Атмосфера Земли. Источники загрязнения и последствия её загрязнения

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Люди не ценят, и берут то, что у них есть, то, что дает жизнь: воздух, воду, землю. Не думая о будущем своих детей, внуков, правнуков, они заботятся о том, чтобы им было удобнее и легче в жизни, не понимают, что за этим последует. Если раньше людям приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию и, что сажа ложилась чёрным покровом на потолке и стенах жилища, ведь получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ведь люди обитали небольшими группами, занимая обширную нетронутую природную среду. Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части планеты, в которой существует жизнь. Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которому исторически приспособлено всё живое, включая самого человека, очень велика. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли и деятельности человека. Наличие вокруг Земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов – азота и кислорода, а так же другие газы и твердые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль .

Наибольшее значение для всего живого имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот.

Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов .

Углекислый газ используется растениями и водорослями для образования органических веществ. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но и постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.

Азот - незаменимый элемент, поскольку он входит в состав белков. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот. Частично азот поступает из атмосферы (образуется под действием электрических разрядов во время гроз). Однако основная часть азота поступает в воду и в почву в результате его биологической фиксации.

2. 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Загрязнение атмосферы – это попадание загрязняющих веществ из различных источников. Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная связь.

Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и искусственный .

Естественные источники загрязнения атмосферы представляют собой такие грозные явления природы, как извержения вулканов, пыльные бури, лесные пожары, выветривание и разложение живых организмов. Обычно они имеют катастрофический характер. Например, при извержении вулканов в атмосферу выбрасывается огромное количество газов, паров воды, твердых частиц, пепла и пыли.

К искусственным источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

2. 3. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Вулканы

Главный природный процесс загрязнения приземной атмосферы – вулканическая активность Земли. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы, о чем свидетельствуют летописи и современные наблюдательные данные. 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 загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет. Вулканы могут испускать значительное количество ядовитых газов даже в интервалах между извержениями. Поскольку извержение не происходит, то газы не выбрасываются высоко в атмосферу, а разносятся нисходящими воздушными потоками. Вулканическое загрязнение усугубляется, когда лавовые потоки достигают океана, так как в образующемся паре содержится большое количество кислоты, возникающей в результате реакции между раскаленной лавой и морской водой.

Пыльная (песчаная) буря — перенос больших количеств пыли (частиц почвы, песчинок) ветром с земной поверхности с заметным ухудшением видимости . Сильные ветры - смерчи и ураганы - поднимают в воздух даже крупные обломки горных пород, но они не держатся долго в воздухе. При сильных бурях в атмосферный воздух поднимается до 50 млн. т пыли . Причинами пыльных бурь являются засуха, суховеи. Наиболее часты пыльные бури в полупустынных и пустынных районах. Помимо "собственно" пыльной бури, в ряде случаев пыль из пустынь и полупустынь может длительное время удерживаться в атмосфере и достичь почти любой точки мира в виде пыльной мглы . Пыльные бури могут переносить огромные объёмы пыли, так что фронт бури может выглядеть как плотная стена пыли высотой до 1,6 км .

Лесные пожары

Существенно загрязняют атмосферу крупные лесные пожары. Чаще всего они возникают в засушливые годы. В России наиболее опасны лесные пожары в Сибири, на Дальнем Востоке, на Урале, в республике Коми. В среднем за год площадь, пройденная пожарами, составляет около 700 тыс. га. В засушливые годы она достигла 1 – 1,5 млн. га. Дым от лесных пожаров распространяется на огромные площади – около 6 млн. км.

Катастрофические явления, связанные с извержением вулканов, лесными пожарами и пыльными бурями, имеют заметный, но в целом локальный эффект в отношении загрязнения атмосферы.

И совсем незначительный местный характер носит загрязнение атмосферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ.

2. 4. ИСКУССТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Быстрый рост промышленности в XX в. привел к тому, что такое количество выброшенных в воздух веществ не может больше рассеиваться. Их концентрация увеличивается, что влечет за собой опасные последствия для биосферы. Загрязнение атмосферного воздуха в промышленных городах значительно выше, чем на прилегающих территориях.

В основном существуют пять основных источников загрязнения атмосферы: транспорт, промышленность, теплоэнергетика, бытовые котельные, сельское хозяйство. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается друг от друга.

Промышленное производство

Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство.

По степени токсичности выбросов в атмосферу отрасли промышленности можно расположить следующим образом: цветная металлургия и черная металлургия, химическая, нефтехимическая, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная.

Предприятия цветной и чёрной металлургии.

Цветная и черная металлургия находится на первом месте среди всех отраслей промышленности по атмосферным выбросам. Предприятия цветной и чёрной металлургии при извлечении металлов вынуждены использовать руду с очень низким содержанием «полезных» компонентов. Таким образом, на обогащение и плавку поступает огромный объем руды, что обуславливает образование большого количества «отходящих» газов и пыли из неиспользуемых компонентов . Состав выбросов определяется компонентами руд.

Химическая промышленность.

Особое место среди источников загрязнения атмосферы занимает химическая промышленность. Выбросы этой отрасли, хотя и невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов), тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности, представляют значительную угрозу для человека и всего живого . Загрязнения этой отрасли можно подразделить на «первичное» и «вторичное». «Первичным» считаются сами газы и аэрозоли, выделяемые в процессе химического производства. Вещества, выделяемые в атмосферу, могут вступать в химические реакции друг с другом или с компонентами атмосферного воздуха, образуя высокотоксичные соединения - это «вторичное» загрязнение. 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.

Нефтегазодобывающая промышленность.

Нефтегазодобывающая отрасль промышленности является специфической по характеру и источникам загрязнения окружающей природной среды.

Несмотря на то, что вклад отрасли в промышленное загрязнение атмосферы незначителен (7,8%), она характеризуется самым низким в промышленности РФ процентом улова вредных веществ, поступающих в атмосферу. Значительная масса загрязнений поступает в атмосферу при сжигании нефтяного газа в факелах . Предприятия по добыче и переработке газа загрязняют атмосферу главным образом в период разведки месторождений (при бурении скважин). Загрязнение приземного слоя атмосферы при добыче нефти и газа происходит также во время аварий, в основном природным газом, продуктами испарения нефти, а также продуктами сгорания. В отличие от средней полосы, загрязнение воздуха в районах Крайнего Севера при прочих равных условиях оказывает более сильное воздействие на природу вследствие ее пониженных регенерационных способностей.

Транспорт.

Автомобиль – не роскошь, а средство передвижения. Это известно всем. Но то, что машины из блага цивилизации может превращаться в ее бич, человечество стало понимать сравнительно недавно. В настоящие время в мире насчитывается 800 млн. автомобилей, в том числе 80 млн. грузовых и примерно 1 млн. городских автобусов, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах . Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений, сажи и особо опасных соединений свинца. Наибольшее количество вредных веществ в составе отработанных газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз. Специалисты установили, что один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4т. Кислорода, выбрасывая с отработанными газами примерно 1 т. Различных вредных веществ.

Кроме этого в воздух попадает большое количество взвешенной в воздухе пыли. Оно объясняется повышенным износом асфальтового покрытия автомобильных дорог вследствие применения ошипованных шин.

Теплоэнергетика.

Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются предприятия теплоэнергетики. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на разном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь). Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива нетоксичные углекислый газ и водяной пар. Кроме этого в воздушную среду выбрасываются такие вредные вещества, как оксиды серы, азота, углерода, в частности угарный газ, соединения тяжёлых металлов, сажа, несгоревшие частицы твёрдого топлива. При сжигании каменного угля остаётся очень большое количество зольных отходов, которые

7 вывозятся за город на золоотвалы. Золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо оборудованы, и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю, она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем . Это способствует образованию техногенных пустынь. Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не уменьшает выбросы оксидов серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и в пять раз меньше, чем уголь. Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на атомных электростанциях (АЭС) – радиоактивный йод, радиоактивные газы и аэрозоли. Мощным и чрезвычайно опасным фактором загрязнения атмосферы являются катастрофы на АЭС (Чернобыльская авария). Это связано как с быстрым разносом радионуклидов на большие расстояния, так и с долговременным характером загрязнения территории .

Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки), которая дает сравнительно мало токсических веществ, но много продуктов неполного сгорания . Из-за небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных установок.

Сельское хозяйство.

Сельскохозяйственное производство также является источником загрязнения атмосферного воздуха. Известно, что воздух вокруг животноводческих комплексов отличается  специфическим запахом и содержит аммиак в таких концентрациях, что вызывает даже гибель находящихся поблизости хвойных деревьев. Из атмосферы токсичные продукты попадают в водоемы и загрязняют их в радиусе до 15 км от крупного животноводческого комплекса. Кроме навоза в сельском хозяйстве загрязнение атмосферы происходит при применении ядохимикатов. Так при обработке полей, особенно с привлечением авиации, при не соблюдении технологий применения ядохимикаты разносятся ветром на большие расстояния и это может привести к гибели растений, животных и вызвать отравление людей . Обработка почвы дисковыми орудиями приводит к её измельчению, что способствует образованию пыльных бурь при благоприятных условиях

2. 5. ПРОБЛЕМЫ, ВЫЗВАННЫЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ.

Проблемами, вызванными загрязнением атмосферы являются: парниковый эффект, озоновые дыры и кислотные дожди.

Парниковый эффект

Человечество тратит огромное количество природных ресурсов, сжигает все больше и больше ископаемого топлива, в результате чего в атмосфере растет содержание углекислого газа. Известно, что атмосфера, подобно стеклу в оранжереи, пропускает лучистую энергию Солнца к поверхности Земли, а углекислый газ не выпускает в космос тепло от нагретой поверхности Земли, создавая “парниковый эффект” . Парниковый эффект тесно связан с изменением климата. Глобальное потепление способствует раннему таяния снега, в результате чего возрастает поглощение почвой солнечной энергии, которая испаряет в ней влагу, содействуя засухе . Кроме того, тепловые, насыщенные влагой воздушные массы сдвигаются в северном направлении, в результате чего выпадает меньше дождей.

Парниковый эффект для Земли имеет как отрицательные, так и положительные экологические последствия. Отрицательными последствиями парникового эффекта является повышение уровня Мирового океана в условиях потепления климата нашей планеты. Несмотря на вышеперечисленные отрицательные последствия, парниковый эффект может иметь и положительные, в частности на лесное и сельское хозяйство, что особенно важно с учетом роста населения земли. Повышение содержания углекислого газа в атмосфере приведёт к увеличению урожая сельскохозяйственных культур. Так при глобальном потеплении климата будет отмечаться увеличение испарения с поверхности океана и связанное с ним увеличение увлажнение климата, особенно важное для засушливых областей. Таким образом, проблема парникового эффекта и вызываемого им глобального потепления климата, а также их возможные последствия, хотя и существует, но масштабы этих явлений на сегодняшний день явно преувеличены. В любом случае, они требует очень тщательного исследования и длительного наблюдения.

Озоновые дыры

Важнейшей составной частью атмосферы, влияющей на климат и защищающей все живое на Земле от излучения Солнца, является озоновый слой . В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры . Истощение озонового слоя в атмосфере Земли приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность, что создает опасность для всего живого на нашей планете. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, уменьшение озона приводит к увеличению заболеваний людей раком кожи, значительно ослабляется иммунная система человека. Рост интенсивности ультрафиолетового излучения может привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, к гибели планктона в

9 океане и т. д. Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми фреонов, пенообразователей, растворителей и аэрозолей. Учитывая опасность, нависшую над планетой, международное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по которому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сократиться примерно на 50%.

Кислотные дожди

Кислотный дождь – это когда капельки воды имеют кислую реакцию. Выпадение кислотных дождей связано с загрязнением атмосферы выбросами при сжигании любого ископаемого топлива: уголь, мазут, бензин. Кислотные выпадения приводят к гибели лесов и ухудшению естественного лесовозобновления в различных регионах мира . Значительно снижается под воздействием кислотных дождей и урожайность некоторых с/х культур (хлопчатника, цитрусовых, винограда, овощных и др. Так же от кислотных осадков страдают особенно озерные водоемы, причем в некоторых озерах полностью утрачены признаки жизни. Кислотные дожди отрицательно воздействуют на почвы, в частности при увеличении кислотности начинается уменьшение их плодородия. Наибольшей опасности закисления подвержены подзолистые почвы таежной зоны.

Повышенная кислотность ускоряет коррозию металлических конструкций зданий, мостов, плотин и др. , а также наносит серьезный ущерб памятникам архитектуры (Колизей в Риме, собор Св. Марка в Венеции, храмы и усыпальницы в Японии и др.

III. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Качество атмосферного воздуха - важнейший фактор, влияющий на здоровье людей, существование животных и растений на Земле. Увеличение масштабов загрязнения атмосферы требуют быстрых и эффективных способов защиты её от загрязнения. Заводы и фабрики, основанные на технологии без отходов, - в общем, индустрия будущего. Но уже и сейчас такие предприятия существуют, например, в легкой и пищевой промышленности. Есть целый ряд предприятий и малоотходного производства. Эти и другие проблемы решаются на международном уровне. Но и мы, школьники способны внести свою маленькую лепту в защиту атмосферы. Мы можем внести свой вклад в решение такой глобальной проблемы, как рациональное использование энергии. Если мы будем потреблять экономнее и меньше электро-энергии, нам удастся сократить количество ископаемых видов топлива, используемого для производства электричества.

Деревья, как и другие растения, играют жизненно важную роль в регулировании содержания углекислого газа в атмосфере. Они преобразуют углекислый газ в кислород и тем самым очищают атмосферу. Ну, а нам, школьникам под силу посадка новых деревьев и кустарников и защита уже растущих.

И только если каждый из нас будет вносить свою крошечную частичку в защиту атмосферы, мы сможем избежать всех тех последствий, о которых я пытался донести до своих сверстников в этой работе.