Реферати статті публікації

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Екологія » Геофізична екологія

Геофізична роль складових атмосферного повітря

Із складових атмосфери найважливіша біологічна і геофізична роль належить 0 2, 0 3, Г^, С02 водяній парі. , Оксиґен 0 2- найпоширеніший на Землі хімічний елемент. У хімічно зв’язаному вигляді він входить до складу води, різних мінералів, гірських порід, рослин і тварин. Основним джерелом над ходження 0 2 є процес фотосинтезу, який кількісно навіть перева жає витрату його на дихання рослин і тварин, окиснення газів і мінералів. Проте вміст 0 2 в нинішній атмосфері відносно стабіль ний. Ця відносність пов’язана з тим, що 0 2 повітря безповоротно витрачається на процеси горіння, зв’язуючись при цьому в сполу ки. Частина його з’єднується із Карбоном, утворюючи С02, а інша частина - з Гідрогеном та повертається в повітря у вигляді водяної пари. Запаси 0 2 в атмосфері навіть нижчі, ніж потрібні для спалю вання всіх горючих копалин. В надрах ще знаходиться біля 6,4-101 т 5 горючих вуглеводнів, на спалювання яких потрібно 1,7*101 т по 6 вітря (Гирусов, 1998). Нагадаємо, що маса атмосфери становить 5,15-Ю1 т. 5 Зростання виробництва і збільшення населення супроводжуєть ся, з одного боку, небаченими раніше обсягами витрат нафти, газу, вугілля, з іншого - наступом на зелені насадження планети, змен шенням їх площ. Зелені рослини витісняються не лише забудова ми, але і смугами забруднення, які збільшуються. Згубними для фітопланктону є забруднення Океану нафтопродуктами. Адже фітопланктон покриває суцільним шаром водну поверхню плане ти і відновлює до 34 % 0 2 атмосфери, яка практично не утримує

тепло на поверхні Землі. Проте навіть незначне збільшення в ат мосфері деяких газів, зокрема С02, 0 3та водяної пари призводить до підвищення її температури. С02- прозорий газ, приблизно в півтора рази важчий повітря. Вміст його в атмосфері не є постійним в силу ряду причин, голов ними з яких є особливості розподілу в просторі основних джерел його поповнення та витрат. С02в природі постійно утворюється при різних процесах окиснення органічних речовин (гниття рослинних і тваринних решток), горінні, диханні і т. д. Значна кількість його виділяється через тріщи ни земної кори, при вулканічних виверженнях, з води мінеральних джерел, а також при роботі промислових підприємств, автотранс порту. Витрати С02 із атмосфери відбуваються переважно у процесі фотосинтезу рослин. В нічну пору вміст С02 у приземному шарі атмосфери зростає на 15...20 % у порівнянні із середньодобовими його значеннями, оскільки фотосинтез відбувається лише на світлі і найбільші витрати карбон диоксиду мають місце в світлий період доби. Велика кількість С02поглинається океанами з утворенням в їх водах карбонатів. Тому Світовий океан є важливим регулято ром рівноваги С02в атмосфері. Вміст С02не залишається постій ним і в окремі періоди. В силу зазначених причин вертикальний і горизонтальний роз поділ С 02 над материками та океанами, над ділянками з рослин ним покривом чи без нього не однаковий. Загалом основна кон центрація С02 зосереджена в шарі повітря 1...2 км над сушею і 0,5...2 км над океанами. Над поверхнею морів і, особливо, океанів об’ємний вміст С02в середньому не перевищує 0,012...0,015 %, а в містах, промислових зонах і районах вулканічної діяльності близь кий до 0,04 %. На висоті 3...4 км вміст С02помітно знижується. С02відіграє важливу роль у природних процесах. Він слугує ос новним матеріалом для утворення рослинами органічної речови ни, є основою їх життєдіяльності. С02 легко пропускає до земної чи водної поверхні випромінювання Сонця довжиною 1... 10 мкм, однак затримує теплове випромінювання з довжиною хвиль 12,9... 17,1 мкм. Загалом С02 затримує біля 18 % всього земного теплового випромінювання, знижуючи планетарне альбедо Землі. Роль С02 як утеплювача атмосфери посилюється у міру зростання його концентрації в останні десятиріччя. Це відбувається в резуль таті як вулканічної, так і господарської діяльності, що може при звести до глобального потепління клімату, танення льодовиків Ан тарктиди та Гренландії й подальшого підвищення рівня Світового

океану. Причому думки різних вчених щодо можливих наслідків парникового ефекту дуже різняться: від прогнозування підняття рівня океанів на 1...2 м, до 10 м і більше, і аж до абсолютно заспо кійливих. Прихильники останньої версії посилаються на геологічні дані про те, що в історії розвитку Землі вже були періоди потеплінь, однак підняття рівня Світового океану тоді не відбулося. Очевидно в найближчі десятиріччя антропогенний вплив на атмосферу буде певною мірою залежати від стратегії людської цивілізації по використанню відновлювальних та екологічно чистих джерел енергії. Водяна пара потрапляє в атмосферу в результаті випаровуван ня з поверхні морів і океанів, водних об’єктів суші, ґрунту, рослин ного покриву. В атмосферу щорічно надходить біля 577Т03км3води, з них біля 85 % цієї кількості - з поверхні океанів і морів. Середній вміст вологи в атмосфері сягає 14Т03 км3 Вміст вологи у повітрі . залежить від підстилаючої поверхні і температури. Чим вища тем пература повітря, тим більший вміст у ньому водяної пари (рис. 9.1). Максимум абсолютної вологи повітря спостерігається у найтепліший місяць, мінімум - у найхолодніший. Вміст вологи у повітрі над поверхнею морів і океанів завжди вищий, ніж над материками. З висотою та в міру просування вглиб материків кількість водяної пари у повітрі знижується. Найвищий вміст водяної пари має місце в по ясі між 30° пн. ш. і 30° пд. ш., звідси і до полюсів він зменшується. Водяна пара відіграє важли ву роль в ряді атмосферних про цесів. Вона, подібно до С02, діє як атмосферний фільтр, затри муючи до 60 % всього довгохви льового випромінювання земної поверхні, спричиняючи парни ковий ефект атмосфери. Водяна пара виконує також іншу важливу функцію - погли нання та виділення тепла при фа зових переходах води. При випа ровуванні води близько 600 ккал водяної пари на 1 г переходить у приховану форму, а потім при конденсації Рис. 9.1. Кількість водяної пари водяної пари вноситься в по (г/м3), необхідної для насичення повітря при різних температурах вітря. Внаслідок цих фазових пе

реходів переміщується велика кількість енергії. Наприклад, основ на частина енергії тропічних циклонів надходить при конденсації водяної пари. У результаті конденсації чи кристалізації атмосфер ної вологи утворюються тумани, хмари. З водяною парою пов’яза не виникнення опадів та гроз. Водяна пара має вирішальне значення в процесі колообігу води на Землі. Наявність водяної пари в атмосфері є тією необхідною умовою, без якої водообмін взагалі був би неможливим або ж про тікав би у надзвичайно повільному темпі. Найбільше озону (03 є у стратосфері, проте загалом його там є ) дуже мало. Якби весь стратосферний озон зібрати за умови густи ни повітря над рівнем моря, то він утворив би шар товщиною лише З мм, тоді як наявний в атмосфері 0 2зайняв би шар потужністю 5,5 км. Деяка кількість озону утворюється у нижньому шарі тро посфери під час електричних розрядів або сонячного дня у пере повнених випускними автомобільними газами містах. Присутність цього газу в стратосфері - надзвичайно важливий фактор нормаль ного функціонування біосфери, тоді як збільшення концентрації озону в тропосфері - явище негативне. Вертикальний і горизонтальний розподіл озону а атмосфері дуже складний, він змінюється залежно від ряду умов. В цілому для Землі середній вміст озону оцінюється в 3,359-10“ кг. Біля 60 % всієї маси озону знаходиться в стратосфері на висоті 20...25 км. Вище і нижче цього шару концентрація 0 3зменшується, а на висоті 55...60 км його надзвичайно мало. Захисна роль озону полягає в тому, що його молекули поглина ють переважну частину ультрафіолетових променів, що надходять від Сонця. Ультрафіолетове випромінювання, а саме його корот кохвильова ділянка спектра (т. зв. УФ-Б, що лежить в діапазоні 180...320 нм) при опроміненні живих організмів викликає у них різні ушкодження, захворювання. Особливо чутливі рослини і тварини до УФ-променів довжиною 242 нм. У результаті посиленого опро мінення УФ-променями рослини частіше і помітніше ушкоджуються хворобами (вірусними, грибковими), у тварин знижується імунітет, продуктивність, вони частіше хворіють. В людей збільшується ча стота шкіряних хвороб (раку шкіри), катаракти очей, вірусних за хворювань, зростає кількість соматичних мутацій. Утворення озону в стратосфері відбувається під дією ультрафіо летового випромінювання Сонця. Молекули оксиґену (02 розпа ) даються на атоми (О) з подальшим приєднанням окремих із них до молекул та утворенням триатомних молекул (03). Це загальна схе ма утворення озону, хоча цей процес складається з цілого ряду про

міжних реакцій. Виділена внаслідок фотодисоціації 0 2 енергія ча стково витрачається на нагрівання стратосферного повітря. Саме завдяки цьому температура повітря у стратосфері зростає, досяга ючи навіть позитивних температур. Незначна часгина ультрафіолетових променів, проникнувши крізь озоновий фільтр, досягає земної поверхні, викликає в нас пігмента цію шкіри та синтез в організмах людей, тварин вітаміну D. У 70...80-х pp. XX ст. вчені помітили, що потужність озонового шару зменшується, а над Антарктидою навіть утворилась велика озонова діра. Вважають, що це пов’язано з широким застосуван ням у промисловості фреонів, з виробництвом хлорної продукції, дією ракетного палива тощо. Потрапивши в стратосферу, фреони розпадаються з утворенням Cl', Вг, F". Останні в силу ненасиченості зовнішнього електронного шару активно віднімають у 0 3один атом, перетворюючи його у звичайний 0 2, який нездатний затри мувати ультрафіолетові промені. Повідомлення про зменшення потужності озонового шару, ви никнення озонових дірок надзвичайно турбує вчених та широку громадськість. У 1985 р. відбулась Віденська конференція з про блем охорони озонового шару. В 1987 р. 37 найбільш індустріаль но розвинених країн світу підписали Монреальський протокол, що передбачав вже до 2000 р. значне (до 50

зменшення застосуван ня фреонів, що було і є доволі складним завданням. Людством вжи ваються й інші заходи щодо запобігання негативного впливу на озоновий екран - припинення експлуатації надзвукових літаків, за борона ядерних вибухів в атмосфері, зменшення викидів нітратів у повітря тощо. Незважаючи на загальновизнану думку про негативний антро погенний вплив на озон стратосфери, англійські геофізики Хьюїт і Леві висловили свою гіпотезу щодо причин появи озонових дірок. У серпні 2000 р. на CNN вони заявили: “Фреон, скільки його не розпилюй біля поверхні планети, піднімаючись вгору, виявляється нейтралізованим задовго до того, як досягне верхнього шару ат мосфери. А озонова “діра” над Антарктидою була завжди, тому що магнітне поле Землі, спрямоване з півдня на північ, відганяє за ряджені частинки від одного полюса до іншого. А стане “діра” над Антарктидою (там відтік зарядів) більшою чи меншою - залежить від коливань напруженості магнітного поля Землі (геомагнітних бур), а ніяк від фреона” (Прозоров, 2002). Нітроген є головною компонентою атмосферного повітря. У ви гляді складних органічних сполук - білкових речовин - він входить до

складу всіх рослин і тварин. Без білку немає життя, а оскільки Нітроґен є невід’ємною складовою білків, то стає зрозумілою надзвичайно важлива роль цього хімічного елемента для біоти нашої планети. Ще одна складова атмосфери - аерозольні частинки. До них на лежать мінеральний пил, продукти горіння метеоритів, криштали ки морських солей, дим, пилок, мікроорганізми. Вміст аерозолю визначає рівень запиленості та мутності атмосфери. Всі ці складові частини атмосфери послаблюють сонячну радіацію та є ядрами кон денсації, на яких утворюються водяні краплі хмар і туманів. За ос танні десятиріччя, внаслідок зростання площі розораних земель та інтенсивного розвитку промисловості, запиленість і мутність атмо сфери також зросли. Математичне моделювання та експерименти свідчать про те, що при високій запиленості сонячна радіація, що надходить, може знач но зменшитися, що призведе до суттєвих змін погодно-кліматичного режиму Землі. Особливо небезпечним є застосування ядерної зброї, що може призвести до величезних пожеж, значного затем нення атмосфери і навіть до т. зв. “ядерної зими”. Підсумовуючи загальний огляд атмосфери та геофізичної ролі її складових, варто нагадати про надзвичайно велику роль повітря ної оболонки Землі у збереженні життя на планеті. Вже на далеких підступах до неї, в межах екзо- і термосфери, відбувається затри мання атмосферою ультракоротких смертоносних променів та ча сток: космічних, гамма-, сонячного вітру, метеоритних частинок тощо. Ті з них, які проникають крізь цей перший бар’єр, будуть зупинені в мезо- і стратосфері. Тропосферу називають кухнею погоди, адже тут утворюються хмари, що несуть опади, дмуть вітри. Збагачене водяною парою та С02 повітря тропосфери уповільнює теплове випромінювання Землі, підтримуючи її середньорічну температуру. Саме повітря нижньої тропосфери є тим єдиним середовищем, в якому можуть існувати живі істоти, в т. ч. і людина. Для того, щоб вижити у май бутньому, людство вже сьогодні просто приречене дбати про чис тоту та збереження середовища свого існування - атмосфери.

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Геофізична роль складових атмосферного повітря» з дисципліни «Геофізична екологія»