Екологічне значення атмосфери

Умовою появи і розвитку життя на Землі є атмосфера - що оточує Землю газове середовище, повітряний басейн. За обсягом та складом утворюють газів атмосфера Землі різко відрізняється від газових оболонок інших планет Сонячної системи.

Земна атмосфера простягається на висоту 1,5-2 тис. Км над рівнем моря або суші, тобто становить близько 1/3 радіуса нашої планети. Атмосферне повітря - це механічна суміш газів з зваженими краплями води, пилу, кристалами льоду та ін.

З висотою різко зменшуються щільність і тиск атмосфери, а температура змінюється нерівномірно й складно, в тому числі через вплив на атмосферу сонячної активності і магнітних бур. Зміна температури в межах атмосфери на різних висотах пояснюється неоднаковим поглинанням сонячної енергії газами. Найбільш інтенсивніше теплові процеси відбуваються в тропосфері, причому атмосфера нагрівається знизу, від поверхні океану і суші.

Слід зазначити, що атмосфера має дуже велике екологічне значення. Розглянемо всі функції атмосфери:

1) Регулювання клімату Землі.

2) Поглинання сонячної радіації.

3) Пропускає теплове випромінювання Сонця.

4) Зберігає тепло.

5) Чи є середовищем поширення звуку.

6) Джерело кисневого дихання.

7) Формування влагооборота, пов'язаного з утворенням хмар і випаданням опадів.

8) Яка Формує чинник літосфери (вивітрювання).

9) Метеорити або повністю згоряють в атмосфері або стають менш габаритними. Іншими словами фільтрує "космічне сміття".

Клімат і погода. Атмосфера регулює найважливіші параметри клімату - вологість, температуру, тиск.

Скупчення крапельок вологи або кристалів льоду, т. Е. Утворення хмар, можливо лише при наявності в повітрі ядер конденсації - твердих частинок діаметром в соті частки мікрометра, або, простіше кажучи, найтоншої пилу. В абсолютно "стерильної" атмосфері дощ неможливий.

Вертикальні і горизонтальні переміщення теплих і холодних, сухих і зволожених мас повітря, місцевий розподіл температур і опадів, т. Е. Формування погоди, здійснюється за рахунок відмінностей атмосферного тиску і виникнення вітрів.

Роль атмосфери в круговороті речовин. Цикли кисню, вуглецю, азоту, води обов'язково проходять атмосферну стадію. Повітряний басейн виступає в ролі гігантського резервуара, де всі ці речовини накопичуються і, головне, розподіляються по земній кулі. Тим самим здійснюється регуляція швидкості та інтенсивності кругообігу речовин в природі.

Атмосфера - частина життєвого середовища. Для більшості мешканців суші, і людини в їх числі, важливі фізичні властивості атмосфери.

Пропускає теплове випромінювання. Прозорість, т. Е. Проникність, атмосфери для сонячних випромінювань - видимих, ультрафіолетових, інфрачервоних - виключно важлива для живих організмів. Кількість і якість світла визначають інтенсивність фотосинтезу - єдиного природного процесу фіксації сонячної енергії на Землі. Підвищення рівня ультрафіолетового опромінення може призвести до опіків і інших хворобливих явищ, зниження створює умови для масового розмноження хвороботворних організмів. Встановлено складний вплив прозорості на тепловий баланс Землі, про що докладніше буде сказано нижче. Сучасні зміни прозорості атмосфери значною мірою визначаються антропогенними впливами, що вже призвело до виникнення ряду серйозних проблем.

Має велике значення для біосфери стан газового балансу. Понад 3/4 повітря становить азот, названий Лавуазьє "неживим". Він входить в першооснову носіїв життя - білків і нуклеїнових кислот. Правда, в їх синтезі атмосферне азот безпосередньої участі не приймає, але є гігантським резервуаром первинного "сировини" як для діяльності азотфіксуючих мікроорганізмів і водоростей, так і для промисловості азотних добрив. Масштаби і особливо темпи зростання промислової фіксації азоту вже вносять деякі корективи в уявлення про невичерпність його запасів в атмосфері.

Кисень. становить четверту частину всіх атомів живої речовини. Без кисню неможливо дихання і, отже, енергетика багатоклітинних тварин. Разом з тим кисень - це продукт життєдіяльності, що виділяється фотосинтезуючими організмами. Накопичення в ході взаємної еволюції атмосфери і біосфери всього 1% кисню створило умови для бурхливого розвитку сучасних форм життя. При цьому утворився озоновий екран - захист від космічних променів високих енергій. Скорочення кисню в атмосфері спричинило б за собою уповільнення процесів життєдіяльності. Втрата кисню викликала б неминучу заміну аеробних форм життя анаеробними.

Вуглекислого газу в атмосфері Землі міститься всього 0,03%. Але сьогодні це предмет великої уваги і чималих тривог. При збільшенні частки вуглекислого газу всього до 0,1% тварини відчувають труднощі в диханні, понад 4% вуглекислоти в повітрі означає аварійну ситуацію. Навіть зовсім незначні (на тисячні частки відсотка) зміни вмісту вуглекислого газу в атмосфері змінюють її проникність для відбитих від земної поверхні теплових променів.

Життя на Землі без атмосфери неможлива. Але вона неможлива і без води, і без поживних речовин, і без багато чого іншого. Без їжі людина може прожити тижні, без води - дні, без повітря - хвилини, без атмосферної захисту - секунди.

Настільки разючі відмінності обумовлені, зокрема, різною здатністю організму запасати ті чи інші речовини. В середньому людина споживає на добу понад 500 л кисню, пропускаючи через легені понад 10 тис. Л (близько 12 кг) повітря і 1,5-2 кг води і їжі.

Ще одна суттєва обставина. В ході еволюції у тварин виробилися багатоступінчасті і досить надійні системи захисту від отруйних та інших несприятливих для організму речовин природного походження (недоброякісної води та їжі, пилу, диму і т. П.). Тому і тваринний і людський організми виявилися повністю беззбройними проти того, чого немає в природному місці їх існування, - проти отруйних газів без кольору, запаху і смаку, яких чимало в техногенних викидах: оксиду азоту (II), свинцю в вихлопах автомобілів, чадного газу (СО) і багатьох інших з'єднань. У цих випадках наші дихальні шляхи пропускають без перешкод і еліксир життя, і смертельна отрута, не маючи коштів розрізняти їх.

З вище описаних функцій виділяють 3 захисні екологічні функції:

1. Терморегулюючі - оберігає Землю від різких коливань температури, сприяє перерозподілу тепла у поверхні, бере участь у формуванні клімату.

2. життєзабезпечуючих - бере участь в обміні і кругообігу речовин в біосфері завдяки наявності життєво важливих елементів (кисень, вуглець, азот).

3. Захисні - захищає живі організми від згубних УФ, рентгенівських і космічних променів.

Атмосфера має здатність до самоочищення. Воно відбувається при вимиванні аерозолів з атмосфери опадами, турбулентному перемішуванні приземного шару повітря, відкладенні забруднень на поверхні землі і т.д. Однак в сучасних умовах можливості природних систем атмосфери серйозно підірвані, і атмосферне повітря вже не повною мірою виконує свої захисні, теплорегулюючі і життєзабезпечення екологічні функції.

Розвиток гідросфери також значною мірою залежав від атмосфери через те, що водний баланс і режим поверхневих і підземних басейнів і акваторій формувалися під впливом режиму опадів і випаровування. Процеси гідросфери і атмосфери тісно пов'язані між собою. атмосфера азот електроенергія екологічний

Однією з найголовніших складових атмосфери є водяна пара, який має велику просторово-часову змінність і зосереджений переважно в тропосфері. Важливою мінливою складовою атмосфери є також вуглекислий газ, мінливість вмісту якого пов'язана з життєдіяльністю рослин, його розчинністю в морській воді і діяльністю людини (промислові та транспортні викиди). Останнім часом дедалі більшу роль в атмосфері зіграють аерозольні пилуваті частки - продукти людської діяльності, які можна виявити не тільки в тропосфері, але і на великих висотах (але правда, в мізерних концентраціях). Фізичні процеси, які відбуваються в тропосфері, дуже впливають на кліматичні умови різних районів Землі.

Атмосфера має шарувату структуру. Від поверхні Землі вгору це шари:

Межі між шарами не різко і їх висота залежить від широти і пори року. Шарувата структура - результат температурних змін на різних висотах. Погода формується в тропосфері. І верхня межа тропосфери вище влітку, ніж взимку.

Нижня частина атмосфери, висота - 8-10 км біля полюсів і 16-18 км - над екватором. Температура повітря з висотою поступово знижується - в середньому на 6 ° С на кожен кілометр висоти, що помітно проявляється не тільки в гірських районах, а й на височинах Білорусі.

Процеси, що відбуваються в тропосфері, мають безпосереднє і вирішальне значення для погоди і клімату в земної поверхні. У тропосфері міститься до 80% всієї маси повітря, основна кількість атмосферних домішок і практично весь водяний пар. Саме в цій частині атмосфери на висоті 10-12 км утворюються хмари, виникають грози, дощі і інші фізичні процеси, що формують погоду і визначають кліматичні умови в різних областях нашої планети.

Сонячні промені легко проходять через тропосферу, а тепло, яке випромінює нагріта сонячними променями Земля, накопичується в тропосфері: такі гази, як вуглекислий газ, метан а також пари води утримують тепло. Такий механізм прогрівання атмосфери від Землі, нагрітої сонячною радіацією, називається парниковий ефект (greenhouse effect). Саме тому, що джерелом тепла для атмосфери є Земля, температура повітря з висотою зменшується

Вище починається стратосфера, яка простягається до висоти 50-55 км від поверхні океану або суші. Цей шар атмосфери значно розріджене, кількість кисню та азоту зменшується, а водню, гелію і інших легких газів збільшується. Утворений тут озоновий шар (екран) поглинає ультрафіолетову радіацію і сильно впливає на теплові умови поверхні Землі і фізичні процеси в тропосфері.

Водяної пари в стратосфері мізерно мало. Однак на висотах 20-25 км спостерігаються іноді у високих широтах дуже тонкі, так звані перламутрові хмари. Днем вони не видно, а вночі здаються світними, тому що висвітлюються сонцем, що знаходиться під обрієм. Ці хмари складаються з переохолоджених водяних крапельок.

Над стратосферой лежить шар мезосфери. приблизно 55-80 км. Тут температура з висотою падає до декількох десятків градусів нижче нуля. Внаслідок швидкого падіння температури з висотою в мезосфері сильно розвинена турбулентність. На висотах, близьких до верхньої межі мезосфери (75-90 км), спостерігаються ще особливого роду хмари, також освітлювані сонцем в нічні години, так звані сріблясті. Найбільш ймовірно, що вони складаються з крижаних кристалів.

На верхній межі мезосфери тиск повітря разів у 200 менше, ніж у земної поверхні. Таким чином, в тропосфері, стратосфері і мезосфері разом, до висоти 80 км, полягає більше ніж 99,5% всієї маси атмосфери. На вищележачі шари доводиться незначна кількість повітря

Верхня частина атмосфери, над мезосферою, характеризується дуже високими температурами і тому носить назву термосфери (80-800 км), в складі якої переважають гелій і водень. У ній розрізняються дві частини: іоносфера, що тягнеться від мезосфери до висот близько тисячі кілометрів, і що лежить над нею зовнішня частина - екзосфера, що переходить у земну корону.

Швидкості руху частинок газів, особливо легких, тут дуже великі, а внаслідок надзвичайної розрідженості повітря на цих висотах частки можуть облітати Землю по еліптичних орбітах, не стикаючись між собою. Окремі частки можуть при цьому мати швидкості, достатні для того, щоб подолати силу тяжіння. Для незаряджених частинок критичною швидкістю буде 11,2 км / сек. Такі особливо швидкі частки можуть, рухаючись по гіперболічних траєкторіях, вилітати з атмосфери в світовий простір, "вислизати", розсіюватися. Тому екзосферу називають ще сферою розсіювання.

Вислизання піддаються переважно атоми водню, який є панівним газом в найбільш високих шарах екзосфери.

Зі спостережень за допомогою ракет і супутників створилося уявлення, що водень, що вислизає з екзосфери, утворює навколо Землі так звану земну корону, що простирається більш ніж до 20 000 км. Звичайно, щільність газу в земній короні мізерно мала. На кожен кубічний сантиметр тут доводиться в середньому всього близько тисячі частинок. Але в міжпланетному просторі концентрація часток (переважно протонів і електронів) принаймні в десять разів менше.

Атмосферне повітря широко використовується як природний ресурс в народному господарстві. Як природний об'єкт він являє собою природну суміш газів, що знаходиться поза межами житлових, виробничих та інших приміщень. Критерієм відмежування атмосферного повітря (як природного об'єкта) від іншого повітря є природна (природна), непорушна зв'язок першого з навколишнім природним середовищем.

Про значимість атмосферного повітря як природного об'єкта можна судити виходячи з тієї ролі, яку він відіграє в розвитку живої і неживої природи, життя суспільства. Основна функція атмосферного повітря полягає в тому, що він служить незамінним джерелом кисню, необхідного для існування всього живого на землі. Він є джерелом хімічних сполук і елементів. Повітряна оболонка має великий вплив на розподіл сонячного тепла і світла по земній поверхні.

Таким чином, атмосферне повітря має велике економічне значення. За своїми природними властивостями повітря, його окремі компоненти широко використовуються в процесі виробництва матеріальних благ, будучи, таким чином, найціннішим природним ресурсом.

При проектуванні підприємств, споруд та інших об'єктів, а також при створенні і вдосконаленні технологічних процесів і обладнання повинні бути передбачені заходи, що забезпечують мінімально необхідне споживання атмосферного повітря для виробничих потреб. Споживання повітря для виробничих потреб може бути обмежене, призупинено або заборонено органами, що здійснюють державний контроль за охороною атмосферного повітря, в разі, коли це призводить до змін стану атмосферного повітря, що надає шкідливий вплив на здоров'я людей, рослинний і тваринний світ.

Але на практиці не встановлюється особливих обмежень на забір повітря для технологічних потреб, атмосферне повітря як природний ресурс експлуатується дуже інтенсивно. Наприклад, сучасний реактивний лайнер при перельоті з Європи в Америку за 8 годин польоту споживає стільки кисню, скільки за цей же час можуть виділити 25 тис. Га лісу.

Повітря є необхідним елементом виробничих процесів та іншої господарської діяльності людини:

# 45; маса виробництв залежить від кисню, і вуглекислоти видобуваються з повітря за допомогою його накачування в газгольдери і подальшого охолодження за рахунок швидкості випуску;

# 45; без повітря неможливі зварювання, паяння, сталеливарні і ковальські виробництва, фармацевтика, тваринництво;

# 45; з атмосферного азоту виробляються мінеральні азотні добрива, азотна кислота і її солі;

# 45; аргон і азот застосовуються в металургії, хімічної і нафтохімічної промисловості (для здійснення ряду технологічних процесів);

# 45; з атмосферного повітря отримують також кисень і водень;

# 45; повітрям наповнюються колеса автотранспорту, гальмівні системи поїздів і великих машин, піскоструминні і фарбувальні апарати, насоси і турбіни;

# 45; на повітрі працюють вітрові генератори енергії;

# 45; на повітрі здійснюються процеси сушки одягу, продуктів, деревини і паперу.

В результаті атмосферне повітря, як природний ресурс, використовується в наступних формах:

# 45; як природний резервуар для викидів забруднюючих речовин;

# 45; як сировину в процесі виділення і присвоєння ресурсів (компонентів) атмосферного повітря;

# 45; як просторово-територіальний базис (просторового середовища, наприклад, для повітряного транспорту);

# 45; в процесі загального природокористування, як природне умова для життєзабезпечення.

Самостійною формою використання атмосферного повітря можна вважати здійснення діяльності, пов'язаної зі штучним зміною природного середовища (вплив на погоду, клімат) і ін.