Баланс газов в атмосфере кратко

Обновлено: 08.07.2024

• Основными составными частями атмосферы являются:
азот, кислород, аргон и углекислый газ. Кроме аргона в
малых концентрациях содержатся другие инертные
газы. В атмосферном воздухе всегда присутствуют пары
воды (примерно 3 — 4%) и твердые частицы — пыль.
• Атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100
км) — гомосферу с однородным составом приземного
воздуха и верхнюю гетеросферу с неоднородным
химическим составом. Одним из важных свойств
атмосферы является наличие кислорода. В первичной
атмосфере Земли кислород отсутствовал. Появление и
накопление его связано с распространением зеленых
растений и процессом фотосинтеза. В результате
химического взаимодействия веществ с
кислородом живые организмыполучают энергию,
необходимую для их жизнедеятельности.

• Через атмосферу осуществляется обмен веществ
между Землей и Космосом, при этом Земля получает
космическую пыль и метеориты и теряет самые
легкие газы — водород и гелий. Атмосфера пронизана
мощной солнечной радиацией, которая определяет
тепловой режим поверхности планеты, вызывает
диссоциацию молекул атмосферных газов и
ионизацию атомов. Обширная разреженная верхняя
часть атмосферы состоит преимущественно из ионов.
• Физические свойства и состояние атмосферы
меняются во времени: в течение суток, сезонов, лет —
и в пространстве в зависимости от высоты над
уровнем моря, широты местности, удаленности от
океана.

7. Строение атмосферы

Основная масса воздуха в атмосфере (до 80%)
находится в нижнем, приземном слое — тропосфере.
Толщина тропосферы в среднем 11 — 12 км: 8 — 10
км — над полюсами, 16 — 18 км — над экватором.
При удалении от поверхности Земли в тропосфере
происходит понижение температуры на 6'С на 1 км
(рис. 8). На высоте 18 — 20 км плавное уменьшение
температуры прекращается, она остается почти
постоянной: — 60. — 70'С. Этот участок атмосферы
называется тропопаузой. Следующий слой —
стратосфера — занимает высоту 20 — 50 км от
земной поверхности. В ней сосредоточена остальная
(20%) часть воздуха. Здесь температура повышается
при удалении от поверхности Земли на 1 — 2'С на 1
км и в стратопаузе на высоте 50 — 55 км доходит до
0'С. Далее на высоте 55— 80 км расположена
мезосфера. При удалении от Земли температура
понижается на 2 — 3'С на 1 км, и на высоте 80 км,
в мезопаузе, она достигает — 75. — 90'С.
Термосфера и экзосфера, занимающие высоты
соответственно 80 — 1000 и 1000 — 2000 км,
представляют собой наиболее разреженные части
атмосферы. Здесь встречаются лишь отдельные
молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в
миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли.
Следы газов обнаружены до высоты 10 — 20 тыс. км.

• Толщина воздушной оболочки сравнительно невелика при
сопоставлении с космическими расстояниями: она
составляет одну четвертую радиуса Земли и одну
десятитысячную часть расстояния от Земли
до Солнца. Плотность атмосферы на уровне моря равна
0,001 г/см~, т.е. в тысячу раз меньше плотности воды.
• Между атмосферой, земной поверхностью и другими
сферами Земли происходит постоянный обмен теплом,
влагой и газами, который вместе с циркуляцией воздушных
масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие
процессы. Атмосфера защищает живые организмы от
мощного потока космического излучения. Ежесекундно на
верхние слои атмосферы обрушивается поток космических
лучей: гамма, рентгеновские, ультрафиолетовые, видимые,
инфракрасные. Если бы все они достигали земной
поверхности, то в течение нескольких мгновений
уничтожили бы все живое.

• Важнейшее защитное значение имеет озоновый экран. Он расположен
в стратосфере на высоте от 20 до 50 км от поверхности Земли. Общее
количество озона (Оз) в атмосфере оценивается в 3,3 млрд. т.
Мощность этого слоя сравнительно небольшая: суммарно она
составляет 2 мм на экваторе и 4 мм у полюсов при нормальных
условиях. Максимальная концентрация озона — 8 частей на миллион
частей воздуха — находится на высоте 20 — 25 км.
• Основное значение озонового экрана состоит в том, что он защищает
живые организмы от жесткого ультрафиолетового излучения. Часть его
энергии расходуется на реакцию: SО2 ↔ SО3. Озоновый экран
поглощает ультрафиолетовые лучи с длиной волны около 290 нм и
менее, поэтому до земной поверхности доходят ультрафиолетовые
лучи, полезные для высших животных и человека и губительные для
микроорганизмов. Разрушение озонового слоя, замеченное в начале
1980-х гг., объясняют применением фреонов в холодильных установках
и выбросом в атмосферу аэрозолей, применяемых в быту. Выбросы
фреонов в мире тогда достигали 1,4 млн. т в год, а вклад отдельных
стран в загрязнение атмосферы фреонами составлял: 35% — США, по
10% — Япония и Россия, 40% — страны ЕЭС, 5% — остальные страны.
Согласованные меры позволили сократить поступление фреонов в
атмосферу. Разрушительное воздействие на озоновый слой оказывают
полеты сверхзвуковых самолетов и космических аппаратов.

• Атмосфера защищает Землю от многочисленных
метеоритов. Ежесекундно в атмосферу попадает до
200 млн. метеоритов, доступных для наблюдения
невооруженным глазом, но они сгорают в
атмосфере. Замедляют свое движение в атмосфере
мелкие частицы космической пыли. Ежесуточно на
Землю опускается около 10" мелких метеоритов. Это
приводит к увеличению массы Земли на 1 тыс. т. в
год. Атмосфера является теплоизоляционным
фильтром. Без атмосферы перепад температур на
Земле в сутки достигал бы 200'С (от 100'С днем до —
100'С ночью).

14. Баланс газов в атмосфере

• Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относительно
постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере. Баланс газов в
атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов
использования их живыми организмами и поступления газов в
атмосферу. Азот выделяется при мощных геологических процессах
(извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении
органических соединений. Изъятие азота из воздуха происходит за счет
деятельности клубеньковых бактерий.
• Однако в последние годы происходит изменение баланса азота в
атмосфере за счет хозяйственной деятельности людей. Заметно
увеличилось связывание азота при производстве азотных удобрений.
Предполагают, что объем промышленной фиксации азота в ближайшее
время значительно возрастет и превысит его поступление в атмосферу.
Согласно прогнозам производство азотных удобрений удваивается
каждые 6 лет. Эго обеспечивает растущие потребности сельского
хозяйства в азотных удобрениях. Однако нерешенным остается вопрос
компенсации изъятия азота из атмосферного воздуха. В то же время изза огромного общего количества азота в атмосфере эта проблема не
столь серьезна, как баланс кислорода и диоксида углерода.

• Около 3,5 — 4 млрд. лет назад содержание кислорода в
атмосфере было в 1000 раз меньше, чем сейчас, так как
не было основных продуцентов кислорода — зеленых
растений. Современное соотношение кислорода и
диоксида углерода поддерживается
жизнедеятельностью живых организмов. В
результате фотосинтеза зеленые растения потребляют
диоксид углерода и выделяют кислород. Он используется
для дыхания всеми живыми организмами. Естественные
процессы потребления СО3 и О2 и их поступление в
атмосферу хорошо сбалансированы.

• С развитием промышленности и транспорта кислород
используется на процессы горения все в возрастающих
размерах. Например, за один трансатлантический рейс
реактивный самолет сжигает 35 т кислорода. Легковой
автомобиль за 1,5 тыс. км пробега расходует суточную
норму кислорода одного человека (в среднем человек
потребляет в сутки 500 л кислорода, пропуская через легкие
12 т воздуха). По подсчетам специалистов, на сгорание
разнообразных видов топлива сейчас требуется от 10 до
25% кислорода, производимого зелеными растениями.
Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за
сокращения площадей лесов, саванн, степей и увеличения
пустынных территорий, роста городов, транспортных
магистралей. Сокращается число продуцентов кислорода
среди водных растений из-за загрязнения рек, озер, морей
и океанов. Полагают, что в ближайшие 150 — 180 лет
количество кислорода в атмосфере сократится на треть по
сравнению с современным его содержанием.

• Использование запасов кислорода увеличивается
одновременно с эквивалентным ростом выделения
диоксида углерода в атмосферу. По данным ООН, за
последние 100 лет количество СО~ в атмосфере Земли
увеличилось на 10 — 15%. Если намеченная тенденция
сохранится, то в третьем тысячелетии количество СО~ в
атмосфере может возрасти на 25%, т.е. с 0,0324 до
0,04% объема сухого атмосферного воздуха. Некоторое
увеличение диоксида углерода в атмосфере
сказывается положительно на продуктивности
сельскохозяйственных растений. Так, при насыщении
воздуха теплиц углекислым газом урожайность овощей
повышается за счет интенсификации процесса
фотосинтеза. Однако с увеличением COz в атмосфере
возникают сложные глобальные проблемы, которые
будут рассмотрены ниже.

19. Загрязнение атмосферы

Загрязняющие вещества.
Активно поступать в атмосферу различные загрязняющие вещества начали в начале 19
века. Именно с того периода началось бурное развитие промышленности, которое
остановить сейчас не представляется возможным. Ибо отказаться от всех изобретений
человечеству не под силу, ведь это делает нашу жизнь проще и комфортнее. И всё бы
не плохо, если бы при этом не наносился колоссальный ущерб природе.
Лидером загрязнений атмосферы являются тепловые электростанции (ТЭС). Они
сжигают множество материалов, а продукты горения поступают в воздух, и это далеко
не только дым. Что гораздо хуже, в воздух также после их работы поступают
углекислый и сернистый газ.
Огромный урон также наносит выплавка цветных металлов (хотя и не только цветных).
Благодаря ей в воздух поступают соединения мышьяка, ртути и фосфора, оксиды
азота, хлор, фтор, аммиак и многие другие вещества.
Химические предприятия являются причиной загрязнения атмосферы соединениями
хлора различного уровня токсичности.
Вредные вещества также получаются в результате отопления жилищ, сжигания топлива
для нужд промышленности, сжигания и переработки различных отходов (как бытовых,
так и промышленных).

20. Аэрозольное загрязнение.

Аэрозольное загрязнение.
• Аэрозоли (некие частицы, находящиеся в воздухе) являются причиной
множества заболеваний людей, они очень опасны для человека.
Скопления таких частиц видятся в атмосфере как некая дымка, туман,
мгла.
Аэрозоли не поступают в воздух в готовом виде, они образуются в
атмосфере в результате взаимодействия различных частиц между
собой.
• Источниками таких загрязнений являются ТЭС, цементные,
магнезитовые, металлургические и сажевые заводы. В результате их
деятельности воздух загрязняется соединениями углерода, кремния и
кальция, а также оксидами различных металлов (цинк,
свинец, мышьяк, бериллий, хром, никель, медь и другие),
углеводородами и солями кислот.
Также большой вред наносят различные насыпи ненужного материала:
отходов производства или добычи полезных ископаемых.

21. Загрязнение атмосферы от подвижных источников.

Автотранспорт и авиация, без которых жизнь современного человека
немыслима, также являются причиной загрязнения воздуха. Им отводится
особая группа - загрязнение от подвижных источников.
Лидером в этом списке являются автомобили, они наносят больше всего
вреда. Второе место занимают самолёты. Также немалый вред наносит
различная сельскохозяйственная техника.
Самый безопасный для природы вид транспорта – железнодорожный
Интересно, что автомобили на магистралях выделяют гораздо меньше
загрязняющих веществ, чем в городах. Это объясняется тем, что больше
всего вредных веществ автомобиль выделяет при разгоне, торможении и
при движении на медленной скорости. А в городах всё это смешано
вместе: и скорость небольшая, и частые остановки на светофорах.
Существует мнение, что дизельные двигатели загрязняют воздух меньше
бензиновых. Это не так. Дизельные двигатели наносят вреда если не
больше бензиновых, то и не меньше, по крайней мере. Но они куда
больше вреда наносят людям и непосредственно водителю. В некоторых
случаях, водителям просто опасно для жизни езжать на машинах с
дизельным двигателем.
Подумайте дважды, прежде чем садиться за руль. Стоит ли ваше здоровье
того, чтобы прокатиться на машине лишний раз?.

22. Смог

• Смог, или фотохимический туман - это смесь
различных газов и частиц (оксиды серы и азота, озон,
фотооксиданты), которая образуется при
определённых условиях в атмосфере Земли. А
именно: при интенсивной солнечной радиации,
безветренной погоде и при наличии большого
количества загрязняющих веществ, основными среди
которых являются углеводороды и оксид азота.
Смог очень часто образуется над большими
городами, поскольку там концентрация
загрязняющих веществ больше. Он очень опасен для
здоровья человека. Особенно сильное воздействие
оказывает на дыхательную и кровеносную системы.
Довольно часто является причиной смерти людей с
ослабленным здоровьем.

23. Парниковый эффект

• Ещё одной серьёзной
проблемой Земли
является парниковый
эффект (глобальное
потепление) температура постепенно
повышается и это уже
оказало немалое
влияние на климат и
погодные явления, а
может оказать ещё
большее влияние.

Азот выделяется при мощных геологических процессах (извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Изъятие азота из воздуха происходит за счет деятельности клубеньковых бактерий.

Как известно, атмосферный азот используется в промышленном производстве азотных удобрений. Однако из-за огромного общего количества азота в атмосфере проблема его баланса не столь серьезна, как баланс кислорода и диоксида углерода. Около 3,5 - 4 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере было в 1000 раз меньше, чем сейчас, так как не было основных его продуцентов — зеленых растений. Жизнедеятельность живых организмов поддерживает современное соотношение кислорода и диоксида углерода. В результате фотосинтеза зеленые растения потребляют диоксид углерода и выделяют кислород. Он используется для дыхания всеми живыми организмами. Естественные процессы потребления СО и 02 и их поступление в атмосферу хорошо сбалансированы.

Увеличение использования запасов кислорода происходит одновременно с эквивалентным ростом выделения диоксида углерода в атмосферу. По данным ООН, за последние 100 лет количество СО в атмосфере Земли увеличилось на 10— 15 %. Если намеченная тенденция сохранится, то в З тысячелетии количество СО в атмосфере может возрасти на 25, т.е. с 0,0324 до 0,04% объема сухого 1 атмосферного воздуха.

Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказывается положительно на продуктивности сельскохозяйственных растений. Так, насыщение воздуха теплиц углекислым газом повышает урожайность выращиваемых в них овощей за счет интенсификации процесса фотосинтеза. Однако увеличение СО₂ в атмосфере:1 приводит к возникновению сложных глобальных проблем, речь о которых пойдет в следующих разделах настоящей главы.

Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов. Климатическая система включает в себя атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу и биосферу. Подвижность и инерционные характеристики этих составляющих имеют разное время реакции на возмущения в смежных системах. Так, для атмосферы и поверхности суши оно составляет несколько недель или месяцев. С атмосферой связаны циркуляционные процессы переноса влаги и тепла, циклоническая деятельность.

Воздействие деятельности человека

Наибольшее значение для всех живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере. Баланс газов в атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов использования их живыми организмами и поступления газов в атмосферу. Азот выделяется при мощных геологических процессах (извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Изъятие азота из воздуха происходит за счет деятельности клубеньковых бактерий.

Однако в последние годы происходит изменение баланса азота в атмосфере за счет хозяйственной деятельности людей. Заметно увеличилось связывание азота при производстве азотных удобрений. Предполагают, что объем промышленной фиксации азота в ближайшее время значительно возрастет и превысит его поступление в атмосферу. Согласно прогнозам производство азотных удобрений удваивается каждые 6 лет. Эго обеспечивает растущие потребности сельского хозяйства в азотных удобрениях. Однако нерешенным остается вопрос компенсации изъятия азота из атмосферного воздуха. В то же время из-за огромного общего количества азота в атмосфере эта проблема не столь серьезна, как баланс кислорода и диоксида углерода.

Около 3,5 — 4 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере было в 1000 раз меньше, чем сейчас, так как не было основных продуцентов кислорода — зеленых растений. Современное соотношение кислорода и диоксида углерода поддерживается жизнедеятельностью живых организмов. В результате фотосинтеза зеленые растения потребляют диоксид углерода и выделяют кисло- род. Он используется для дыхания всеми живыми организмами. Естественные процессы потребления СО3 и О2 и их поступление в атмосферу хорошо сбалансированы.

С развитием промышленности и транспорта кислород используется на процессы горения все в возрастающих размерах. Например, за один трансатлантический рейс реактивный самолет сжигает 35 т кислорода. Легковой автомобиль за 1,5 тыс. км пробега расходует суточную норму кислорода одного человека (в среднем человек потребляет в сутки 500 л кислорода, пропуская через легкие 12 т воздуха). По подсчетам специалистов, на сгорание разнообразных видов топлива сейчас требуется от 10 до 25% кислорода, производимого зелеными растениями. Уменьшается поступление кислорода в атмосферу из-за сокращения площадей лесов, саванн, степей и увеличения пустынных территорий, роста городов, транспортных магистралей. Сокращается число продуцентов кислорода среди водных растений из-за загрязнения рек, озер, морей и океанов. Полагают, что в ближайшие 150 — 180 лет количество кислорода в атмосфере сократится на треть по сравнению с современным его содержанием.

Использование запасов кислорода увеличивается одновременно с эквивалентным ростом выделения диоксида углерода в атмосферу. По данным ООН, за последние 100 лет количество СО~ в атмосфере Земли увеличилось на 10 — 15%. Если намеченная тенденция сохранится, то в третьем тысячелетии количество СО~ в атмосфере может возрасти на 25%, т.е. с 0,0324 до 0,04% объема сухого атмосферного воздуха. Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказывается положительно на продуктивности сельскохозяйственных растений. Так, при насыщении воздуха теплиц углекислым газом урожайность овощей повышается за счет интенсификации процесса фотосинтеза. Однако с увеличением COz в атмосфере возникают сложные глобальные проблемы, которые будут рассмотрены ниже.

Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов. Климатообразующая система включает в себя атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу и биосферу. Подвижность и инерционные характеристики этих составляющих различны, они имеют разное время реакции на внешние возмущения в смежных системах. Так, для атмосферы и поверхности суши время ответной реакции составляет несколько недель или месяцев. С атмосферой связаны циркуляционные процессы переноса влаги и тепла, циклоническая деятельность.

ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Источники загрязнения атмосферы могут быть естественными и искусственными. Естественные источникизагрязнения атмосферы — извержения вулканов, лесные пожары, пыльные бури, процессы выветривания, разложение органических веществ. К искусственным (антропогенным) источникам загрязнения атмосферы относятся промышленные и теплоэнергетические предприятия, транспорт, системы отопления жилищ, сельское хозяйство, бытовые отходы.

При извержениях вулкана Катмай на Аляске в 1912 г. было выброшено в воздух около 20 млрд. т. пыли, которая долго держалась в атмосфере. Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 г. сопровождалось выбросами в атмосферный воздух диоксида серы. Его количество составило более 20 млн. т. При извержении вулканов происходит тепловое загрязнение атмосферы, так как в воздух выбрасываются сильно нагретые вещества. Температура их, в том числе паров и газов, такова, что они сжигают все на своем пути.

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, например, в 1915 г. она достигла 1 — 1,5 млн. га. Дым от лесных пожаров распространяется на огромные площади — около 6 млн. км. Памятным для жителей Подмосковья остается лето 1972 г., когда воздух в течение всего лета был сизым от дыма пожаров, видимость на дорогах не превышала 20 — 30 м. Горели лес и торфяники. Прямой ущерб от лесных пожаров в среднем составляет 200 — 250 млн. долл.

В среднем за год сгорает и повреждается на корню до 20-25 млн. м 3 древесины.

Катастрофические явления, связанные с извержением вулканов, лесными пожарами и пыльными бурями, приводят к возникновению светозащитного экрана вокруг Земли, который несколько изменяет тепловой баланс планеты. В целом эти явления имеют заметный, но локальный эффект в отношении загрязнения атмосферы. И совсем незначительный местный характер носит загрязнение атмосферного воздуха, связанное с выветриванием и разложением органических веществ Искусственные источники загрязнения наиболее опасны для атмосферы. По агрегатному состоянию все загрязняющие вещества антропогенного происхождения подразделяются на твердые жидкие и газообразные, причем последние составляют около 90% [от общей массы выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ (рис. 9).

Проблема загрязнения воздуха не нова. Более двух столетий серьезные опасения вызывает загрязнение воздуха в крупных промышленных центрах многих европейских стран. Однако длительное время эти загрязнения имели локальный характер. Дым и копоть загрязняли сравнительно небольшие участки атмосферы и легко разбавлялись массой чистого воздуха в то время, когда заводов и фабрик было немного. Быстрый рост промышленности и транспорта 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 и даже фатальные последствия для биосферы.

Загрязнение атмосферного воздуха в промышленных городах и городских агломерациях значительно выше, чем на прилегающих территориях. Так, по данным американских ученых, концентрация различных веществ в городах следующим образом относится к средним (фоновым) показателям этих веществ в тропосфере (в частях на млн. частей): SOз - 0, 3/0, 0002-0, 0004; NO2 - 0, 05/0, 001-0, 003;

Оз- во время смогов - до 0, 5/0, 01-0, 03; СО - 4/0, 1; NНз - 2/1-1,5;

пыль (в мкг/м 3 ) - 100/1 -30.

В 1970 г. в городах США было выброшено в воздух (в млн. т): пыли — 26,2; SOД — 34,1; NOД — 22,8; СО — 149; НС — 34,9. На 1 км' в Нью-Йорке ежемесячно выпадает 17 т сажи, в Токио — 34 т.

Особое место среди источников загрязнения атмосферы занимает химическая промышленность. Она поставляет диоксид серы (SO2), сероводород (H2S), оксиды азота (NO, NO2), углеводороды (С x Н y) галогены (F2, Сl2) и др. Для химической промышленности характерна высокая концентрация предприятий, что создает повышенное загрязнение окружающей среды. Вещества, выделяемые в атмосферу, могут вступать в химические реакции друг с другом, образуя высокотоксичные соединения. Вместе с туманом и некоторыми другими природными явлениями в местах повышенной концентрации химических веществ возникает фотохимический смог. Часто при этом концентрации озона во много раз превосходят его нормальный уровень в воздухе у поверхности Земли, что опасно для жизни растений, животных и человека.

С каждым годом возрастает роль автомобильного транспорта в загрязнении атмосферы выхлопными газами. В США на долю автотранспорта приходится 60% в общем, загрязнении атмосферы. С выхлопными газами в воздух поступают угарный газ, оксиды азота, углеводороды, свинец и его соединения. Поступление свинца и его соединений в воздух связано с тем, что к дизельному топливу и бензину для снижения детонации и повышения КПД двигателей внутреннего сгорания добавляют тетраэтилсвинец [ТЭС — РЬ(С~Н~)4]. В результате при сгорании 1 л такого бензина в воздух попадает 200 — 400 мг свинца. С начала 30-х гг., когда в топливо автотранспорта стали добавлять ТЭС, авиационные, автомобильные, судовые и тепловозные двигатели стали выбрасывать свинец во все возрастающем количестве. На 70 — 80% он состоит из частиц менее 1 мкм. Известно, что городской воздух содержит свинца в 20 раз больше, чем деревенский, и в 2000 раз больше, чем морской.

Повышение концентрации ионов свинца в крови человека до 0,80 част/млн вызывает тяжелое свинцовое отравление: анемию, головную и мышечную боль, потерю сознания. Средний уровень свинца в крови американцев — 0,25, у работников бензозаправочных станций — до 0,34 — 0,40. Наиболее высокая концентрация свинца (0,40 — 0,60 част/млн.) оказывается в крови детей, играющих на мостовой в городских кварталах, так как выхлопные газы тяжелее воздуха и скапливаются в его приземном слое, которым дышат дети (Бондарев, 1976). Высокая концентрация выхлопных газов вблизи транспортных магистралей отрицательно сказывается на растениях, вызывая пожелтение листьев и ранний листопад, а в конечном итоге их гибель.

Серьезные последствия имеет загрязнение воздуха хлорфторметанами, или фреонами. С широким использованием фреонов в холодильных установках, в производстве аэрозольных баллонов связано их появление на больших высотах, в стратосфере и мезосфере. Высказываются опасения относительно возможного взаимодействия озона с галогенами, которые выделяются из фреонов под действием ультрафиолетового излучения (рис. 10). По данным специалистов, уменьшение слоя озонового экрана только на 7 — 12% 10-кратно увеличит (в умеренных широтах) интенсивность ультрафиолетового излучения с длиной волны 297 нм, а в связи с этим в несколько раз возрастает число людей, заболевших раком кожи. Уменьшению слоя озонового экрана способствуют газы, выделяемые турбореактивными самолетами, полеты ракет, разнообразные эксперименты, проводимые в атмосфере: вынос в стратосферу медных опилок, иголок, кристаллов NaC1 и др.

Промьпиленность Россиивыбрасывает в атмосферу в среднем 19,5 млн т загрязняющих веществ за год. По степени токсичности выбросов в атмосферу отрасли промышленности можно расположить следующим образом: цветная металлургия, химическая, нефтехимическая, черная металлургия, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная.

На одного жителя России приходится около 342 кг выбросов в атмосферу в год. В 84 городах России загрязнение воздуха более чем в 10 раз превышает ПДК. Из 148 млн. россиян 109 млн. проживают в неблагоприятных экологических условиях с точки зрения загрязнения атмосферного воздуха, в том числе 60 млн. человек при постоянном превышении ПДК токсичных веществ в воздухе. В связи с этим возрастает число людей, особенно детей, страдающих от респираторных заболеваний, от болезней органов кровообращения, аллергии, бронхиальной астмы и др.

Увеличение количества диоксида серы в воздухе губительно для лесных массивов; площадь поврежденных лесов с годами возрастает: 1000 га (1860), 150 тыс. га (1906), 50 млн. га (1994).

Один из наиболее опасных источников загрязнения атмосферы представляет собой автомобильный транспорт. В 1900 г. в мире было 11 тыс. автомобилей, в 1950 г. — 48 млн, в 1970 г. — 181 млн, в 1982 г. — 330 млн, в настоящее время — около 500 млн автомобилей. Они сжигают сотни миллионов тонн невозобновимых запасов нефтепродуктов. В частности, только в Западной Европе автомобили (с двигателем внутреннего сгорания) потребляют около 45% всей расходуемой нефти. Подсчитано, что один автомобиль за год выбрасывает в атмосферу 600 — 800 кг оксида углерода, около 200 кг несгоревших углеводородов и около 40 кг оксидов азота. В отработанных газах автомобилей содержится около 280 вредных компонентов, некоторые из них обладают канцерогенными свойствами. Автомобильный транспорт становится одним из основных источников загрязнения окружающей среды. В ряде зарубежных стран (Франция, США, Германия) автомобильный транс- порт дает более 50 — 60% всего загрязнения атмосферы.

В России количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от транспорта составляет 16,5 млн. т в год (около 47% от общего количества выбросов), в том числе от автотранспорта 13,5 млн т (около 82% от общего количества выбросов). В ряде регионов на долю транспорта приходится более половины выбросов: Приморский край — 55%, Тверская область — 63%; Пензенская

область — 70%. В Ростовской области насчитывается 650 тыс. автомобилей, причем только в 1995 г. их количество увеличилось на 75 тыс. В атмосферу области в 1995 г. автотранспортом было выброшено 543 тыс. т вредных веществ (61% от общего объема выбросов).

Структура выбросов автотранспорта в России: 84% — по СО, 33% — по оксидам азота, 73% — по углеводородам и т.д. практически не отличается от структуры выбросов автотранспорта других стран. В частности, в 1995 г. во Франции выбросы автотранспорта в атмосферу составили: 90% — по СО, 75% — по оксидам азота, 1/3— по летучим органическим соединениям и твердым частицам.

Радиоактивное загрязнение атмосферы. Радиоактивные вещества относятся к особо опасным для людей, животных и растений. Источники радиоактивного загрязнения в основном техногенного происхождения. Это экспериментальные взрывы атомных, водородных и нейтронных бомб, различные производства, связанные с изготовлением термоядерного оружия, атомные реакторы и электростанции; предприятия, где используются радиоактивные вещества; станции по дезактивации радиоактивных отходов; хранилища отходов атомных предприятий и установок; аварии или утечки на предприятиях, где производится и используется ядерное топливо. Естественные источники радиоактивного загрязнения в основном связаны с выходом на поверхность урановых руд и горных пород, имеющих повышенную природную радиоактивность (граниты, гранодиориты, пегматиты).

Большую опасность для людей, растений и животных представляют испытания ядерного оружия, аварии и утечки на предприятиях, где используется ядерное топливо.

Радиоактивное загрязнение атмосферы чрезвычайно опасно, так как радионуклиды с воздухом попадают в организм и поражают жизненно важные органы человека. Его влияние сказывается не только на ныне живущих поколениях, но и на их потомках из-за появления многочисленных мутаций. Не существует такой малой дозы ионизирующего излучения, которая была бы безопасна для человека, растений и животных. Даже в районах умеренного радиоактивного загрязнения увеличивается число людей, заболевших лейкозами.

Различного рода утечки и неконтролируемые выбросы на предприятиях несколько изменяют радиологическую обстановку и носят обычно локальный характер.

Содержание радионуклидов в атмосферном воздухе над территорией России в 1992 — 1998 гг. практически не менялось, составляло: р 18,9-20,4 10-~ Бк/м', цезий 0,05 — 0,11 10-~ Бк/м~, стронций 1,29 — 2,5 10-~ Бк/мз и т.д.

К зонам радиоактивного загрязнения отнесено 14 субъектов Российской Федерации: Белгородская, Брянская, Воронежская, Калужская, Курская, Ленинградская, Липецкая, Орловская, Пензенская, Рязанская, Тамбовская, Тульская, Ульяновская области, Республика Мордовия.

Наибольшее загрязнение атмосферы происходит при взрывах термоядерных устройств. Образующиеся при этом изотопы становятся источником радиоактивного распада в течение длительного времени. Наиболее опасны изотопы стронция-90 (период полураспада 25 лет) и цезия-137 (период полураспада 33 года).

Радиоактивные вещества распространяются не только воздушным путем. В миграции радиоактивных элементов большую роль играют цепи питания: из воды эти элементы поглощаются планктоном, который служит пищей для рыб, они, в свою очередь, поедаются хищными рыбами, рыбоядными птицами и зверями (см. рис. 16).

Радиоактивное излучение опасно для человека, вызывает у него лучевую болезнь с повреждением генетического аппарата клеток. Это ведет к появлению у людей злокачественных опухолей, наследственных заболеваний и уродств у потомства.

Наибольшее значение для живых организмов имеет относительно постоянный состав атмосферного воздуха в тропосфере . Баланс газов в атмосфере поддерживается за счет постоянно идущих процессов использования живыми организмами и поступления газов в атмосферу.
Азотвыделяется при мощных геологических процессах (извержениях вулканов, землетрясениях), при разложении органических соединений. Жизнедеятельность живых организмов поддерживает современное соотношение кислорода и диоксида углерода. В результате фотосинтеза зеленые растения потребляют диоксид углерода и выделяют кислород. Он используется для дыхания всеми живыми организмами. Естественные процессы потребления СО2 и О, и их поступление в атмосферу хорошо сбалансированы.
Некоторое увеличение диоксида углерода в атмосфере сказывается положительне влияние на продуктивности сельскохозяйственных растений.
Атмосфера является одним из основных метеорологических и климатообразующих факторов. Климатическая система включает в себя атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу и биосферу.
Подвижность и инерционные характеристики этих составляющих имеют разнос время реакции на возмущения в смежных системах. Так, для атмосферы и поверхности суши оно составляет несколько недель или месяцев. С атмосферой связаны циркуляционные процессы переноса влаги и тепла, циклоническая деятельность.

При подготовке и сборе нефти в атмосферу выделяется большое количество ядовитых и взрывоопасных газов. Причем, доля выбросов вредных веществ из организованных источников составляет 85- 95 % от общего газового баланса центральных пунктов подготовки и сбора нефти (ЦДЛ). При этом уровень загрязнения атмосферы на рабочих местах превышает в десятки и сотни раз допустимые нормы.[ . ]

Обмен углекислым газом происходит также между атмосферой и океаном. В верхних слоях океана растворено большое количество углекислого газа, находящегося в равновесии с атмосферным. Всего в гидросфере содержится около 13-1013 т растворенного углекислого газа, а в атмосфере — в 60 раз меньше. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшими количествами углерода, участвующего в малом круговороте и содержащегося в растительных тканях (5-1011 т), в тканях животных (5-109 т). Круговорот углерода в биосферных процессах представлен рис. 2.[ . ]

К основным источникам поступления вредных веществ в атмосферу (на примере Оренбургского газохимического комплекса) относятся: газоперерабатывающий завод (ГПЗ), одиннадцать установок комплексной подготовки газа (УКПГ), газовые скважины при их разгерметизации и продувках (всего на ОГМК более 300 скважин), газоконденсатопроводы, соединяющие объекты внутри ОГК (общая протяженность около 600 км), и др. Удельный вклад каждого источника в общий баланс загрязнений неоднозначен по объему, составу, структуре, свойствам, экологической й «санитарно-гигиенической значимости.[ . ]

Средообразующая функция состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Она обеспечивает газовый состав атмосферы, состав осадочных пород литосферы и химический состав гидросферы, баланс веществ и энергии в биосфере, восстановление нарушенных человеком условий обитания.[ . ]

Для решения задачи выделения антропогенных изменений климата необходимо выделить элементы, наиболее подверженные антропогенному воздействию — некоторые компоненты радиационного баланса, прозрачность атмосферы, содержание в атмосфере различных газовых примесей, аэрозолей и т. д.[ . ]

Способность растений синтезировать органические вещества из углекислого газа в процессе фотосинтеза — ценнейшее их свойство. Леса поглощают примерно две трети углекислоты, находящейся в атмосфере. Гектар городских зеленых насаждений поглощает в час 8 кг углекислоты, т. е. столько, сколько его выделяют при дыхании за это же время 200 человек. Кислород, выделяемый древесной растительностью, играет важную роль в поддержании газового баланса атмосферы [18].[ . ]

Оставшаяся масса углерода находится в карбонатных отложениях дна океана (1,3—1016 т), в кристаллических породах (1—1015 т), в угле и нефти (3,4—1015 т). Этот углерод принимает участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5-109 т).[ . ]

Образованная кора выветривания является лишь исходным субстратом. Процесс почвообразования собственно начинается с поселения на этом субстрате микроорганизмов, которые, питаясь диоксидом углерода, азотом, парами воды из атмосферы, извлекая минеральные компоненты из субстрата, выделяют в результате жизнедеятельности органические кислоты. Это создает возможность поселения лишайников, которые, будучи весьма неприхотливыми к условиям жизни, продолжают обогащать подстилающие минеральные слои органическими соединениями. Далее происходит заселение растениями и животными, что приводит к постепенному образованию специфических органических веществ, в частности гумуса. Именно гумус и его содержание определяет важнейшее свойство почвы — ее плодородие, т. е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это определяет исключительную ценность для жизни на нашей планете. Выше мы уже отмечали, что почва является одной из гигантских экологических систем; оказывающей решающее влияние на всю биосферу. Почвы участвуют в круговоротных процессах, в частности в поддержании газового баланса атмосферы Земли. Почвы по внешним (морфологическим) признакам и составу существенно отличаются от подстилающих их грунтов.[ . ]

Основная масса углерода аккумулирована в карбонатных отложениях дна океана (1,3 - 101в т), кристаллических породах (1,0 • 1016 т), в каменном угле и нефти (3,4 • 1015 т). Именно этот углерод принимает участие в медленном геологическом круговороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются участвующими в малом (биогенном) круговороте относительно небольшими количествами углерода, содержащегося в растительных (5 10й т) и животных (5 109 т) тканях. Однако в настоящее время человек интенсивно замыкает на себя круговорот веществ, в том числе углерода. Так, например, подсчитано, что суммарная биомасса всех домашних животных уже превышает биомассу всех диких наземных животных. Площади культивируемых растений приближаются к площадям естественных биогеоценозов, и многие культурные экосистемы по своей продуктивности, непрерывно повышаемой человеком, значительно превосходят природные.[ . ]

С эколого-экономической точки зрения плату за природные ресурсы следует исчислять с учетом регионального и глобального воздействия природопользования на природные системы и издержек, обусловленных межресурсными связями. Например, масштабная вырубка лесов ведет к нарушению водного баланса большой территории и газового равновесия всей атмосферы. А использование вод Амударьи и Сырдарьи на орошение не только ведет к гибели Арала, но изменяет гидроклиматические условия всей Средней Азии и усиливает пылевое загрязнение огромных пространств суши. Поэтому необходима обязательная экономическая возмездность пользования природными ресурсами.[ . ]

Таким образом, человек своей деятельностью фактически "замыкает на себя" процессы естественного круговорота веществ. Разумеется, антропогенный круговорот также естествен, как и любой другой, но он опять-таки предполагает разумное волевое начало. Количества вещества, вовлекаемого человеком в круговорот, соизмеримы с естественно участвующими количествами. Например, при сжигании ископаемого топлива высвобождается масса углерода, образующийся СО2 поступает в атмосферный воздух. Весь СО2, который поступал ранее в атмосферу при дыхании растений и животных, утилизировался с определенной скоростью самими растениями, причем в биосфере в течение длительного времени сохранялся газовый баланс. Резкое увеличение содержания СОг в атмосфере в эпоху НТР, казалось бы, должно способствовать накоплению биомассы растениями, но, с одной стороны, процесс фотосинтеза растений эволюционно скоординирован с определенной величиной солнечной энергии, а с другой стороны, энергоемкость хлоропластов (где осуществляется фотосинтез) также рассчитана на вполне определенное количество фотосинтетической работы. Простое увеличение притока энергии или СО2 в атмосфере или даже адекватное увеличение того и другого отнюдь не означает повышения продуктивности экологических систем. Фактически же возрастание содержания СО2 в атмосфере из-за вовлечения углерода в ресурсный цикл сопровождается снижением общей фотоэнергоемкости биосферы, вследствие того что наиболее продуктивные лесные насаждения уступают место менее продуктивным окультуренным экосистемам, а фотосинтетическая активность водных продуцентов снижается из-за загрязнения океана. Поскольку повышение содержания СО2 не компенсируется интенсивностью его ассимиляции, круговороты не только углерода, но и иных биогенных элементов (азота, фосфора, серы) оказываются несбалансированными, нарушенными в результате деятельности человека.[ . ]

ПЛАТА ЗА ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ — денежное возмещение природопользователем общественных затрат на изыскание, сохранение, восстановление, изъятие и транспортировку используемого природного ресурса, а также потенциальных усилий общества для натурального возмещения или адекватной замены эксплуатируемого ресурса в будущем. Такая плата должна включать издержки, связанные с межресурсными связями. С эколого-экономической точки зрения эту плату следует исчислять и с учетом глобально-регионального воздействия природопользователей на природные системы (например, крупное изъятие леса ведет к нарушению не только местного водного баланса, но и всего газового состава атмосферы планеты). Существующие методики определения размеров платы пока не учитывают всех факторов, воздействующих на эколого-экономический механизм ее формирования.[ . ]

Эти изменяющиеся условия сильно влияют на распределение животных, метаболиты которых в свою очередь влияют на химическую природу зон. Шкала окислительно-восстановительного потенциала, или редокс-потенциала, измеряемого в милливольтах, называется шкалой ЕЬ по аналогии с шкалой pH. Однако в данном случае измеряется активность электронов, тогда как, измеряя pH, мы измеряем активность протонов (более подробные сведения по этому вопросу можно получить в работах Хьюитта, 1950, и Зобелла, 1946). В зоне разрыва редокс-потенциала величина ЕЬ быстро снижается и становится отрицательной в полностью восстановленной, или сульфидной, зоне.[ . ]

Читайте также: