Атмосфера - повітряна оболонка Землі, її загальна характеристика

Атмосфера – це зовнішня газова оболонка, що оточує Землю, обертається з нею та є своєрідним буфером між поверхнею Землі і Космосом, носієм тепла і вологи, через неї відбувається фотосинтез та обмін енергією, регулюється теплообмін, радіаційний і тепловий баланси, визначається клімат планети. Наявність атмосфери – одна з найголовніших умов життя на планеті. Без їжі людина може обходитися місяць, без води – тиждень, а без повітря не проживе й кількох хвилин.

Атмосфера, як елемент глобальної екосистеми виконує кілька основних функцій:

· захищає живі організми від згубної дії космічного випромінювання та ударів метеоритів;

· регулює сезонні і добові коливання температури (якби не було на Землі атмосфери, то добові коливання температури досягали б 200 С);

· є носієм тепла і вологи;

· є депо газів, які беріть участь у фотосинтезі й забезпечують дихання;

· зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, діяльність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо);

· є середовищем помешкання живих істот;

· є природним ресурсом.

Основні компоненти атмосфери: азот (78,084%), кисень (20,946%), аргон (0,934%), крім того, неон, ксенон, криптон, вуглекислий газ, водень, метан і водяна пара.

Маса атмосфери становить приблизно одну мільйонну маси Землі – 5,15.10 т. Та атмосферне повітря лише умовно можна вважати невичерпним природним ресурсом. Річ у тім, що людині необхідне повітря певної якості, а під впливом її ж діяльності хімічний склад і фізичні властивості повітря дедалі погіршуються. На Землі вже практично не залишилось місць, де повітря зберегло свої первозданні чистоту та якість, а деяких промислових центрах стан атмосфери вже просто загрозливий для людського здоров`я.

Атмосфера складається з таких шарів: тропосфера (до висоти 18 км), стратосфера (до 50 км), мезосфера (до 80 км), термосфера (1000 км), екзосфера (1900 км), геокорона (умовно до 20 тис.км); далі атмосфера поступово переходить у міжпланетний космічний вакуум. Із висотою різко зменшується щільність і тиск, а температура змінюється за складною траєкторією внаслідок нерівномірного поглинання сонячної енергії газами на різній висоті. Основна маса повітря (90%) зосереджено в нижньому шарі – тропосфері. Тут же відбуваються найінтенсивніші теплові процеси, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану і суходолу. Надзвичайно важливе екологічне значення для біосфери має озоновий шар у стратосфері, повітря якого збагачене триатомним киснем. Він розташований на висоті 20-50 км і захищає все живе на Землі від згубної дії «жорсткого» ультрафіолетового випромінювання Сонця.

Крім газів, у повітрі атмосфери містяться ще й домішки так званих аерозолів, тобто дуже дрібних крапель рідин і твердих частинок як природного, так і штучного походження, сірчистих, мінеральних, вуглеводневих, морських та ін.

2. Джерела забруднення атмосфери і наслідки її забруднення (парниковий ефект, озонова дірка, ядерна зима, смоги, кислотні опади)

Забруднення атмосфери відбувається внаслідок привнесення у повітря чи

утворення у ньому фізичних агентів, хімічних речовин або організмів, які несприятливо впливають на середовище життя чи завдають збитків матеріальним цінностям. Серед антропогенних джерел забруднення найбільшого тиску на атмосферу завдають паливно-енергетичний комплекс, металургія, хімічна промисловість і автомобільний транспорт. В багатьох промислових містах України забруднення досягло небезпечного для життя людини рівня.

Наслідки забруднення атмосфери такі: парниковий ефект, кислотні дощі, руйнування озонового екрану, смоги.

Парниковий ефект. Клімат Землі, що залежить в основному від стану її атмосфери, протягом геологічної історії періодично змінювався: чергувалися епохи істотного похолодання і епохи потепління. Та в останній час вчені-метеорологи б`ють на сполох: сьогодні атмосфера Землі розігрівається набагато швидше, ніж будь-коли в минулому. Це зумовлено діяльністю людини: по-перше, людина підігріває атмосферу, спалюючи велику кількість традиційного палива і вводячи в дію атомні електростанції; по-друге, в результаті спалювання органічного палива, а також унаслідок знищення лісів у атмосфері нагромаджується вуглекислий газ, вміст якого за останні 100 років в повітрі збільшився на 17%. У земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в теплиці чи парнику: він вільно пропускає сонячні промені до поверхні Землі, але втримує її тепло. Це спричиняє розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект. У чому ж полягає його небезпека? Розрахунки і моделювання на ЕОМ свідчать: підвищення середньорічної температури спричинить зміни таких найважливіших кліматичних параметрів, як кількість опадів, хмарний покрив, океанічні течії, розміри полярних крижаних шапок. Внутрішні райони континентів стануть сухішими, а узбережжя – вологішими, зима буде коротшою і теплішою, а літо – тривалішим і спекотнішим. Основні кліматичні зони в північній півкулі змістяться на північ приблизно на 400 км. Це зумовить потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти й полярних крижаних шапок. У середніх широтах, тобто в головних «хлібних» районах клімат стане напівпустельним, і врожаї зерна різко скоротяться. Глобальне потепління призведе до танення льодовиків Гренландії, Антарктиди й гір, рівень Світового океану підвищиться на 6-10 метрів, при цьому буде затоплено близько 20% суходолу, де мешкають сотні мільйонів людей.

Останнім часом тривога вчених із приводу парникового ефекту ще посилилася. Виявилося, що крім вуглекислого газу, парниковий ефект спричиняють також деякі інші гази: метан, оксиди азоту, фреони – вміст яких через антропогенний вплив стрімко зростає.

Руйнування озонового шару атмосфери. Життя на Землі залежить від енергії Сонця. Надходить ця енергія на Землю у вигляді світла видимого випромінювання, а також інфрачервоного, або теплового й ультрафіолетового випромінювань. Ультрафіолетове несе найбільшу енергію і є фізіологічно активним, тобто інтенсивно діє на живу речовину. Одним із складників УФ є, так званий, «жорсткий ультрафіолет», надзвичайно шкідливий для всього живого: вони призводять до порушення структури білків та нуклеїнових кислот і врешті-решт до загибелі клітин. Від цього випромінювання все живе на Землі захищає озоновий щит Землі. Останнім часом учені надзвичайно занепокоєні зниженням умісту озону в озоновому шарі атмосфери. Цей небажаний і небезпечний процес відбувається під дією деяких хімічних речовин – хлор- і бром- похідних вуглецю (фреонів), які широко застосовуються у техніці і побуті як холодоагенти, розпорошувачі в аерозольних упаковках тощо. Світове виробництво фреонів на початку 90-х років ХХ століття перевищило 1,4 млн т за рік. Під дією УФ випромінювання фреони розкладаються з виділенням атомарного хлору, який є ефективним каталізатором розщеплення озону на молекулярний і атомарний кисень. Так, один атом хлору призводить до розкладання 100 тис. Атомів озону. Руйнування озонового шару спричинюють також ракетна і космічна техніка та сучасні надзвукові літаки. Викиди продуктів спалювання палива з їхніх двигунів також розкладають озон.

За оцінками НАСА (США), з 1978 по 1990 рік кількість озону в озоновому шарі зменшилася на 45 %. Цей процес зменшення концентрації озону невпинно триває і швидкість цього процесу складає 0,224% на рік. Як показали супутникові спостереження, за останні 15 років УФ випромінювання на поверхні Землі зросло більш ніж на 10%, а в районах Антарктиди – більш ніж на 40%. Й це призводить до зниження імунітету та збільшення частоти інфекційних захворювань людей і тварин. Як стверджує «Грінпис»,, зменшення товщини озонового шару на 10% призводить до збільшення захворювань на рак шкіри 300 тис. населення.

З метою запобігання подальшому руйнуванню озонового шару атмосфери уряди багатьох країн підписали в 1985 р. у Відні (Австрія) Конвенцію про охорону атмосферного озону і скорочення виробництва фреонів та інших речовин, що руйнують озон.

Ядерна зима. Надзвичайно небезпечними є забруднення атмосфери радіонуклідами, яке трапляється під час аварійна атомних електростанціях та інших ядерних об’єктах і випробувань ядерної зброї. Особливо небезпечною, навіть катастрофічною, була б ядерна війна, яка призвела б до загибелі не тільки людства, але і всього живого на Землі. Розрахунки, виконані на ЕОМ вченими, свідчать, що в разі ядерного конфлікту з використанням ядерних зарядів потужністю 1000 Мт тротилу, незалежно від місяця вибуху, виникнуть величезні пожежі, які спричинять потепління на 1 С. Це супроводжуватиметься буревіями і призведе до значних руйнувань будівель та рослинного покриву. Радіонукліди течіями повітря швидко поширяться по всій земній кулі. Внаслідок пожеж і руйнування нафтових і газових свердловин в атмосферу виділиться багато «парникових газів», значна кількість пилу і сажі. Це приведе до підвищення температури ще на 4-5 С, танення льодовиків та підвищення рівня поди в Світовому океані, в результаті чого будуть затоплені величезні території суходолу. Надходження в стратосферу значної кількості оксидів нітрогену спричинить істотне руйнування озонового шару, що значно збільшить УФ опромінення Землі. У повітря здійметься понад 5 млрд т дрібнодисперсних часточок пилу і попелу, які чорною хмарою затягнуть усе небо над землею, прозорість атмосфери зменшиться у 200 разів. Настане ядерна ніч, що призведе до повної загибелі рослинного покриву біосфери.

При цьому відбуватиметься нагрівання тропосфери й охолодження приземного шару повітря на 15-30 С упродовж першого місяця конфлікту. Локальні зниження температури сягатимуть -40... -50 С. Настане ядерна зима, що триватиме кілька місяців. Після осідання пилу і сажі атмосфера прогріється на 20-30 С вище норми, що спричинить повені на великих площах і селі в гірських районах, які супроводжуватимуться буревіями та снігопадами, масовою загибеллю рослин, тварин і людей. Поширяться епідемії хвороб. Таким чином, локальний ядерний конфлікт може спричинити загибель людства, а, можливо, і взагалі життя на Землі.

Смоги (фотохімічні тумани). Атмосферне повітря завдяки нерівномірному нагріванню сонячним промінням у різних широтах, особливо між полярними й екваторіальними зонами, інтенсивно циркулює. Циркуляція повітря усереднює склад компонентів у ньому та сприяє переміщенню водяної пари з океанів у континентальні райони і забруднень на великі відстані. Крім переміщення забруднень відбуваються їх різноманітні хімічні перетворення. В атмосфері під дією іонізуючих випромінювань відбуваються фотохімічні процеси з утворенням оксидів нітрогену, сірки, молекул озону та ін.. озон утворюється у повітрі під впливом УФ-випромінювання з довжиною хвилі 253 нм, а оксид нітрогену – до 100 нм. Під час взаємодії вуглеводнів з озоном або атомарним оксисеном утворюються вільні пероксидні високоактивні речовини, здатні вступати в реакцію з оксидами нітрогену та інші сполуки з окислювальними властивостями – оксид анти. Наявність вільних радикалів в атмосферному повітрі призводить до утворення смогу. Основними продуктами фотохімічних реакцій є альдегіди, кетони, оксиди карбону, органічні нітрати та оксид анти. У забрудненій атмосфері за одночасною наявністю SO3, NO, NO2 та вуглеводнів, під час опромінення олефінів і ароматичних сполук утворюються значні кількості аерозолів. Кількість аерозолів зменшується з підвищенням відносної вологості повітря.

Атмосферні забруднення спричинюють гострі та хронічні отруєння, чинять метатоксичну й промоторну дію. Широко відомі випадки масових отруєнь людей унаслідок короткочасного підвищення рівня забруднення атмосферного повітря. Так, у 1930 році в Бельгії в долині річки Маас унаслідок виникнення токсичного туману захворіли тисячі людей, померло 60 осіб. У 1948 році в США в м. Донора захворіло 50% населення, 20 осіб померли. У 1952 році внаслідок утворення токсичного туману в Лондоні померло 4 тис. чоловік.

У разі утворення смогу різко збільшується забруднення повітря сажею й сірчистими сполуками, вуглеводнями, озоном та оксидами нітрогену. Утворенню смогу сприяє температурна інверсія, що настає в ясні сонячні дні при охолодженні землі за рахунок випромінення. При цьому в безвітряну погоду всі забруднення поширюються в поверхневому шарі. Під час смогу особливо потерпають і частіше гинуть люди з хронічними респіраторними та серцево-судинними захворюваннями.

Кислотні опади. Оксиди сульфуру і нітрогену, що потрапили в атмосферу, окислюються і, сполучаючись із водою, утворюють туманоподібні краплі сульфатної та нітратної кислот. Переносячись вітрами на значні відстані, вони згодом випадають разом з дощем, який має кислу реакцію. Кислотними називають взагалі будь-які опади (дощ, сніг, туман), якщо значення їх рН становить менш ніж 7,0.

Під впливом кислотних опадів відбувається затиснення водойм і ґрунтів, вимивання з ґрунту калію, магнію, кальцію та зменшення врожайності сільськогосподарських культур на 3-8%, деградація флори і фауни. У закиснених водоймах гине риба і численні види комах. Внаслідок випадання кислотних дощів гинуть ліси, особливо букові, тисові та кедрові. Загибель лісів зумовлює гірські зсуви та селі. Кислотні опади прискорюють руйнування житлових будинків і архітектурних пам’яток, оздоблених мармуром і вапняком. Кислотний сніг завдає ще більшої шкоди, ніж дощ, оскільки він може накопичуватись упродовж тривалого часу, що призводить до значного затиснення ґрунту під час танення снігу навесні. Кислотність талої води в десятки разів вища від кислотності дощової. У багатьох країнах кислотні дощі завдають значних збитків. Так, в Україні за останні 35 років площа кислих ґрунтів зросла на 33%. Ці ґрунти потребують вапнування, що підвищує собівартість сільськогосподарської продукції.