Влияние деятельности человека на атмосферу

План.

1. Введение.
2. Влияние деятельности человека на атмосферу.
3. Парниковый эффект атмосферы: причины, последствия, география.
4. Озоновый слой: факторы, процессы, состояние, изменения, последствия.
5. Заключение.
6. Список использованных источников литературы.

Введение.

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности — «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы. Охрана атмосферного воздуха — ключевая проблема оздоровления  окружающей природной среды. Атмосферный воздух занимает особое положение среди других компонентов биосферы. Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить. Человек может обходиться без пищи пять недель, без воды — пять дней, без воздуха — пять минут. При этом воздух должен иметь определенную чистоту и любое отклонение от нормы опасно для здоровья.

Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы  Земли. Однако ее роль в природных  процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от вредных космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них - на режим рек, почвенно - растительный покров и на процессы рельефообразования.

Современный газовый состав атмосферы - результат  длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой  в основном газовую смесь двух компонентов - азота(78,09%) и кислорода(20,95%). В норме в нем присутствуют также аргон(0,93%), углекислый газ(0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере  содержатся твердые частицы, поступающие с поверхности Земли(например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.

Наибольшее  значение для различных экосистем  имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ  и азот. Эти газы участвуют в  основных биогеохимических циклах.

Кислород  играет важнейшую роль в жизни  большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности  фотосинтезирующих организмов. Под  действием ультрафиолетовых лучей  он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование  озонового слоя в верхних слоях  атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.

Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую  часть кислорода, имеющегося на нашей  планете. Главные запасы кислорода  сосредоточены в карбонатах, в  органических веществах и окислах  железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода  в процессе фотосинтеза и его  потреблением живыми организмами. Но в  последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере  могут уменьшиться. Особую опасность  представляет разрушение озонового  слоя, которое наблюдается в последние  годы. Большинство ученых связывают  это с деятельностью человека.

Круговорот  кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с  которым кислород образует воду.

Углекислый  газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.

Некоторые колебания содержания углекислого  газа в воздухе местности зависят  от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее  содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но и постоянно  увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с  деятельностью человека.

Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Другие  составные части воздуха не участвуют  в биохимических циклах, но наличие  большого количества загрязнителей  в атмосфере может привести к  серьезным нарушениям этих циклов. 

Влияние деятельности человека на атмосферу.

Существует  два главных источника загрязнения  атмосферы: естественный и антропогенный. Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.

К основным антропогенным источникам загрязнения  атмосферы относятся предприятия  топливно-энергетического комплекса, транспорта, различные машиностроительные предприятия.

Помимо  газообразных загрязняющих веществ  в атмосферу поступает большое  количество твердых частиц. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность  таит загрязнение природной среды  тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк, хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров. Особенно остро стоит проблема загрязнения воздуха свинцом.

Глобальное  загрязнение атмосферного воздуха  сказывается на состоянии природных  экосистем, особенно на зеленом покрове  нашей планеты. Одним из самых  наглядных показателей состояния  биосферы служат леса и их самочувствие.

Особенно  сильно страдают зеленые насаждения в промышленных городах, атмосфера  которых содержит большое количество загрязняющих веществ.

Воздушная экологическая проблема истощения  озонового слоя, в том числе  появление озоновых дыр над Антарктидой  и Арктикой, связана с чрезмерным применением фреонов в производстве и быту.

По некоторым  данным, происходит уменьшение содержания озона в нижних слоях стратосферы, где теперь постоянно летают самолеты.

Современная атмосфера загрязняется многими  химическими соединениями, пылью, аэрозолями - продуктами неполного сгорания или  переработки сырья. 
Присутствие в атмосфере некоторых из них (например, озона, серной кислоты, хлора) даже в миллионных долях процента вредно сказывается на здоровье человека. Во многих странах, в том числе и в России, создана специальная служба наблюдения и контроля за состоянием воздуха.

К важнейшим  экологическим последствиям глобального  загрязнения атмосферы относятся: 1)возможное потепление климата (“парниковый эффект”); 2)нарушение озонового слоя; 3)выпадение кислотных дождей. Большинство ученых в мире рассматривают их как крупнейшие экологические проблемы современности.

Парниковый эффект: причины, последствия, география.

Последние полвека наблюдается тенденция  усиления парникового эффекта, имеющая  общепланетарный характер. По мнению многих ученых - климатологов и экологов, с этим явлением связаны глобальные климатические изменения антропогенного характера. Это одна из наиболее серьезных экологических угроз, ожидающих человечество в XXI столетии. Основным источником жизни и всех природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца. Энергия солнечной радиации всех длин волн, поступающая на нашу планету в единицу времени на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам, называется солнечной постоянной и составляет 1,4 кДж/см2. Это лишь одна двухмиллиардная доля энергии, излучаемой поверхностью Солнца. Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, атмосфера поглощает -20%. Примерно 34% энергии, проникающей вглубь атмосферы и доходящей до поверхности Земли, отражается облаками атмосферы, аэрозолями, в ней находящимися, и самой поверхностью Земли. Таким образом, до земной поверхности доходит -46% солнечной энергии и поглощается ею. В свою очередь поверхность суши и воды излучает длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию, которая частично уходит в космос, а частично остается в атмосфере, задерживаясь входящими в ее состав газами и нагревая приземные слои воздуха. Эта изоляция Земли от космического пространства создала благоприятные условия для развития живых организмов. Природное явление, суть которого заключается в том, что прозрачная для солнечной радиации атмосфера задерживает идущее от земной поверхности тепловое излучение (подобно пленке над парником), получило образное название парниковый эффект. Газы, задерживающие тепловое излучение и препятствующие оттоку тепла в космическое пространство, называют парниковыми газами. Благодаря парниковому эффекту среднегодовая температура у поверхности Земли в последнее тысячелетие составляет примерно 15 °С. Без парникового эффекта эта температура опустилась бы до -18 °С и существование жизни на Земле стало бы невозможным. Основным парниковым газом атмосферы является водяной пар, задерживающий 60% теплового излучения Земли. Содержание водяного пара в атмосфере определяется планетарным круговоротом воды и (при сильных широтных и высотных колебаниях) практически постоянно. Примерно 40% теплового излучения Земли задерживается другими парниковыми газами, в том числе более 20% -углекислым газом. Основные природные источники СО2 в атмосфере - извержения вулканов и естественные лесные пожары. На заре геобиохимической эволюции Земли углекислый газ поступал в Мировой океан через подводные вулканы, насыщал его и выделялся в атмосферу. До сих пор нет точных оценок количества СО2 в атмосфере на ранних этапах ее развития. По результатам анализа базальтовых пород подводных хребтов в Тихом и Атлантическом океанах американский геохимик Д.Марэ сделал вывод, что содержание СО2 в атмосфере в первый миллиард лет ее существования было в тысячу раз больше, чем в настоящее время, - около 39%. Тогда температура воздуха в приземном слое достигала почти 100 °С, а температура воды в Мировом океане приближалась к точке кипения ("сверхпарниковый" эффект). С появлением фотосинтезируюших организмов и химических процессов связывания углекислого газа стал действовать мощный механизм изъятия СО2 из атмосферы и океана в осадочные породы. Парниковый эффект стал постепенно уменьшаться, пока не наступило то равновесие в биосфере, которое имело место до начала эпохи индустриализации и которому соответствует минимальное содержание углекислого газа в атмосфере - 0,03%. В отсутствие антропогенных выбросов углеродный цикл наземной и водной биоты, гидросферы, литосферы и атмосферы находился в равновесии. Поступление в атмосферу диоксида углерода за счет вулканической деятельности оценивается в 175 млн т в год. Осаждение в виде карбонатов связывает около 100 млн т. Велик океанический резерв углерода - он в 80 раз превышает атмосферный. Втрое больше, чем в атмосфере, углерода концентрируется в биоте, причем с увеличением СО2 возрастает продуктивность наземной растительности.

Причины парникового эффекта. Усиление парникового эффекта в индустриальную эпоху связано в первую очередь с возрастанием содержания в атмосфере техногенного диоксида углерода за счет сжигания ископаемых видов органического топлива предприятиями энергетики, металлургическими заводами, автомобильными двигателями: С + О = СО2, С3H8+ 502 = ЗСО2 + 4Н2О, С25Н52 + 38О2 = 25СО2+26Н20, 2С8Н18+25О2 = 16СО2 + 18Н2О. Количество техногенных выбросов СО2 в атмосферу значительно возросло во второй половине XX в. Основной причиной этого стала колоссальная зависимость мировой экономики от ископаемых видов топлива. Индустриализация, урбанизация и стремительные темпы роста населения планеты обусловили увеличение мирового спроса на электроэнергию, удовлетворяющегося главным образом за счет сжигания горючих ископаемых. Рост потребления энергии всегда считался не только важным условием технического прогресса, но и благоприятным фактором существования и развития человеческой цивилизации. Когда человек научился добывать огонь, произошел первый скачок в изменении уровня жизни, энергоресурсами были мускульная сила человека и дрова. Следующий скачок был связан с изобретением колеса, созданием различных механизмов, развитием простейшего кузнечного производства. К XV в. список энергоресурсов значительно расширился - к собственной мускульной силе и дровам прибавились мускульная сила рабочего скота, энергия ветра, воды и угля. Энергопотребление возросло в 10 раз. Дальнейший технический процесс шел по пути совершенствования методов использования энергии и освоения новых ее источников. XIX в. был назван веком пара. Затем наступила эпоха электричества, альтернативы которой пока не видно. Рост потребления энергии в настоящее время составляет около 5% в год, что при росте населения чуть менее 2% в год означает более чем двукратное увеличение душевого потребления. В 2000 г. мир израсходовал более 16- 109 кВт -ч энергии, четверть этого количества пришлась на США и столько же - на развивающиеся страны вместе с Китаем (доля России - около 6%). В настоящее время ископаемые виды органического топлива составляют более 90% всех первичных энергоресурсов, обеспечивая 75% мирового производства электрической энергии. В результате сжигания органического топлива только на тепловых электростанциях (ТЭС), не считая работу автомобильных двигателей и металлургических предприятий, в атмосферу ежегодно поступает более 5 млрд т углекислого газа (25% техногенных выбросов диоксида углерода в атмосферу дают США и страны Евросоюза, 1 1% - Китай, 9% - Россия). Дополнительно 1-2 млрд т СО2 поступает в атмосферу за счет сжигания лесов, главным образом тропических. Леса вообще исчезают с поверхности планеты с катастрофической скоростью, за два последних века площадь лесов сократилась вдвое. Влажные тропические леса начали интенсивно сжигаться с середины прошлого, XX в. (в среднем эти леса исчезают со скоростью 1 га в минуту или 5 тыс. км2 в год). С начала XX в., по оценкам экспертов ООН, увеличение выбросов СО2 составляло от 0,5 до 5% в год. В результате за последние сто лет только за счет сжигания топлива в атмосферу поступило 400 млрд. т углекислого газа. Сведение для этих же целей огромных лесных массивов, а также лесные и степные пожары, вызванные человеком, дополнительно увеличивают содержание СО2 в атмосфере - непосредственно, а также за счет уменьшения его поглощения! в процессе фотосинтеза вследствие уничтожения растительности. Сейчас атмосфера содержит на 25% больше углекислого газа, чем было накоплено в ней за последние 160 тыс. лет (!). Отметим еще одну проблему, которая оказалась "незамеченной" при анализе усиления парникового эффекта за счет выбросов в атмосферу диоксида углерода при сжигании органического топлива: в реакциях горения газа или нефтепродуктов образуется вода, вернее, разогретый водяной пар. Подсчитано, что выбросы водяного пара в атмосферу нефтегазовым топливно-энергетическим комплексом мира по количеству на порядок превосходят выбросы диоксида углерода, а ведь водяной пар является главным парниковым газом на Земле! - Другими парниковыми газами, появление которых в атмосфере в значительном количестве обусловлено хозяйственной деятельностью, являются: метан СН4, поступающий с рисовых полей (около 110 млн. т), в результате утечек природного газа при его добыче и попутного газа при нефтедобыче, на угольных шахтах (до 50 млн. т ежегодно), а также жизнедеятельности растущего поголовья домашнего скота (74% метана дает крупный рогатый скот, 13% - овцы и козы); доля его влияния на усиление парникового эффекта составляет 15%; хлорфторуглероды - утечка хладагентов из холодильных установок и кондиционеров, пропеллентов из аэрозольных упаковок, использование пенных компонентов в строительной индустрии и в средствах пожаротушения и т. д.; их доля влияния - 12-24%; оксиды азота N0X - сжигание топлива в реактивных самолетных и ракетных двигателях и биомассы, применение азотных удобрений в сельском хозяйстве; доля влияния 5-6%; озон О3 (как вторичный загрязнитель), появление которого связано со значительным ростом мирового автопарка; доля влияния - до 8%. В последние годы отмечается постепенное возрастание содержания в атмосфере этих парниковых газов: метана на 1% в год, оксидов азота на 0,3% в год. До 1990-х гг. происходили значительные поступления различных видов хлорфторуглеродов в атмосферу - до 1,4 млн т в год.