Лекция № 7 Атмосфера

7.1. Атмосферный воздух, его качественный и количественный состав (см 2.5 Абиотические факторы наземной среды)

7.2 Загрязнение атмосферы, основные загрязняющие вещества и источники загрязнения (кислотные дожди, смоги, разрушение озонового слоя).

Какими же изменениями в атмосфере Земли вызвана необходимсмость осуществления крупных и дорогостоящих программ космических исследований?

Известно, что в атмосфере сохраняется лишь половина того количества двуокиси углерода, которое образуется в результате сжигания топлива на различных производствах, а остальная двуокись углерода, по предположению ученых, поглощается Мировым океаном. Наблюдаемые существенные сезонные изменения концентрации двуокиси углерода в атмосфере обычно объясняют биологическими процессами, а величина этих изменений превышает ежегодное увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, которое в 2 раза меньше того количества, что образуется при сжигании топлива. Предполагают, что в XXI в. вследствие увеличения содержания двуокиси углерода в атмосфере температура на Земле повысится в среднем на 2—3°С.

Круговорот двуокиси углерода в природе связан с жизнедеятельностью растений, человека, а также с сезонными изменениями температуры поверхности океанов. Углекислый газ образуется также вследствие уничтожения лесов и разрушения сбалансированных экосистем в результате хозяйственной деятельности человека, например из-за включения их в сельскохозяйственный оборот, строительства населенных пунктов и промышленных предприятий. По предварительным оцен­кам, по таким причинам в атмосферу может поступать столько же углекислого газа, сколько при сжигании природного топлива.

Морская вода способна поглощать примерно в 8 раз больше углекислого газа, чем дистиллированная вода, так как в ней содержатся ионы карбонатов, которые вступают в реакцию с растворенным углекислым газом и образуют ионы бикарбонатов.

По имеющимся данным, требуется 120 дней, чтобы в верхнем слое воды в океане толщиной-до 75 м произошла ответная" реакция, на изменение концентрации двуокиси - углерода в атмосфере, тогда как необходимо более 20 лет, чтобы содержание углекислого газа в атмосфере увеличилось в два раза, и от десятков до тысяч лет для того, чтобы насыщенные углекислым газом, слои воды перемешались с глубинными слоями.

Поскольку в поверхностных слоях воды может растворяться не более 10% углекислого газа, ежегодно поступающего в атмосферу, то более глубокие слои воды тоже участвуют в поглощении атмосферного углекислого газа. Установлено, что вода из глубинных слоев в Атлантическом океане поднимается на поверхность в среднем один раз в 275 лет, а в Тихом океане — один раз в 600 лет.

Образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека газы (которые в небольших количествах содержатся в атмосфере) глобально изменяют со­став атмосферы, долгосрочное воздействие которого на климат полностью еще не выяснено.

В большинстве районов земного шара ветры равно­мерно «перемешивают» содержащиеся в атмосфере химические вещества, а над Южным и Северным полюсами каждой зимой образуются гигантские атмосферные вихри. Над Арктикой холодный воздух в таком вихре перемешивается в потоках теплого воздуха, проникающих с других континентов. Антарктика удалена от остальных континентов, образующийся над ней вихрь не подвержен воздействиям извне, и поэтому ат­мосфера над Южным полюсом особенно уязвима для загрязнения химическими веществами.

«Дыра» над Антарктидой может быть следствием загрязнения атмосферы хозяйственной деятельностью человека, а если это так, то она будет увеличиваться и достигнет населенных районов Южной Америки, Австралии и. Южной Африки. Такая же «дыра» может образоваться и в слое озона над Северным полюсом.

Некоторые ученые высказывают мнение, что уменьшение количества озона является серьезным свидетельством воздействия на слой озона.хлорированных, и фторированных углеводородов и других химических ве­ществ, выделяемых промышленными предприятиями. Измерения, проводившиеся английскими учеными, по­казали, что начиная с 1975 г. средняя плотность озона над Антарктикой начала заметно ■ уменьшаться и в 1984 г. снизилась в среднем на треть. Эти данные бы­ли подтверждены измерениями плотности слоя озона, проводившимися спектрометром, установленным на ИСЗ «Нимбус-7».

Другие ученые склоняются к мнению, что это явление связано не только с воздействием на атмосферу хлорированных и фторированных углеводородов. Американские исследователи, например, считают, что взаимо­действие этих газов само по себе не может стать причиной таких резких изменений содержания озона. Вероятно, облака из частичек льда, образующиеся во время полярной зимы, увеличивают способность хлорированных и фторированных углеводородов разрушать озон.

Считают также, что разложению озона могут спо­собствовать бром и другие попадающие в атмосферу химические элементы. Причем даже крайне незначительное количество брома может вызывать разложение больших количеств озона. Если эта гипотеза подтвер­дится, то будет необходим строгий контроль и за выбросами брома. Значительно снизилось содержание озона в 1983—1984 гг., когда в результате извержений вул­канов в участки стратосферы над полюсами попало большое количество химических веществ.

Авторы этой гипотезы связывают появление «дыры» в озонном слое с частичками, попадающими в атмосферу при извержениях вулканов и собирающимися в атмосфере над полюсами.

Такие частички нагреваются солнечными лучами, и это приводит к подъему воздушных масс из нижних слоев атмосферы. Согласно другой гипотезе перемещение воздушных масс связано с солнечной активностью.

Правильность высказанных гипотез предстоит проверить. Особая роль в этих исследованиях отводится космическим аппаратам. Причем объем космических исследований земной атмосферы быстро растет. Напри­мер, в Великобритании он ежегодно увеличивается на 40—50%. Пять лет назад в этой стране насчитывалось всего 10 фирм, располагающих дорогостоящим оборудованием с достаточным быстродействием для того, чтобы обрабатывать информацию, поступающую со спутников. Сейчас такое оборудование имеет около 100 фирм.

В Великобритании в г. Фарнборо создан специальный центр, задача которого использовать спутники в гражданских целях. Уже сейчас центр располагает архивом снимков всей территории Британских островов (и в виде фотографий, и на магнитных лентах, которые за соответствующую плату могут быть использо­ваны различными компаниями при решении многих практических задач). Цена, установленная НАСА США за один новый снимок квадратного участка территории со стороной 100 миль, составляет 3 тыс. ф. ст. Столь высокая стоимость, как полагают, может привес­ти к появлению современных форм «пиратства», поскольку теоретически каждый, кто располагает несколькими миллионами фунтов стерлингов для приобретения специальной антенны, может получать со спутников всю информацию и продавать ее по более дешевой цене своим клиентам. Правда, пока подобное пиратство лишь прогнозируется на будущее в связи с постоянно увеличивающимся спросом.

7.3 Влияние атмосферного загрязнения на окружающую среду и здоровье людей. См. СРС № «Экология человека»