Роль атмосферы в географической оболочке

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Роль атмосферы в географической оболочке

Введение

Атмосфера - это газовая оболочка Земли, которая имеет свой состав и строение. Без этой оболочки на Земле было бы невозможно жить. Атмосфера определяет климат данной местности и планеты в целом, защищает все живые организмы Земли. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды, её животворным источником.

Неравномерное нагревание Солнцем воздуха и воды планетарные перемещения водных и воздушных масс, формирует перепады давления, океанические течения, грандиозные процессы атмосферной и водной циркуляции. Эти планетарные процессы тесно переплетаются, образуя общеземной и локальные круговороты веществ, направляя и перераспределяя энергию, поступающую от Солнца. Почвенный покров и биоценозы суши постоянно обмениваются веществами с атмосферой. Мировой океан и атмосфера, в свою очередь, связаны потоками энергии, парениями газов, аэрозолей, выпадением и испарением влаги. Наконец, экосистемы суши и Мирового океана связаны между собой многочисленными водными и воздушными потоками. Они обеспечивают образование, перенос и выпадение атмосферных осадков, аэросуспензий, аэрозолей, обмен газами и другими веществами между сушей и водной средой, живыми организмами и неживой природой: питание и миграция птиц, водных и сухопутных животных, приливы и отливы, подъём и опускание суши.

Поэтому изучаемая в работе проблема является актуальной на современном этапе научного познания. Целью курсовой работы было изучение роли атмосферы в географической оболочке Земли. В ходе работы были поставлены следующие задачи: изучение характеристик основных структурных элементов атмосферы; выявление значения атмосферы в географической оболочке; изучение источников загрязнения атмосферы.

Проблемой атмосферы и её изменения занимались многие авторы, среди них можно выделить Хромова С. П, С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг.

1. Атмосфера - воздушная оболочка Земли

1.1 Общее представление об атмосфере

Атмосфера - газообразная оболочка планеты. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твёрдых веществ. Основа атмосферы, воздух, представляет собой смесь газов, в первую очередь азота, кислорода, аргона, и углекислого газа. Воздушную оболочку нашей планеты называют греческим словом - Атмосфера, что можно перевести как оболочка из газа [9].

Общая масса земной атмосферы составляет примерно 5,15·10¹⁵т. Верхняя граница атмосферы лежит на высоте около 1000 км над уровнем моря; выше располагается так называемая корона Земли, простирающаяся на расстоянии около 20000 км и состоящая главным образом из водорода и гелия. Атмосфера обладает наименьшей массой из всех других геосфер нашей планеты: она составляет примерно 1/1000 массы гидросферы и около 1/10000 массы земной коры.

По словам специалистов, воздушная оболочка Земли состоит из нескольких основных слоев, это тропосфера, тропопауза, стратосфера, стратопауза, мезосфера, мезопауза, термосфера и экзосфера.

Всего атмосфера имеет толщину от двух до 3 тыс. км. от поверхности нашей планеты. Воздушная оболочка Земли обладает следующими функциями:

- регулирование климата Земли;

- поглощение солнечной радиации;

- пропускает тепловое излучение Солнца;

- сохраняет тепло;

- является средой распространения звука;

- источник кислородного дыхания;

- формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков;

- формирующий фактор литосферы (выветривание).

1.2 Химический состав атмосферы

атмосфера загрязнение географический

В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, что достигается деятельностью живых организмов. Атмосфера Земли уникальна по содержанию в ней различных газов, в том числе инертных. Молекулярный азот также относится к достаточно инертным газам. Кислород обладает значительной реакционной способностью, связанной с наличием в нём двух неспаренных электронов. Главными составными частями верхних слоёв атмосферы являются H₂ и He, а также их ионы. Воздух нижних слоёв атмосферы (до высоты 90 - 100 км) состоит из азота, кислорода и аргона. Содержание основных компонентов воздуха и малых добавок в нём приведено в таблице 1.2.1 [12].

Таблица 1.2.1 - Химический состав атмосферы

Компоненты	Содержание, %
	Массовая доля	Объёмная доля
Азот	75,52	78,09
Кислород	23,15	20,94
Аргон	1,28	0,93
Диоксид углерода	0,046	0,033
Неон	1,2·10-3	1,8·10-3
Гелий	7,2·10-5	5,2·10-4
Криптон	3,3·10-4	10-4
Ксенон	3,9·10-5	8·10-6
Оксид азота	2,5·10-3	2,5·10-4
Водород	3,5·10-6	5·10-5
Метан	0,8·10-4	1,5·10-4
Диоксид азота	8·10-5	1,5·10-4
Озон	10-5-10-6	2·10-6
Диоксид серы	-	2·10-8
Оксид углерода	-	10-5
Аммиак	-	10-6

На высоте 100 - 120 км чаще всего встречаются азот и кислород; на высоте 400 км находится кислород в атомарном состоянии (с одним свободным электроном); на высоте 600 - 1600 км чаще всего встречают гелий; выше преобладает водород.

В нижних слоях атмосферы (до 25 км) встречаются CO₂, углеводороды C_xH_y, диоксид серы SO₂, оксиды азота N_xO_y и др.

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленная как быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальном направлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в ней физико-химических реакций. Атмосфера рассматривается сейчас как огромный «химический котел», который находится под воздействием многочисленных и изменчивых антропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу, характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие при сгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды и при осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть в организм человека через органы дыхания. Аэрозоли разделяются на первичные (выбрасываются из источников загрязнения), вторичные (образуются в атмосфере), летучие (переносятся на далекие расстояния) и нелетучие (отлагаются на поверхности вблизи зон пылегазовыбросов). Устойчивые и тонкодисперсные летучие аэрозоли - (кадмий, ртуть, сурьма, йод-131 и др.) имеют тенденцию накапливаться в низинах, заливах и других понижениях рельефа, в меньшей степени на водоразделах [12].

2. Строение атмосферы

Рассмотрим изменение температуры и давления атмосферы по высоте - стратификацию атмосферы, мысленно проведя её разрез по вертикали. По характеру изменений температуры с увеличением высоты различают несколько сфер, разделённых паузами (рисунок 2.1) [4].

Рисунок 2.1 - Схема строения атмосферы

Атмосфера делится на следующие слои:

* Тропосфера - граница до 10 - 12 км.

* Стратосфера - граница до 55 км от тропосферы.

* Мезосфера - граница до 85 - 90 км от стратосферы.

* Термосфера - граница до 150 км от мезосферы.

* Экзосфера - граница до 800 - 2 000 км от термосферы.

Тропосфера (др.-греч. фспрЮ - «поворот», «изменение» и уцб?сб - «шар») - нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе - 16-18 км.

В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. При подъёме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65° и достигает 220 К (-53°C) в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников называется хионосферой. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией [9].

Тропопауза (от греч. фспрпт - поворот, изменение и рбхуйт - остановка, прекращение) - часть атмосферы, переходный слой от тропосферы к стратосфере. Расположена, в среднем, в 12 км от поверхности Земли.

Толщина тропопаузы составляет от нескольких сотен метров до 2-3 километров. Высота тропопаузы зависит от географической широты, циклонической деятельности и сезона (летом тропопауза расположена выше, чем зимой). В субтропиках наблюдаются разрывы тропопаузы, обусловленные мощными струйными течениями. Тропопауза над отдельными районами часто разрушается и формируется заново. В тропопаузе градиент температуры, имеющийся в тропосфере, уменьшается; иногда наблюдается температурная инверсия [9].

Стратосфера (от др.-греч. уфсбфьт - «войско» и уцб?сб - «шар», «сфера») - 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°С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0°С), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15-20 до 55-60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О₃) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О₃ составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7-4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О₃ происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180-200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.

В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют - на атомы (выше 80 км диссоциируют СО₂ и Н₂, выше 150 км - О₂, выше 300 км - Н₂). На высоте 200-500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О⁺₂, О^?₂, N⁺₂) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы - ОН*, НО*₂ и др. В стратосфере почти нет водяного пара.

Стратопауза - слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, стратосферой и мезосферой. В стратосфере температура повышается с увеличением высоты, а стратопауза является слоем, где температура достигает максимума. Температура стратопаузы - около 0°C.

Данное явление наблюдается не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу. На Земле стратопауза находится на высоте 50 - 55 км над уровнем моря. Атмосферное давление составляет около 1/1000 от давления на уровне моря [9].

Мезосфера (от греч. меуп- - «средний» и уцб?сб - «шар», «сфера») - слой атмосферы на высотах от 40-50 до 80-90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; максимум (порядка +50°C) температуры расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать до ?70° или ?80°C. Такое повышение температуры связано с энергичным поглощением солнечной радиации (излучения) озоном. Термин принят Географическим и геофизическим союзом в 1951 году.

Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой, а от вышележащей термосферы - мезопаузой. Мезопауза в основном совпадает с турбопаузой. Метеоры начинают светиться и, как правило, полностью сгорают в мезосфере. В мезосфере могут появляться серебристые облака.

Мезопауза - слой атмосферы, являющийся пограничным между двумя слоями, мезосферой и термосферой. На Земле располагается на высоте 80-90 км над уровнем моря. В мезопаузе находится температурный минимум, который составляет около ?225°C (температура постоянная или медленно повышается), выше неё (до высоты около 400 км) температура снова начинает расти. Мезопауза совпадает с нижней границей области активного поглощения рентгеновского и наиболее коротковолнового ультрафиолетового излучения Солнца. На этой высоте наблюдаются серебристые облака.

Мезопауза имеется не только на Земле, но и на других планетах, имеющих атмосферу.

Термосфера (от греч. иесмьт - «тёплый» и уцб?сб - «шар», «сфера») - слой атмосферы, следующий за мезосферой, - начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150-300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O₂). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере - джоулева теплота, выделяемая электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь [9].

Экзосфера (от др.-греч. ?кфьт - «снаружи», «вне» и уцб?сб - «шар», «сфера») - самая внешняя часть верхней атмосферы Земли и планет с низкой концентрацией нейтральных атомов. Для атомов экзосферы достаточно высока вероятность покинуть атмосферу без столкновений с другими атомами. Протяжённую экзосферу Земли, распространяющуюся вплоть до высот порядка 100 тыс. км, часто называют геокороной, она состоит из атомов водорода, «испаряющихся» из верхней атмосферы.

Ионосфера - часть верхней атмосферы Земли, сильно ионизирующаяся вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, от Солнца. Ионосфера состоит из смеси газа нейтральных атомов и молекул (в основном азота N₂ и кислорода О₂) и квазинейтральной плазмы (число отрицательно заряженных частиц лишь примерно равно числу положительно заряженных). Степень ионизации становится существенной уже на высоте 60 километров и неуклонно увеличивается с удалением от Земли. В зависимости от плотности заряженных частиц N в ионосфере выделяются слои D, Е и F.

Слой D. В области D (60-90 км) концентрация заряженных частиц составляет 10І-10і см^?3 - это область слабой ионизации. Основной вклад в ионизацию этой области вносит рентгеновское излучение Солнца. Также небольшую роль играют дополнительные слабые источники ионизации: метеориты, сгорающие на высотах 60-100 км, космические лучи, а также энергичные частицы магнитосферы (заносимые в этот слой во время магнитных бурь). Слой D также характеризуется резким снижением степени ионизации в ночное время суток.

Слой Е. Область Е (90-120 км) характеризуется плотностями плазмы до 10⁵ см^?3. В этом слое наблюдается рост концентрации электронов в дневное время, поскольку основным источником ионизации является солнечное коротковолновое излучение, к тому же рекомбинация ионов в этом слое идёт очень быстро и ночью плотность ионов может упасть до 10і см^?3. Этому процессу противодействует диффузия зарядов из области F, находящейся выше, где концентрация ионов относительно велика, и ночные источники ионизации (геокороное излучение Солнца, метеоры, космические лучи и др.).

Спорадически на высотах 100-110 км возникает слой E_S, очень тонкий (0,5-1 км), но плотный. Особенностью этого подслоя является высокая концентрации электронов, которые оказывают значительное влияние на распространение средних и даже коротких радиоволн, отражающихся от этой области ионосферы. Слой E в силу относительно высокой концентрации свободных носителей тока играет важную роль в распространении средних и даже коротких волн.

Слой F. Областью F называют теперь всю ионосферу выше 130-140 км. Максимум ионобразования достигается на высотах 150-200 км. Однако вследствие диффузии и относительно долгой длительности жизни ионов образовавшаяся плазма распространяются вверх и вниз от области максимума. Из-за этого максимальная концентрация электронов и ионов в области F находится на высотах 250-400 км. В дневное время также наблюдается образование «ступеньки» в распределении электронной концентрации, вызванной мощным солнечным ультрафиолетовым излучением. Область этой ступеньки называют областью F₁ (150-200 км). Она оказывает заметное влияние на распространение коротких радиоволн. Вышележащую часть слоя F называют слоем F₂. Здесь плотность заряженных частиц достигает своего максимума - 10⁵-10⁶ см^?3.

На больших высотах преобладают более лёгкие ионы кислорода (до высот 400-1000 км), а ещё выше - ионы водорода (протоны) и в небольших количествах - ионы гелия [9].

3. Роль атмосферы в географической оболочке и её охрана

3.1 Роль атмосферы в географической оболочке

Согласно эволюционной модели, на раннем этапе Земля находилась в расплавленном состоянии и около 4,5 млрд. лет назад сформировалась как твердое тело. Этот рубеж принимается за начало геологического летоисчисления. С этого времени началась медленная эволюция атмосферы.

Некоторые геологические процессы, (например, излияния лавы при извержениях вулканов) сопровождались выбросом газов из недр Земли. В их состав входили азот, аммиак, метан, водяной пар, оксид СО и диоксид СО₂ углерода. Первичная атмосфера Земли сильно отличалась от современной: она была значительно более плотной и состояла в основном из углекислого газа.

Важную роль во всех природных процессах играет атмосфера. Без этой оболочки на Земле было бы невозможно жить. Всякое живое существо всю свою жизнь на Земле и в воде дышит, питая кровь кислородом. Дышат также и растения, поглощая углекислый газ и выделяя кислород (рисунок 3.1.1) [7].

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.1.1 - Роль атмосферы в географической оболочке

Таким образом, атмосферный воздух - это источник дыхания человека, животных и растительности, сырьё для процессов горения и синтеза химических веществ; он является материалом, применяемым для охлаждения различных промышленных и транспортных установок, а также средой, в которую выбрасываются отходы жизнедеятельности человека, высших и низших животных и растений.

Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного нагревания и охлаждения, т.к. воздух (в виду наличия в нем углекислого газа) легко пропускает солнечные лучи, нагревающие землю, и не пропускает тепловые излучение. Поэтому на Земле не бывает резких переходов от жары к холоду. Если бы не было воздушной оболочки Земли, то в течение суток температура менялась бы до 200°С. Благодаря атмосфере средняя температура у поверхности земли составляет 15°С. Она определяет климат данной местности и планеты в целом.

Атмосфера имеет очень большое экологическое значение. Она защищает все живые организмы Земли от губительного влияния космических излучений и ударов метеоритов, регулирует сезонные температурные колебания. Атмосфера защищает Землю от многочисленных метеоритов. Ежесекундно в атмосферу попадает до 200 млн. метеоритов, доступных для наблюдения невооруженным глазом, но они сгорают в атмосфере. Замедляют свое движение в атмосфере мелкие частицы космической пыли.

Велико значение атмосферы в распространении влаги. В среде атмосферы хорошо распространяется звук. Воздух атмосферы является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды, её животворным источником [7].

3.2 Загрязнение атмосферы

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение её состава при поступление примесей естественного (природного) или искусственного (антропогенного) происхождения (рисунок 3.1.2). К природным источникам загрязнения атмосферы относятся: извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, пыль космического происхождения, частицы морской соли, продукты растительного, животного и микробиологического происхождения. Уровень такого загрязнения рассматривается в качестве фонового, который мало изменяется со временем [4].

Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы - вулканическая и флюидная активность Земли. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чём свидетельствуют летописи и современные наблюдения. Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязнённого состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает несколько лет.

Рисунок 3.2.1 - Виды источников загрязнения

К антропогенным источникам загрязнения, обусловленным хозяйственной деятельностью человека, относятся следующие:

1) Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. т углекислого газа в год. В результате этого за 100 лет (1860-1960 гг.) содержание CO₂ увеличилось на 18% (с 0,027 до 0,032%). За последние три десятилетия XX в. темпы этих выбросов значительно возросли и к 2000 г. количество углекислого газа в атмосфере составило не менее 0,05%.

2) Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3) Выхлопы современных турбореактивных самолётов с оксидами азота и газообразными фтороуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы (озоносферы).

4) Производственная деятельность.

5) Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, шахтных стволов, карьеров при сжигании мусора).

6) Выбросы предприятиями различных газов.

7) Сжигание топлива в факельных печах, в результате чего образуется самый массовый загрязнитель - монооксид углерода.

8) Сжигание топлива в котлах и двигателях транспортных средств, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

9) Вентиляционные выбросы (Шахтные стволы).

10) Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы) при ПДК (предельно допустимые концентрации) в рабочих помещениях 0,1 мг/м³. В больших количествах озон является высокотоксичным газом [12].

При процессах сгорания топлива наиболее интенсивное загрязнение приземного слоя атмосферы происходит в мегаполисах и крупных городах, промышленных центрах ввиду широкого распространения в них автотранспортных средств, ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на угле, мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине. Вклад автотранспорта в общее загрязнение атмосферного воздуха достигает здесь 40-50%. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы становятся катастрофы на АЭС (например, чернобыльская авария) и испытания ядерного оружия в атмосфере. Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории. Высокая опасность химических и биохимических производств заключается в потенциальной возможности аварийных выбросов в атмосферу чрезвычайно токсичных веществ, а также микробов и вирусов, которые могут вызвать эпидемии среди населения и животных.

В настоящее время в приземной атмосфере находятся многие десятки тысяч загрязняющих веществ антропогенного происхождения. Ввиду продолжающегося роста промышленного и сельскохозяйственного производства появляются новые химические соединения, в том числе сильно токсичные. Главными антропогенными загрязнителями атмосферного воздуха кроме крупнотоннажных оксидов серы, азота, углерода, пыли и сажи являются сложные органические, хлорорганические и нитросоединения, техногенные радионуклиды, вирусы и микробы. Наиболее опасны широко распространённые в воздушном бассейне России диоксин, бенз(б) пирен, фенолы, формальдегид, сероуглерод. Твёрдые взвешенные частицы представлены главным образом сажей, кальцитом, кварцем, гидрослюдой, каолинитом, полевым шпатом, реже сульфатами, хлоридами. В снеговой пыли специально разработанными методами обнаружены оксиды, сульфаты и сульфиты, сульфиды тяжёлых металлов, а также сплавы и металлы в самородном виде.

В Западной Европе приоритет отдаётся 28 особо опасным химическим элементам, соединениям и их группам. В группу органических веществ входят акрил, нитрил, бензол, формальдегид, талы (As, Cd, Cr, Pb, Mn, Hg, Ni, V), газы (угарный газ, сероводород, оксиды азота и серы, радон, озон), асбест. Преимущественно токсическое действие оказывают свинец и кадмий. Интенсивный неприятный запах имеют сероуглерод, сероводород, стирол, тетрахлорэтан, толуол. Воздействие оксидов серы и азота распространяется на большие расстояния. Вышеуказанные 28 загрязнителей воздуха входят в международный реестр потенциально токсичных химических веществ [12].

Вещества-загрязнители бывают трёх видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твёрдые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии. К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглеводороды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Основным источником загрязнения воздуха являются предприятия чёрной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные. К источникам загрязнений относятся теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ, металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения первичных. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Главным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 170% ежегодно добываемого твёрдого и жидкого топлива [12].

Основными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

- оксид углерода - получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твёрдых отходов, а также с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода активно реагирует с составными частями атмосферы, способствует повышению температуры на планете и созданию парникового эффекта;

- сернистый ангидрид - выделяется в процессе сгорания топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 85% общемирового выброса;

- серный ангидрид - образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, подкисляющий почву; он обостряет также заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида;

- сероводород и сероуглерод - поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями они подвергаются медленному окислению до серного ангидрида;

- оксиды азота - загрязнения, основным источником которых являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шёлк, целлулоид. В атмосферу поступает около 20 млн. т оксидов азота;

- соединения фтора - загрязнения, основным источником которых являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений, фторсоединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами;

- соединения хлора - загрязнения, которые поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

В металлургической промышленности при выплавке чугуна и переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу тяжёлых металлов и ядовитых газов. Так, в расчёте на 1 т предельного чугуна выделятся 2,7 кг сернистого газа и 4,5 пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода [12].

Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. В конце XX в. на Земле эксплуатировалось около 500 млн. автомобилей, в начале XXI в. ожидается увеличение их числа почти вдвое.

В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26-30 т воздуха, в том числе 4.5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом от одного автомобиля в атмосферу поступает (кг/год): угарного газа - 700, диоксида азота - 40. несгоревших углеводородов - 230 и твёрдых веществ - 2-5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения этилированного бензина.

Статистика показывает, что в домах, расположенных рядом с автомагистралью (с шириной полотна до 10 м), жители болеют раком в 3-4 раза чаще, чем в домах, удалённых от дороги на расстояние 50 м. Выхлопные газы автомобилей отравляет также водоёмы, почву и растения.

В настоящее время, когда автомобиль с бензинным двигателем стал одним из существенных факторов, приводящих к загрязнению окружающей среды, специалисты всё чаще обращаются к идее создания «чистого» автомобиля. Речь, как правило, идёт об электроавтомобиле. В интересах защиты окружающей среды считается целесообразным перевод автотранспорта на электротягу, особенно в крупных городах [2].

3.3 Последствия загрязнения атмосферы

Одной из наиболее серьёзных проблем, связанных с загрязнением атмосферы, является возможное изменение климата, которое выходит за рамки планов и желаний человека. Основной причиной влияния на климат считают нарастание в атмосфере доли парниковых газов, ведущее к повышению температуры, за которой следует таяние ледников и повышение уровня океана, что вызовет кардинальное изменение климата в мире. За последние 130 лет средняя глобальная температура атмосферы увеличилась на 1°C и эта тенденция сохраняется до настоящего времени.

Многие исследователи считают глобальное потепление следствием усиления парникового эффекта. Однако существует и другая точка зрения, согласно которой как само потепление, так и особенности уровня осадков находят достаточно убедительное объяснение в рамках циркуляционной теории. Более того, сторонники этой гипотезы указывают на существование периодов значительно более сильно выраженных (на 2-3°C) потеплений в историческом прошлом (VII-XII вв., первая половина XVI в. и XVII в.), которые едва ли можно объяснить антропогенным воздействием. В климатах прошлого отмечены значительные колебания уровня озёр, режима рек, экстремальные засухи и наводнения. Если события такого масштаба повторятся в будущем, они могут иметь настолько серьёзные социально-экономические последствия, что к ним могут и не адаптироваться социальные и экономические системы. Если десять и более лет назад главным фактором изменения климата считали увеличение выбросов парниковых газов, повлекло за собой политические решения о квотах на выбросы, то сейчас позиция большинства учёных претерпела серьёзные изменения. Как ни важен поднимаемый вопрос, ещё более актуальным является надёжный научный прогноз темпов климатических сдвигов, возможной глубины и последствий для человечества и биосферы Земли в целом.

Впервые мысль о парниковом эффекте была высказана Ж.Б. Фурье в 1827 г. По его выражению, атмосфера подобна прозрачной стеклянной оболочке, дающей возможность солнечному свету проникать до земной поверхности, но задерживающей скрытую радиацию Земли.

Сущность парникового эффекта заключается в следующем: парниковые газы выполняют роль стекла, в результате чего тепло концентрируется под создаваемой ими оболочкой вокруг земли. Энергия света, проникая через атмосферу, поглощается поверхностью нашей планеты, переходит в тепловую и выделяется в виде тепла. Тепло, как известно, в отличие от света не выходит наружу через стекло, а накапливается внутри парника, заметно повышая температуру воздуха и усиливая испарение. Главным поглотителем теплового излучения Солнца и земной поверхности служит вода, присутствующая в виде паров и облаков. Менее 7% излучаемой земной поверхностью радиации проходит через «окна прозрачности», однако эти окна существенно снижаются из-за присутствия а атмосфере молекул парниковых газов.

Парниковые газы - это газы, поглощающие тепло (инфракрасное излучение) и определяющие потепление климата. На звание «парниковые» могут в принципе претендовать любые газовые компоненты, поглощающие в «окне прозрачности». В их число входят все обнаруженные к настоящему времени в атмосфере органические соединения, включающие многие сотни наименований. Все они действительно вносят свой вклад в поглощение переизлучаемой подстилающей поверхностью ИК-радиации и в нагревание атмосферы, однако в категорию «парниковые» не попадают. Причина такой «дискриминации» заключается даже не в том, что концентрации большинства из этих компонентов слишком малы, а в очень коротком времени жизни и отсутствии тенденции к накоплению в атмосфере. Если будут получены доказательства увеличения содержания таких соединений под влиянием природных факторов или в результате деятельности человека, то они также должны быть включены в рассмотрение в качестве прямых «соучастников» изменений климатической системы Земли [6].

Развитие промышленности, транспорта, освоение новых источников энергии приводит к тому, что количество промышленных выбросов постоянно увеличивается. Это связано главным образом с использованием горючих ископаемых на тепловых электростанциях, промышленных предприятиях, в двигателях автомобилей и в системах отопления жилых домов.

В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу земли поступают соединения азота, хлора и некоторые другие элементы. Среди них преобладают оксиды серы - SO₂ и азота - NO_x (N₂O, NO₂). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H₂SO₄) и азотную (HNO₃) кислоты различной концентрации. Из школьного курса химии хорошо известно, что кислотность среды, определяемая водородным показателем (pH), является величиной, характеризующей концентрацию ионов водорода в растворе, и численно равна отрицательному десятичному логарифму этой концентрации: pH = - lg [H⁺]. Водные растворы могут иметь pH от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют pH 7, а щелочная - больше 7.

До определенного времени проблема кислотных дождей считалась региональной, связанной главным образом с развитием промышленности северного полушария. Однако высокие выбросы серы и азота в местах, где используются техногенные ископаемые, сделали проблему кислотных дождей международной. Выбросы промышленных предприятий могут переноситься воздушными потоками на многие тысячи километров и вызывать кислотные дожди в странах, которые находятся на больших расстояниях от источников загрязнения.

Специалисты считают, что термин «кислотные дожди» недостаточно точен. Для такого типа загрязнителей лучше подходит выражение «кислотные осадки». Действительно, загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя, но и в виде снега, облаков, тумана («влажные осадки»), либо в виде газа и пыли («сухие осадки») в засушливый период.

Жертвами кислотных дождей в первую очередь становятся водоёмы - озёра и реки. Повышение кислотности водоёмов влечёт за собой увеличение содержания алюминия, крайне токсичного для рыб (летальная доза - 0,2 мг/л). Попутно фосфаты, которые играют особую роль в развитии фитопланктона - кормовой базы многих рыб, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для ихтиофауны водоёмов. Особенно опасно подкисление для океанических мелководий, поскольку уменьшение массы фитопланктона Мирового океана ведет к разрыву пищевых цепей и может изменить экологическое равновесие в океанической экосистеме.

Хотя почвы и менее восприимчивы к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении прироста, изменении состава подпологовой растительности [6].

3.4 Законодательство об охране и использовании атмосферного воздуха

В физическом смысле атмосферный воздух - это определенная смесь газов, имеющая значение для поддержания жизни на Земле. Как объект правовой охраны и использования атмосферный воздух является одним из жизненно важных элементов окружающей среды обитания людей, благоприятное состояние которого составляет естественную основу устойчивого социально-экономического развития общества и государства. По существу в атмосферном воздухе воплощается вся естественная среда, окружающая человека. Атмосферный воздух в значительной степени и есть та окружающая естественная среда, которую охраняет человек.

Таким образом, атмосферный воздух - это охраняемый законом природный объект, представляющий собой воздушную (газовую) оболочку планеты и выполняющий экологическую, экономическую и социальную функции.

В качестве объекта охраны, с одной стороны является воздух (закон Республики Беларусь «Об охране атмосферного воздуха»), с другой - атмосфера в целом (закон Республики Беларусь «Об охране окружающей среды»).

В качестве необходимого компонента производственных технологических процессов атмосферный воздух широко используется в промышленности, строительстве и других отраслях экономики как источник сырья (для получения кислорода, азота и т.д.) и как вспомогательный материал (окислитель, сжатый воздух, охладитель). В целом же можно выделить следующие сферы использования атмосферного воздуха:

- как природного сырья;

- для производственных нужд;

- для выбросов загрязняющих веществ в качестве естественного резервуара;

- при осуществлении деятельности, связанной с искусственным изменением природной среды (влияние на погоду, климат и т.д.);

- как производственную среду для воздушного транспорта [1].

Как самостоятельный объект охраны атмосферный воздух был впервые определен в Законе Белорусской ССР от 21 декабря 1961 г. «Об охране природы в Белорусской ССР». В настоящее время правовые и организационные основы норм хозяйственной и иной деятельности в области использования и охраны атмосферного воздуха регулируются Законом Республики Беларусь «Об охране атмосферного воздуха», принятым Палатой представителей 19 декабря 1996 г., одобренным Советом Республики 30 января 1997 г. и подписанным Президентом Республики Беларусь 15 апреля 1997 г., Положением о порядке ведения государственного кадастра атмосферного воздуха Республики Беларусь и иными нормативными актами.

Данные акты направлены на сохранение и улучшение качества атмосферного воздуха, его восстановление для обеспечения экологической безопасности жизнедеятельности человека, а также предотвращения вредного воздействия на окружающую среду. В частности, основными задачами Закона Республики Беларусь «Об охране атмосферного воздуха» являются:

- регулирование отношений в области охраны атмосферного воздуха в целях обеспечения благоприятной среды обитания человека, сохранения, улучшения и восстановления состояния атмосферного воздуха;

- предотвращение и снижение уровней вредного химического, физического, биологического и иного воздействия на атмосферный воздух;

- обеспечение рационального использования атмосферного воздуха для производственных нужд;

- укрепление правопорядка и законности в области охраны атмосферного воздуха.

Полномочия Совета Министров Республики Беларусь в области определения государственной политики по охране окружающей среды, гидрометеорологической деятельности, осуществления мер по охране окружающей среды, в том числе и атмосферного воздуха, определены в Законе «О Совете Министров Республики Беларусь и подчиненных ему государственных органах». Более конкретно компетенция Правительства в данной сфере сформулирована в нормах Закона Республики Беларусь «Об охране атмосферного воздуха». В соответствии со статьей 15 данного Закона Совет Министров Республики Беларусь:

- разрабатывает и принимает меры по реализации государственной политики в области охраны атмосферного воздуха;

- осуществляет меры по охране атмосферного воздуха и улучшению его состояния;

- обеспечивает разработку и реализацию государственной и межгосударственной экологических программ в области охраны атмосферного воздуха;

- устанавливает лимиты выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух;

- утверждает нормативы потребления атмосферного воздуха для производственных нужд;

- определяет порядок учета, оценки, ведения государственного кадастра и мониторинга атмосферного воздуха;

- определяет порядок проведения государственного контроля за охраной атмосферного воздуха;

- принимает решения о приостановлении, прекращении или перепрофилировании деятельности субъектов хозяйствования, не обеспечивающих выполнения требований законодательства об охране атмосферного воздуха, и др. [1].

3.5 Меры по охране атмосферы

Выделяют следующие основные пути снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы:

- разработка и внедрение очистных фильтров;

- применение экологически безопасных источников энергии;

- безотходной технологии производства;

- борьба с выхлопными газами автомобилей;

- озеленение.

Очистные фильтры являются основным средством борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Очистка выбросов в атмосферу осуществляется путем пропускания их через различные фильтры (механические, электрические, магнитные, звуковые и др.), воду и химически активные жидкости. Все они предназначены для улавливания пыли, паров и газов.

Эффективность работы очистных сооружений различна и зависит как от физико-химических свойств загрязнителей, так и от совершенства применяемых методов и аппаратов. При грубой очистке выбросов устраняется от 70 до 84% загрязнителей, средней очистке - до 95-98% и тонкой - 99% и выше. Решить проблему охраны атмосферы только при помощи очистных сооружений невозможно. Необходимо применение комплекса мероприятий, и, прежде всего внедрение безотходных технологий.

Безотходная технология эффективна в том случае, если она строится по аналогии с процессами, происходящими в биосфере: отходы одного звена в экосистеме используются другими звеньями. Цикличное безотходное производство, сопоставимое с циклическими процессами в биосфере, - это будущее промышленности, идеальный путь сохранения чистоты окружающей среды.

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения - переход на использование новых экологически безопасных источников энергии. Например, строительство станций, использующих энергию приливов и отливов, использование гелиоустановок и ветряных двигателей. При высоких температурах происходит окисление содержащихся токсичных органических загрязнений кислородом воздуха до нетоксичных соединений. Дожигание органических примесей в газах промышленных выбросов и транспорта применяют в основном в тех случаях, когда утилизация их нецелесообразна или невозможна.

В качестве частных решений защиты воздуха от выхлопных газов автомобилей можно указать на установку фильтров и дожигающих устройств, замену добавок, содержащих свинец, организацию движения транспорта, которая уменьшит и исключит частую смену режимов работы двигателей. Кардинально проблема может быть решена при замене двигателей внутреннего сгорания на электрические. Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах автомобилей предлагается замена бензина другими видами горючего, например смесью различных спиртов. Перспективны газобаллонные автомобили.

Озеленение городов и промышленных центров: зелёные насаждения за счёт фотосинтеза освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают его кислородом. На листьях деревьев и кустарников оседает до 72% взвешенных частиц пыли и до 60% диоксида серы. Поэтому в парках, скверах и садах в воздухе содержится пыли в десятки раз меньше, чем на открытых улицах и площадях. Многие виды деревьев и кустарников выделяют фитонциды, убивающие бактерии. Зелёные насаждения в значительной мере регулируют микроклимат города, «гасят» городской шум, приносящий огромный вред здоровью людей.

Для поддержания чистоты воздуха большое значение имеет планировка города. Фабрики и заводы, транспортные магистрали должны отделяться от жилых кварталов буферной зоной, состоящей из зелёных насаждений. Необходимо учитывать направление основных ветров (розу ветров), рельеф местности и наличие водоёмов, располагать жилые кварталы с подветренной стороны и на возвышенных участках. Промышленные зоны лучше размещать вдали от жилых кварталов или за пределами города.

Правовая охрана атмосферы - реализация конституционных прав населения и норм в экологической сфере привела к существенному расширению базы законодательного регулирования в области охраны атмосферного воздуха [4].

В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем - высокие и под их защитой - детские и лечебные учреждения; озеленение.

Заключение

Курсовая работа выполнялась по дисциплине «Общее землеведение» по теме «Роль атмосферы в географической оболочке». В ходе работы были изучены структура и значение атмосферы в географической оболочке. В результате написания курсовой работы более прочно и глубоко усвоен учебный материал, приобретены навыки подбора и систематизации литературного и справочного материалов. Также закрепилось умение анализировать, обобщать и делать выводы.

Атмосфера - это внешняя газовая оболочка Земли, которая начинается у её поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км. Атмосфера имеет слоистое строение: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера.

Атмосферный воздух - смесь газов, отличающаяся (за исключением водяных паров) постоянством химического состава. В сухом воздухе у земной поверхности содержится: азот, кислород, аргон, углекислый газ. Есть в воздухе и другие газы: криптон, ксенон, неон, гелий, йод, радон, метан и некоторые другие, но их содержание ничтожно мало.

В ходе работы выяснено что:

- атмосфера имеет очень большое экологическое значение:

- благодаря газообразной оболочке поверхность Земли не нагревается днем и не остывает ночью;

- атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большая часть которых сгорает и не долетает до поверхности планеты;

- озоновый экран (озоносфера) защищает человечество от избыточных ультрафиолетовых излучений, большая доза которых губительна для организма;

- кислород, содержащийся в атмосфере, необходим всем живым организмам для дыхания.

...