Загрязнение атмосферы

Строение атмосферы

Загрязнение атмосферы

Виды источников, нарушающих естественное состояние атмосферного воздуха

Изменяющийся климат

Влияние военно-промышленного комплекса на атмосферу

Управление состоянием воздушного бассейна. Принятие решений

 

 

Строение атмосферы

Благодаря своему составу атмосфера способна регулиро­вать температуру и отражать опасную для живых организмов часть коротковолновой солнечной радиации, что делает воз­можным существование жизни на земле. Атмосфера опреде­ляет погоду и перемещения воздушных масс. Она является одной из важнейших составляющих круговорота вещества и биосфере. Хозяйственная деятельность человека оказывает мощнейшее давление на атмосферу

Состав. Атмосфера образовалась путем химических и фо­тохимических процессов, происходящих на земле и под вли­янием солнечного излучения. Она хорошо перемешана и по­стоянна до высоты 100 км (гомосфера). Выше (до 800 км) имеет место диффузионное разделение газов с преимущест­венным преобладанием и начале кислорода, затем гелия и водорода. Этот слой, сильно меняющийся по составу, назы­вается гетеросферой.

Основной состав атмосферы (близ земной поверхности) включает 4 газа (в относительных %); азот -- 78,08; кисло­род — 20,95; аргон — 0,98; углекислый газ — 0,034. Азот по­стоянен в гомосфере. Кислород также постоянен в гомосфс-рс. Фотохимический процесс диссоциирован в термосфере. а также в некоторой степени в мезосфере и стратосфере. Аргон постоянен в гомосфере. На больших высотах его лоля возрастает благодаря диффузионному разделению.

Нижеследующие газы являются постоянными в гомосфе­ре, но на больших высотах их концентрации возрастают, бла­годаря диффузионному разделению (%):

Ne – 1,82 ∙ 10 ^-4;

He – 5,24 ∙ 10 ^-4;

Kr - 1,14 ∙ 10 ^-4,

СН₄ -- постоянен в атмосфере (1,510 • 10"" %), но диссо­циирован в верхней тропосфере и выше.

Н₈ -- постоянен в гомосфере (5 • 10° %). Является про­дуктом фотохимической диссоциации Н₂О в нижней термо­сфере. Выше — диссоциирован.

N0 составляет около 10"* %. Является продуктом фотохи­мической реакции в стратосфере и мезосфере. В небольших относительных количествах (но имеющих постоянную тен­денцию к росту) в атмосфере присугствуют продукты загряз­нения хозяйственной деятельности человека: СО, ^О, N0.,, некоторые другие газы.

Термическая структура атмосферы неоднородна. Нижняя часть—тропосфера—достигает высоты 10 км, характеризуется понижением температуры (с 280 до 200°К). Выше выделяется тропопауза со стабильно низкой температурой (до высоты 20 км), за которой следует стратосфера (новое повышение тем­пературы до уровня 280°К до высоты 60 км). Выше, до уровня 60-—80 км, выделяется стратопауза. Мезосфера распространя­ется до высоты 90 км. С понижением температуры до 200"К. За ней следует мезопауза, выше которой отмечается новое по­вышение температуры. Этот значительный скачок температу­ры определяется областью термосферы. Повышение темпера­туры в термосфере (до 300 км и выше) обязано поглощением верхней атмосферы Земли энергии Солнца. Температура здесь повышается до 480°К. Благодаря термическому расслоению ат­мосферы, в верхней и нижней ее частях циркуляция происхо­дит независимо друг от друга.

Наиболее перемешивающаяся часть атмосферы - - тро­посфера. Это происходит за счет быстрой смены температу­ры в вертикальном разрезе тропосферы, что способствует ее интенсивному самоочищению. Однако эффект быстрого пе­ремешивания влечет за собой и отрицательные последствия. Любой техногенный выброс, радиоактивные облака и другие загрязнения быстро разносятся в плотных слоях атмосферы и наносят ущерб здоровью населения.

Менее перемешиваемая часть атмосферы — стратосфера. За счет нее загрязнения могут находиться здесь до нескольких лет. Этот факт вызывает известное беспокойство, поско­льку примеси, попавшие туда, воздействуют на человека так же, как и в тропосфере.

Процессы, определяющие состояние атмосферы, поми­мо перемешивания включают турбулентность, крупномасш­табную циркуляцию, стоки, рассеивание, инверсии, процес­сы естественного самоочищения.

Перемешивание в атмосфере происходит благодаря вли­янию ветра, изменению давления, температуры, влажности, приливным гравитационным влияниям. Является мощней­шим фактором самоочищения в атмосфере.

Турбулентность. Процесс возникновения течений в верх­них слоях атмосферы. Повсюду над тропосферой атмосфера термодинамически устойчива по отношению к вертикаль­ным перемещениям, и для того чтобы турбулентность воз­никла и продолжала существовать, необходимо совершить работу против сил плавучести. Наиболее очевидным источ­ником энергии в этом случае являются л ибо приливные вол­ны, либо внутренние гравитационные волны со случайным периодом.

 

 

 

Крупномасштабные циркуляции. Упорядоченные движе­ния воздушных масс и метеорологически значимые возмуще­ния, которые прослеживаются до ввгсот 50 км. Выше основную роль перемешивания и возмущений в атмосфере играют внут­ренние гравитационные волны и атмосферные приливы. На больших высотах в зимнем полушарии над полярной обла­стью атмосфера ос гается столь же теплой, как и в низких широ­тах или в летнем полушарии. Это указывает на то, что на боль­ших высотах в зимнем полушарии существует направленная к полюсу циркуляция. Причем отсутствие притока тепла от Солнца компенсируется нагреванием за счет адиабатического сжатия при нисходящих движениях воздуха.

Стоки. Определяются как процесс, в результате которого газы или частицы удаляются из заданного объема атмосфе­ры. Различают химические стоки, то есть связанные с гомо­генными и гетерогенными (на границе газ — жидкость или газ — твердое тело) реакциями, и динамические, обуслов­ленные переносом примесей, их диффузии, гравитацион­ным оседанием или вымыванием осадками.

Происхождение атмосферы. Состояние атмосферы Земли не всегда было таким, как оно есть на самом деле. Это результат длительной эволюции Земли. Первоначальная атмосфера на ранних стадиях эволюции Земли (до 4,1 млрд лет) состояла из глубинных газов обширной мантии (под­коркового вещества), дегазация которой и породила древ­нюю атмосферу. В ее составе были пары воды, углекислый, угарный, сернистый газы, метан, аммиак, сероводород, азот. Преобладал углекислый газ. В ходе эволюции биосферы СО₂ использовался на строительство живого вещества.

В дальнейшей эволюции атмосферы важную роль играл круговорот вещества, который и определил современное со­стояние атмосферы. Причем кислород атмосферы, пример­но в современном объеме, уже был 1800 млн лет назад. Постепенно формировался озоновый слой, экранируя жест­кое ультрафиолетовое излучение Солнца. Интенсивные процессы окисления кислородом одного из наиболее рас­пространенных элементов земной коры — железа — могли сформировать, например, колоссальные по запасу руды Курской магнитной аномалии, представляющие собой ок­сид железа. Они могли образоваться только при значитель­ных количествах кислорода в древней атмосфере Земли.

Таким образом, главнейшими процессами, сформиро­вавшими современное состояние воздушного бассейна Зем­ли, являются дегазация глубинных частей Земли, эволюция состава атмосферы под влиянием химических и фотохими­ческих процессов, фотосинтез и развитие живого вещества, круговорот вещества в геосферах Земли.

Загрязнение атмосферы

 

Источники загрязнения. Различают естественные и антропогенные источники загрязнения. К естественным отно­сятся: вулканизм, пыльные песчаные бури, захват атмосферой солей морей и океанов, рассеяние пыльцы растений, вызываю­щих аллергию, естественные пожары лесов. Это геологические и геохимические процессы, всегда существовавшие на Земле с момента ее образования как геологического тела.

Антропогенное загрязнение спровоцировано исключи­тельно хозяйственной деятельностью человека, его неуем­ным желанием создать себе блага иногда во вред окружаю­щей природной среде. Это загрязнение в первую очередь связано с выбросами сернистого, угарного, углекислого га­зов, сероводорода, оксидов и диоксидов азота, аммиака, ме­тана. То есть такого набора газов, которые определяли глав­ную составляющую протоатмосферы Земли. То есть человек своей хозяйственной деятельностью (вопреки фотосинтезу) возвращает систему атмосферы в преджизненное состояние.

Различают стационарные и нестационарные источники за­грязнения. Стационарные -- это тепловые электростанции, установки для сжигания мусора, промышленные предприятия и т. д., а к нестационарным источникам относится автомобиль­ный, авиационный, водный, космический транспорт.

Распространение загрязняющих веществ зависит от атмо­сферных условий. Ветер и дождь способствуют рассеиванию примесей атмосферы, включению их в почвенно-растительный слой и воду различных водоемов. При солнечной погоде рассеяние идет по пути фотохимической диссоциации.

Осадки, туман и солнечная радиация — это метеорологи­ческие факторы второго порядка с точки зрения их влияния на загрязнение воздуха. Весьма важна и температурная ин­версия в различные времена суток и года, способствующие рассеянию или концентрации смога и аэрозолей. Ночью при ясном небе я слабом ветре поверхность Земли теряет тепло. Тепловая инверсия подавляетперемешивание, что приводит к накоплению загрязняющих веществ.

Наиболее опасное загрязнение воздуха возникает в слу­чае, когда при наличии инверсии оседания развивается ту­ман в условиях антициклонов. Причина — не происходит пе­ремешивания воздуха.

К процессам естественного самоочищения относятся: вымывание, поглощение примесей облаками, гравитацион­ное осаждение.