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.

Атмосфера Земли - воздушная оболочка.

Наличие особого шара над земной поверхностью было доказано еще древними греками, которые называли атмосферу паровой или газовый шар.

Это одна из геосфер планеты, без которой существование всего живого было бы не возможно.

Где находится атмосфера

Атмосфера плотным воздушным слоем окружает планеты, начинаясь от земной поверхности. Соприкасается с гидросферой, покрывает литосферу, уходя далеко в космическое пространство.

Из чего состоит атмосфера

Воздушный слой Земли состоит, в основном, из воздуха, общая масса которого достигает 5,3*1018 килограмм. Из них больная часть – это сухой воздух, а значительно меньше – водяного пара.

Над морем плотность атмосферы равна 1,2 килограмма на метр кубический. Температура в атмосфере может достигать –140,7 градусов, воздух растворяется в воде при нулевой температуре.

В состав атмосферы входят несколько слоев:

• Тропосфера;
• Тропопауза;
• Стратосфера и стратопауза;
• Мезосфера и мезопауза;
• Особая линия над уровнем моря, которая называется линией Кармана;
• Термосфера и термопауза;
• Зона рассеивания или экзосфера.

Каждый слой имеет свои особенности, они связаны между собой и обеспечивают функционирование воздушной оболочки планеты.

Границы атмосферы

Самый нижний край атмосферы проходит по гидросфере и верхних слоям литосферы. Верхняя граница начинается в экзосфере, которая находится в 700 километрах от поверхности планеты и пожжет достигать 1,3 тысячи километров.

По некоторым данным атмосфера достигается 10 тысяч километров. Ученые договорились, что верхней границей воздушного слоя должна быть линия Кармана, поскольку тут уже невозможно воздухоплавание.

Благодаря постоянным изучениям в этой сфере, ученые установили, что атмосфера соприкасается с ионосферой на высоте в 118 километрах.

Химически состав

Этот слой Земли состоит из газов и газовых примесей, к которым относятся остатки горения, морская соль, лед, вода, пыль. Состав и масса газов, которые можно обнаружить в атмосфере, практически никогда не меняется, меняется только концентрация воды и углекислого газа.

Состав воды может меняться от 0,2 процента до 2,5 процента, что зависит от широты. Дополнительными элементами является хлор, азот, сера, аммиак, углерод, озон, углеводороды, соляная кислота, фтороводород, бромоводород, йодоводород.

Отдельную часть занимают ртуть, йод, бром, оксид азота. Кроме того, в тропосфере встречается жидкие и твердые частицы, которые называются аэрозоль. В атмосфере встречается один из самых редких газов на планете – радон.

По химическому составу – азот занимает более 78% атмосферы, кислорода – почти 21%, углекислый газ – 0,03%, аргон – почти 1%, суммарное количество вещества составляет менее 0,01%. Такой состав воздуха сформировался, когда планета только возникла и стала развиваться.

С появлением человека, который постепенно перешел к производству, химический состав изменился. В частности, постоянно увеличивается количество углекислого газа.

Функции атмосферы

Газы, находящиеся в воздушном слое, выполняют самые разные функции. Во-первых, поглощают лучи и лучистую энергию. Во-вторых, влияют на формирование температуры в атмосфере и на Земле. В-третьих, обеспечивает жизнь и ее течение на Земле.

Кроме того, этот слой обеспечивает терморегуляцию, от чего зависит погода и климат, режим распределения тепла и атмосферного давления. Тропосфера помогает регулировать потоки воздушных масс, определять движение воды, процессы теплового обмена.

Атмосфера постоянно взаимодействует с литосферой, гидросферой, обеспечивая геологические процессы. Самой главной функцией является то, что происходит защита от пыли метеоритного происхождения, от влияния космоса и солнца.

Факты

• Кислород обеспечивает на Земле разложении органических вещество твердой породы, что очень важно при выбросах, разложении пород, окисления организмов.
• Углекислый газ способствует тому, что происходит фотосинтез, а также способствует пропусканию коротких волн солнечной радиации, поглощению тепловых длинных волн. Если это не происходит, тогда наблюдается так называемый парниковый эффект.
• Одной из основных проблем, связанных с атмосферой, является загрязнение, что происходит из-за работы предприятий и автомобильных выхлопов. Поэтому во многих странах введен специальный экологический контроль, а на международном уровне предпринимаются специальные механизмы регулирования выбросов и парникового эффекта.

Важный элемент окружающей среды для всех биологических форм жизни на Земле. Воздух - это та среда, с которой человек сталкивается с первых минут жизни.

По отношению к человеку воздух выполняет множество разнообразных функций: содержит необходимый для его жизни кислород; растворяет в себе все газообразные продукты обмена и жизнедеятельности человека, в том числе и в сфере производства ; воздействует на процессы терморегуляции организма с внешней средой.

Ясная, безоблачная погода обеспечивает человеку большое количество и хорошее качество солнечной радиации, часто определяя его поведение в эти дни. Солнечная энергия способствовала зарождению жизни на Земле, но вместе с тем она может быть и губительной для растительного и животного мира. Ультрафиолетовое излучение при длительном воздействии убивает все живое. Солнце может высушивать реки, озера и другие водоемы, превраш,ая некогда плодородные земли в пустыню. Однако постоянная облачность, проливные дожди, снег и ветер, формирующиеся в атмосфере Земли, тоже негативно отражаются на живой природе.

Изменения состава и свойств воздушной среды часто неблагоприятно воздействуют на здоровье человека. Вспомним о разнообразных химических веществах, загрязняющих атмосферу, и о большом числе микроорганизмов, многие из которых, попадая в организм человека, вызывают инфекционные заболевания (грипп, дифтерию, скарлатину, корь и др.), передающиеся от человека к человеку по воздуху.

Изменение климата и прозрачности атмосферы . Атмосфера Земли - важный фактор климатообразования (под климатом, как вы знаете, принято понимать многолетний режим погоды, присущий той или иной местности в соответствии с ее географическими условиями).

Хозяйственная деятельность человека влияет на различные компоненты климата, которые, в свою очередь, в большей или меньшей степени влияют на состояние человека и окружающей среды.

Так, полезащитное лесоразведение способствует уменьшению скорости ветра, сокращению испарения, задержанию снега, а это увеличивает влажность нижних слоев атмосферы и почвы . При осушении болот уменьшается влажность и повышается температура в окружающей среде. Водохранилища, наоборот, увеличивают количество воды в грунте и водяного пара в тропосфере, которые аккумулируют тепло, уменьшают годовую и суточную амплитуду температуры. Такое же влияние оказывает искусственное орошение.

В последние десятилетия серьезное опасение вызывает проблема потепления климата, причиной которого стал так называемый парниковый эффект.
Парниковый эффект обусловлен увеличением прозрачности атмосферы для основной части солнечной энергии и усилением поглощения инфракрасной части теплового излучения поверхности Земли. Тепловое излучение поглощают не только диоксид углерода (углекислый газ), но и пары воды, метана, озона, оксидов и хлорфторугле-родов. Поэтому все эти газы называют парниковыми.

Искусственный подогрев планеты связан не только с парниковым эффектом, но и с энергией, расходуемой человеком в различных сферах его деятельности. Теплота, выделяемая в результате его хозяйственной деятельности, составляет 0,02% энергии, получаемой Землей от Солнца. Но она, по мнению ученых, уже вызвала повышение температуры окружающей среды в среднем на 0,1 °С. Если потребление энергии будет расти такими же темпами, как сейчас, через 60 лет температура в приземном слое атмосферы может заметно повыситься.

Еще один важный фактор, влияющий на процесс изменения теплового баланса в атмосфере, - ее загрязнение мелкодисперсной пылью, которая остается в верхних слоях, образуя пылевые облака. Эти облака образуются на высоте 10-20 км и отражают солнечный свет, что ведет к понижению температуры в нижних слоях тропосферы. В настоящее время над северной частью Атлантического океана находятся мощные облака мелкодисперсных частиц, выброшенных индустриальными странами Европы.

В качестве реальных мер по борьбе с изменением климата необходимо рассматривать в первую очередь повышение эффективности использования горючего, разработку и внедрение солнечных и других бестопливных источников энергии, прекращение сведения лесов, особенно тропических, организацию и поддержку мер по расширению лесонасаждений.

Разрушение озонового экрана. Огромное значение для жизни на Земле имеет ультрафиолетовое излучение. Если бы ультрафиолетовое излучение солнечной энергии не ослаблялось атмосферой, оно было бы губительно для всего живого.

Химический состав воздуха в местах, отдаленных от промышленных центров, более или менее постоянен. Он представляет собой механическую смесь газов: 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,03% диоксида углерода. Остальные газы составляют очень незначительную величину, не более 1%, Это водород, гелий, аргон, неон.

Об озоне необходимо сказать отдельно. Слово «озон» произошло от греческого ozon - «пахнуш;ий». Это газ синего цвета, сильный окислитель, при больших концентрациях разлагается со взрывом. Используют его для обеззараживания воды и воздуха.

Озоновый слой атмосферы предохраняет все живое на Земле от действия ультрафиолетового излучения Солнца.

Хозяйственная деятельность человека привела к появлению факторов, разрушающих озоновый слой Земли. В нем были обнаружены оксиды азота, источниками которых являются реактивная авиация, космические ракеты, азотистые удобрения, применяемые в сельском хозяйстве.

Большую опасность для озонового слоя (экрана) представляет поступление в атмосферу хлорсодержащих веществ. К ним относятся в первую очередь хлорфторуг-лероды, так называемые фреоны. Их применяют в холодильниках, кондиционерах, тепловых насосах как хладагенты; в производстве пористых пластмасс; для очистки компьютерных микросхем; как носители в аэрозольных баллонах и стерилизующие растворы в медицине.

Почему же фреоны опасны для окружающей среды? Дело в том, что некоторые из них разрушают озоновый слой Земли и приводят к образованию в атмосфере так называемых озоновых дыр. Если их количество и размеры будут увеличиваться, то это неизбежно приведет к гибели многих живых организмов.

Слова «озоновая дыра» звучат сегодня как сигнал общепланетарной тревоги. Гипотеза о связи хлорфторугле-родов с процессом разрушения озонового экрана появилась в 1970 г. В США и некоторых других странах запретили их производство и использование, в остальных же странах выпуск продукции с содержанием фреонов продолжал расти. Осенью 1985 г. при проведении спутниковых наблюдений была обнаружена «озоновая дыра» над Южным полюсом, площадь которой равнялась примерно территории США.

В 1989 г. ученые обнаружили «озоновую дыру» и над Арктикой. В связи с этим была принята международная Конвенция об охране озонового слоя Земли.

Кислотные осадки. Кислотными называют любые осадки (дожди, туманы, снег), кислотность которых выше нормальной. В настоящее время считают, что кислотные осадки на 2/3 обусловлены выбросами диоксида серы и на 1/3 - выбросами оксидов азота. Диоксид серы поступает в ос-1 новном (примерно 88%) от тепловых электростанций и промышленных энергетических объектов, оставшиеся 12% образуются при производстве серной кислоты, переработке сульфидных руд. Оксиды азота поступают в атмосферу от ТЭС и промышленных энергетических объектов (51%) и с выхлопными газами автомобилей (44%); на остальные источники приходится всего около 5%.

Попадая в атмосферу, эти газы взаимодействуют с влагой, образуя кислоты. Особенно опасны выбросы диокси-I да серы, который растворяется в каплях атмосферной влаги, образуя раствор серной кислоты.

Дальность переноса диоксида серы обычно 300- 400 км. Но ее обнаруживают и в осадках, выпадающих даже на удалении 1000-1500 км от источников выброса.

Кислотные осадки стали серьезной угрозой для существования лесов. В Германии под угрозой гибели находится не менее 20% лесов. В России площадь существенного закисления от дождей и снега достигла 46 млн га. Кислотные осадки увеличивают кислотность почв, вредно влияют на состояние озер, рек и других водоемов. Они служат причиной гибели лесов, в первую очередь елово-пихтовых и дубовых, и разрушения плодородного слоя почвы.

Очень опасным становится подкисление океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих морских беспозвоночных животных. Это грозит разрывом пищевых цепей и нарушением экологического равновесия в Мировом океане.

Ученые подсчитали, что сокращение кислотных осадков на 50% позволило бы приостановить дальнейшее подкисление окружающей среды. Поскольку большую Часть кислых газов выбрасывают в атмосферу энергетические установки, необходимо сосредоточить внимание на экономии энергии, переходе с угля на другие виды топлива, содержащие меньше серы, на разработке и внедрении эффективных систем очистки газовых выбросов.

Выбросы вредных веществ . Широкое развитие химической промышленности, увеличение объемов авиационных и автомобильных перевозок, выбросов в атмосферу неочищенных газов тепловыми электростанциями, металлургическими предприятиями, небрежное обращение с огнем в лесах, приводящее к возникновению лесных пожаров, наносят непоправимый урон среде обитания человека.

Газо- и парообразные выбросы чаще всего образуются в процессе горения.

Основные компоненты выбросов на сегодня - твердые взвешенные частицы, диоксид серы, оксид углерода, оксид азота и углеводороды. На них приходится около 98% всех выбросов в атмосферу. Ниже приведены процентные показатели поступления в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников.

В последние годы в крупных городах России серьезными источниками загрязнения атмосферы стали автомобильный транспорт, химические, нефтеперерабатывающие и металлургические предприятия. Для улучшения экологической обстановки в таких городах целесообразно вывести некоторые вредные производства за их границы, установить на предприятиях оборудование по очистке выбросов, а автомобили обеспечить эффективными нейтрализаторами отработанных А газов. Очень важно расширять экологическое образование и просвещение населения, так как примеров экологической безграмотности очень много. Приведем только один.

Вокруг московской кольцевой дороги горожане разбили свои огороды, где выращивают различные овощи, фрукты, ягоды. Известно, что в течение одного часа в любом месте этой дороги проходит более 2000 автомашин. Выхлопы автомобилей осаждаются на расстоянии 800-900 м с одной и с другой стороны дороги. Исследования показывают, что на земле и в растительности на этом расстоянии содержание вредных для здоровья человека веществ превышает все гигиенические нормы. Можно ли употреблять такую растительность в пищу? Конечно, нельзя. Однако садоводческая деятельность в этих местах не уменьшается, а напротив, увеличивается. Люди по незнанию сами сокращают себе жизнь и наносят ущерб здоровью.

Наиболее подвержена влиянию вредных компонентов атмосферного воздуха дыхательная система. Значительный ущерб наносится также сердечно-сосудистой и иммунной системам организма.

Любая деятельность человека, связанная с возможным загрязнением воздушной среды, должна соответствовать гигиеническим нормативам безопасного труда и быть строго регламентирована. Любые выбросы в атмосферу должны осуществляться только через системы очистки. Для этого необходимо наладить постоянный гигиенический контроль, так называемый мониторинг атмосферы.

Основы безопасности жизнедеятельности. 8 кл. : учебник для общеобразоват. учреждений / С. Н. Вангородский, М. И. Кузнецов, В. Н. Латчук, В. В. Марков. - 5-е изд., перераб. - М. : Дрофа, 2005. - 254, с. : ил.

Сборник конспектов уроков по ОБЖД скачать, календарно-тематическое планирование, учебники по всем предметам онлайн

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

На уровне моря 1013,25 гПа (около 760 мм ртутного столба). Средняя по глобусу температура воздуха у поверхности Земли 15°С, при этом температура изменяется примерно от 57°С в субтропических пустынях до -89°С в Антарктиде. Плотность воздуха и давление убывают с высотой по закону, близкому к экспоненциальному.

Строение атмосферы . По вертикали атмосфера имеет слоистую структуру, определяемую главным образом особенностями вертикального распределения температуры (рисунок), которое зависит от географического положения, сезона, времени суток и так далее. Нижний слой атмосферы - тропосфера - характеризуется падением температуры с высотой (примерно на 6°С на 1 км), его высота от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в тропиках. Благодаря быстрому убыванию плотности воздуха с высотой в тропосфере находится около 80% всей массы атмосферы. Над тропосферой располагается стратосфера - слой, который характеризуется в общем повышением температуры с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. В нижней стратосфере до уровня около 20 км температура мало меняется с высотой (так называемая изотермическая область) и нередко даже незначительно уменьшается. Выше температура возрастает из-за поглощения УФ-радиации Солнца озоном, вначале медленно, а с уровня 34-36 км - быстрее. Верхняя граница стратосферы - стратопауза - расположена на высоте 50-55 км, соответствующей максимуму температуры (260-270 К). Слой атмосферы, расположенный на высоте 55-85 км, где температура снова падает с высотой, называется мезосферой, на его верхней границе - мезопаузе - температура достигает летом 150-160 К, а зимой 200-230 К. Над мезопаузой начинается термосфера - слой, характеризующийся быстрым повышением температуры, достигающей на высоте 250 км значений 800-1200 К. В термосфере поглощается корпускулярная и рентгеновская радиация Солнца, тормозятся и сгорают метеоры, поэтому она выполняет функцию защитного слоя Земли. Ещё выше находится экзосфера, откуда атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство за счёт диссипации и где происходит постепенный переход от атмосферы к межпланетному пространству.

Состав атмосферы . До высоты около 100 км атмосфера практически однородна по химическому составу и средняя молекулярная масса воздуха (около 29) в ней постоянна. Вблизи поверхности Земли атмосфера состоит из азота (около 78,1% по объёму) и кислорода (около 20,9%), а также содержит малые количества аргона, диоксида углерода (углекислого газа), неона и других постоянных и переменных компонентов (смотри Воздух).

Кроме того, атмосфера содержит небольшие количества озона, оксидов азота, аммиака, радона и др. Относительное содержание основных составляющих воздуха постоянно во времени и однородно в разных географических районах. Содержание водяного пара и озона переменно в пространстве и времени; несмотря на малое содержание, их роль в атмосферных процессах весьма существенна.

Выше 100-110 км происходит диссоциация молекул кислорода, углекислого газа и водяного пара, поэтому молекулярная масса воздуха уменьшается. На высоте около 1000 км начинают преобладать лёгкие газы - гелий и водород, а ещё выше атмосфера Земли постепенно переходит в межпланетный газ.

Наиболее важная переменная компонента атмосферы - водяной пар, который поступает в атмосферу при испарении с поверхности воды и влажной почвы, а также путём транспирации растениями. Относительное содержание водяного пара меняется у земной поверхности от 2,6% в тропиках до 0,2% в полярных широтах. С высотой оно быстро падает, убывая наполовину уже на высоте 1,5-2 км. В вертикальном столбе атмосферы в умеренных широтах содержится около 1,7 см «слоя осаждённой воды». При конденсации водяного пара образуются облака, из которых выпадают осадки атмосферные в виде дождя, града, снега.

Важной составляющей атмосферного воздуха является озон, сосредоточенный на 90% в стратосфере (между 10 и 50 км), около 10% его находится в тропосфере. Озон обеспечивает поглощение жёсткой УФ-радиации (с длиной волны менее 290 нм), и в этом - его защитная роль для биосферы. Значения общего содержания озона меняются в зависимости от широты и сезона в пределах от 0,22 до 0,45 см (толщина слоя озона при давлении р= 1 атм и температуре Т = 0°С). В озоновых дырах, наблюдаемых весной в Антарктике с начала 1980-х годов, содержание озона может падать до 0,07 см. Оно увеличивается от экватора к полюсам и имеет годовой ход с максимумом весной и минимумом осенью, причём амплитуда годового хода мала в тропиках и растёт к высоким широтам. Существенной переменной компонентой атмосферы является углекислый газ, содержание которого в атмосфере за последние 200 лет выросло на 35%, что объясняется в основном антропогенным фактором. Наблюдается его широтная и сезонная изменчивость, связанная с фотосинтезом растений и растворимостью в морской воде (согласно закону Генри, растворимость газа в воде уменьшается с ростом её температуры).

Важную роль в формировании климата планеты играет атмосферный аэрозоль - взвешенные в воздухе твёрдые и жидкие частицы размером от нескольких нм до десятков мкм. Различаются аэрозоли естественного и антропогенного происхождения. Аэрозоль образуется в процессе газофазных реакций из продуктов жизнедеятельности растений и хозяйственной деятельности человека, вулканических извержений, в результате подъёма пыли ветром с поверхности планеты, особенно с её пустынных регионов, а также образуется из космической пыли, попадающей в верхние слои атмосферы. Большая часть аэрозоля сосредоточена в тропосфере, аэрозоль от вулканических извержений образует так называемый слой Юнге на высоте около 20 км. Наибольшее количество антропогенного аэрозоля попадает в атмосферу в результате работы автотранспорта и ТЭЦ, химических производств, сжигания топлива и др. Поэтому в некоторых районах состав атмосферы заметно отличается от обычного воздуха, что потребовало создания специальной службы наблюдений и контроля за уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

Эволюция атмосферы . Современная атмосфера имеет, по-видимому, вторичное происхождение: она образовалась из газов, выделенных твёрдой оболочкой Земли после завершения формирования планеты около 4,5 млрд. лет назад. В течение геологической истории Земли атмосфера претерпевала значительные изменения своего состава под влиянием ряда факторов: диссипации (улетучивания) газов, преимущественно более лёгких, в космическое пространство; выделения газов из литосферы в результате вулканической деятельности; химических реакций между компонентами атмосферы и породами, слагающими земную кору; фотохимических реакций в самой атмосфере под влиянием солнечного УФ-излучения; аккреции (захвата) материи межпланетной среды (например, метеорного вещества). Развитие атмосферы тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, а последние 3-4 миллиарда лет также с деятельностью биосферы. Значительная часть газов, составляющих современной атмосферы (азот, углекислый газ, водяной пар), возникла в ходе вулканической деятельности и интрузии, выносившей их из глубин Земли. Кислород появился в заметных количествах около 2 миллиардов лет тому назад как результат деятельности фотосинтезирующих организмов, первоначально зародившихся в поверхностных водах океана.

По данным о химическом составе карбонатных отложений получены оценки количества углекислого газа и кислорода в атмосфере геологического прошлого. На протяжении фанерозоя (последние 570 миллионов лет истории Земли) количество углекислого газа в атмосфере изменялось в широких пределах в соответствии с уровнем вулканической активности, температурой океана и уровнем фотосинтеза. Большую часть этого времени концентрация углекислого газа в атмосфере была значительно выше современной (до 10 раз). Количество кислорода в атмосфере фанерозоя существенно изменялось, причём преобладала тенденция к его увеличению. В атмосфере докембрия масса углекислого газа была, как правило, больше, а масса кислорода - меньше по сравнению с атмосферой фанерозоя. Колебания количества углекислого газа оказывали в прошлом существенное влияние на климат, усиливая парниковый эффект при росте концентрации углекислого газа, благодаря чему климат на протяжении основной части фанерозоя был гораздо теплее по сравнению с современной эпохой.

Атмосфера и жизнь . Без атмосферы Земля была бы мёртвой планетой. Органическая жизнь протекает в тесном взаимодействии с атмосферой и связанными с ней климатом и погодой. Незначительная по массе по сравнению с планетой в целом (примерно миллионная часть), атмосфера является непременным условием для всех форм жизни. Наибольшее значение из атмосферных газов для жизнедеятельности организмов имеют кислород, азот, водяной пар, углекислый газ, озон. При поглощении углекислого газа фотосинтезирующими растениями создаётся органическое вещество, используемое как источник энергии подавляющим большинством живых существ, включая человека. Кислород необходим для существования аэробных организмов, для которых приток энергии обеспечивается реакциями окисления органического вещества. Азот, усваиваемый некоторыми микроорганизмами (азотофиксаторами), необходим для минерального питания растений. Озон, поглощающий жёсткое УФ-излучение Солнца, значительно ослабляет эту вредную для жизни часть солнечной радиации. Конденсация водяного пара в атмосфере, образование облаков и последующее выпадение атмосферных осадков поставляют на сушу воду, без которой невозможны никакие формы жизни. Жизнедеятельность организмов в гидросфере во многом определяется количеством и химическим составом атмосферных газов, растворённых в воде. Поскольку химический состав атмосферы существенно зависит от деятельности организмов, биосферу и атмосферу можно рассматривать как часть единой системы, поддержание и эволюция которой (смотри Биогеохимические циклы) имела большое значение для изменения состава атмосферы на протяжении истории Земли как планеты.

Радиационный, тепловой и водный балансы атмосферы . Солнечная радиация является практически единственным источником энергии для всех физических процессов в атмосфере. Главная особенность радиационного режима атмосферы - так называемый парниковый эффект: атмосфера достаточно хорошо пропускает к земной поверхности солнечную радиацию, но активно поглощает тепловое длинноволновое излучение земной поверхности, часть которого возвращается к поверхности в форме встречного излучения, компенсирующего радиационную потерю тепла земной поверхностью (смотри Атмосферное излучение). В отсутствие атмосферы средняя температура земной поверхности была бы -18°С, в действительности она 15°С. Приходящая солнечная радиация частично (около 20%) поглощается в атмосферу (главным образом водяным паром, каплями воды, углекислым газом, озоном и аэрозолями), а также рассеивается (около 7%) на частицах аэрозоля и флуктуациях плотности (рэлеевское рассеяние). Суммарная радиация, достигая земной поверхности, частично (около 23%) отражается от неё. Коэффициент отражения определяется отражательной способностью подстилающей поверхности, так называемое альбедо. В среднем альбедо Земли для интегрального потока солнечной радиации близко к 30%. Оно меняется от нескольких процентов (сухая почва и чернозём) до 70-90% для свежевыпавшего снега. Радиационный теплообмен между земной поверхностью и атмосферой существенно зависит от альбедо и определяется эффективным излучением поверхности Земли и поглощённым ею противоизлучением атмосферы. Алгебраическая сумма потоков радиации, входящих в земную атмосферу из космического пространства и уходящих из неё обратно, называется радиационным балансом.

Преобразования солнечной радиации после её поглощения атмосферой и земной поверхностью определяют тепловой баланс Земли как планеты. Главный источник тепла для атмосферы - земная поверхность; теплота от неё передаётся не только в виде длинноволнового излучения, но и путём конвекции, а также выделяется при конденсации водяного пара. Доли этих притоков теплоты равны в среднем 20%, 7% и 23% соответственно. Сюда же добавляется около 20% теплоты за счёт поглощения прямой солнечной радиации. Поток солнечной радиации за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную солнечным лучам и расположенную вне атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца (так называемая солнечная постоянная), равен 1367 Вт/м 2 , изменения составляют 1-2 Вт/м 2 в зависимости от цикла солнечной активности. При планетарном альбедо около 30% средний по времени глобальный приток солнечной энергии к планете составляет 239 Вт/м 2 . Поскольку Земля как планета испускает в космос в среднем такое же количество энергии, то, согласно закону Стефана - Больцмана, эффективная температура уходящего теплового длинноволнового излучения 255 К (-18°С). В то же время средняя температура земной поверхности составляет 15°С. Разница в 33°С возникает за счёт парникового эффекта.

Водный баланс атмосферы в целом соответствует равенству количества влаги, испарившейся с поверхности Земли, количеству осадков, выпадающих на земную поверхность. Атмосфера над океанами получает больше влаги от процессов испарения, чем над сушей, а теряет в виде осадков 90%. Избыток водяного пара над океанами переносится на континенты воздушными потоками. Количество водяного пара, переносимого в атмосферу с океанов на континенты, равно объёму стока рек, впадающих в океаны.

Движение воздуха . Земля имеет шарообразную форму, поэтому к её высоким широтам приходит гораздо меньше солнечной радиации, чем к тропикам. Вследствие этого между широтами возникают большие температурные контрасты. На распределение температуры в существенной мере влияет также взаимное расположение океанов и континентов. Из-за большой массы океанических вод и высокой теплоёмкости воды сезонные колебания температуры поверхности океана значительно меньше, чем суши. В связи с этим в средних и высоких широтах температура воздуха над океанами летом заметно ниже, чем над континентами, а зимой - выше.

Неодинаковый разогрев атмосферы в разных областях земного шара вызывает неоднородное по пространству распределение атмосферного давления. На уровне моря распределение давления характеризуется относительно низкими значениями вблизи экватора, увеличением в субтропиках (пояса высокого давления) и понижением в средних и высоких широтах. При этом над материками внетропических широт давление зимой обычно повышено, а летом понижено, что связано с распределением температуры. Под действием градиента давления воздух испытывает ускорение, направленное от областей с высоким давлением к областям с низким, что приводит к перемещению масс воздуха. На движущиеся воздушные массы действуют также отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса), сила трения, убывающая с высотой, а при криволинейных траекториях и центробежная сила. Большое значение имеет турбулентное перемешивание воздуха (смотри Турбулентность в атмосфере).

С планетарным распределением давления связана сложная система воздушных течений (общая циркуляция атмосферы). В меридиональной плоскости в среднем прослеживаются две или три ячейки меридиональной циркуляции. Вблизи экватора нагретый воздух поднимается и опускается в субтропиках, образуя ячейку Хэдли. Там же опускается воздух обратной ячейки Феррела. В высоких широтах часто прослеживается прямая полярная ячейка. Скорости меридиональной циркуляции порядка 1 м/с или меньше. Из-за действия силы Кориолиса в большей части атмосферы наблюдаются западные ветры со скоростями в средней тропосфере около 15 м/с. Существуют сравнительно устойчивые системы ветров. К ним относятся пассаты - ветры, дующие от поясов высокого давления в субтропиках к экватору с заметной восточной составляющей (с востока на запад). Достаточно устойчивы муссоны — воздушные течения, имеющие чётко выраженный сезонный характер: они дуют с океана на материк летом и в противоположном направлении зимой. Особенно регулярны муссоны Индийского океана. В средних широтах движение воздушных масс имеет в основном западное направление (с запада на восток). Это зона атмосферных фронтов, на которых возникают крупные вихри - циклоны и антициклоны, охватывающие многие сотни и даже тысячи километров. Циклоны возникают и в тропиках; здесь они отличаются меньшими размерами, но очень большими скоростями ветра, достигающего ураганной силы (33 м/с и более), так называемые тропические циклоны. В Атлантике и на востоке Тихого океана они называются ураганами, а на западе Тихого океана - тайфунами. В верхней тропосфере и нижней стратосфере в областях, разделяющих прямую ячейку меридиональной циркуляции Хэдли и обратную ячейку Феррела, часто наблюдаются сравнительно узкие, в сотни километров шириной, струйные течения с резко очерченными границами, в пределах которых ветер достигает 100-150 и даже 200 м/с.

Климат и погода . Различие в количестве солнечной радиации, приходящей на разных широтах к разнообразной по физическим свойствам земной поверхности, определяет многообразие климатов Земли. От экватора до тропических широт температура воздуха у земной поверхности в среднем 25-30°С и мало меняется в течение года. В экваториальном поясе обычно выпадает много осадков, что создаёт там условия избыточного увлажнения. В тропических поясах количество осадков уменьшается и в ряде областей становится очень малым. Здесь располагаются обширные пустыни Земли.

В субтропических и средних широтах температура воздуха значительно меняется в течение года, причём разница между температурами лета и зимы особенно велика в удалённых от океанов областях континентов. Так, в некоторых районах Восточной Сибири годовая амплитуда температуры воздуха достигает 65°С. Условия увлажнения в этих широтах весьма разнообразны, зависят в основном от режима общей циркуляции атмосферы и существенно меняются от года к году.

В полярных широтах температура остаётся низкой в течение всего года, даже при наличии её заметного сезонного хода. Это способствует широкому распространению ледового покрова на океанах и суше и многолетнемёрзлых пород, занимающих в России свыше 65% её площади, в основном в Сибири.

За последние десятилетия стали всё более заметны изменения глобального климата. Температура повышается больше в высоких широтах, чем в низких; больше зимой, чем летом; больше ночью, чем днём. За 20 век среднегодовая температура воздуха у земной поверхности в России выросла на 1,5-2°С, причём в отдельных районах Сибири наблюдается повышение на несколько градусов. Это связывается с усилением парникового эффекта вследствие роста концентрации малых газовых примесей.

Погода определяется условиями циркуляции атмосферы и географическим положением местности, она наиболее устойчива в тропиках и наиболее изменчива в средних и высоких широтах. Более всего погода меняется в зонах смены воздушных масс, обусловленных прохождением атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов, несущих осадки и усиление ветра. Данные для прогноза погоды собираются на наземных метеостанциях, морских и воздушных судах, с метеорологических спутников. Смотри также Метеорология.

Оптические, акустические и электрические явления в атмосфере . При распространении электромагнитного излучения в атмосфере в результате рефракции, поглощения и рассеяния света воздухом и различными частицами (аэрозоль, кристаллы льда, капли воды) возникают разнообразные оптические явления: радуга, венцы, гало, мираж и др. Рассеяние света обусловливает видимую высоту небесного свода и голубой цвет неба. Дальность видимости предметов определяется условиями распространения света в атмосфере (смотри Атмосферная видимость). От прозрачности атмосферы на различных длинах волн зависят дальность связи и возможность обнаружения объектов приборами, в том числе возможность астрономических наблюдений с поверхности Земли. Для исследований оптической неоднородностей стратосферы и мезосферы важную роль играет явление сумерек. Например, фотографирование сумерек с космических аппаратов позволяет обнаруживать аэрозольные слои. Особенности распространения электромагнитного излучения в атмосфере определяют точность методов дистанционного зондирования её параметров. Все эти вопросы, как и многие другие, изучает атмосферная оптика. Рефракция и рассеяние радиоволн обусловливают возможности радиоприёма (смотри Распространение радиоволн).

Распространение звука в атмосфере зависит от пространственного распределения температуры и скорости ветра (смотри Атмосферная акустика). Оно представляет интерес для зондирования атмосферы дистанционными методами. Взрывы зарядов, запускаемых ракетами в верхнюю атмосфера, дали богатую информацию о системах ветров и ходе температуры в стратосфере и мезосфере. В устойчиво стратифицированной атмосфере, когда температура падает с высотой медленнее адиабатического градиента (9,8 К/км), возникают так называемые внутренние волны. Эти волны могут распространяться вверх в стратосферу и даже в мезосферу, где они затухают, способствуя усилению ветра и турбулентности.

Отрицательный заряд Земли и обусловленное им электрическое поле атмосфера вместе с электрически заряженными ионосферой и магнитосферой создают глобальную электрическую цепь. Важную роль при этом играет образование облаков и грозового электричества. Опасность грозовых разрядов вызвала необходимость разработки методов грозозащиты зданий, сооружений, линий электропередач и связи. Особую опасность это явление представляет для авиации. Грозовые разряды вызывают атмосферные радиопомехи, получившие название атмосфериков (смотри Свистящие атмосферики). Во время резкого увеличения напряжённости электрического поля наблюдаются светящиеся разряды, возникающие на остриях и острых углах предметов, выступающих над земной поверхностью, на отдельных вершинах в горах и др. (Эльма огни). Атмосфера всегда содержит сильно меняющееся в зависимости от конкретных условий количество лёгких и тяжёлых ионов, которые определяют электрическую проводимость атмосферы. Главные ионизаторы воздуха у земной поверхности - излучение радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и в атмосфере, а также космические лучи. Смотри также Атмосферное электричество.

Влияние человека на атмосферу. В течение последних столетий происходил рост концентрации парниковых газов в атмосфере вследствие хозяйственной деятельности человека. Процентное содержание углекислого газа возросло с 2,8-10 2 двести лет назад до 3,8-10 2 в 2005 году, содержание метана - с 0,7-10 1 примерно 300- 400 лет назад до 1,8-10 -4 в начале 21 века; около 20% в прирост парникового эффекта за последнее столетие дали фреоны, которых практически не было в атмосфере до середины 20 века. Эти вещества признаны разрушителями стратосферного озона, и их производство запрещено Монреальским протоколом 1987 года. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере вызван сжиганием всё возрастающих количеств угля, нефти, газа и других видов углеродного топлива, а также сведением лесов, в результате чего уменьшается поглощение углекислого газа путём фотосинтеза. Концентрация метана увеличивается с ростом добычи нефти и газа (за счёт его потерь), а также при расширении посевов риса и увеличении поголовья крупного рогатого скота. Всё это способствует потеплению климата.

Для изменения погоды разработаны методы активного воздействия на атмосферные процессы. Они применяются для защиты сельскохозяйственных растений от градобития путём рассеивания в грозовых облаках специальных реагентов. Существуют также методы рассеяния туманов в аэропортах, защиты растений от заморозков, воздействия на облака с целью увеличения осадков в нужных местах или для рассеяния облаков в моменты массовых мероприятий.

Изучение атмосферы . Сведения о физических процессах в атмосфере получают прежде всего из метеорологических наблюдений, которые проводятся глобальной сетью постоянно действующих метеорологических станций и постов, расположенных на всех континентах и на многих островах. Ежедневные наблюдения дают сведения о температуре и влажности воздуха, атмосферном давлении и осадках, облачности, ветре и др. Наблюдения за солнечной радиацией и её преобразованиями проводятся на актинометрических станциях. Большое значение для изучения атмосферы имеют сети аэрологических станций, на которых при помощи радиозондов выполняются метеорологические измерения до высоты 30-35 км. На ряде станций проводятся наблюдения за атмосферным озоном, электрическими явлениями в атмосфере, химическим составом воздуха.

Данные наземных станций дополняются наблюдениями на океанах, где действуют «суда погоды», постоянно находящиеся в определённых районах Мирового океана, а также метеорологическими сведениями, получаемыми с научно-исследовательских и других судов.

Всё больший объём сведений об атмосфере в последние десятилетия получают с помощью метеорологических спутников, на которых установлены приборы для фотографирования облаков и измерения потоков ультрафиолетовой, инфракрасной и микроволновой радиации Солнца. Спутники позволяют получать сведения о вертикальных профилях температуры, облачности и её водозапасе, элементах радиационного баланса атмосферы, о температуре поверхности океана и др. Используя измерения рефракции радиосигналов с системы навигационных спутников, удаётся определять в атмосфере вертикальные профили плотности, давления и температуры, а также влагосодержания. С помощью спутников стало возможным уточнить величину солнечной постоянной и планетарного альбедо Земли, строить карты радиационного баланса системы Земля - атмосферы, измерять содержание и изменчивость малых атмосферных примесей, решать многие другие задачи физики атмосферы и мониторинга окружающей среды.

Лит.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем. Л., 1980; Матвеев Л. Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. 2-е изд. Л., 1984; Будыко М. И., Ронов А. Б., Яншин А. Л. История атмосферы. Л., 1985; Хргиан А. Х. Физика атмосферы. М., 1986; Атмосфера: Справочник. Л., 1991; Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. 5-е изд. М., 2001.

Г. С. Голицын, Н. А. Зайцева.

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.