Техносфера. Определения. Структура

1. Техносфера. Определения. Структура

Техносфера – это часть биосферы, преобразованная людьми с помощью прямого и косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия социально-экономическим потребностям человечества.

Техносфера – это практически замкнутая регионально-глобальная будущая технологическая система утилизации и реутилизации вовлекаемых в хозяйственный оборот природных ресурсов, рассчитанная на изоляцию хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ и потока энергии.

Техносфера – синоним ноосферы – новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.

Структура техносферы.

Структура техносферы включает 4 основных компонента:

Атмосфера – газовая оболочка, окружающая Землю и участвующая в ее суточном вращении.

Гидросфера  – прерывистая водная оболочка Земли  между атмосферой и литосферой, совокупность всех водных объектов земного шара.

Литосфера – внешняя сфера твердой оболочки Земли.

Антропогенный фактор – фактор, обусловленный  деятельностью человека, ее влиянием на окружающую среду.

2. Этапы развития биосферы

Экосистема  – это упорядоченно взаимодействующие  и взаимосвязанные компоненты, образующие единое целое.  Все существующие природные объекты представлены  двумя типами эко-

систем: наземными  и водными, которые различаются  не только средой обитания, но и заселяющими  их организмами.

 Наибольшая  из экосистем – биосфера. В  нее входят все водные и  наземные экосистемы планеты.  Биосфера – это совокупность  всего живого на нашей планете,  находящегося во взаимодействии  с физической средой Земли.  Другими словами биосфера состоит  из обжитых: почвы, воды, воздуха, т. е. тех частей атмосферы, гидросферы и атмосферы, где существует жизнь и с этой точки зрения о биосфере говорят как об экосфере  т.е. глобальной экосистеме. Более строгое определение экосферы дает Н.Ф. Реймерс.  Экосфера – это совокупность всего живого на Земле со всем его окружением и всеми природными ресурсами.

Биосфера  постоянно развивается и изменяется. Исследователи выделяют три основных этапа развития биосферы:

1 этап – от начала возникновения жизни на Земле до начала промышленной революции. Это этап саморегулирования биосферы.

2   этап    -    с начала промышленной революции до настоящего времени. Этот этап характеризуется активным вмешательством человека в биосферу, поэтому носит название биотехносфера или техносфера.

Техносфера – это часть биосферы, преобразованная людьми с помощью прямого и косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия социально-экономическим потребностям человечества

3  этап  - это будущее состояние биосферы, качественно новая форма организованности, возникающая при взаимодействии природы и общества, для которой характерна тесная взаимосвязь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами.

3. Физические процессы

5. Фотохимические  реакции в атмосфере

Фотохимические  реакции — химические реакции, которые инициируются воздействием электромагнитных волн, в частности — светом. Примерами фотохимических реакций являются фотосинтез в растениях, распад бромида серебра в светочувствительном слое фотопластинки, превращение молекул кислорода в озон в верхних слоях атмосферы, фотоизомеризация, фотохимически инициируемые перициклические реакции, фотохимические перегруппировки и т.п.

Основными требованиями для  фотохимических реакций  являются:

энергия источника  излучения должна соответствовать  энергии электронного перехода между  орбиталями;

излучение должно быть способным достичь целевых функциональных групп и не быть заблокированным  реактором и другими функциональными  группами.

Фотовозбуждение — первая стадия фотохимического процесса, когда реагирующее вещество переходит в состояние с повышенной энергией.

 Фотосенсибилизатор поглощает излучение и передаёт энергию реагирующему веществу. Обратный процесс называется «закалкой», когда фотовозбуждённое состояние деактивируется химическим реагентом.

Фотохимия кислорода и озона  в атмосфере

Наиболее  типичной фотохимической реакцией в  верхних слоях атмосферы является диссоциация молекул кислорода  с образованием атомов и радикалов. Так, при действии коротковолнового ультрафиолетового (УФ) излучения, образующиеся возбуждённые молекулы :    O₂ *: O₂ + hν à O₂^*,

диссоциируют на атомы: O₂^* à O + O. Эти атомы вступают во вторичную реакцию с O₂, образуя озон: O + O₂ à O₃. Образование озона проходит по обратимой реакции: 3O₂ + 68ккал (285 кДж) ↔ 2O₃.Озон жадно поглощает ультрафиолетовое излучение в области от 2000 до 3000Å, и это излучение разогревает атмосферу. Молекула О₃ неустойчива и при достаточных концентрациях в воздухе при нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0^оС) самопроизвольно за несколько десятков минут превращается в O₂ с выделением тепла. Повышение температуры и понижение давления увеличивают скорость перехода в двухатомное состояние. При больших концентрациях переход может носить взрывной характер. Озон – мощный окислитель, намного более реакционноспособный, чем двухатомный кислород. Окисляет почти все металлы (за исключением золота, платины и иридия) до их высших степеней окисления. Окисляет многие неметаллы. Также повышает степень окисления оксидов. Озон в атмосфере, определяет характер поглощения солнечной радиации в земной атмосфере.

Фотохимические  реакции с участием метана

Рассмотрение  поведения метана в атмосфере  начнем с процессов исчезновения метана. Дело в том, что процессы вывода метана из атмосферы известны в количественном отношении гораздо  полнее, чем процессы, обеспечивающие поступление метана в атмосферу. Интенсивность процессов стока метана должна быть примерно равной интенсивности источников метана, что позволяет более надежно судить о мощности источников метана в атмосфере. Молекула метана довольно устойчива, и ее нелегко вывести из атмосферы. Метан малорастворим в воде (30 см³ газа растворяется в одном литре воды), и удаление его из атмосферы с помощью осадков не происходит. Для реального удаления из атмосферы метан необходимо переводить в нелетучие соединения или другие газообразные соединения.

Метан, как  и многие другие примеси, исчезает из атмосферы, в основном в реакции  с радикалом ОН:

ОН + СН₄ = Н₂О + СН₃. Радикал ОН - одна из наиболее реакционноспособных частиц в химических процессах. Источником радикала ОН в тропосфере является тропосферный озон (О₃). Под действием ультрафиолетового света молекулы тропосферного озона разрушаются с образованием молекулы кислорода и чрезвычайно реакционноспособного атома кислорода в возбужденном электронном состоянии (О^*)

Фотохимические  процессы оксидов  азота

NO и NO₂ всегда присутствуют в атмосфере в количествах, достаточных для протекания реакций с их участием. 65% от общего количества связанного азота на Земле является результатом деятельности азотфиксирующих микроорганизмов почвы, 25% приходится на промышленный синтез аммиака. Оставшаяся часть (10%) – результат сгорания азота в его окись в атмосфере за счет высокотемпературных (пожары, грозовые разряды) и фотохимических процессов в верхних слоях атмосферы. Эти процессы составляют источник более или менее постоянных концентраций оксидов азота в атмосфере, и их уровень является оптимальным для поддержания на постоянном уровне химических явлений в атмосфере Земли, прежде всего постоянства концентрации озона. Фотохимические реакции с участием оксидов азота протекают под действием солнечной радиации и в верхних слоях атмосферы. Загрязнение стратосферы этими веществами происходит в процессе работы реактивных двигателей самолетов и ракет. Кроме того, под действием ультрафиолетовой радиации происходит фотохимическое окисление азота воздуха, продуктами которого являются NO и NO₂. С ними связаны процессы деструкции озона, причем в них проявляется каталитическая роль этих веществ:

O + NO₂ à NO + O₂;      NO + O₃ à NO₂ + O₂

оксид азота - важный фактор, определяющий состояние  окружающей нас атмосферы и внешние  условия существования.

Верхние слои атмосферы – это слои атмосферы  от 50 км и выше, свободные от возмущений, вызванных погодой. На этой высоте воздух разрежен. На поведение верхних слоев  атмосферы сильно влияют такие внеземные  явления, как солнечная и космическая  радиация, под действием которых  молекулы атмосферного газа ионизируются и образуют ионосферу. Верхние слои атмосферы включают в себя мезосферу, термосферу и ионосферу.

Мезосфера – слой атмосферы на высотах от 40 до 90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; Термосфера – слой атмосферы, следующий за мезосферой, начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Ионосфера – верхние слои атмосферы, начиная от 50-80 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов вследствие облучения космическими лучами, идущими, в первую очередь, отСолнца.