Оценка атмосферы воздуха

     Аэрозольные примеси могут легко переноситься воздушными течениями на большие  расстояния.

     Желтый  туман, наблюдаемый в Армении (2011г.) обусловлен песчаной пылью, принесенной ветром из арабских стран (содержание пыли в воздухе превышал норму в 2-2,3 раза, между тем опасным порогом считается превышение нормы в 30-40 раз").

       Сильная песчаная буря обрушилась на Китай (2010г.). Сильный ветер принес мелкий песок из пустыни Гоби. Мелкая песчаная пыль висит в воздухе, через нее практически не проникает солнечный свет. Загрязнение воздуха распространилось также на Гонконг и Южную Корею.

     На  территории России в 2010 г. разбушевались  огневые штормы, которые также называют огненными смерчами или огненными торнадо.

       Дым и пепел больших вулканических извержений неоднократно распространялись в высоких слоях атмосферы на огромные расстояния, окутывая весь Земной шар (например, при извержение вулкана близ ледника Эйяфьядлайокюдль в Исландии, высота столба пепла достигла 13 км. При попадании пепла на высоту выше 11 км над уровнем моря происходит его попадание в стратосферу с возможным переносом на значительные расстояния. Значительному распространению облака пепла в восточном направлении способствовал антициклон над севером Атлантики). Помутнение воздуха и аномально красная окраска зорь наблюдались в течение многих месяцев после извержении.

       По газовому составу вся атмосфера Земли подразделяется на нижнюю (до 100 км) – гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю – гетеросферу – с неоднородными химическим составом. Первая отличается весьма однородным газовым составом. Вторая характеризуется нарастанием ионизации газов за счет фотодиссоциации, вследствие чего часть вещества уходит в космическое пространство.

     Состав  воздуха в гомосфере практически  не меняется и остается таким же, как в приземном слое. Преобладают  азот (78%) и кислород (21%), около 1% инертного  газа аргона. Несмотря на малое количество данные газы заметно влияют на многие атмосферные процессы. В частности, метан, составляющий всего 10^-4%, играет существенную роль в парниковом эффекте. Наряду с постоянными компонентами воздуха имеется ряд компонентов, заметно меняющихся во времени и пространстве. К переменным компонентам относятся вода/водяной пар – от 0 до 7%, озон, двуокиси углерода, серы и азота.

     Таким образом, в атмосфере существует ряд газов, составляющих в совокупности десятые, сотые и менее доли процентов. Такие газы нередко называются «малыми» газами. Тем не менее, невзирая на свою «малость» данные газы оказывают заметное влияние на состояние атмосферы, погоду и климат. Это происходит потому, что эти газы существенно поглощают солнечноетизлучение разных областей спектра, что приводит к различным эффектам нагрева атмосферы, которые могут вызывать колебания атмосферы, парниковый эффект. Различные загрязнения, например фтор, бром и их соединения, накапливаются в атмосфере. Число их в прцентном отношении ничтожно, но тем не менее, они оказывают значительное влияние на химию и физику атмосферы.

     В состав воздуха входят окислители, а солнечное излучение способствует прохождению окислительных химических превращений. На круговорот веществ, растворимых воде, в значительной мере влияет постоянная смена агрегатных состояний атмосферной влаги.

     С высотой меняется химический состав и физические свойства атмосферы, и в соответствии с этим ее подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу (термосферу) и экзосферу.

  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. В этом слое идет непрерывное интенсивное перемешивание воздуха как по горизонтали, так и по вертикали, что приводит к понижению его температуры с высотой примерно до 6,5⁰С. На 1 км. В тропосфере сконцентрировано основное количество водяного пара и мельчайших частиц примесей, способствующих образованию облаков. Поэтому тропосферу часто называют кухней погоды. На высоте 18-20 км плавное уменьшение температуры прекращается, она остается почти постоянной: - 60-70⁰С. Этот участок атмосферы называется тропопаузой.

     Выше тропопаузы, на высоте 20-50 км от земной поверхности, простирается стратосфера. В ней сосредоточена остальная часть воздуха (20 %). Для стратосферы характерны слабые воздушные потоки, малое количество облаков и постоянство температуры (-56° С) до высоты примерно 25 км. Выше температура начинает повышаться при удалении от 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 в ней понижается на 2-3°С на 1 км, и на высоте 80 км, в мезопаузе, она достигает-75-90°С.

     Термосфера - слой верхней атмосферы, расположенный между мезопаузой и экзосферой, на высоте от 80 до 800 км Здесь встречаются лишь отдельные молекулы, атомы и ионы газов, плотность которых в миллионы раз меньше, чем у поверхности Земли. Ионосфера, находящаяся выше 50 км, представляет собой природное образование разреженной слабоионизированной плазмы, находящейся в магнитном поле Земли и обладающей благодаря своей высокой электропроводности специфическими свойствами, определяющими характер распространения в ней радиоволн и различных возмущений. Только благодаря ионосфере возможен такой простой и удобный вид связи на дальние расстояния, как радиосвязь.

     Экзосфера - сфера рассеяния, внешний, наиболее разреженный слой атмосферы, где длины свободного пробега частиц так велики, что частицы могут рассеиваться в межпланетное пространство. Экзосфера начинается на высоте 600-800 км, а ее верхняя граница находится на расстоянии нескольких тыс. км от земной поверхности, где концентрация частиц становится такой же, как в межпланетном пространстве. 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/ _см² т.е. в тысячу раз меньше плотности воды.

     Жизнь на Земле возможна, пока существует атмосфера. Атмосферный воздух выполняет сложнейшую экологическую функцию, а именно:

     одним из важных свойств атмосферы является наличие кислорода. Кислород, входящий в состав атмосферы, используется живыми организмами в процессе дыхания. В первичной атмосфере Земли кислород отсутствовал, появление и накопление его связано с распространением зеленых растений и процессов фотосинтеза. В результате химического воздействия веществ с кислородом живые организмы получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.

     Основные потребители воздуха в природе – флора и фауна Земли. Подсчитано, что весь воздушный океан проходит через земные организмы примерно за десять лет.

     Атмосфера регулирует тепловой режим Земли, способствует перераспределению тепла по земному шару.

     Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Благодаря ей на Земле не бывает резких перепадов от морозов к жаре и обратно. Основная роль выполняется углекислым газом, парами воды, метаном и озоном. Молекулы этих веществ поглощают инфракрасное тепловое излучение Земли.

     Между атмосферой, земной поверхностью и  другими сферами Земли происходит постоянный обмен теплом, влагой и  газами, что вместе с циркуляцией воздушных масс в атмосфере влияет на основные климатообразующие процессы. Атмосфера защищает живые организмы от мощного потока космического излучения. Озоновый слой, находящийся на высоте порядка 25 км, защищает планету от губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца.

     Атмосфера – надежный щит, который спасает все живущее на Земле организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Верхние слои атмосферы частично поглощают, частично рассеивают эти лучи.

     Через атмосферу осуществляется обмен веществ между Землей и Космосом. При этом Земля теряет самые легкие газы – водород и гелий и получает космическую пыль и метеориты. Атмосфера защищает нас и от «звездных осколков».

     Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании в приземном слое воздуха, отложения загрязненных веществ на поверхности земли и т.д.

      Таким образом,  все живые организмы используют воздух атмосферы для дыхания, атмосфера защищает от вредного воздействия космических лучей и губительной для живых организмов температуры.

     Все процессы, развивающиеся в атмосфере, осуществляются за счет энергии Солнца. Благодаря ей ежегодно с поверхности Земли испаряются миллиарды тонн воды. Атмосфера выполняет роль перераспределения влаги на земном шаре.

     Физические свойства и состояние атмосферы меняются: во времени - в течении суток, сезонов, лет; в пространстве – в зависимости от высоты над уровнем моря, широты местности и удаленности от океана.

     Слово «мониторинг» происходит из латинского «монитор», которое переводится как «наблюдающий», «предостеригающий».

     Мониторинг природной среды – это проведение наблюдений за параметрами природной среды, оценка их состояния и прогноз ожидаемых изменений по определенному плану во времени, в пространстве и по компонентам (загрязнителям).

     Экологический мониторинг представляет собой мониторинг антропогенного воздействия на окружающую среду, изменений состояния природной среды и экосистем, проводимый для оценки состояния окружающей природной среды, а также в целях прогнозирования возможных изменений. На основании этих данных осуществляется выработка долгосрочных решений в области охраны окружающей среды, рационального природопользования, обеспечения экологической безопасности.

     В систему мониторинга должны входить следующие основные процедуры:

     - выделение объекта наблюдения, формирование объекта наблюдения;

     - обеспечение сбора, обработки, хранения полной, достоверной и сопоставимой информации о состоянии объектов наблюдения; планирование наблюдений;

     - комплексная и тематическая аналитическая обработка данных;

     - прогнозирование изменений состояния объекта наблюдения; своевременное доведение до заинтересованных потребителей данных экологического мониторинга;

     - согласованное методологическое и метрологическое обеспечение ведения различных видов мониторинга природной среды.

     Экологический мониторинг в Республике Казахстан определяется как комплекс выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, оценок, прогнозов и разрабатываемых на их основе рекомендаций и вариантов управленческих решений, необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием окружающей природной среды и экологической безопасностью.

     В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:

     - наблюдение за источником антропогенного воздействия;

     - наблюдение за фактором антропогенного воздействия;

     - наблюдение  за состоянием природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

     Основной целью мониторинга является – разработка научно-обоснованных мероприятий по:

- охране окружающей среды;

      - рациональному использованию природных ресурсов;

  - предупреждению различного рода критических ситуаций, опасных для   

    здоровья людей и живых организмов;

  - охране природных комплексов и объектов.

     Мониторинг может эффективно существовать только при условии наличия жёстких обратных связей, в задачи которых входит постоянный контроль (наблюдение) за процессами и действиями [6].

     Например, проведение мероприятий в рамках реализации по улучшению качества окружающей среды должна постоянно сопровождаться наблюдением за процессами восстановления природной среды с целью определения возможных отклонений. При возможных отклонениях, необходимо внести коррективы в мероприятия по улучшению состояния окружающей среды.