Состояние атмосферного воздуха. Качество атмосферного воздуха в городских населенных пунктах. Состояние атмосферного воздуха в россии I. Изменение состояния атмосферы

Состав атмосферы. Атмосфера состоит из смеси нескольких газов, называемой воздухом, в котором находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частички. Основными газами сухого воздуха являются азот (более 78% по объему) и кислород (около 21%), заметная доля принадлежит аргону (около 1%) и углекислому газу (около 0,03%). Кроме того, в атмосфере содержатся в ничтожных количествах криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак, перекись водорода, закись азота и другие газы. В атмосфере имеется переменное количество водяного пара в пределах от почти 0 до 4%.

Процентное содержание составных частей сухого воздуха до высоты примерно 100 км мало меняется. На высотах от 10-20 до 50-60 км при поглощении кислородом ультрафиолетовой радиации Солнца образуется озон. Выше 80 км под действием ультрафиолетовой и корпускулярной радиации Солнца в атмосфере преобладают заряженные атомы кислорода и азота, заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны. Выше 1000 км атмосфера состоит в основном из гелия, а выше 2000 км - из водорода. Количество водяного пара сильно уменьшается с высотой. На высоте 5 км его количество в 10 раз меньше, чем у земной поверхности, а на высоте 8 км - в 100 раз меньше.

Первичная атмосфера Земли состояла главным образом из водяных паров, водорода и аммиака. Под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца водяные пары разлагались на водород и кислород. Водород в значительной части уходил в космическое пространство, кислород вступал в реакцию саммиаком и образовывались азот и вода. На раннем этапе геологической истории Земли в атмосфере преобладал углекислый газ, который поступал из недр при интенсивных вулканических извержениях. С появлением в конце палеозоя зеленых растений кислород стал поступать в атмосферу в результате разложения углекислого газа при фотосинтезе, и состав атмосферы принял современный вид.

Взвешенные частички в атмосфере называются аэрозолями. К ним относятся водяные капли и кристаллы, пыль минерального и органического происхождения, дым и пепел от лесных пожаров, сгорания топлива и вулканических извержений, частички морской соли, микроорганизмы, космическая пыль и продукты радиоактивного распада, возникающие при испытательных взрывах атомных и термоядерных бомб. Аэрозоли содержатся главным образом в самых нижних слоях атмосферы. Многие из них служат ядрами, на которых начинается конденсация водяного пара при образовании облаков и тумана.

Физическое состояние атмосферы. Рассмотрим основные характеристики физического состояния атмосферы, от которых в первую очередь зависит ее строение и роль в развитии географической оболочки. К этим характеристикам относятся температура, давление и плотность воздуха и производное от них движение воздуха.

Давление, плотность и температура связаны между собой уравнением состояния газов

где Р - давление, ρ - плотность, Т - температура по абсолютной шкале, R - газовая постоянная, зависящая от природы газа. С достаточным приближением это уравнение применимо и для атмосферы. Из уравнения следует, что плотность и температура пропорциональны давлению. Следовательно, если с высотой давление уменьшается, то должны уменьшаться плотность и температура.

Среднегодовая температура воздуха у земной поверхности 14°. Она варьирует в широких пределах: ее крайние значения от +58° (в тропических пустынях) до -88° (в Антарктиде). С высотой температура, как правило, понижается по сложному закону.

Давление, оказываемое атмосферой на земную поверхность, составляет на уровне моря в среднем 1013 мб. Самое высокое давление, приведенное к уровню моря, зарегистрировано в Азии (1080 мб), самое низкое - в Тихом океане (887 мб). С высотой давление убывает примерно в геометрической прогрессии, когда высота возрастает в арифметической прогрессии. На уровне 5 км давление почти вдвое ниже, чем на уровне моря, на уровне 10 км - в 4 раза, на уровне 20 км - в 18 раз ниже.

Плотность воздуха уменьшается с высотой меньше, чем давление. У поверхности земли плотность в среднем равна 1250 г/ж 3 , на высоте 5 км - 735 г/м 3 , 10 км - 411 г/м 3 , 20 км - 87 г/м 3 .

В связи с изменением давления воздух постоянно перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях, что приводит к обмену тепла и влаги на земной поверхности и в нижнем слое атмосферы. Горизонтальное перемещение воздуха происходит со средней скоростью у земной поверхности 5-10 м/сек, максимальной более 50 м/сек. В высоких слоях атмосферы наблюдаются скорости 100 м/сек и более. Вертикальное перемещение воздуха происходит со скоростью от нескольких метров до 10-20 м/сек.

Строение атмосферы. В вертикальном направлении атмосферу можно представить состоящей из нескольких концентрических слоев, сравнительно резко отличающихся по своим физическим свойствам. Давление и плотность атмосферы понижаются с высотой постепенно и не могут являться причиной скачкообразного изменения свойств атмосферы. Изменение же температуры, связанное с давлением и плотностью уравнением состояния газов, понижается постепенно лишь до определенной высоты. Далее в ход температуры вмешивается ультрафиолетовое и корпускулярное

излучение Солнца, где давление и плотность уже малы. Ультрафиолетовое излучение приводит к образованию слоя озона, в связи с чем понижение температуры с высотой сначала уравновешивается, а затем температура повышается. На высотах, где влияние озона перестает сказываться, температура вновь начинает понижаться. На высотах более 80 км под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучения Солнца происходит образование ионов в атмосфере, что опять приводит к повышению температуры (рис. 10). Таким образом, основной причиной концентрического строения атмосферы является ультрафиолетовое и корпускулярное излучение Солнца.

Нижний слой атмосферы высотой до 17 км над экватором и 8 км над полюсами называется тропосферой. Температура в тропосфере понижается с высотой в среднем на 0°, 6 на каждые 100 м. В тропосфере происходит непрерывное перемешивание воздуха, образуются облака, выпадают осадки. В ней сосредоточено до 4/5 всей массы атмосферы и почти весь водяной пар. Процессы, происходящие в тропосфере, непосредственно влияют на погоду и климат. Нижний слой тропосферы, примыкающий к земной поверхности, называют приземным слоем. Здесь особенно резко выражены изменения температуры в течение суток и года. Слой от земной поверхности до высоты порядка 1000 м называется слоем трения, в котором уменьшается скорость ветра и меняется его направление. Слой трения оказывает большое влияние на общую циркуляцию атмосферы. В процессе последней тропосфера расчленяется на отдельные воздушные массы, которые более или менее длительное время сохраняют индивидуальные физические свойства (температуру, влажность, содержание пыли). Горизонтальное распространение воздушных масс измеряется тысячами километров.

Над тропосферой до высоты порядка 55 км расположена стратосфера. В ней выделяется слой озона с максимальной концентрацией его на высоте от 25 до 30 км. Нижняя стратосфера имеет более или менее постоянную температуру около -70° над экватором и от -45 до -65° над северным полюсом. С высоты 25 км температура начинает расти и у верхнего предела стратосферы достигает 10-30°. Распределение температуры в стратосфере является причиной господства горизонтального переноса воздуха, что приводит, в частности, к обмену воздушных масс между широтами.

На высотах порядка от 55 до 80 км расположена мезосфера. Здесь температура падает с высотой до нескольких десятков градусов у верхней границы и поэтому преобладает вертикальное движение воздуха.

Над мезосферой до высоты порядка 1200 км расположена ионосфера (термосфера). Температура в ней с высотой повышается до 1000°, а возможно и более. Физические свойства ионосферы зависят главным образом от магнитосферы Земли, солнечной активности и их колебаний. Это приводит, в частности, к образованию постоянных и временных слоев и облаков с повышенной плотностью ионизированного газа. Сильная изменчивость свойств ионосферы косвенно влияет и на состояние нижних слоев атмосферы, а следовательно, на погоду и климат.

Над ионосферой расположена протоносфера, состоящая в основном из ионов водорода (протонов). Она распространяется до верхней границы магнитосферы.

> Состояние атмосферного воздуха

Атмосферный воздух - это, проще говоря, уличный воздух. Атмосфера Земли - воздушная оболочка вокруг нашей планеты. Это слоеный пирог, даже, точнее, слоеный коктейль из различных газов толщиной примерно 10 тыс. км. Барменом в данном случае является земное притяжение, которое удерживает поближе к земной коре более тяжелые газы, а более легкие парят далеко на периферии, так и норовя улетучиться вовсе в космическое пространство.

Состояние атмосферного воздуха на данный момент плачевно. Воздух, которым дышит человек, представляет собой всего лишь тоненький нижний слой где-то 5 км в высоту: именно в нем мы живем, дышим, его загрязняем и за его чистоту боремся.

Загрязнение атмосферного воздуха - проблема номер один во всем мире, загрязняющие вещества атмосферного воздуха кочуют по всей земной поверхности и равномерно распределяются в воздушной толще. На высоте 3-18 км они впитываются в облака, выпадая на землю кислотными дождями. На высоте 40 км повреждают озоновый слой - естественный щит от губительного солнечного ультрафиолета. И до 100 км атмосфера становится все менее прозрачной, разогревая планету и создавая так называемый "парниковый эффект", постепенно меняющий климат на всех материках и в перспективе способный растопить полярные льды и радикально изменить рельеф земной поверхности.

Состояние атмосферного воздуха таково, что особого смысла в том, чтобы пытаться очистить воздух в каком-то одном городе и даже стране нет, ведь очищенный атмосферный воздух улетит путешествовать, а на его место придет грязный воздух окрестностей. Получается, что, загрязняя воздух у себя в городе, мы вредим в первую очередь не себе, а своим соседям - ближним и дальним. А они нам. Это называется трансграничный перенос (т.е. "перенос через границу"). В Российской Федерации значительная доля загрязняющих веществ в воздухе принесена воздушным потоком из других стран.

Есть еще и естественные загрязнители атмосферного воздуха. Одно извержение вулкана по своему пагубному эффекту далеко превосходит выбросы мощного завода. А еще и весеннее выветривание пашни, и песчаные бури в пустынях, и глобальные процессы гниения органики - в болотах, на свалках, в пищевых цехах. Каждый год с наступлением жаркой погоды начинают гореть гектары тайги и более мелких лесов, справиться с этим пока не под силу никаким государственным службам. В результате всех этих процессов в воздух попадают вредные вещества. Причем вулканическая пыль и гарь от пожаров витает и в тех регионах, где ни вулканов, ни лесов и близко нет.

В России за состояние атмосферного воздуха отвечают Федеральный закон "Об охране атмосферного воздуха", закон "Об охране окружающей среды" и "О радиационной безопасности населения", а также ряд более специальных документов. Все они устанавливают нормативы экологической нагрузки на воздух, предписывают необходимые действия по предотвращению злоупотреблений и санкции за нарушения. Однако, как это часто бывает в России, законы написаны, но никто их не исполняет. Владельцам химических производств нет дела до того, что огромное число граждан в нашей стране дышит воздухом, загрязненным выше любых установленных пределов. Эффективное очистительное оборудование, которое могло бы бороться с огромными объемами вредных выбросов, это отдельная статья расходов, поэтому фабрикантам легче сэкономить, чем обеспечить экологическую безопасность своего хозяйственного объекта.

Кстати, многие процессы, происходящие с "домашним" воздухом, похожи на атмосферные. Согреваемый батареями и радиаторами, воздух потоками поднимается вверх, на его место притягивается более холодный, и таким образом он постоянно перемешивается. Можно сказать, что в каждой комнате, офисе, кабинете существует своя атмосфера, не зря ведь о приятном месте говорят: "здесь особая атмосфера".

Качество окружающей среды

Качество окружающей среды - это состояние естественных и преобразованных человеком экосистем, сохраняющее их способность

В естественных экосистемах качество природной среды обеспечивается действием законов природы, в преобразованных - соблюдением меры соответствия природной окружающей среды потребностям живых организмов и экологическим интересам общества.

Загрязнение - это наличие физических, химических, информационных или биологических агентов или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня (в пределах его крайних колебаний) концентрации перечисленных агентов в среде, нередко приводящее к негативным последствиям.

Загрязнение - это все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, выводит ее из состояния равновесия, отличается от обычно наблюдаемой нормы

Загрязнение может возникнуть в результате естественных причин (загрязнение природное) и под влиянием деятельности человека (антропогенное загрязнение). Уровень загрязнения контролируется величинами ПДК и другими нормативами.

Специфика каждого вида производственной деятельности создает и определенные виды загрязнителей окружающей среды.

Для оценки воздействия загрязнителей на объекты природной среды необходимо знание параметров и показателей, по которым необходимо производить оценку загрязненности. Состав и загрязняющие свойства их устанавливают путем физико-химического анализа, основу которого составляет количественный химический анализ.

Индекс качества среды - количественный показатель состояния окружающей среды, различно выражаемый в зависимости от целей оценки: в баллах или в абсолютных единицах (например, в ПДК и других характеристиках степени загрязнения отдельным веществом или группой веществ).

Анализ состава загрязнителей и их свойств, а также химического состава объектов природной среды должен производиться по единым методикам специализированными аккредитованными лабораториями, допущенными для целей государственного экологического контроля.

Эффективное регулирование качества окружающей природной среды базируется на адекватной информации об уровнях загрязнения и изменениях экосистем под влиянием загрязнения, построенной на данных, получаемых в результате проведения экологического мониторинга.

Практика экологического нормирования, бурно развивавшаяся в 70 - 80 гг. ХХ в., выделила три основных вида нормирования:

Санитарно-гигиеническое (ПДК, ОБУВ);

Производственно-хозяйственное [предельно допустимые выбросы (ПДВ), ВСВ, ПДС, ПНОЛРО];

Экосистемное (экологический норматив).

Состояние атмосферного воздуха

Атмосфера - огромная воздушная система. Нижний слой (тропосфера) толщиной 8 км в полярных и 18 км в экваториальных широтах (80 % воздуха), верхний слой (стратосфера) толщиной до 55 км (20 % воздуха). Атмосфера характеризуется газовым химическим составом, влажностью, составом взвешенных веществ, температурой. В нормальных условиях химический состав воздуха (по объему) следующий: азот - 78,08 %; кислород - 20,95 %; углекислый газ - 0,03 %; аргон - 0,93 %; неон, гелий, криптон, водород - 0,002 %; озон, метан, оксид углерода и оксид азота - десятитысячные доли процента.

Общее количество свободного кислорода в атмосфере - 1,5 в 10 степени.

Назначение атмосферы в экосистеме Земли - обеспечение человека, животного и растительного мира жизненно необходимыми газовыми элементами (кислород, углекислый газ), защита Земли от метеоритного воздействия, космического радиационного и солнечного облучения. В процессе своего существования атмосфера подвергается следующим изменениям:

Безвозвратному изъятию газовых элементов;

Временному изъятию газовых элементов;

Загрязнению газовыми примесями, разрушающими ее газовую структуру;

Загрязнению взвешенными веществами;

Нагреванию;

Пополнению газовыми элементами;

Самоочищению.

Кислород - наиболее важная для человека составная часть воздуха. При нехватке кислорода у человека развиваются явления компенсаторного характера: учащается дыхание, ускоряется ток крови и т.д. За 60 лет жизни человека в городе через его легкие проходит 200 г. вредных химических веществ, 16 г. пыли, 0,1 г. металлов. Из наиболее опасных для человека веществ можно назвать канцероген бенз(а)пирена (продукт термического разложения сырья и горения топлива), формальдегид и фенол.

В процессе горения органического топлива (уголь, нефть, природный газ, древесина) интенсивно потребляется кислород и атмосфера загрязняется углекислым газом, соединениями серы, взвешенными веществами. В мире ежегодно сжигаются 10 млрд. т. условного топлива, при этом наряду с организуемыми возникают неорганизованные процессы горения: пожары в быту, в лесу, на складах угля, возгорание выходов природного газа, пожары на нефтепромыслах и при перевозке топлива. На все формы сжигания топлива, на получение металлургической и химической продукции, на дополнительные окисления различных отходов ежегодно расходуется 10 - 20 млрд. т. кислорода. К концу столетия эта величина возрастает до 50 млрд. т. Повышение расхода кислорода, вызванное активизацией хозяйственной деятельности человека, составляет не менее 10 - 16 % ежегодного биогенного образования.

Автомобильный транспорт потребляет кислород воздуха для обеспечения процесса горения в двигателях; загрязняет атмосферу углекислым газом, пылью, взвешенными продуктами сгорания бензина (свинец, сернистый ангидрид и др.). С автомобильным транспортом связано около 13 % всех загрязнений атмосферы. Их уменьшают совершенствованием топливной системы автомобилей, использованием двигателей электрических. На природном газе, на водороде или низкосернистом бензине, прекращением использования этилированного бензина, применением катализаторов и фильтров для выхлопных газов.

По данным Росгидромета, осуществляющего мониторинг загрязнения воздуха, в 2001 г. в 207 городах страны с населением 64,5 млн. человек среднегодовые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе превышали ПДК (в 2000 г. - 202 города).

В 48 городах с населением более 23 млн. человек были отмечены максимальные разовые концентрации различных вредных веществ более 10 ПДК (в 2000 г. - в 40 городах).

В 115 городах с населением почти 50 млн. человек индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) превышал 7, то есть уровень загрязнения воздуха оценен как высокий и очень высокий (в 2000 г. - 98 городов). В приоритетный список городов с наибольшим уровнем загрязнения воздуха в России (с индексом загрязнения атмосферы, равным или больше 14) в 2001 г. включен 31 город с населением более 15 млн. человек (в 2000 г. - городов).

В 2001 г. по сравнению с предыдущим годом по всем показателям загрязнения воздуха возросло число городов и, соответственно, численность населения, подверженного не только высокому, но к тому же и всевозрастающему воздействию загрязняющих веществ в атмосфере.

Наблюдаемые изменения происходят не только вследствие роста промышленных выбросов при наращивании производства промышленной продукции, но и в результате увеличения автомобильного парка в городах, сжигания огромного количества топлива на ТЭЦ, заторов на дорогах и продолжительной работы двигателей на холостом ходу, при отсутствии на автомобилях средств обезвреживания отработавших газов. В последние годы во многих городах произошло существенное сокращение экологически чистых общественных средств транспорта - трамваев и троллейбусов - за счет увеличения парка маршрутных такси.

В 2001 г. в списке городов с очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, как и ранее, оказались 10 городов - центров черной и цветной металлургии, нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Состояние атмосферного воздуха в городах по федеральным округам характеризуется следующим образом.

В Центральном федеральном округе в 35 городах среднегодовые концентрации вредных примесей превысили 1 ПДК. В 16 городах с населением 8 433 тыс. человек уровень загрязнения был высоким (ИЗА был равен или более 7). В городах Курск, Липецк и в южной части Москвы этот показатель был очень высоким (ИЗА равен или больше 14), в связи с чем они вошли в число городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

В Северо-Западном федеральном округе в 24 городах среднегодовые концентрации вредных примесей превышали 1 ПДК, а в четырех городах их максимальные разовые концентрации составляли более 10 ПДК. В 9 городах с населением 7 181 тыс. человек уровень загрязнения был высоким, а в г. Череповце - очень высоким.

В Южном федеральном округе в 19 городах среднегодовые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе превышали 1 ПДК, а в четырех городах их максимальные разовые концентрации были больше 10 ПДК. Высокий уровень загрязнения воздуха был в 19 городах с населением 5 388 тыс. человек. Очень высокий уровень загрязнения воздуха отмечен в Азове, Волгодонске, Краснодаре и Ростове-на-Дону, в связи с чем они отнесены к числу городов с наиболее загрязненным воздушным бассейном

В Приволжском федеральном округе в 2001 г. среднегодовые концентрации вредных примесей в атмосферном воздухе превысили 1 ПДК в 41 городе. Максимальные разовые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе составляли более 10 ПДК в 9 городах. Уровень загрязнения воздуха был высоким в 27 городах с населением 11 801 тыс. человек, очень высоким - в г. Уфа (отнесенном к числу городов с наибольшим уровнем загрязнения воздуха).

В Уральском федеральном округе среднегодовые концентрации вредных примесей в атмосферном воздухе превысили 1 ПДК в 18 городах. Максимальные разовые концентрации составляли более 10 ПДК в 6 городах. Высокий уровень загрязнения воздуха был в 13 городах с населением 4 758 тыс. человек, а Екатеринбург, Магнитогорск, Курган и Тюмень вошли в список городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

В Сибирском федеральном округе в 47 городах среднегодовые концентрации вредных примесей в атмосферном воздухе превысили 1 ПДК, а в 16 городах максимальные разовые концентрации составляли более 10 ПДК. Высокий уровень загрязнения воздуха отмечен в 28 городах с населением 9 409 человек, а очень высокий - в городах Братск, Бийск, Зима, Иркутск, Кемерово, Красноярск, Новокузнецк, Омск, Селенгинск, Улан-Удэ, Усолье-Сибирское, Чита и Шелехов. Таким образом, Сибирский федеральный округ в 2001 г. лидировал как по числу городов, в которых были превышены среднегодовые нормы ПДК, так и по числу городов с наиболее высоким уровнем загрязнения воздушного бассейна.

В Дальневосточном федеральном округе среднегодовые концентрации вредных примесей превышали 1 ПДК в 23 городах, максимальные разовые концентрации были больше 10 ПДК в 9 городах. Высокий уровень загрязнения воздуха отмечен в 11 городах с населением в 2 311 тыс. человек. Города Магадан, Тында, Уссурийск, Хабаровск и Южно-Сахалинск отнесены к числу городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха.

В условиях наращивания объемов промышленного производства, преимущественно на морально и физически устаревшем оборудовании в базовых отраслях экономики, а также при неуклонно растущем количестве автомобилей следует ожидать дальнейшего ухудшения качества атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах страны.

По данным совместной программы наблюдения и оценки переноса на большие расстояния загрязняющих воздух веществ в Европе, представленных в 2001 г., на Европейской территории России (ЕТР) общие выпадения окисленных серы и азота составили 2 038,2 тыс. т., 62,2 % этого количества - трансграничные выпадения. Общие выпадения аммиака на ЕТР составили 694,5 тыс. т., из которых 45,6 % - трансграничные выпадения.

Общие выпадения свинца на ЕТР составили 4 194 т., в том числе 2 612 т., или 62,3 %, - трансграничные выпадения. На ЕТР выпало 134,9 т. кадмия, из них 94,8 т., или 70,2%, - в результате трансграничных поступлений. Выпадения ртути составили 71,2 т., из них 67,19 т, или 94,4 %, - трансграничные поступления. Значительную долю вклада в трансграничное загрязнение территории России ртутью (почти 89 %) вносят природные и антропогенные источники, находящиеся за пределами европейского региона.

Выпадения бенз(а)пирена превысили 21 т, из них 16 т, или более 75,5 %, - трансграничные выпадения.

Несмотря на принятые меры по снижению выбросов вредных веществ Сторонами Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния (1979 г.), трансграничные выпадения на ЕТР окисленных серы и азота, свинца, кадмия, ртути и бенз(а)пирена превосходят выпадения от российских источников.

Состояние озонового слоя Земли над территорией Российской Федерации в 2001 г. оказалось устойчивым и очень близким к норме, что весьма примечательно на фоне сильного уменьшения общего содержания озона, наблюдавшегося в период с 1988 по 1997 годы.

Данные Росгидромета показали, что до настоящего времени озоноразрушающие вещества (хлорфторуглероды) не сыграли определяющей роли в наблюдаемой межгодовой изменчивости общего содержания озона, происходящей под влиянием естественных факторов.

Координаты: электронная почта [email protected] , [email protected]

Icq 170552870, телефон 89168119086. www.wiseowl.ru

ВВЕДЕНИЕ 2

1. Общая характеристика атмосферы и ее загрязнений 3

2. Особенности изменения климата 5

3. Диоксид углерода и парниковый эффект 7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 12

ВВЕДЕНИЕ

«Состояние атмосферы. Причины загрязнения атмосферы. Диоксид углерода и парниковый эффект, изменения климата» - одна из важных и актуальных тем на сегодняшний день в экологии.

Тема работы актуальна потому, что на рубеже XXI в. человечество оказалось перед парадоксальным фактом: с одной стороны – научно-технический прогресс в сочетании с экологической неграмотностью послужили причиной деградации окружающей среды; с другой стороны – только человек должен стать гарантом охраны природы. Сейчас, когда человек, по определению В. И. Вернадского, превратился в «огромную геологическую силу», мы должны охранять окружающую среду от человека и для человека, что является только частью проблем, решаемых экологией.

Целью работы является рассмотрение состояние атмосферы, причины загрязнения атмосферы, а также особенности диоксида углерода и парниковый эффект и их влияние на атмосферу.

Основные задачи:

Изучить литературу по проблеме исследования.

На основе теоретического анализа изучения проблемы систематизировать знания о состоянии атмосферы и причинах ее загрязнения.

Рассмотреть сущность и специфику изменения климата, особенности диоксида углерода и парникового эффекта.

Систематизировать и обобщить существующие в специальной литературе, научные подходы к данной проблеме.

Для раскрытия темы определена следующая структура: работа состоит из введения, основной части и заключения. Названия основной части отображают ее содержание.

1. Общая характеристика атмосферы и ее загрязнений

Одной из основных экологических проблем является загрязнение атмосферного воздуха. Воздух – один из основных природных ресурсов. Атмосфера является определяющим условием жизни на планете. Известно, что человек может прожить без пищи – 5 мес., без воды – 5 сут., а без воздуха – меньше 5 мин. Качество атмосферы определяет жизнь и здоровье людей, существование растительного и животного мира. Больше всего подвержен загрязнениям воздушный бассейн.

В слое толщиной 5,5 км сосредоточена. массы всей атмосферы, а в слое 40 км – 99 % всей массы атмосферы.

Нижняя часть атмосферы (приблизительно 15 км) – тропосфера. В ней наблюдается интенсивное турбулентное перемешивание, дуют ветры и, таким образом, температура резко уменьшается с высотой (на 1 км приблизительно 6 °С). На высоте приблизительно 55 км она минимальна – 3 °С и далее идет интенсивный рост температуры.

Состав воздуха в основном: N2 – 79 %, О2 – 20 … 21 %, и незначительное количество СО2, инертных газов, водорода. Ср. м. м. – 29 г/моль.

Одной из важнейших экологических проблем в большинстве стран является загрязнение воздуха. Город с населением 1 млн. человек выбрасывает ежегодно в атмосферу 10 млн. т водяного пара, 2 млн. т газов (SO2, CO2, NO2 и т.д.). Примерно 20 тыс. т пыли и 150 т тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd и т.д.) 1 .

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в 90-е годы в 27-ми из 54-х обследованных стран концентрация SO2 превысила стандартные нормы (40 – 60 мкг/дм3). Список городов с повышенным загрязнением воздуха открывает Милан, далее Тегеран, Сеул, Рио-де-Жанейро, Париж, Пекин, Мадрид.

Основным показателем, характеризующим состояние атмосферы, является концентрация вредных веществ и ее соотношение с ПДК или нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ).

ПДВ определяются на основе ПДК с учетом рассеивания выбросов и наложения их на фоновое загрязнение.

Также учитывается суммарное воздействие нескольких источников загрязнения. Для продуктов сгорания (CO2, SO2 и пр.) расчет ПДВ производят по формуле 2:

где ПДК – предельно допустимая концентрация; С ф – фоновая концентрация выбрасываемого вещества, равная нулю; Н – высота трубы, м; V – объем выбросов, м3/с; ΔТ – превышение температуры выбросов над температурой воздуха; N – число источников загрязнения; А – безразмерный коэффициент, определяющий условия рассеивания примесей в атмосфере, для РФ равен 120 F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания примесей (для газов F = 5); m , n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газов из источников выбросов: m ≅ 0,4; n = 1 … 3.

Очень часто выбросы предприятия больше ПДВ и оно их не может сократить ни при каких условиях (Байкальский целюлозно-бумажный комбинат, который работает до сих пор – диоксиновый источник).

Для таких предприятий установлены нормативы временно согласованных выбросов (ВСВ), рассчитываемых на долгосрочную программу снижения выбросов.

Закисление дождей, а затем почв и природных вод вначале протекало как скрытый, незаметный процесс. Чистые, но уже подкисленные озера сохраняли свою обманчивую красоту. Лес выглядел таким же, как и раньше, но уже начались необратимые изменения.

При кислотных дождях чаще всего страдают пихта, ель, сосна, потому что смена хвои происходит реже, чем смена листьев и она накапливает больше вредных веществ за один и тот же период времени. У хвойных деревьев желтеет и опадает хвоя, изреживаются кроны, повреждаются тонкие корни. У лиственных пород изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Не происходит естественное возобновление хвойных и лиственных лесов. Эти симптомы часто сопровождаются вторичными поражениями от насекомых и болезней деревьев. Поражение деревьев все в большей степени захватывает и молодые леса.

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется, прежде всего, в поражении верхних дыхательных путей. Под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.

Так называемые «кислые» дожди вызывают повышение кислотности почв, что снижает эффективность применяемых минеральных удобрений на пахотных землях, приводит к выпадению наиболее ценной части видового состава на долголетних культурных сенокосах и пастбищах. Особенно подвержены влиянию кислых осадков дерново-подзолистые и торфяные почвы, широко распространенные в северной части Европы.

Для снижения материального ущерба металлы, чувствительные к автомобильным выбросам, заменяют на алюминий; на сооружения наносят специальные газоустойчивые растворы и краски. Многие ученые видят в развитии автотранспорта и во всебольшем загрязнении воздуха крупных городов автомобильными газами главную причину увеличения заболевания легких.

Озоновый слой расположен в верхних слоях атмосферы (стратосфере) и содержит большое количество озона (O3). Он начинается на высотах около 8 км над полюсами и 17 км над экватором. Его назначение – поглощать коротковолновое ультрафиолетовое излучение. В 1985 г. специалисты по исследованию атмосферы из Британской Антарктической Службы сообщили о совершенно неожиданном факте: весеннее содержание озона в атмосфере над станцией Халли-Бей в Антарктиде уменьшилось за период с 1977 по 1984 г. на 40 %. Вскоре этот вывод подтвердили другие исследователи, показавшие также, что область пониженного содержания озона простирается за пределы Антарктиды и по высоте охватывает слой от 12 до 24 км, т.е. значительную часть нижней части стратосферы.

Ультрафиолет разрушает устойчивые в обычных условиях молекулы ХФУ, которые распадаются на компоненты, обладающие высокой реакционной способностью, в частности атомарный хлор. Таким образом ХФУ переносит хлор с поверхности Земли через тропосферу и нижние слои атмосферы, где менее инертные соединения хлора разрушаются, в стратосферу, к слою с наибольшей концентрацией озона. Очень важно, что хлор при разрушении озона действует подобно катализатору: в ходе химического процесса его количество не уменьшается.

2. Особенности изменения климата

Изменения климата обусловлены переменами в земной атмосфере, процессами, происходящими в других частях Земли, таких как океаны, ледники, а также эффектами, сопутствующими деятельности человека. Внешние процессы, формирующие климат, - это изменения солнечной радиации и орбиты Земли 3 .

изменение размеров и взаимного расположения материков и океанов,

изменение светимости солнца,

изменения параметров орбиты Земли,

изменение прозрачности атмосферы и ее состава в результате изменений вулканической

активности Земли,

изменение концентрации СО2 в атмосфере при взаимодействии с биосферой,

изменение отражательной способности поверхности Земли (альбедо),

изменение количества тепла, имеющегося в глубинах океана.

Рассмотрим основные климатические изменения на Земле.

Погода - это ежедневное состояние атмосферы. Погода является хаотичной нелинеарной динамической системой. Климат - это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. Однако на Земле происходят и такие процессы, которые могут оказывать влияние на климат.

Ледники признаны одними из самых чувствительных показателей изменения климата. Они существенно увеличиваются в размерах во время охлаждения климата (т. н. «малые ледниковые периоды») и уменьшаются во время потепления климата. Ледники растут и тают из-за природных изменений и под влиянием внешних воздействий. В прошлом веке ледники не были способны регенерировать достаточно льда в течение зим, чтобы восстановить потери льда во время летних месяцев. Самые значительные климатические процессы за последние несколько миллионов лет - это гляциальные и интергляциальные циклы текущего ледникового периода, обусловленные изменениями орбиты Земли. Изменение состояния континентальных льдов и колебания уровня моря в пределах 130 метров являются в большинстве регионов ключевыми следствиями изменения климата.

В масштабе десятилетий климатические изменения могут быть результатом взаимодействия атмосферы и мирового океана. Многие флуктуации климата, включая наиболее известную южную осцилляцию Эль-Ниньо, а также североатлантическую и арктическую осцилляции, происходят отчасти благодаря возможности мирового океана аккумулировать тепловую энергию и перемещению этой энергии в различные части океана. В более длительном масштабе в океанах происходит термогалинная циркуляция, которая играет ключевую роль в перераспределении тепла и может значительно влиять на климат.

В более общем аспекте изменчивость климатической системы является формой гистерезиса, т. е. это значит, что настоящее состояние климата является не только следствием влияния определенных факторов, но также и всей историей его состояния. Например, за десять лет засухи озера частично высыхают, растения погибают, и площадь пустынь увеличивается. Эти условия вызывают, в свою очередь, менее обильные дожди в последующие за засухой годы. Т. о. изменение климата является саморегулирующимся процессом, поскольку окружающая среда реагирует определенным образом на внешние воздействия, и, изменяясь, сама способна воздействовать на климат.

Согласно отчету ООН «Длинная тень скотоводства» от 2006 года скот является причиной 18% выбросов парниковых газов в мире. Это включает в себя и изменения в землепользовании, т. е. вырубку леса под пастбища. В тропических лесах Амазонки 70% вырубки лесов производится под пастбища, что послужило основной причиной, почему Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (англ. Food and Agriculture Organization, FAO) в сельскохозяйственном отчёте за 2006 год включила землепользование в сферу влияния скотоводства. В дополнение к выбросам СО2, скотоводство является причиной выброса 65% оксида азота и 37% метана, имеющих антропогенное происхождение.

3. Диоксид углерода и парниковый эффект

Вулканы являются также частью геохимического цикла углерода. На протяжении многих геологических периодов диоксид углерода высвобождался из недр Земли в атмосферу, нейтрализуя тем самым количество СО2, изъятого из атмосферы и связанного осадочными породами и другими геологическими поглотителями СО2. Однако этот вклад не сравнится по величине с антропогенной эмиссией оксида углерода, которая, по оценкам Геологической службы США, в 130 раз превышает количество СО2, эмитированного вулканами 4 .

Антропогенные факторы включают в себя деятельность человека, которая изменяет окружающую среду и влияет на климат. В некоторых случаях причинно-следственная связь прямая и недвусмысленная, как, например, при влиянии орошения на температуру и влажность, в других случаях эта связь менее очевидна. Различные гипотезы влияния человека на климат обсуждались на протяжении многих лет. В конце 19-го века в западной части США и Австралии была, например, популярна теория «дождь идёт за плугом» (англ. rain follows the plow).

Главной проблемами сегодня являются растущая из-за сжигания топлива концентрация СО2 в атмосфере, аэрозоли в атмосфере, влияющие на её охлаждение, и цементная промышленность. Другие факторы, такие как землепользование, уменьшение озонового слоя, животноводство и вырубка лесов, также влияют на климат.

Начав расти во время промышленной революции в 1850-х годах и постепенно ускоряясь, потребление человечеством топлива привело к тому, что концентрация СО2 в атмосфере возросла с ~280 чнм до 380 чнм. При таком росте спроецированная на конец 21-го века концентрация будет составлять более 560 чнм. Известно, что сейчас уровень СО2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 750 000 лет. Вместе с увеличивающейся концентрацией метана эти изменения предвещают рост температуры на 1.4-5.6°С в промежутке между 1990 и 2100 годами.

Считается, что антропогенные аэрозоли, особенно сульфаты, выбрасываемые при сжигании топлива, влияют на охлаждение атмосферы. Полагают, что это свойство является причиной относительного «плато» на графике температур в середине XX века.

Производство цемента является интенсивным источником выбросов СО2. Диоксид углерода образуется, когда карбонат кальция(CaCO3) нагревают, чтобы получить ингредиент цемента оксид кальция (СаО или негашёная известь). Производство цемента является причиной приблизительно 2.5 % выбросов СО2 индустриальных процессов (энергетический и промышленный сектора).

Глобальные изменения климата тесно связаны с загрязнением атмосферы промышленными отходами и выхлопными газами. Влияние человеческой цивилизации на климат Земли – реальность, последствия которой ощущаются уже сейчас. Ученые считают, что сильная жара в 1988 г. и засуха в США – в какой-то мере следствия, так называемого эффекта – глобального потепления атмосферы земли в результате повышения содержания в ней углекислого газа из-за вырубки лесов, поглощающих его, и сжигание такого топлива, как уголь и бензин, при котором происходит выброс этого газа в атмосферу. Углекислый газ и другие загрязнители действуют подобно пленке или стеклу в парниках: они пропускают солнечное тепло к Земле и удерживают его здесь. В целом температура на земле в первые 5 мес. 1988 г. была выше, чем в любой аналогичный период за те 130 лет, как ведутся измерения. Можно утверждать, что причиной изменения температуры стало давно ожидавшееся глобальное потепление, связанное с загрязнением окружающей среды. Тенденция к потеплению является не естественным явлением, а следствием парникового эффекта.

На 80-е гг., указали ученые, пришлись четыре самых теплых года последнего столетия, и 1988 г. побил все предыдущие рекорды. Компьютерные прогнозы обещают дальнейшие потепления в 90-е гг. и в новом тысячелетии.

Как известно, главным по значению «парниковым» газом является водяной пар. За ним следуют углекислый газ, обеспечивающий в 80-х гг. 49 % дополнительного по сравнению с началом прошлого века увеличения парникового эффекта, метан (18 %), фреоны (14 %), закись азота N2O (6 %). На остальные газы приходится 13 %.

Изменение климата ученые связывают с изменениями содержания в атмосфере «парниковых» газов. Известно.550, как менялся химический состав атмосферы 160 тыс. лет. Эти сведения получены на основе анализа состава пузырьков воздуха в ледниковых кернах, извлеченных с глубины до 2 км на станции «Восток» в Антарктиде и в Гренландии. Найдено, что в теплые периоды концентрации СО 2 и СН 4 были примерно в 1,5 раза выше, чем в холодные ледниковые. Эти результаты подтверждают высказанное в 1861 г. Дж. Тиндалем предположение о том, что историю изменения климата Земли можно объяснить изменениями концентрации СО 2 в атмосфере.

Парниковый эффект нарушит климат планеты, изменив такие критически важные переменные величины, как осадки, ветер, слой облаков, океанические течения и размеры полярных ледниковых шапок. Хотя последствия для отдельных стран далеко не ясны, ученые уверены в общих тенденциях. Внутренние районы континентов станут суше, а побережья влажнее. Холодные сезоны станут короче, а теплые длиннее. Усиление испарения приведет к тому, что почва станет суше на обширных площадях 5 .

Одна из наиболее широко обсуждаемых и вызывающих страх последствий парникового эффекта – это прогнозируемое повышение уровня моря в результате повышения температуры. Большинство ученых считают, что этот подъем будет относительно постепенным, создавая проблемы в основном в странах с большой численностью населения, живущего на уровне или ниже уровня моря, в таких, как Нидерланды и Бангладеш. Что касается географических районов, то парниковый эффект может оказать наибольшее влияние в высоких широтах северного полушария. Снег и лед отражают солнечный свет в космическое пространство, не позволяя температуре повышаться. Но в связи с потеплением на всем земном шаре плавающий арктический лед начнет таять, в результате чего для отражения останется меньше снега и льда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог работы можно сделать следующие выводы:

Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. В состав атмосферы в основном входят: N2 (78 %); O2 (21 %); CO2 (0,03 %). Основным показателем, характеризующим состояние атмосферы, является концентрация вредных веществ и ее соотношение с ПДК или нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ). ПДВ определяются на основе ПДК с учетом рассеивания выбросов и наложения их на фоновое загрязнение.

Изменение климата - колебания климата Земли в целом или отдельных её регионов с течением времени. Его изучением занимается наука палеоклиматология. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, с недавних пор, деятельность человека. В последнее время термин «изменение климата» используется как правило (особенно в контексте экологической политики) для обозначения изменения в современном климате.

Систематические наблюдения за содержанием диоксида углерода в атмосфере показывают его рост. Известно, что СО2 в атмосфере, подобно стеклу в оранжерее, пропускает лучистую энергию Солнца к поверхности Земли, оно задерживает инфракрасное (тепловое) излучение Земли и тем самым создает так называемый тепличный (парниковый) эффект. Одна из наиболее широко обсуждаемых и вызывающих страх последствий парникового эффекта – это прогнозируемое повышение уровня моря в результате повышения температуры.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Валова (Копылова) В. Д. Экология: учебник. - М.: Издательский дом Дашков и К. 2007

Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология: учебник для вузов. - М. 2005 г. - 576 c.

Состояния приземной атмосферы недопустимо и опасно. Антропогенные процессы загрязнения воздушного бассейна в большинстве... . Это обусловлено многими причинами , и, прежде всего, неблагополучным состоянием воздушного бассейна мегаполисов, ...

Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха проводятся в 27 городах и населенных пунктах, на 1-й станции фонового мониторинга. Сеть мониторинга включает 66 станций.

В зависимости от профиля промышленных объектов, расположенных в городах в целом контролируется содержание в атмосферном воздухе 15 газовых примесей, 4 тяжелых металлов и бенз(а)пирена. Во всех городах определяются концентрации основных загрязняющих веществ, как суммарные твердых частиц, диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота. В отдельных населённых пунктах измеряются концентрации приоритетных специфических загрязняющих веществ: формальдегида, аммиака, фенола,фтористого водорода. Среди специфических примесей в составе пыли крупных промышленных городов (Алмалык, Навои и Ташкент) определяются содержание тяжёлых металлов, как, свинец, кадмий, медь, цинк и никель. Регулярные наблюдения за концентрациями твердых частиц диаметром 10 микрон и менее (РМ-10) ведутся в г. Ташкент и Нукус. В 7-ми городах ведутся наблюдения за содержанием озона, а в г.Ангрен, Бухара, Коканд и Ташкент - бенз(а)пирена.

Анализ данных, полученных на сети мониторинга атмосферного воздуха в 2008-2011 гг., показал, что средние за год концентрации основных и специфических загрязняющих веществ в подавляющем большинстве контролируемых городов Узбекистана были ниже установленных нормативов качества. Среднегодовые концентрации в атмосферном воздухе диоксида серы, диоксида азота, оксида азота практически не претерпело резких изменений и находились в пределах значений ПДК, за исключением г. Алмалык - по диоксиду серы, г. Ташкент и Навои - по диоксиду азота (таблица 2.1-2.2).

В городах Бухара и Нукус были зафиксированы превышения среднесуточных ПДК суммарных твердых частиц в 1,3 и 2,7 раза соответственно.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха аммиаком в десяти контролируемых городах в последние годы находилось в пределах ПДК и ниже, за исключением г. Ангрен. Вместе с тем в 9-ти городах наблюдалась тенденция к снижению загрязнённости воздуха аммиаком.

Среднегодовые концентрации фенола, формальдегида, твердых фторидов в атмосферном воздухе городов Узбекистана в 2009-2011 г. также были ниже предельно-допустимых норм. Исключение составило г. Ангрен, где содержание фенола составило от 1,0-1.3 ПДК (таблица 2.6). (2011 г.), что выше, чем это было в 2008-2009 гг. В сравнении с 2009 годом в городах Бухара, Фергана и Нукус среднегодовые концентрации фенола имели тенденцию к снижению с 1,0 ПДК до 0,7 ПДК.

Наблюдения за тяжелыми металлами проводятся в трех города Узбекистана: Алмалык, Навои и Ташкент. В атмосферном воздухе указанных городов кадмий и никель отсутствует, а среднегодовое содержание меди и свинца значительно ниже ПДК (таблица 2.1) .

Среднегодовые концентрации фтористого водорода в контролируемых городах республики на протяжении 2009-2011 гг. были ниже нормативов качества, за исключением г. Сариасия. Содержание этого токсичного вещества в г. Сариасия (Сурхандарьинская область) превышали установленные нормативы и находилось на уровне 1,4 ПДК в 2009 году, 1,8 ПДК в 2010 и 1,6 ПДК в 2011 году, а в г. Денау стабильно сохранились на уровне 0,6 ПДК (табл.2.2). Указанное загрязнение воздушного бассейна фтористым водородом связано с влиянием трансграничных выбросов Государственного унитарного предприятия «Таджикская алюминиевая компания (ТАЛКО)».

Касательно озона можно отметить, что в г. Ташкент отмечено его снижение с 1,5ПДК в 2009 году до 1,2 в 2010 и 0,8 ПДК в 2011г., В остальных обследуемых городах концентрации озона не изменилась и составила в г. Ангрен 2,6 ПДК, г. Чирчик -2-2,1 ПДК и в Бекабаде - 1,0ПДК

Результаты мониторинга за уровнем содержания бенз(а)пирена, осуществляемые в четырех городах страны (Ангрене, Бухаре, Коканде и Ташкенте) показали, что за период с 2009 - 2011 гг. превышений санитарно-гигиенических норм этого вещества в атмосферном воздухе данных городов не наблюдалось.

Комплексным индикатором, характеризующим уровень загрязнения атмосферы компонентами с наиболее высокой концентрацией и учитывающим их класс опасности, является Индекс Загрязнения Атмосферы (ИЗА). Уровень загрязнения считается очень высоким, если ИЗА превышает 14, высоким - ИЗА находится в интервале от 14 до 7, повышенным - при ИЗА между 7 и 5, низким - при ИЗА меньше 5. Как видно из рисунка 2.5, за рассматриваемые 2009-2011 гг. уровень загрязнения атмосферного воздуха практически во всех городах характеризуется как низкий (ИЗА меньше 5). Вместе с тем с 2009 г в большинстве городов просматривается тенденция к снижению значения ИЗА. Повышенные значения ИЗА (больше 5) отмечались лишь в 2009-2010 годы в атмосферном воздухе гг. Ангрен, Навои, Нукус и Фергана. Следует отметить, что явно просматривается тенденция к снижению значения ИЗА в большинстве городах республики по сравнению с 2009 г.