Состав атмосферы

1. Что такое атмосфера?

Атмосфера - наружная газообразная оболочка Земли, которая простирается до высоты 100 км. Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой. Современный газовый состав атмосферы - результат длительного исторического развития земного шара. Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах. Атмосферный воздух представляет в основном газовую смесь двух компонентов - азота (78,09%) и кислорода (20,95%). Также в составе атмосферы присутствуют такие газы как аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%), и небольшое количество инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), метан, аммиак, озон, диоксиды серы и другие газы. При этом в атмосфере также содержатся твердые и жидкие частицы, поступающие с поверхности Земли (частицы почвы, продукты горения, морские соли, пыль, кристаллы льда, капли воды), а также частицы из космоса, и различные продукты растительного, животного и микробного происхождения.

Рассмотрим газы, которые входят в состав атмосферы; их процентное содержание в атмосфере и их время жизни.

Компонент	% объемные	% массовые
N2	78,09	75,50
O2	20,95	23,15
Ar	0,933	1,292
CO2	0.03	0,046
Ne	1,8 10-3	1,4 10-3
He	4,6 10-4	6,4 10-5
CH4	1,52 10-4	8,4 10-5
Kr	1,14 10-4	3 10-4
H2	5 10-5	8 10-5
N2O	5 10-5	8 10-5
Xe	8,6 10-6	4 10-5
O3	3 10-7 - 3 10-6	5 10-7 - 5 10-6
Rn	6 10-18	4,5 10-17
Группа газов	Название	Время жизни
Устойчивые	Азот	Более нескольких тысяч лет
	Кислород
	Аргон и др. инертные газы
Неустойчивые	Углекислый газ	Несколько лет (4-25)
	Водород
	Метан
	Закись азота
Сильно изменяющиеся	Водяные пары	Несколько суток
	Двуокись азота
	Двуокись серы

 

Но важнейшую роль и значение в жизни различных экосистем имеют три газа: кислород, азот и углекислый газ.

Кислород.

Кислород необходим для дыхания. Кислород входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Вдыхаемый кислород идет на окисление сложных органических молекул - углеводов и жиров - до углекислого газа и воды. Эти реакции сопровождаются выделением и накоплением энергии и протекают с участием ферментов.

В верхних слоях тропосферы и стратосферы под воздействием ультрафиолетового солнечного излучения (обозначим его как hν) образуется озон:

₂ + hν → 2О

2O + O → O₃

 

О₃ + hν → О₂ + О

О₃ + O → 2О₂

Озон служит для защиты живых организмов от ультрафиолетового излучения, которое вызывает необратимые мутации.

Кислород расходуется при гниении отмерших организмов, горении. Если бы на Земле не было источников кислорода, его запасы полностью иссякли бы за 2000 лет. Однако этого не происходит, поскольку кислород постоянно выделяется растениями в ходе фотосинтеза. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, органических веществах и оксидах железа; часть кислорода растворена в воде.

2. Круговорот кислорода в биосфере

Азот.

Азот - самый распространенный газ, на долю которого приходится более трёх четвертей объёма земного воздуха. Современный азот образовался при окислении ранней аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом, который образуется в процессе фотосинтеза. В настоящее время небольшое количество азота в атмосферу поступает в результате денитрификации - процесса восстановления нитратов до нитритов, с последующим образованием газообразных оксидов и молекулярного азота, который производится анаэробными прокариотами. Часть азота в атмосферу поступает при вулканических извержениях. Также азот выделяется в атмосферу из земной коры как продукт жизнедеятельности микроорганизмов. Азот является важнейшим химическим элементом земной атмосферы. Он входит в состав белков, обеспечивает минеральное питание растений. Азот определяет скорость биохимических реакций, играет роль разбавителя кислорода.

Еще один жизненно важный компонент атмосферы - углекислый газ (диоксид углерода CO2). Как и кислород, углекислый газ входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. При фотосинтезе из CO2 образуются органические соединения: глюкоза, целлюлоза, крахмал.

. Загрязнение атмосферы в г. Кондопога

а). Причины загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферы Земли - принесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение их естественной концентрации.

Существует масса причин изменения газового состава атмосферы - первое, и самое главное - это деятельность человека. Второе, как ни странно, - деятельность самой природы.

б). Источники загрязнения атмосферы

Классификация загрязнений:

1) По характеру загрязнителя загрязнение атмосферы бывает трёх видов:

·              физическое - механическое (пыль, твердые частицы), радиоактивное (радиоактивное излучение и изотопы), электромагнитное (различные виды электромагнитных волн, в том числе радиоволны), шумовое (различные громкие звуки и низкочастотные колебания) и тепловое загрязнение (например, выбросы тёплого воздуха и т.п.)

·              химическое - загрязнение газообразными веществами и аэрозолями. На сегодняшний день основные химические загрязнители атмосферного воздуха это: оксид углерода (IV), оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, пыль и радиоактивные изотопы

·              биологическое - в основном загрязнение микробной природы. Например, загрязнение воздуха вегетативными формами и спорами бактерий и грибов, вирусами, а также их токсинами и продуктами жизнедеятельности.

) По источникам загрязнения выделяют два вида загрязнения атмосферы:

ü  Естественный

ü  Антропогенный

) Рассмотрим естественный источник загрязнения атмосферы.

К нему относят: извержения вулканов, выветривание, лесные и степные пожары, пыль, пыльные бури, выделения животных и др.

Вулканическая активность Земли является одним из главных процессов загрязнения атмосферы. Крупные извержения вулканов приводят к глобальному и долговременному загрязнению атмосферы (извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году). Это обусловлено тем, что в высокие слои атмосферы мгновенно выбрасываются огромные количества газов, которые на большой высоте подхватываются движущимися с высокой скоростью воздушными потоками и быстро разносятся по всему земному шару. Продолжительность загрязненного состояния атмосферы после крупных вулканических извержений достигает нескольких лет.

2) Рассмотрим антропогенный источник загрязнения атмосферы.

Антропогенные источники можно разделить на несколько групп:

Транспортные - загрязнители, образующиеся при работе автомобильного, железнодорожного, воздушного, морского и речного транспорта;

Производственные - загрязнители, образующиеся как выбросы при технологических процессах, отоплении;

Бытовые - загрязнители, обусловленные сжиганием топлива в жилище и переработкой бытовых отходов.

По составу антропогенные источники загрязнения атмосферы также можно разделить на несколько групп:

·              Механические загрязнители - пыль цементных заводов, пыль от сгорания угля в котельных, топках и печах, сажа от сгорания нефти и мазута, истирающиеся автопокрышки и др.

·              Химические загрязнители - пылевидные или газообразные вещества, способные вступать в химические реакции;

·              Радиоактивные загрязнители.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные и транспорт. В г. Кондопога присутствуют все три источника загрязнения.

Основной вклад в высокий уровень загрязнения воздуха вносят предприятия черной и цветной металлургии, химии и нефтехимии, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажной промышленности, а в некоторых городах и котельные. В г. Кондопога развита целлюлозно-бумажная промышленность. В связи с этим происходят промышленные выбросы в атмосферу веществ, загрязняющих её.

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, хлорфторуглероды (фреоны), метан и тропосферный озон.

Рассмотрим основные составляющие выбросов в воздух.

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

в) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

г) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие; азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20 млн. т. в год.

д) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики. стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.

е) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора определяется видом соединений и их концентрацией.

Из выше представленных веществ в г. Кондопога ОАО «Кондопога» выбрасывает в атмосферу сернистый ангидрид и также золу углей.

Также источником загрязнения атмосферы являются аэрозоли.

Аэрозоли - это газы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для живого организма, а у людей они вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц - 11-51 мкм. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Время «жизни» аэрозолей в атмосфере колеблется в очень широком диапазоне (от 1 - 3 минут до нескольких месяцев) и зависит в основном от их химической устойчивости размера и присутствия реакционно-способных компонентов (озон, пероксид водорода и др.).

Вывод: в г. Кондопога источником загрязнения атмосферы являются процессы сгорания топлива в ТЭЦ, котельных и других энергетических установок, работающих на: мазуте, дизельном топливе, природном газе и бензине; производственные выбросы ОАО «Кондопога» в атмосферу сернистого ангидрида и золы углей; выбросы в атмосферу ООО «Кондопожский шунгитовый завод», также деятельность людей и транспорта.

в). Последствия загрязнения атмосферы

К последствиям загрязнения атмосферы Земли можно отнести парниковый эффект, кислотные дожди, смог и озоновую дыру. Астрономы утверждают, что прозрачность атмосферы уменьшилась за последнее время. Также установлено, что ежегодно из-за загрязнения атмосферы Земли погибают не менее 1,3 миллионов человек. Рассмотрим их подробнее.

1) Парниковый эффект.

В результате загрязнения атмосферы продуктами сгорания ископаемых видов топлива в атмосферу ежегодно поступает около 20 млрд. тонн углекислого газа, который относится к парниковым газам. Накопление парниковых газов препятствует нормальному теплообмену между Землей и космосом, сдерживает тепло, накапливаемое в результате хозяйственной деятельности и природных процессов. Дальнейшее накопление углекислого газа в верхних слоях атмосферы приведет к таянию ледников и подъему уровня Мирового океана. Смещение климатических зон вызовет катастрофические наводнения, засухи и пыльные бури. Ухудшится здоровье населения, расширится ареал паразитов, переносчиков опасных инфекций.

2) Кислотные дожди.

Основная причина выпадения кислотных дождей - наличие в атмосфере за счет промышленных выбросов оксидов серы и азота, хлористого водорода и других кислотообразующих соединений. В результате дождь и снег оказываются подкисленными. Присутствие в воздухе заметных количеств, например, аммиака или ионов кальция приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Однако их также принято называть кислотными, поскольку они при попадании на почву или в водоем меняют их кислотность. Подкисление природной среды отрицательно отражается на состоянии экосистем. В подкисленной воде увеличивается растворимость алюминия. В озерах это приводит к заболеванию и гибели рыб, к замедлению развития фитопланктона и водорослей. Кислотные дожди разрушают облицовочные материалы (мрамор, известняки др.), значительно снижают срок службы железобетонных конструкций.

3) Смог.

Смог - чрезмерное загрязнение воздуха вредными веществами, выделенными в результате работы промышленных производств и транспортом.

Загрязняющие атмосферу вещества значительно ухудшают микроклимат города - увеличивается кол-во туманных дней, снижается прозрачность воздуха, освещенность и ультрафиолетовая освещенность. Смог ухудшает состояние здоровья людей, вызывая головные боли, обострения хронических заболеваний, таких как астмы, а при повышении уровня загрязненности повышается смертность, гибнут животные, вымирают многие виды деревьев. При смещении облака смога за пределы города поражаются или даже полностью погибают урожаи сельскохозяйственных культур.

) Озоновая дыра.

Другое глобальное последствие загрязнения атмосферы, с которым человечество уже столкнулось - разрушение озонового слоя. Стратосферный озон, который поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, разрушается из-за промышленных выбросов, содержащий хлор и бром, а также из-за фреонов, широко применяющихся в различных отраслях промышленности и быту. Ослабление озонового слоя усиливает поток солнечной радиации на Землю и вызывает у людей рост числа раковых образований кожи. Также повышенный уровень излучения ведет к резкому увеличению смертности среди морских животных и растений.

На сегодняшний день в г. Кондопога не наблюдается таких глобальных последствий.

Действие аэрозолей на растения.

Цель: узнать, как влияют аэрозоли на растения.

Материалы: емкость с водой, 2 банки, отростки традесканции, аэрозоль

Начало эксперимента: 10.01.14; время 15.00

Окончание эксперимента: 11.01.14; время 15.00

Описание эксперимента:

Два отростка традесканции я поместила в разные емкости с водой и накрыла банками, и присвоила им номера 1 и 2 (см. прил №1). В емкость с растением под номером 2 я распылила аэрозоль, и наблюдала, будут ли происходить изменения у растения. Через 24 часа у растения под номером 2 появились коричневые пятна на листьях (см. прил №2,3), а растение под номером один не изменилось (см. прил №4).

Вывод: Из этого эксперимента, я делаю вывод, что аэрозоли губительно действуют на окружающую среду.

Также мною был проведен опрос жителей моего микрорайона. Было опрошено 12 человек. Им были заданы следующие вопросы:

. Знаете ли вы, что такое загрязнение атмосферы?

. Считаете ли вы, что воздух в нашем городе загрязнен?

. Предпринимаете ли вы какие-нибудь меры борьбы с загрязнением воздуха?

Из проведенного мною опроса видно, что большинство жителей знают, что такое загрязнение атмосферы, ее последствия и считают, что воздух в нашем городе загрязнен, но меры борьбы с ее загрязнением не предпринимают.

Проведя следующие исследования, я делаю вывод о том, что загрязнение атмосферы влияет на окружающую среду, но никаких мер жителями по остановке загрязнения не предпринимается.

Загрязнение атмосферы - одна из глобальных экологических проблем человечества. И как любую проблему ее надо решать. Я предлагаю такие методы решения этой проблемы:

. Сокращение самых вредных выбросов, то есть повышенные требования к топливу, переход на более экологически чистое топливо

. Внедрение новых технологий: использование солнечной, ветровой, водной энергии.

3. Устанавливать очистительные фильтры, значительно сокращающие количество выбросов в атмосферу вредных веществ.

. Переносить промышленные предприятия подальше от крупных городов, где и так велика концентрация загрязнения

. Создавать так называемые системы движения, существенно сокращающие число остановок транспорта на перекрестках, и призванные сократить загрязнение атмосферного воздуха в городах

Что же касается конкретно г. Кондопога, то в ОАО «Кондопога» все 5 котлов в котельной переведены с мазута на газ; что позволило снизить выбросы сернистого ангидрида с 14,5 т в 2005 г. до 9,1 т в 2007 г.

Заключение

1. Таким образом, я узнала о загрязнении атмосферы.

. Выяснила основные источники загрязнения атмосферы в г. Кондопога; ими являются ОАО «Кондопога», ТЭЦ г. Кондопога, ООО «Шунгитовый завод», жизнедеятельность людей и транспорт.

. Нашла пути решения проблемы загрязнения атмосферы г. Кондопога; они начали внедряться в г. Кондопога, так в ОАО «Кондопога» все 5 котлов в котельной переведены с мазута на газ; что позволило снизить выбросы сернистого ангидрида с 14,5 т в 2005 г. до 9,1 т в 2007 г.

. Из проведенного мною исследования, я делаю вывод о том, что загрязнение атмосферы влияет на окружающую среду, но никаких мер жителями по остановке загрязнения не предпринимается. Загрязнение атмосферы по-прежнему остается одной из глобальных экологических проблем, которая вскоре, если не предпринимать никаких мер по ее остановке, может перерасти в экологическую катастрофу.
 

Литература

атмосфера кислород озон защита

1. Г. Немкович, А.С. Кармазина. Республика Карелия. - Петрозаводск: Карелия, 1999. -197 с.

2. К. Батлер. Хочу все знать. - Германия: Издательский Дом «Ридерз Дайджест», 2001. - 400 с.

3. Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник, А.П. Сидорин. Экология.-М.: Дрофа, 1995.-240 с.