Основные особенности атмосферы

Контроль загрязнения атмосферой

Антропогенные изменения атмосферы. Источники, загрязнители, загрязнения воздуха и их последствия

Свойства наиболее распространенных загрязняющих веществ.

Экологическая роль природных атмосферных процессов

Основные особенности атмосферы

Экологические аспекты антропогенного загрязнения атмосферы

Атмосфера - это газовая оболочка, не имеющая четко выраженной верхней границы и существующая благо­даря гравитационному притяжению Земли. Ее масса составляет 5-10 ¹⁵ т. 97 % всей массы сосредоточено в нижнем слое толщиной около 29 км (рис. 5).

По резкой смене температур в ней выделяют несколько слоев, границы между которыми носят название пауз (тропо-, страто-, мезопаузы) (рис. 6). В самом нижнем слое - тропосфере температура по мере удаления от поверхности падает от нормальной до минус 55° С (полюса) - минус 75°С (экватор). В стратосфере происходит резкое повышение температуры с высотой, достигающее 0°С в стратопаузе на высоте 55 км. Мезосфера охватывает слой, располагающийся в интервале 55-80 км над поверхностью Земли, с температурой в мезопаузе минус 85°С. В термосфере температура повышается, достигая на высоте 400 км 1200°С. Выше термосферы располагается экзосфера, представляющая переходную собой область между атмосферой и межпланетным пространством.

В состав атмосферы входят различные газы, атмосферная влага (водяной пар) и пыль. Основные составные части могут быть подразделены на три группы: постоянную, переменную и случайную. К постоянной группе относятся азот (около 78 %), кислород (21 %) и инертные газы (около 1 %). Содержание их практически не меняется в зависимости от широты и долготы местности. С высотой происходит уменьшение концентрации газов и перераспределение их относительной роли. В термосфере происходит ионизация молекул азота и кислорода, вызванная поглощением солнечной радиации, из-за чего этот слой часто называют ионосферой.

В экзосфере гравитационное поле Земли не способно удерживать ионизированные газы, которые рассеиваются в космическом пространстве (зона диссипации).

Ко второй группе относятся диоксид углерода (0,02-0,04 %) и водяной пар (до 3%), к третьей - случайные компоненты, определенные местными условиями. Так, вблизи металлургических заводов воздух часто содержит диоксид серы, в местах разложения органических остатков - аммиак.

Стратосфера в интервале 15-50 км содержит озон (О₃), максимум концентрации которого отмечается на высотах 25-30 км. В "озоновом слое" содержится до 90 % общего количества атмосферного озона. Часть озона содержится и в тропосфере, где он образуется при грозовых разрядах и при воздействии на кислород разрядов, вызванных геоэлектричеством.

Если собрать весь озон атмосферы в один слой, то при нормальных условиях (давлении 1 атм и температуре 273°С) он будет иметь толщину всего лишь 0,3 см.

В обычных условиях озон представляет собой газ с резким специфическим запахом, является сильным ядом, превосходящим по токсичности синильную кислоту. Он обладает мутагенными и канцерогенными свойствами; действует на кровь, подобно ионизирующей радиации; в смеси с кислородом взрывоопасен. Таким образом, присутствие озона в тропосфере представляет определенную экологическую проблему, тем более что в последнее время отмечается рост его концентрации в приземных воздушных слоях. Озон может возникать в результате фотохимических реакций в воздухе, загряз­ненном антропогенными примесями, в первую очередь в больших городах.

Стратосферный озон из-за способности поглощать губительное для биосферы коротковолновое излучение (менее 0,4 мкм) позволяет ему быть защитным экраном планеты.

На стратосферных высотах озон образуется при фотолизе (распаде веществ под действием поглощенного света) кислорода ультрафиолетовым излучением с длиной волны менее 240 нм и дальнейшем взаимодействии атмосферного кислорода, образовавшегося в результате фотолиза с молекулярным кислородом.

Процесс взаимодействия всех трех типов кислорода (одно-, двух- и трехатомный) с учетом фотолиза был рассмотрен впервые английским физиком Сидни Чепменом (1929) и получил название кислородного цикла или цикла Чепмена. В упрощенном виде он может быть записан следующим образом:

О₂ → О + О, λ < 240 мкм,

О + О₂ + М → О₃ + М,

где М = N₂, О₂ и любые частицы, принимающие избыточную энергию соударения.

С другой стороны, под воздействием ультрафиоле­товых лучей с большей длиной волны происходит разрушение молекул озона:

О₃ → О + О₂, λ < 900 нм.

В атмосфере существуют определенные закономерности в распределении озона по времени, широ­те и высоте. В соответствии с суточными колебаниями послеобеденное содержание озона больше утреннего.

Максимальных значений содержание озона достигает весной, а осенью падает до минимума. Максимум концентрации озона приходится на высоту 25 км. С повышением широты максимум концентрации озонового слоя падает с 25 до 13 км (рис. 7, 8).

Помимо газов в составе атмосферы определенную роль играет водяной пар. Хотя он главным образом со­держится в тропосфере и его проникновению в страто­сферу препятствует тропопауза, являющаяся холодной ловушкой для водяного пара, тем не менее неконденсированные остатки воды проникают из тропосферы в стратосферу. На высоте около 30 км существуют области "перламутровых" облаков, состоящих из водного льда с вмороженными в него частицами разнообразных соединений азота, хлора и углерода.

Эти облака образуются как в результате разложения озона водородом (О₃ + Н₂ → Н₂О + О₂), так и путем множества других реакций. У верхней границы мезосферы (80 км) происходит образование "серебристых" облаков, представляющих собой скопления ледяных кристалликов.

Важная особенность воздушной оболочки - ее запы­ленность, влияющая на прозрачность атмосферы. Естест­венным природным источником уменьшения прозрач­ности являются выбросы вулканического пепла. Кроме того, в результате вулканической деятельности в верхние слои атмосферы попадает огромное количество серни­стого газа, который, окисляясь под воздействием сол­нечных лучей и реагируя с водяным паром, образует аэрозоль серной кислоты. Запыленности атмосферы способствует и антропогенная деятельность, значительно уменьшающая ее прозрачность.

Дата добавления: 2015-06-28