами и крупными городами образуется скопление дыма и тумана называемое смог (от англ. smoke – дым и fog – туман). В его структуре можно выделить три яруса:

· нижний, залегающий между домами, образуется выделением выхлопных газов транспорта и поднятой пылью;

· средний, питаемый дымом отопительных систем, располагается над домами на высоте 20-30 метров;

· высокий, на расстоянии 50-100 метров от поверхности земли, состоит из выделений промышленных предприятий.

Смог затрудняет дыхание, способствует развитию стрессовых реакций. Особенно опасен для больных, пожилых людей и маленьких детей. (Лондонский смог 1951 г. Вызвал гибель от обострения легочных, сердечных заболеваний и прямого отравления за две недели 3,5 тыс. человек. Рурская область в 1962 г. За три дня погибли 156 человек).

Основными компонентами фотохимического смога являются оксиды азота (NO 2 , N 2 O) и углеводороды. Взаимодействие солнечных лучей с данными загрязнителями, сконцентрированными вблизи земной поверхности, приводит к образованию озона, пероксиацетил нитратов (ПАН) и других веществ, сходных по своим свойствам со слезоточивым газом. ПАН – химически активные органические вещества, которые раздражают слизистые оболочки, ткани дыхательных путей и легких человека; обесцвечивают зелень растений. Высокие концентрации озона снижают урожай зерновых, замедляют рост растений и вызывают гибель деревьев.

Скоплению примесей в достаточной концентрации для образования фотосмога способствует температурная инверсия – особое состояние атмосферы, при котором на определенной высоте температура воздуха выше, чем температура воздушных масс в приземном слое. Данный слой теплого воздуха препятствует вертикальному перемешиванию и делает невозможным рассеивание токсичных выбросов. При современном градостроительстве подобные условия создаются в городах с кварталами многоэтажных домов. Инверсионный слой теплого воздуха может находиться на разных высотах, и чем ниже он располагается над большинством источников загрязнения, тем ситуация сложнее.

Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В период высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выбросов в атмосферу оксидов азота и углеводородов, реакция которых друг с другом и обусловливает фотохимическое загрязнение воздуха.

Высокие концентрации и миграция примесей в атмосферном воздухе стимулируют их взаимодействие с образованием более токсичных соединений, что приводит к парниковому эффекту, появлению озоновых дыр, кислотным дождям и другим экологическим проблемам.

2. Парниковый эффект – нагревание атмосферы в результате увеличения в ней количества оксида углерода (IV) и ряда других газов, препятствующих рассеиванию тепловой энергии Земли в космическое пространство. Углекислый газ атмосферы вместе с водяным паром и другими многоатомными минигазами (CO 2 , H 2 O, CH 4 , NO 2 , O 3) образует над поверхностью планеты слой, который позволяет солнечным лучам (оптический диапазон электромагнитных волн) достигать поверхности земли, но задерживает обратное тепловое (длинноволновое инфракрасное) излучение. Тепловая энергия накапливается в поверхностных слоях атмосферы тем интенсивнее, чем больше в них концентрация парниковых газов. Так, доля молекул водяного пара в формировании парникового эффекта составляет 62%; углекислого газа – 22%; метана – 2,5%; оксидов азота – 4%; озона – 7% и других газов 2,5%.

Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере обусловлено длительным периодом систематического роста сжигания ископаемых видов топлива. Добыча газа, нефти и угля, гниение органических остатков и рост численности крупного рогатого скота являются источником поступления в атмосферу метана. Масштабы применения в сельском хозяйстве азотных удобрений и углеродосодержащих топлив в ТЭС характеризуют количество выбрасываемых в атмосферу оксидов азота. Присутствие в атмосфере водяного пара обусловлено интенсивностью испарения воды с поверхности океанов вследствие потепления климата.

Усилению парникового эффекта также способствуют, используемые в качестве растворителей, охлаждающих средств в холодильных установках и различных бытовых баллончиках, хлорфторуглеводороды (фреоны). Их влияние на парниковый эффект в 1000 раз сильнее, чем влияние равного количества углекислого газа.

Следствием парникового эффекта является повышение температуры на поверхности Земли и потепление климата. В результате возникает опасность таяния полярных льдов, что может вызвать затопление низких прибрежных участков суши. Кроме того, увеличение температуры воздушной среды может привести к снижению продуктивности сельскохозяйственных земель – дезертификации (от англ. desert – пустыня). В этой связи население соответствующих регионов будет испытывать недостаток питания.

3. «Озоновые дыры» – области с уменьшенным содержанием на 40-50% озона в атмосфере .

Озон представляет собой соединение трех атомов кислорода (О 3), образующееся в верхних слоях стратосферы и нижних слоях мезосферы из кислорода под влиянием ультрафиолетовых (УФ) лучей солнечного света. Результатом данного взаимодействия является поглощение озоновым экраном около 99% УФ-излучения солнечного спектра, обладающего высокой энергией и губительного для всего живого. Количественной оценкой состояния озона в атмосфере является толщина озонового слоя, которая в зависимости от сезона, широты и долготы колеблется от 2,5 до 5 относительных миллиметров.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что озоновый слой начинает уменьшаться. Основной процесс деструкции озона обусловлен влиянием и увеличением выбросов оксидов азота, источником которых являются отработанные газы суперлайнеров с высоким потолком полета, различные ракетные системы, извержения вулканов и другие природные явления. Серьезную опасность для озонового слоя представляет поступление в атмосферу хлорфторуглеродов (ХФУ). Наиболее сильное разрушение озона связано с производством фреонов (CH 3 CL, CCL 2 F 2 и CCL 3 F), получивших широкое распространение в качестве наполнителей аэрозольных упаковок, огнетушителей, хладагентов в холодильниках и кондиционерах, при производстве пенопласта. Фреоны, попавшие в атмосферу, характеризуются большой устойчивостью и сохраняются в ней 60-100 лет.

Являясь химически инертными, фреоны безвредны для человека. Однако в стратосфере под действием коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца их молекулы разлагаются с выделением хлора.

Молекула хлора действует как катализатор, оставаясь неизменной в десятках тысяч актов разрушения молекул озона. Один атом хлора способен уничтожить 100 000 молекул озона.

Уменьшение содержания озона в атмосфере на 1% приводит к увеличению на 1,5% интенсивности падающего на поверхность нашей планеты жесткого УФ-излучения. Даже небольшое уменьшение озонового слоя способно увеличить заболеваемость раком кожи, оказать неблагоприятное воздействие на растения и животных, вызвать непредсказуемые изменения климата земного шара.

Проблема влияния фреонов на стратосферный озон приобрела международное значение, особенно в связи с образованием «озоновых дыр». Принята международная программа сокращения производств, использующих фреоны. Разработан и налажен промышленный выпуск так называемых альтернативных хладонов с низкой величиной коэффициента относительной озоноактивности.

4. Кислотные дожди – осадки (дождь, снег, туман), химический состав которых характеризуется низким значением рН фактора . Для того, чтобы разобраться в данном вопросе вспомним, что молекулы воды обычно диссоциируют на ионы водорода (Н +) и гидроксил-ионы (ОН -). Раствор с одинаковыми концентрациями водородных и гидроксильных ионов называется нейтральным. Количественно величина кислотности раствора определяется как логарифм концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком. Эта величина называется рН -фактор. Значение рН=7 характеризует нейтральную воду – не кислую и не щелочную. Уменьшение величины рН на 1 означает увеличение кислотных свойств раствора в 10 раз. Чем меньше значение рН, тем более кислым оказывается раствор.

Кислотный дождь представляет собой результат присутствия в атмосфере оксидов серы и оксидов азота. Основными источниками поступления этих соединений в воздух являются процессы сжигания ископаемых видов топлива, содержащих серу; выплавка металлов; работа автотранспорта. Под действием УФ-излучения оксид серы (IV) превращается в оксид серы (VI), который вступая в реакцию с атмосферным водяным паром образует серную кислоту, очень гигроскопичную, способную образовывать токсичный туман. Наряду с оксидами серы, с порами воды смешиваются оксиды азота с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли этих кислот и обусловливают выпадение кислотных дождей. Чем выше содержание этих кислот в воздухе, тем чаще выпадают кислотные дожди.

Кислотные осадки присутствуют в радиусе 10-20 км вокруг индустриальных гигантов. К наиболее неблагоприятным районам России по кислотным осадкам относятся: Кольский полуостров, восточный склон Уральского хребта и район Таймыра. Кислотные аэрозольные частицы имеют небольшую скорость осаждения и могут переноситься в отдаленные районы на 100-1000 км от источников загрязнений.

Кислотные дожди ведут к разрушению зданий и сооружений, особенно выполненных из песчаников и известняка. Существенно повышается коррозионная агрессивность атмосферы, что вызывает коррозию металлических предметов и конструкций.

Особую опасность представляют не сами осадки, а вызываемые ими вторичные процессы. Под воздействием кислотных дождей изменяются биохимические свойства почвы, состояние пресных вод и лесов. В результате изменения рН почвы и воды повышается растворимость в них тяжелых металлов. Компоненты кислотных дождей после взаимодействия с тяжелыми металлами переводят их в легкоусваиваемую растениями форму.

Далее по пищевой цепи тяжелые металлы попадают в организмы рыб, животных и человека. До определенных пределов организмы защищены от прямого вредного воздействия кислотности, но коммуляция (накопление) тяжелых металлов представляет серьезную опасность. Кислотные дожди, снижая рН воды озер, ведут к гибели их обитателей. Попадая в организм человека, ионы тяжелых металлов легко связываются с белками, подавляя синтез макромолекул и в целом обмен веществ в клетках.

5. Уменьшение количества кислорода (О 2). Более трех миллиардов лет назад простые клетки, питающиеся химическими веществами, растворенными в воде, превратились в организмы, способные к фотосинтезу и начали продуцировать кислород Примерно два миллиарда лет назад содержание свободного кислорода в земной атмосфере начало возрастать. Из части атмосферного кислорода под влиянием солнечного света сформировался защитный озоновый слой, после чего начали развиваться наземные растения и животные. Содержание кислорода в атмосфере с течением времени претерпевало значительные изменения, поскольку менялись уровни его образования и использования. (Рис.)

В современных условиях главным продуцентов кислорода на земле являются (служат) зеленые водоросли поверхности океана (60%), тропические леса суши (30%) и наземные растения (10%). Возможное уменьшение количества кислорода на планете обусловлено несколькими причинами.

Во-первых , увеличением объема сжигаемого ископаемого топлива (промышленность, ТЭС, транспорт). По расчетам специалистов использование всех доступных человеку залежей угля, нефти и природного газа уменьшит содержание кислорода в воздухе не более чем на 0,15%.

Недостаток кислорода в воздушной среде городов способствует распространению среди населения легочных и сердечно-сосудистых заболеваний.

6. Акустическое загрязнение – увеличение в воздушной среде уровня шумов, оказывающих раздражающее действие на живой организм.

На современном этапе развития НТП данное увеличение обусловлено внедрением новых технологических процессов, ростом мощностей оборудования, механизацией производственных процессов, появлением мощных средств наземного, воздушного и водного транспорта, что привело к практически постоянному воздействию на человека высоких (60-90 Дб) уровней шума. Это способствует появлению и развитию неврологических, сердечно-сосудистых, слуховых и других патологий.

В общем шумовом фоне города удельный вес транспорта составляет 60-80%. Внутриквартальные источники шума: спортивные игры, игры на детских площадках, разгрузочно-погрузочные работы у магазинов составляют 10-20%. Шумовой режим в квартирах складывается из шума проникающего извне и образующегося в результате эксплуатации инженерного и санитарно-технического оборудования: лифты, насосы, подкачка воды, мусоропроводы, вентиляция, запорные краны.

7. Снижение прозрачности атмосферы обусловлено увеличением содержания в ней взвешенных примесей (пыль). Пыль – это сложная смесь частиц. Твердые или жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, называются аэрозолями. Они воспринимаются в виде дыма (аэрозоль с твердыми частицами), тумана (аэрозоль с жидкими частицами), мглы или дымки.

Причины основных естественных выбросов пыли в атмосферу – это пыльные бури, эрозия почв, вулканическая деятельность, морские брызги. Источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, обогатительные фабрики, металлургические и цементные заводы, промышленные отвалы, взрывные работы, строительство. Высокие концентрации аэрозолей на протяжении многих лет регистрируются в атмосферном воздухе 50 городов России. Средняя концентрация взвесей наиболее загрязненных городов достигает 250-300 мкг/ м 3 , что в два раза выше среднесуточной предельно допустимой концентрации (ПДК), равной 150 мкг/м 3 . В 2000 году на территории г. Тамбова наблюдалось превышение максимальной разовой приземной концентрации по пыли в два раза, т.е. она составила 2 ПДК.

Промышленная пыль индустриальных городов имеет в своем составе оксиды металлов, многие из которых токсичны: оксиды марганца, свинца, молибдена, ванадия, сурьмы, теллура. Их влияние на живой организм зависит от величины пылевых частиц, их характера и химического состава (рис.).

Взвешенные частицы не только затрудняют дыхание, вызывают аллергии и отравления, но и приводят к климатическим изменениям, поскольку отражают солнечное излучение и затрудняют отвод тепла от Земли. Пыль ускоряет разрушение металлоконструкций, зданий и сооружений. Снижение прозрачности атмосферы способствует созданию помех авиации и судоходству, что нередко является причиной крупных транспортных аварий.


Похожая информация.


Изменение состава атмосферы приводит к воздействию на радиационный режим атмосферы - это основной механизм антропогенного влияния на глобальную климатическую систему на современном и предполагаемом в ближайшие десятилетия уровне развития промышленности.

Вклад парниковых газов атмосферы (см. парниковый эффект) составляет основную часть этого воздействия. Влияние концентрации парниковых газов на температуру определяется поглощением длинноволнового излучения, идущего от Земли, и, следовательно, уменьшением эффективного излучения у земной поверхности. При этом предельные температуры возрастают, а температура более высоких слоев атмосферы убывает за счет больших потерь на излучение. Этот эффект усиливается двумя обстоятельствами:

1) возрастанием количества водяного пара в атмосфере при потеплениях, также перекрывающего длинноволновую радиацию;

2) отступанием полярных льдов при потеплениях, что уменьшает альбедо Земли в относительно высоких широтах.

Все долгоживущие парниковые газы и озон дают положительное радиационное воздействие (2,9 ± 0,3 Вт/м 2). Суммарное радиационное воздействие антропогенных факторов, связанных с изменением концентрации всех парниковых газов и аэрозолей, составляет 1,6 (от 0,6 до 2,4) Вт/м 2 . Все типы аэрозолей создают радиационный эффект прямого действия и опосредованно путем изменения альбедо облаков. Суммарное аэрозольное воздействие является отрицательным (–1,3 ± 0,8 Вт/м 2). Однако достоверность этих оценок намного ниже полученных для парниковых газов (Оценочный доклад, 2008).

Парниковые газы в атмосфере, на которые оказывает существенное влияние хозяйственная деятельность:

– диоксид углерода (СО 2) является наиболее важным по влиянию на климат парниковым газом. За последние 250 лет наблюдалось беспрецедентное по скорости увеличение его концентрации в атмосфере на 35%. В 2005 г. она составила 379 млн –1 ;

– метан (СН 4) является вторым по значимости парниковым газом после СО 2 ; его концентрация увеличилась в 2,5 раза по сравнению с доиндустриальным периодом и составила 1774 млрд –1 в 2005 г.;

– закись азота (N 2 O) , ее концентрация увеличилась на 18% к 2005 г. по сравнению с доиндустриальным периодом и составила 319 млрд –1 ; в настоящее время примерно 40% количества N 2 O, поступающего в атмосферу, обусловлено хозяйственной деятельностью (удобрения, животноводство, химическая промышленность).

На рис. 4.7 представлены временной ход концентрации диоксида углерода (а ), метана (б ) и закиси азота (в ) в атмосфере и их изменения за последние 10 000 лет и начиная с 1750 г. Временной ход получен по результатам измерений в ледовых отложениях по результатам различных исследователей и измерений в атмосфере. На рисунке отчетливо прослеживается прогрессирующее увеличение СО 2 и других газов за индустриальную эпоху.

Согласно данным Четвертого оценочного доклада МГЭИК (2007), в течение индустриальной эпохи происходит существенный рост атмосферных концентраций климатически активных газов. Так, в течение последних 250 лет атмосферные концентрации двуокиси углерода (СО 2) возросли с 280 до 379 ррm (миллионные доли на единицу объема). Современная концентрация парниковых данных в атмосфере, как это следует из анализа пузырьков воздуха из ледниковых кернов, сохранивших состав древней атмосферы Антарктиды, намного выше, чем когда-либо за последние 10 тыс. лет. Глобальная атмосферная концентрация метана возросла с 715 до 1774 ррв (миллиардные доли на единицу объема) за период индустриальной эпохи. Наиболее сильный рост концентрации парниковых газов наблюдается в последние десятилетия, в результате чего происходит нагрев атмосферы.

Таким образом, процесс современного потепления климата происходит на фоне устойчивого роста концентрации парниковых газов , и в первую оче­редь, углекислого газа (СO 2). Так, по данным на 1999 г., эмиссия СO 2 в результате человеческой деятельности, от сжигания ископае­мых видов горючего, достигла в 1996 г. 6,2 млрд т, что больше, чем в 1950 г. почти в 4 раза. С 1750 по 2000 г. произош­ло увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере на 31% (Переведенцев Ю.П., 2009).

Временной ход концентрации СО 2 на российской станции Териберка (рисунок 4.8) показывает, что средняя за 20 лет скорость роста СО 2 составила 1,7 млн –1 в год при значительных сезонных колебаниях, равных 15÷20 млн –1 .

Рис. 2.8. Временной ход концентрации СО 2 в атмосфере на станции Териберка (Кольский полуостров) за период наблюдений с 1988 г. Точками и линиями показаны единичные измерения (1 ), сглаженный сезонный ход (2 ) и многолетний тренд (3 ) СО 2 Концентрация СО 2 , млн –1 (ОД, 2008)

Механизм парникового эффекта объясняется различием погло­тительной способности атмосферы для приходящего к Земле излуче­ния Солнца и излучения, уходящего от Земли. Земля получает излу­чение Солнца в широкой полосе спектра со средней длиной волны около 0,5 мкм, и это коротковолновое излучение почти проходит ат­мосферу. Земля отдает полученную энергию почти как абсолютно черное тело в длинноволновом, инфракрасном диапазоне, со средней длиной волны около 10 мкм. В этом диапазоне у многих газов (СO 2 , СН 4 , Н 2 О и др.) есть многочисленные полосы поглощения, эти газы поглощают излучение, в результате выделяют тепло и большей ча­стью разогревают атмосферу. Углекислый газ интенсивно поглощает идущее от Земли излучение в диапазоне 12–18 мкм и является одним из основных факторов, обеспечивающих парниковый эффект (Переведенцев Ю.П., 2009).

Современное потепление климата. Факт того, что современный климат изменяется, признают все, так как и инструментальные измерения, и природные индикаторы свидетельствуют об одном: в последние десятилетия наблюдается значительное потепление климата планеты. В последнее столетие (1906–2005 гг.) с помощью наземной метеорологической сети зафиксировано достоверное повышение средней глобальной температуры у поверхности Земли на 0,74 °С. Разночтения возникают при обсуждении причины потепления. В Четвертом оценочном докладе эксперты МГЭИК (2007) делают выводы относительно причин наблюдаемого потепления: вероятность того, что изменения климата за последние 50 лет происходили без внешнего (антропогенного) воздействия, оценивается как крайне низкая (<5%). С высокой степенью вероятности (>90%) утверждается, что наблюдавшиеся за последние 50 лет изменения вызваны не только естественным, но и внешним воздействием. С вероятностью >90% в докладе утверждается, что рост концентраций антропогенных парниковых газов ответствен за большую часть глобального потепления начиная с середины XX в.

Существуют и другие взгляды на причиныпотепления - внутренний фактор, естественная изменчивость, обусловливающая колебания температуры, как в сторону потепления, так и похолодания. Так, в работе (Даценко Н.М., Монин А.С, Сонечкин Д.М., 2004) сторонники указанной концепции указывают, что период наиболее интенсивного роста глобальной температуры XX столетия (90-е годы) приходится на восходящую ветвь 60-летнего колебания, выявленного ими в индексах, характеризующих термическое и циркуляционное состояние атмосферы. При этом высказывается предположение, что современные колебания климата являются следствием нелинейных реакций климатической системы на квазипериодические внешние воздействия (циклы лунно-солнечных приливов и солнечной активности, циклы обращения наиболее крупных планет Солнечной системы вокруг общего центра и т.п.) (Переведенцев Ю.П., 2009).

Впервые рост индустриальных выбросов СO 2 в атмосферу устано­вил Х.Е. Зюсс в начале 50-х годов XX в. По изменению отношения углерода в древесных кольцах Зюсс сделал вывод о том, что ат­мосферная двуокись углерода уже со второй половины XIX века по­полняется выбросами СO 2 от сжигания ископаемого топлива. Он обна­ружил, что отношение радиоактивного С 14 , постоянно образующегося в атмосфере благодаря действию космических частиц, к стабильному С 12 уменьшается в течение последних ста лет в результате «разбавления» атмосферного СO 2 потоком СO 2 из ископаемых топлив, практически не содержащих С (период полураспада С 14 равен 5730 лет). Таким обра­зом, рост индустриальных выбросов СO 2 в атмосферу был обнаружен на основе измерений в древесных кольцах деревьев. Лишь в 1958 г. началась регистрация атмосферной концентрации СO 2 на станции Мауна Лоа в Тихом океане.

Рис. 4.7. Временной ход концентрации диоксида углерода (а ), метана (б ) и закиси азота (в ) в атмосфере и их изменения за последние 10 000 лет (крупная панель) и начиная с 1750 г. (вставленная в нее панель меньшего размера). Результаты измерений в ледовых отложениях (символы разного цвета и конфигурации) по результатам различных исследователей и измерений в атмосфере (красная кривая). Шкала оценок, соответствующих измеренным концентрациям радиационных воздействий приведена на больших панелях с правой стороны (Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (ОД), 2008)

© 2024 kigp.ru - Моторы для лодок. Лодки. Бензиновые моторы. Оборудование и аксессуары