Атмосфера Земли. Воздействие деятельности человека на газовый состав атмосферы

Вопрос  11. Атмосфера Земли. Воздействие деятельности человека на газовый состав атмосферы.

ВВЕДЕНИЕ

     Атмосфера – газовая оболочка Земли, именно благодаря атмосфере стало возможным зарождение и дальнейшее развитие жизни на нашей планете. Значение атмосферы для Земли колоссально – исчезнет атмосфера, исчезнет планета. Но последнее время с экранов телевизоров и динамиков радиоприемников мы все чаще и чаще слышим о проблеме загрязнения атмосферы, о проблеме разрушения озонового экрана, о губительном воздействии солнечной радиации на живые организма и человека в том числе. То тут то там происходят экологические катастрофа оказывающие в различной степени негативное воздействие на земную атмосферу непосредственно влияя на её газовый состав. К сожалению, приходиться констатировать, что атмосфера с каждым годом промышленной деятельности человека становиться всё меньше и меньше пригодной для нормальной жизнедеятельности живых организмов.

В своей  работе я стремлюсь рассмотреть  всю историю земной атмосферы, а  именно её газового состава, начиная  с момента образования и заканчивая нашим временем. При этом, затронув начальный этап развития атмосферы, первичный и нынешний газовый, а  так же причины и следствия его изменения.

Главная задача работы – выявить динамику изменения содержания различных  газов в атмосфере с течением времени, и указать те факторы  воздействия, которые служат катализаторами в этих процессах.

1.Появление атмосферы.

Возраст атмосферы принято приравнивать к возрасту самой планеты Земля

– примерно 5000 миллионов лет. На первоначальном этапе своего формирования Земля разогрелась до внушительных температур. «Если, как считает большинство ученых, только что образовавшаяся Земля была чрезвычайно горячей (имела температуру около 9000( C), то большинство газов, составляющих атмосферу, должны были бы покинуть её. По мере постепенного охлаждения и затвердевания Земли газы, растворенные в жидкой земной коре, выходили бы из неё». Из этих газов и сложилась первичная земная атмосфера, благодаря которой стало возможным зарождение жизни.

II..СОСТАВ АТМОСФЕРЫ.

1.Первичный состав.

Как только Земля остыла, вокруг неё, из выделенных газов, сформировалась атмосфера. Точное процентное соотношение элементов  химического состава первичной  атмосферы, к сожалению, определить не представляется возможным, но можно  с точностью предположить, что  газы, входящие в её состав, были подобны  тем, которые теперь выбрасываются  вулканами – углекислый газ, водяной  пар и азот. «Вулканические газы в виде перегретых паров воды, углекислого  газа, азота, водорода, аммиака, кислых дымов, благородных газов и кислорода  формировали праатмосферу. В это время накопление кислорода в атмосфере не происходило, поскольку он расходовался на окисление кислых дымов (HCl, SiO2, H2S)».

Существуют  две теории происхождения самого важного для жизни химического  элемента – кислорода. По мере охлаждения Земли температура упала примерно до 100( C, большая часть водяного пара сконденсировалась и выпала на земную поверхность первым дождем, вследствие, чего образовались реки, моря и океаны – гидросфера. «Водяная оболочка на Земле обеспечила возможность накопления эндогенного кислорода, став его аккумулятором и (при насыщении) поставщиком в атмосферу, к этому времени уже очищенную от воды, углекислоты, кислых дымов, и других газов в результате прошедших ливней».

Другая  теория утверждает, что кислород образовался  при фотосинтезе в результате жизнедеятельности примитивных  клеточных организмов, когда растительные организмы расселились по всей Земле, количество кислорода в атмосфере  стало быстро увеличиваться. Однако, многие учёные склонны рассматривать обе версии без взаимного исключения.

2.Нынешний состав.

В сегодняшнем  химическом составе атмосферы преобладает азот и кислород. Представительство таких элементов как углекислый газ, аргон и других инертных газов очень мало, в общей сложности около 1%, но минимальное изменение их содержания может оказать серьёзное влияние на жизнь нашей планеты.

Химический состав атмосферы (Неклюкова, 1976).

Доминирующие  газы. Рассмотрим свойства химических элементов доминирующих в составе  земной атмосферы.

Кислород. Кислород является одним из основных газов атмосферы (почти 21%), наиболее важен для жизни на планете. «Атмосфера содержит порядка 1015 тонн свободного кислорода, тогда как в земной коре его наверняка больше 1019 тонн». Самый распространенный элемент на Земле .

Именно  благодаря нему возможно дыхание  живых организмов. Кислород химически  активен, легко вступает в реакции  со многими химическими элементами и соединениями. Известны три изотопа  кислорода – 16O, 17O, 18O. В обычных  условиях их содержание в атмосфере  составляет соответственно (%) 99,74, 0,04 и 0,20. «Сильнейшим окислителем является трехатомное соединение кислорода – озон (О3). Он составляет в атмосфере незначительную примесь». На высоте примерно 22 – 25 км озон достигает максимальной концентрации – озоновый экран, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца (0,29 микрона), губительное для всего живого.

Азот. «Азот  – одна из основных компонент органической материи, и ввиду того, что он химически  гораздо менее активен, чем кислород, необходимы особые условия для образования  соединений азота и для усвоения его живыми организмами. Эти условия  еще пока недостаточно изучены». Азот

– самый  распространенный газ в атмосфере, около 78%. «Азот атмосферы играет огромную роль в геохимических процессах, активно участвуя в дифференциации минерального вещества, с одной стороны, в синтезе органических веществ  – с другой. Последнее обеспечивается биохимическими реакциями. Известно, что  азот участвует в фотосинтезе, синтезе  белков и нуклеиновых кислот.

Следовательно, без азота жизнь в том виде, в котором мы её знаем, невозможна».

Углерод. Углерод в земной атмосфере в  основном представлен углекислым газом (CO2). Углекислый газ необходим растениям, так как используется ими для  дыхания. Содержание CO2 в атмосфере  так же влияет на тепловой баланс

Земли. Деятельность человека (сжигание угля и нефти) ведет к повышению  его концентрации.

Водяной пар. Водяной пар играет главную  роль в образовании парникового  эффекта. Водяной пар пропускает коротковолновую солнечную радиацию, и поглощает длинноволновое излучение  Земли. С ним связано образование облачных систем.

3.Тенденции изменения.

«Нет  единого мнения о природе и  характере изменений в составе  атмосферы за последние 1000 миллионов  лет. Геологические процессы (вулканическая активность, образование известняков и угля) должны были оказать определенное влияние на состав атмосферы. И есть основания предполагать, что в течение последних 300 миллионов лет количество кислорода и углекислого газа, поскольку эти газы связанны с вышеупомянутыми процессами, колебалось значительно относительно теперешнего уровня».

Такое изменение содержания CO2, конечно, вызвано  деятельностью человека – сжигание угля. «Начиная с 1900 года, количество сжигаемого топлива удваивается каждые 10 лет. Так как уголь состоит на 90% из углерода, при горении соединяющегося с кислородом, то в атмосфере увеличивается количество углекислого газа».

Содержание  парниковых газов в атмосфере  напрямую зависит от периодов потепления на нашей планете. «Была установлена корреляция между периодами потепления и содержанием в атмосфере углекислого газа и метана.

В основном, более или менее сильные изменения  газового состава атмосферы происходило  в последние два века, ведь именно в этот период человечество осуществило  существенные шаги в своём техническом  развитии. 

III.ПРИЧИНЫ  И СЛЕДСТВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГАЗОВОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ.

1.Причины.

Существует  масса причин изменения газового состава атмосферы – первое, и  самое главное это деятельность человека. Второе, как ни странно, - деятельность самой природы. а) антропогенное  воздействие. Деятельность человека оказывает  разрушающее действие на химический состав атмосферы. При производстве в окружающую среду выбрасывается  углекислый газ и ряд других парниковых газов. Особенно опасен выброс CO2 различными заводами и предприятиями. «Все крупнейшие города, как правило, лежат в слое плотного тумана. И не от того, что часто расположены в низинах или у воды, а из-за ядер конденсации, сосредоточенных над городами. В некоторых местах воздух настолько загрязнен частицами выхлопных газов и промышленных выбросов, что велосипедисты вынуждены надевать маски. Эти частицы служат ядрами конденсации для тумана». Так же губительное воздействие оказывают выхлопные газы автомобилей, содержащие оксид азота, свинец, а также большое количество диоксида углерода (углекислого газа).

Одной из главных особенностей атмосферы  является наличие озонового экрана. Фреоны – фтор содержащие химические элементы, широко используются в производстве аэрозолей и холодильников, оказывают  сильное воздействие на озоновый экран, разрушая его.

«Ежегодно под пастбища вырубаются тропические  леса на территории, равной площади  Исландии, - в основном в бассейне реки Амазонки (Бразилия). Это может привести к сокращению количества осадков, т.к. количество влаги, испаряемой деревьями, сокращается. Вырубка лесов способствует и усилению парникового эффекта, ведь растения поглощают углекислый газ». б) естественное воздействие. И природа вносит свою лепту в историю атмосферы Земли, в основном, запыляя её. «Огромные массы пыли поднимают в воздух ветры пустынь. Она заносится на большую высоту и может разнестись очень далеко. Возьмем ту же Сахару. Мельчайшие частицы каменистых пород, поднятые здесь в воздух, закрывают горизонт, сквозь пыльное покрывало тускло светит Солнце». Так же в атмосфере периодически то появляются, то исчезают озоновые дыры – дыры в озоновом экране. Многие ученые считают это явление естественным процессом развития географической оболочки Земли. 

Вопрос  № 22. Последствия  загрязнения, изменения  газового баланса  атмосферы. Экономический ущерб от загрязнения атмосферы.

Глобальные  Последствия Загрязнения Атмосферы

    Наряду с фотосинтезирующими  наземными организмами огромную  роль играет океан, в водах которого растворено почти в сто раз больше СО2, чем его содержится в атмосфере. Океан – мощный резервуар, регулирующий газовый состав атмосферы. Но демпферные возможности океана ограничены. Вследствие этого ограничены и возможности океана как регулятора содержания диоксида углерода в атмосфере.

    Все возрастающее воздействие  деятельности человека на окружающую  среду привело к нарушению нормального функционирования природных экосистем. Одной из причин, способствующих накоплению углекислого газа в атмосфере, стала вырубка лесов. Ежегодно в мире добывается 3,4 млрд. м3 древесины. Половина заготовок приходится на долю Канады, США, России. В ХХ в. уничтожено около половины тропических лесов планеты. Ежегодно теряется 16- 17 млн. га леса. А ведь леса являются основными преобразователями углекислого газа в кислород в реакциях фотосинтеза. Огромный ущерб наносят лесные пожары. Причем дело не только в потере древесины и лесного покрова. Пожары как поставщики CO2 в атмосферу занимают второе место после сжигания топлива. Быстро восстановить утраченные леса невозможно. Однако была высказана идея об ускорении вывода углекислого газа из атмосферы путем стимулирования процессов фотосинтеза, протекающих в океане. Для этого предложено “удобрить” антарктические воды железными опилками (около миллиона тонн). Полагают, что низкое содержание железа в морской воде этого района ограничивает развитие растительного планктона, который после такой “подкормки” сможет ежегодно поглощать свыше 6 млрд. т. CO2, т.е. примерно столько, сколько выбрасывает в атмосферу за год вся промышленность Земли.

   Однако столь существенное вмешательство  человека в природные процессы, механизмы которых до конца ещё не познаны, может привести к непредвиденным результатам.

   С начала XX в. средняя температура  приповерхностного слоя воздуха увеличилась на 0,7*С. Причем она быстро повышалась в первой трети 20-го столетия, с 1940 по 1970 г. оставалась на постоянном уровне или даже несколько уменьшалась, а в восьмидесятых годах снова стала медленно увеличиваться. Таким образом, в середине века, несмотря на рост концентрации углекислого газа в атмосфере и предпосылки для усиления парникового эффекта, температура не менялась.

   Статистические методы анализа  показали: природные колебания температуры имеют период около семидесяти лет. В сочетании с постоянным повышением температуры вследствие парникового эффекта эти колебания и привели к её выравниванию в середине столетия. Колебания температуры с семидесятилетним периодом наблюдаются только в северном полушарии, причем наиболее отчетливо в Северной Атлантике. Этот факт совпадает с результатами океанографических исследований. Они позволяют предположить, что климат Земли в большой степени зависит от океанического течения в северной части Атлантического океана.