Huvudgasen i luften. Jordens atmosfär. Biologisk kvävefixering

Det är planetens lufthölje, som består av gaser och föroreningar, till exempel damm, salter, förbränningsprodukter eller vatten, och deras kvantitet är inte ett konstant värde, till skillnad från koncentrationen av gaser. Låt oss i detalj överväga atmosfärens gassammansättning i procent: kväve - 78%, syre - 21%, xenon - 8,7%, väte - 5%, dikväveoxid - 5%, även helium - 4,6%, neon - 1,8 %, metan - 1,7%, krypton - 1,1%, argon - 0,9%, vatten - 0,5% och koldioxid - 0,03%.

Atmosfären innehåller vattenånga, som varierar i rum och tid och är koncentrerad i troposfären. Det tenderar att förändras och dess innehåll beror direkt på människors och växters livsaktivitet. Aerosolpartiklar som produceras av mänskliga aktiviteter finns ofta i troposfären och på höga höjder, men i det senare fallet är de i små doser.

Således varierar atmosfärens sammansättning med höjden. I lager som ligger nära jorden ökar mängden koldioxid och syre minskar. På vissa ställen ökar andelen metan och andra gaser, vilket bidrar till förstörelsen av ozonskiktet, uppkomsten av växthuseffekten, och cirka 10 % av föroreningarna kommer in i atmosfären som ett resultat av naturliga processer. Till exempel, under vulkanutbrott kommer aska, svavelsyra och andra syror, såväl som giftiga gaser in i den. Andra svavelkällor är sönderfallande växtrester, droppar havsvatten och skogsbränder. Dessutom bidrar de senare till frisättningen av VOC (flyktiga organiska föreningar). De återstående 90 % av föroreningarna som utgör atmosfären kommer från mänskliga aktiviteter. Det kan till exempel röra sig om rökutsläpp, avfallsförvaring m.m.

Det bör noteras att atmosfären har fem lager, vars gränser bestäms av förändringar i temperatur, beroende på skillnader i absorption av strålning.

Således kommer gaser från jordens yta in i det nedre lagret (troposfären). Troposfären innehåller två huvudsakliga gasbildande komponenter: kväve och syre. Detta lager innehåller också en stor mängd aerosoler och vattenånga som kommer från avdunstning av vatten från havens yta.

Dessutom innehåller atmosfären olika ämnen som förorenar den och har en skadlig effekt på levande organismer. Låt oss titta på några av dem.

1. kommer in i atmosfären under avdunstning av havsvatten, utsläpp av gaser och andra naturliga processer, samt under förbränning av bränsle. Här reagerar den med vattenånga och bildar svavelsyra.

2. Kolmonoxid bildas som ett resultat av förbränning av ved, bränsle och tobak, samt under drift av en förbränningsmotor.

3. VOC (isopren, terpen och metan) bildas på grund av aktiviteterna i kemiska anläggningar, värmekraftverk, såväl som under avdunstning av fukt i risplantager eller träsk.

4. Kväveoxid (dioxid) bildas vid syrebrist till följd av bränsleförbränning, samt vid stora utsläpp vid värmekraftverk.

5. Fotokemiska oxidationsmedel (PAN, formaldehyd och ozon) bildas som ett resultat av kemiska reaktioner som sker med deltagande av solstrålning.

Således innehåller sammansättningen av jordens atmosfär ett stort antal olika element och ämnen. Vissa av dem är oumbärliga för att upprätthålla livet för organismer på planeten, medan andra spelar en skadlig roll för dem och bidrar till deras förstörelse. Det är därför det är nödvändigt att se till att stora mängder skadliga ämnen inte kommer in i atmosfären, som gradvis förstör den.

Atmosfären är en blandning av olika gaser. Den sträcker sig från jordens yta till en höjd av 900 km, skyddar planeten från det skadliga spektrumet av solstrålning, och innehåller gaser som är nödvändiga för allt liv på planeten. Atmosfären fångar värme från solen, värmer upp jordytan och skapar ett gynnsamt klimat.

Atmosfärisk sammansättning

Jordens atmosfär består huvudsakligen av två gaser - kväve (78%) och syre (21%). Dessutom innehåller den föroreningar av koldioxid och andra gaser. i atmosfären finns det i form av ånga, fuktdroppar i moln och iskristaller.

Lager av atmosfären

Atmosfären består av många lager, mellan vilka det inte finns några tydliga gränser. Temperaturerna i olika lager skiljer sig markant från varandra.

• Luftlös magnetosfär. Det är här de flesta av jordens satelliter flyger utanför jordens atmosfär.
• Exosfär (450-500 km från ytan). Nästan inga gaser. Vissa vädersatelliter flyger i exosfären. Termosfären (80-450 km) kännetecknas av höga temperaturer som når 1700°C i det övre lagret.
• Mesosfären (50-80 km). I detta område sjunker temperaturen när höjden ökar. Det är här de flesta meteoriter (fragment av rymdstenar) som kommer in i atmosfären brinner upp.
• Stratosfären (15-50 km). Innehåller ozonskikt, det vill säga ett ozonskikt som absorberar ultraviolett strålning från solen. Detta gör att temperaturen nära jordens yta stiger. Jetplan brukar flyga hit pga Sikten i detta lager är mycket bra och det finns nästan inga störningar orsakade av väderförhållanden.
• Troposfär. Höjden varierar från 8 till 15 km från jordens yta. Det är här som planetens väder bildas, sedan i Detta lager innehåller mest vattenånga, damm och vindar. Temperaturen minskar med avståndet från jordens yta.

Atmosfärstryck

Även om vi inte känner det, utövar lager av atmosfären tryck på jordens yta. Den är högst nära ytan, och när du rör dig bort från den minskar den gradvis. Det beror på temperaturskillnaden mellan land och hav, och därför finns det ofta olika tryck i områden som ligger på samma höjd över havet. Lågtryck ger blött väder, medan högtryck vanligtvis ger klart väder.

Rörelse av luftmassor i atmosfären

Och trycken tvingar de lägre skikten av atmosfären att blandas. Det är så vindar uppstår som blåser från områden med högtryck till områden med lågtryck. I många regioner uppstår även lokala vindar på grund av skillnader i temperatur mellan land och hav. Berg har också ett betydande inflytande på vindriktningen.

Växthuseffekt

Koldioxid och andra gaser som utgör jordens atmosfär fångar värme från solen. Denna process kallas vanligtvis för växthuseffekten, eftersom den på många sätt påminner om värmecirkulationen i växthus. Växthuseffekten orsakar global uppvärmning på planeten. I områden med högtryck - anticykloner - inträder klart soligt väder. Områden med lågtryck - cykloner - upplever vanligtvis instabilt väder. Värme och ljus kommer in i atmosfären. Gaser fångar upp värme som reflekteras från jordens yta och orsakar därmed en ökning av temperaturen på jorden.

Det finns ett speciellt ozonskikt i stratosfären. Ozon blockerar det mesta av solens ultravioletta strålning och skyddar jorden och allt liv på den från den. Forskare har funnit att orsaken till förstörelsen av ozonskiktet är speciella klorfluorkoldioxidgaser som finns i vissa aerosoler och kylutrustning. Över Arktis och Antarktis har enorma hål upptäckts i ozonskiktet, vilket bidrar till en ökning av mängden ultraviolett strålning som påverkar jordens yta.

Ozon bildas i den lägre atmosfären som ett resultat mellan solstrålning och olika avgaser och gaser. Vanligtvis sprids det i atmosfären, men om ett slutet lager av kall luft bildas under ett lager av varm luft, koncentreras ozon och smog uppstår. Tyvärr kan detta inte ersätta ozon som förloras i ozonhål.

Ett hål i ozonskiktet över Antarktis är tydligt synligt på detta satellitfotografi. Hålets storlek varierar, men forskarna tror att det hela tiden växer. Ansträngningar görs för att minska halten av avgaser i atmosfären. Luftföroreningar bör minskas och rökfria bränslen bör användas i städer. Smog orsakar ögonirritation och kvävning för många människor.

Uppkomsten och utvecklingen av jordens atmosfär

Jordens moderna atmosfär är resultatet av lång evolutionär utveckling. Det uppstod som ett resultat av de kombinerade verkningarna av geologiska faktorer och den vitala aktiviteten hos organismer. Genom den geologiska historien har jordens atmosfär genomgått flera djupgående förändringar. Baserat på geologiska data och teoretiska premisser kunde den unga jordens uratmosfär, som fanns för cirka 4 miljarder år sedan, bestå av en blandning av inerta och ädelgaser med en liten tillsats av passivt kväve (N. A. Yasamanov, 1985; A. S. Monin, 1987; O. G. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991, 1993). För närvarande har synen på den tidiga atmosfärens sammansättning och struktur förändrats något. Den primära atmosfären (proto-atmosfären) i det tidigaste protoplanetariska skedet., dvs. äldre än 4,2 miljarder år, skulle kunna bestå av en blandning av metan, ammoniak och koldioxid.. Som ett resultat av avgasning av manteln och aktiva vittringsprocesser som sker på jordens yta, vattenånga, kolföreningar i form av CO 2 och CO, svavel och dess föreningar började komma in i atmosfären, liksom starka halogensyror - HCI, HF, HI och borsyra, som kompletterades med metan, ammoniak, väte, argon och några andra ädelgaser i atmosfären.Denna primära atmosfären var extremt tunn. Därför var temperaturen på jordens yta nära temperaturen för strålningsjämvikt (A. S. Monin, 1977).

Med tiden började gassammansättningen i den primära atmosfären att förändras under påverkan av vittringsprocesser av stenar som sticker ut på jordens yta, aktiviteten hos cyanobakterier och blågröna alger, vulkaniska processer och solljusets verkan. Detta ledde till nedbrytning av metan till koldioxid, ammoniak till kväve och väte; Koldioxid, som sakta sjönk till jordens yta, och kväve började ansamlas i den sekundära atmosfären. Tack vare den vitala aktiviteten hos blågröna alger började syre produceras i fotosyntesprocessen, som dock i början huvudsakligen ägnades åt "oxidation av atmosfäriska gaser och sedan stenar. Samtidigt började ammoniak, oxiderad till molekylärt kväve, ansamlas intensivt i atmosfären. Det antas att en betydande mängd kväve i den moderna atmosfären är relikt. Metan och kolmonoxid oxiderades till koldioxid. Svavel och svavelväte oxiderades till SO 2 och SO 3, som på grund av sin höga rörlighet och lätthet snabbt avlägsnades från atmosfären. Således förvandlades atmosfären från en reducerande atmosfär, som den var i det arkeiska och tidiga proterozoikumet, gradvis till en oxiderande.

Koldioxid kom in i atmosfären både som ett resultat av metanoxidation och som ett resultat av avgasning av manteln och vittring av bergarter. I händelse av att all koldioxid som frigjorts under hela jordens historia bevaras i atmosfären, kan dess partialtryck för närvarande bli detsamma som på Venus (O. Sorokhtin, S. A. Ushakov, 1991). Men på jorden var den omvända processen igång. En betydande del av koldioxiden från atmosfären löstes i hydrosfären, där den användes av hydrobionter för att bygga sina skal och omvandlades biogent till karbonater. Därefter bildades tjocka skikt av kemogena och organogena karbonater från dem.

Syre kom in i atmosfären från tre källor. Under lång tid, från det ögonblick som jorden dök upp, släpptes den under avgasningen av manteln och användes huvudsakligen på oxidativa processer.En annan källa till syre var fotodissociationen av vattenånga genom hård ultraviolett solstrålning. Utseende; fritt syre i atmosfären ledde till att de flesta prokaryoter som levde under reducerande förhållanden dog. Prokaryota organismer ändrade sina livsmiljöer. De lämnade jordens yta till dess djup och områden där återhämtningsförhållandena fortfarande kvarstod. De ersattes av eukaryoter, som energiskt började omvandla koldioxid till syre.

Under det arkeiska området och en betydande del av det proterozoikum, användes nästan allt syre som uppstod på både abiogent och biogent sätt huvudsakligen på oxidation av järn och svavel. I slutet av Proterozoikum oxiderade allt metalliskt tvåvärt järn på jordens yta antingen oxiderat eller flyttat in i jordens kärna. Detta gjorde att partialtrycket av syre i den tidiga proterozoiska atmosfären förändrades.

I mitten av Proterozoikum nådde syrekoncentrationen i atmosfären Jurypunkten och uppgick till 0,01 % av den moderna nivån. Från och med denna tid började syre ackumuleras i atmosfären och förmodligen nådde dess innehåll redan i slutet av Riphean Pasteurpunkten (0,1% av den moderna nivån). Det är möjligt att ozonskiktet uppstod under den vendianska perioden och att det aldrig försvann.

Uppkomsten av fritt syre i jordens atmosfär stimulerade livets utveckling och ledde till uppkomsten av nya former med mer avancerad metabolism. Om tidigare eukaryota encelliga alger och cyanea, som dök upp i början av Proterozoikum, krävde en syrehalt i vatten på endast 10 -3 av sin moderna koncentration, då med uppkomsten av icke-skelettmetazoer i slutet av den tidiga vendianska, dvs för ca 650 miljoner år sedan borde syrekoncentrationen i atmosfären vara betydligt högre. Trots allt använde Metazoa syreandning och detta krävde att partialtrycket av syre nådde en kritisk nivå - Pasteurpunkten. I detta fall ersattes den anaeroba fermenteringsprocessen av en energimässigt mer lovande och progressiv syremetabolism.

Efter detta skedde ytterligare ansamling av syre i jordens atmosfär ganska snabbt. Den progressiva ökningen av volymen av blågröna alger bidrog till uppnåendet i atmosfären av den syrenivå som är nödvändig för djurvärldens livsuppehållande. En viss stabilisering av syrehalten i atmosfären skedde från det ögonblick då växter nådde land - för ungefär 450 miljoner år sedan. Uppkomsten av växter på land, som inträffade under den siluriska perioden, ledde till den slutliga stabiliseringen av syrenivåerna i atmosfären. Från den tiden började dess koncentration att fluktuera inom ganska snäva gränser, och aldrig överskrida gränserna för livets existens. Syrekoncentrationen i atmosfären har stabiliserats helt sedan blommande växter uppträdde. Denna händelse inträffade i mitten av kritaperioden, d.v.s. för cirka 100 miljoner år sedan.

Huvuddelen av kväve bildades i de tidiga stadierna av jordens utveckling, främst på grund av nedbrytningen av ammoniak. Med uppkomsten av organismer började processen att binda atmosfäriskt kväve till organiskt material och begrava det i marina sediment. Efter att organismer nått land började kväve begravas i kontinentala sediment. Processerna för att bearbeta fritt kväve intensifierades särskilt med tillkomsten av landväxter.

Vid bytet av kryptozoikum och fanerozoikum, det vill säga för cirka 650 miljoner år sedan, minskade halten koldioxid i atmosfären till tiondels procent, och den nådde ett innehåll nära den moderna nivån först nyligen, cirka 10-20 miljoner år sedan.

Således gav atmosfärens gassammansättning inte bara livsrum för organismer, utan bestämde också egenskaperna hos deras livsaktivitet och bidrog till bosättning och evolution. Nya störningar i fördelningen av atmosfärens gassammansättning som är gynnsamma för organismer, både på grund av kosmiska och planetariska skäl, ledde till massutrotningar av den organiska världen, som upprepade gånger inträffade under kryptozoiken och vid vissa gränser av fanerozoikumens historia.

Atmosfärens etnosfäriska funktioner

Jordens atmosfär tillhandahåller nödvändiga ämnen, energi och bestämmer riktningen och hastigheten för metaboliska processer. Gassammansättningen i den moderna atmosfären är optimal för livets existens och utveckling. Eftersom det är området där väder och klimat bildas måste atmosfären skapa bekväma förutsättningar för människors, djurens och växtlighetens liv. Avvikelser i en eller annan riktning i atmosfärens luft- och väderförhållanden skapar extrema förhållanden för livet för flora och fauna, inklusive människor.

Jordens atmosfär ger inte bara förutsättningarna för mänsklighetens existens, utan är huvudfaktorn i etnosfärens utveckling. Samtidigt visar det sig vara en energi- och råvaruresurs för produktionen. I allmänhet är atmosfären en faktor som bevarar människors hälsa, och vissa områden, på grund av fysisk-geografiska förhållanden och atmosfärisk luftkvalitet, fungerar som rekreationsområden och är områden avsedda för sanatorium-resortsbehandling och rekreation av människor. Således är atmosfären en faktor för estetisk och känslomässig påverkan.

Atmosfärens etnosfär- och teknosfärfunktioner, definierade ganska nyligen (E.D. Nikitin, N.A. Yasamanov, 2001), kräver oberoende och djupgående studier. Således är studiet av atmosfäriska energifunktioner mycket relevant, både ur synvinkeln av förekomsten och driften av processer som skadar miljön, och ur synvinkeln av inverkan på människors hälsa och välbefinnande. I det här fallet talar vi om energin från cykloner och anticykloner, atmosfäriska virvlar, atmosfärstryck och andra extrema atmosfäriska fenomen, vars effektiva användning kommer att bidra till en framgångsrik lösning av problemet med att erhålla alternativa energikällor som inte förorenar miljö. När allt kommer omkring är luftmiljön, särskilt den del av den som ligger ovanför världshavet, ett område där en kolossal mängd fri energi frigörs.

Till exempel har det fastställts att tropiska cykloner med medelstyrka frigör energi som motsvarar energin från 500 tusen atombomber som släpptes över Hiroshima och Nagasaki på bara en dag. På 10 dagar efter existensen av en sådan cyklon frigörs tillräckligt med energi för att tillfredsställa alla energibehov i ett land som USA under 600 år.

Under senare år har ett stort antal verk av naturvetare publicerats, som på ett eller annat sätt behandlar olika aspekter av aktivitet och atmosfärens påverkan på jordiska processer, vilket tyder på intensifieringen av tvärvetenskapliga interaktioner inom modern naturvetenskap. Samtidigt manifesteras den integrerande rollen för vissa av dess riktningar, bland vilka vi bör notera den funktionell-ekologiska riktningen i geoekologi.

Denna riktning stimulerar analys och teoretisk generalisering av olika geosfärers ekologiska funktioner och planetroll, och detta är i sin tur en viktig förutsättning för utvecklingen av metodik och vetenskapliga grunder för holistisk studie av vår planet, rationell användning och skydd av dess naturresurser.

Jordens atmosfär består av flera lager: troposfären, stratosfären, mesosfären, termosfären, jonosfären och exosfären. På toppen av troposfären och stratosfärens botten finns ett ozonberikat lager, som kallas ozonskölden. Vissa (dagliga, säsongsbetonade, årliga, etc.) mönster i fördelningen av ozon har fastställts. Sedan dess uppkomst har atmosfären påverkat förloppet av planetariska processer. Atmosfärens primära sammansättning var helt annorlunda än för närvarande, men med tiden ökade andelen och rollen av molekylärt kväve stadigt, för cirka 650 miljoner år sedan uppträdde fritt syre, vars mängd kontinuerligt ökade, men koncentrationen av koldioxid minskade i enlighet därmed. Atmosfärens höga rörlighet, dess gassammansättning och närvaron av aerosoler bestämmer dess enastående roll och aktiva deltagande i en mängd olika geologiska och biosfäriska processer. Atmosfären spelar en stor roll i omfördelningen av solenergi och utvecklingen av katastrofala naturfenomen och katastrofer. Atmosfäriska virvlar - tornados (tornados), orkaner, tyfoner, cykloner och andra fenomen har en negativ inverkan på den organiska världen och naturliga system. De huvudsakliga föroreningskällorna, tillsammans med naturliga faktorer, är olika former av mänsklig ekonomisk verksamhet. Antropogena effekter på atmosfären uttrycks inte bara i utseendet av olika aerosoler och växthusgaser, utan också i en ökning av mängden vattenånga, och manifesterar sig i form av smog och surt regn. Växthusgaser förändrar temperaturregimen på jordytan, utsläpp av vissa gaser minskar ozonskiktets volym och bidrar till bildandet av ozonhål. Den etnosfäriska rollen för jordens atmosfär är stor.

Atmosfärens roll i naturliga processer

Ytatmosfären, i sitt mellantillstånd mellan litosfären och yttre rymden och dess gassammansättning, skapar förutsättningar för organismers liv. Samtidigt beror vittringen och intensiteten av förstörelse av stenar, överföring och ackumulering av klastiskt material på mängden, naturen och frekvensen av nederbörd, på vindfrekvensen och styrkan och särskilt på lufttemperaturen. Atmosfären är en central komponent i klimatsystemet. Lufttemperatur och luftfuktighet, molnighet och nederbörd, vind - allt detta kännetecknar vädret, det vill säga atmosfärens ständigt föränderliga tillstånd. Samtidigt karaktäriserar samma komponenter klimatet, det vill säga det genomsnittliga långsiktiga väderregimen.

Sammansättningen av gaser, närvaron av moln och olika föroreningar, som kallas aerosolpartiklar (aska, damm, partiklar av vattenånga), bestämmer egenskaperna hos solstrålningens passage genom atmosfären och förhindrar att jordens värmestrålning undkommer. ut i yttre rymden.

Jordens atmosfär är mycket rörlig. De processer som uppstår i den och förändringar i dess gassammansättning, tjocklek, grumlighet, transparens och närvaron av vissa aerosolpartiklar i den påverkar både vädret och klimatet.

Handlingen och riktningen av naturliga processer, såväl som liv och aktivitet på jorden, bestäms av solstrålning. Det ger 99,98 % av värmen som tillförs jordens yta. Varje år uppgår detta till 134 * 10 19 kcal. Denna mängd värme kan erhållas genom att bränna 200 miljarder ton kol. Reserverna av väte som skapar detta flöde av termonukleär energi i solens massa kommer att räcka i åtminstone ytterligare 10 miljarder år, d.v.s. under en period som är dubbelt så lång som vår planets och sig själv existens.

Cirka 1/3 av den totala mängden solenergi som kommer till atmosfärens övre gräns reflekteras tillbaka till rymden, 13 % absorberas av ozonskiktet (inklusive nästan all ultraviolett strålning). 7% - resten av atmosfären och endast 44% når jordens yta. Den totala solstrålningen som når jorden per dag är lika med den energi som mänskligheten fått som ett resultat av att ha förbränt alla typer av bränsle under det senaste årtusendet.

Mängden och arten av fördelningen av solstrålning på jordens yta är nära beroende av molnighet och genomskinlighet i atmosfären. Mängden spridd strålning påverkas av solens höjd över horisonten, atmosfärens genomskinlighet, innehållet av vattenånga, damm, den totala mängden koldioxid osv.

Den maximala mängden spridd strålning når polarområdena. Ju lägre solen är över horisonten, desto mindre värme kommer in i ett givet område av terrängen.

Atmosfärisk transparens och grumlighet är av stor betydelse. En molnig sommardag är det vanligtvis kallare än en klar dag, eftersom molnighet under dagtid förhindrar uppvärmningen av jordytan.

Atmosfärens dammighet spelar en stor roll för värmefördelningen. De fint spridda fasta partiklarna av damm och aska som finns i den, som påverkar dess transparens, påverkar fördelningen av solstrålning negativt, varav det mesta reflekteras. Fina partiklar kommer in i atmosfären på två sätt: antingen aska som släpps ut under vulkanutbrott, eller ökendamm som bärs av vindar från torra tropiska och subtropiska områden. Särskilt mycket sådant damm bildas under torka, när strömmar av varm luft bär det in i de övre lagren av atmosfären och kan förbli där under lång tid. Efter vulkanutbrottet i Krakatoa 1883 låg damm som kastades tiotals kilometer upp i atmosfären kvar i stratosfären i cirka 3 år. Som ett resultat av 1985 års utbrott av vulkanen El Chichon (Mexiko) nådde damm Europa, och därför skedde en liten minskning av yttemperaturerna.

Jordens atmosfär innehåller varierande mängder vattenånga. I absoluta termer av vikt eller volym varierar dess mängd från 2 till 5%.

Vattenånga, liksom koldioxid, förstärker växthuseffekten. I de moln och dimmor som uppstår i atmosfären sker märkliga fysikaliska och kemiska processer.

Den primära källan till vattenånga i atmosfären är världshavets yta. Ett vattenlager med en tjocklek av 95 till 110 cm avdunstar årligen från det, en del av fukten återgår till havet efter kondensering och den andra riktas av luftströmmar mot kontinenterna. I områden med varierande fuktigt klimat fuktar nederbörden jorden och i fuktiga klimat skapar den grundvattenreserver. Således är atmosfären en ackumulator av fuktighet och en reservoar av nederbörd. och dimma som bildas i atmosfären ger fukt till jordtäcket och spelar därmed en avgörande roll för utvecklingen av flora och fauna.

Atmosfärisk fukt fördelas över jordens yta på grund av atmosfärens rörlighet. Det kännetecknas av ett mycket komplext system av vindar och tryckfördelning. På grund av det faktum att atmosfären är i kontinuerlig rörelse förändras naturen och omfattningen av fördelningen av vindflöden och tryck ständigt. Cirkulationsskalan varierar från mikrometeorologisk, med en storlek på bara några hundra meter, till en global skala på flera tiotusentals kilometer. Enorma atmosfäriska virvlar deltar i skapandet av system med storskaliga luftströmmar och bestämmer atmosfärens allmänna cirkulation. Dessutom är de källor till katastrofala atmosfäriska fenomen.

Fördelningen av väder- och klimatförhållanden och hur levande materia fungerar beror på atmosfärstrycket. Om atmosfärstrycket fluktuerar inom små gränser spelar det inte en avgörande roll för människors välbefinnande och djurs beteende och påverkar inte växternas fysiologiska funktioner. Förändringar i tryck är vanligtvis förknippade med frontala fenomen och väderförändringar.

Atmosfärstrycket är av grundläggande betydelse för bildandet av vind, som, som en reliefbildande faktor, har en stark inverkan på djur- och växtvärlden.

Vind kan undertrycka växttillväxt och samtidigt främja frööverföring. Vindens roll för att forma väder- och klimatförhållanden är stor. Den fungerar också som en regulator av havsströmmar. Vind, som en av de exogena faktorerna, bidrar till erosion och tömning av väderbitna material över långa avstånd.

Atmosfäriska processers ekologiska och geologiska roll

En minskning av atmosfärens transparens på grund av utseendet av aerosolpartiklar och fast damm i den påverkar fördelningen av solstrålning, vilket ökar albedon eller reflektionsförmåga. Olika kemiska reaktioner som orsakar nedbrytning av ozon och generering av "pärlmoln" bestående av vattenånga leder till samma resultat. Globala förändringar i reflektionsförmåga, såväl som förändringar i atmosfäriska gaser, främst växthusgaser, är ansvariga för klimatförändringarna.

Ojämn uppvärmning, som orsakar skillnader i atmosfärstryck över olika delar av jordens yta, leder till atmosfärisk cirkulation, vilket är troposfärens kännetecken. När en skillnad i tryck uppstår, rusar luft från områden med högt tryck till områden med lågt tryck. Dessa rörelser av luftmassor, tillsammans med luftfuktighet och temperatur, bestämmer de viktigaste ekologiska och geologiska egenskaperna hos atmosfäriska processer.

Beroende på hastigheten utför vinden olika geologiska arbeten på jordens yta. Med en hastighet av 10 m/s skakar den tjocka trädgrenar, lyfter och transporterar damm och fin sand; bryter trädgrenar med en hastighet av 20 m/s, bär sand och grus; med en hastighet av 30 m/s (storm) river av hustaken, river upp träd, slår sönder stolpar, flyttar småsten och bär små bråte, och en orkanvind med en hastighet av 40 m/s förstör hus, bryter och river sönder ström lina stolpar, rycker upp stora träd.

Skall och tornados (tromber) - atmosfäriska virvlar som uppstår under den varma årstiden på kraftfulla atmosfäriska fronter, med hastigheter på upp till 100 m/s, har en stor negativ miljöpåverkan med katastrofala konsekvenser. Squalls är horisontella virvelvindar med orkanvindhastigheter (upp till 60-80 m/s). De åtföljs ofta av kraftiga skyfall och åskväder som varar från flera minuter till en halvtimme. Squalls täcker områden upp till 50 km breda och sträcker sig 200-250 km. En storm i Moskva och Moskvaregionen 1998 skadade taken på många hus och störtade träd.

Tornado, som kallas tornados i Nordamerika, är kraftfulla trattformade atmosfäriska virvlar, ofta förknippade med åskmoln. Dessa är luftpelare som avsmalnar i mitten med en diameter på flera tiotals till hundratals meter. En tornado ser ut som en tratt, mycket lik en elefants snabel, som stiger ned från molnen eller stiger från jordens yta. Med stark sällsynthet och hög rotationshastighet färdas en tornado upp till flera hundra kilometer och drar in damm, vatten från reservoarer och olika föremål. Kraftfulla tornados åtföljs av åskväder, regn och har stor destruktiv kraft.

Tornado förekommer sällan i subpolära eller ekvatoriala områden, där det konstant är kallt eller varmt. Det finns få tornados i det öppna havet. Tornado förekommer i Europa, Japan, Australien, USA, och i Ryssland är de särskilt vanliga i Central Black Earth-regionen, i Moskva, Yaroslavl, Nizhny Novgorod och Ivanovo-regionerna.

Tornado lyfter och flyttar bilar, hus, vagnar och broar. Särskilt destruktiva tornados observeras i USA. Varje år finns det från 450 till 1500 tornados med en genomsnittlig dödssiffra på cirka 100 personer. Tornado är snabbverkande katastrofala atmosfäriska processer. De bildas på bara 20-30 minuter och deras livstid är 30 minuter. Därför är det nästan omöjligt att förutsäga tid och plats för tornados.

Andra destruktiva men långvariga atmosfäriska virvlar är cykloner. De bildas på grund av en tryckskillnad, som under vissa förhållanden bidrar till uppkomsten av en cirkulär rörelse av luftflöden. Atmosfäriska virvlar har sitt ursprung runt kraftiga uppåtgående flöden av fuktig varm luft och roterar med hög hastighet medurs på södra halvklotet och moturs på norra. Cykloner, till skillnad från tornados, har sitt ursprung över hav och producerar sina destruktiva effekter över kontinenter. De främsta destruktiva faktorerna är starka vindar, intensiv nederbörd i form av snöfall, skyfall, hagel och översvämningar. Vindar med hastigheter på 19 - 30 m/s bildar en storm, 30 - 35 m/s - en storm och mer än 35 m/s - en orkan.

Tropiska cykloner - orkaner och tyfoner - har en genomsnittlig bredd på flera hundra kilometer. Vindhastigheten inuti cyklonen når orkanstyrka. Tropiska cykloner varar från flera dagar till flera veckor och rör sig i hastigheter från 50 till 200 km/h. Cykloner på mitten av latitud har en större diameter. Deras tvärgående dimensioner sträcker sig från tusen till flera tusen kilometer, och vindhastigheten är stormig. De rör sig på norra halvklotet från väster och åtföljs av hagel och snöfall, som är katastrofala till sin natur. När det gäller antalet offer och orsakade skador är cykloner och tillhörande orkaner och tyfoner de största naturliga atmosfäriska fenomenen efter översvämningar. I tätbefolkade områden i Asien är dödssiffran till följd av orkaner i tusental. 1991, under en orkan i Bangladesh, som orsakade bildandet av havsvågor 6 m höga, dog 125 tusen människor. Tyfoner orsakar stor skada på USA. Samtidigt dör tiotals och hundratals människor. I Västeuropa orsakar orkaner mindre skada.

Åskväder anses vara ett katastrofalt atmosfäriskt fenomen. De uppstår när varm, fuktig luft stiger upp mycket snabbt. På gränsen till de tropiska och subtropiska zonerna förekommer åskväder 90-100 dagar om året, i den tempererade zonen 10-30 dagar. I vårt land förekommer det största antalet åskväder i norra Kaukasus.

Åskväder varar vanligtvis mindre än en timme. Särskilt farliga är intensiva skyfall, hagel, blixtnedslag, vindbyar och vertikala luftströmmar. Hagelfaran bestäms av storleken på hagelstenarna. I norra Kaukasus nådde massan av hagel en gång 0,5 kg, och i Indien registrerades hagel som vägde 7 kg. De mest stadsfarliga områdena i vårt land ligger i norra Kaukasus. I juli 1992 skadade hagel 18 flygplan på Mineralnye Vody-flygplatsen.

Farliga atmosfäriska fenomen inkluderar blixtar. De dödar människor, boskap, orsakar bränder och skadar elnätet. Omkring 10 000 människor dör av åskväder och deras konsekvenser varje år runt om i världen. I vissa områden i Afrika, Frankrike och USA är dessutom antalet offer från blixten större än från andra naturfenomen. Den årliga ekonomiska skadan från åskväder i USA är minst 700 miljoner dollar.

Torka är typiska för öken-, stäpp- och skogsstäppregioner. Brist på nederbörd orsakar uttorkning av marken, en minskning av grundvattennivån och i reservoarer tills de torkar ut helt. Fuktbrist leder till att vegetation och grödor dör. Torkan är särskilt allvarlig i Afrika, Nära och Mellanöstern, Centralasien och södra Nordamerika.

Torka förändrar människors livsvillkor och har en negativ effekt på den naturliga miljön genom processer som markförsaltning, torra vindar, dammstormar, jorderosion och skogsbränder. Bränder är särskilt allvarliga under torka i taigaregioner, tropiska och subtropiska skogar och savanner.

Torka är kortsiktiga processer som varar under en säsong. När torkan varar mer än två säsonger finns det ett hot om svält och massdödlighet. Typiskt påverkar torka ett eller flera länders territorium. Långvariga torka med tragiska konsekvenser förekommer särskilt ofta i Sahelregionen i Afrika.

Atmosfärsfenomen som snöfall, kortvariga kraftiga regn och långvariga kvardröjande regn orsakar stora skador. Snöfall orsakar massiva laviner i bergen, och snabb smältning av nedfallen snö och långvarig nederbörd leder till översvämningar. Den enorma mängden vatten som faller på jordens yta, särskilt i trädlösa områden, orsakar allvarlig jorderosion. Det finns en intensiv tillväxt av ravin-balksystem. Översvämningar uppstår som ett resultat av stora översvämningar under perioder med kraftig nederbörd eller högt vatten efter plötslig uppvärmning eller vårsmältning av snö och är därför atmosfäriska fenomen (de diskuteras i kapitlet om hydrosfärens ekologiska roll).

Antropogena atmosfäriska förändringar

För närvarande finns det många olika antropogena källor som orsakar luftföroreningar och leder till allvarliga störningar i den ekologiska balansen. Omfattningsmässigt har två källor störst påverkan på atmosfären: transport och industri. I genomsnitt står transporter för cirka 60% av den totala mängden luftföroreningar, industri - 15, termisk energi - 15, teknik för destruktion av hushålls- och industriavfall - 10%.

Transport, beroende på vilket bränsle som används och typer av oxidationsmedel, avger till atmosfären kväveoxider, svavel, koloxider och dioxider, bly och dess föreningar, sot, bensopyren (ett ämne från gruppen polycykliska aromatiska kolväten, som är en stark cancerframkallande som orsakar hudcancer).

Industrin släpper ut svaveldioxid, koloxider och dioxider, kolväten, ammoniak, vätesulfid, svavelsyra, fenol, klor, fluor och andra kemiska föreningar till atmosfären. Men den dominerande ställningen bland utsläppen (upp till 85 %) upptas av damm.

Som ett resultat av föroreningar förändras atmosfärens transparens, vilket orsakar aerosoler, smog och surt regn.

Aerosoler är dispergerade system som består av fasta partiklar eller vätskedroppar suspenderade i en gasformig miljö. Partikelstorleken för den dispergerade fasen är vanligtvis 10 -3 -10 -7 cm Beroende på sammansättningen av den dispergerade fasen delas aerosoler in i två grupper. Den ena inkluderar aerosoler som består av fasta partiklar dispergerade i ett gasformigt medium, den andra inkluderar aerosoler som är en blandning av gasformiga och flytande faser. De förra kallas röker, och de senare - dimma. I processen för deras bildande spelar kondenscentra en viktig roll. Vulkanaska, kosmiskt stoft, industriella utsläppsprodukter, olika bakterier etc. fungerar som kondensationskärnor Antalet möjliga källor till koncentrationskärnor växer ständigt. Så, till exempel, när torrt gräs förstörs av brand på ett område på 4000 m 2, bildas i genomsnitt 11 * 10 22 aerosolkärnor.

Aerosoler började bildas från det ögonblick som vår planet dök upp och påverkade naturliga förhållanden. Deras kvantitet och verkan, balanserad med det allmänna kretsloppet av ämnen i naturen, orsakade dock inga djupgående miljöförändringar. Antropogena faktorer för deras bildning har förskjutit denna balans mot betydande överbelastningar av biosfären. Denna egenskap har varit särskilt uppenbar sedan mänskligheten började använda speciellt skapade aerosoler både i form av giftiga ämnen och för växtskydd.

De farligaste för vegetationen är aerosoler av svaveldioxid, vätefluorid och kväve. När de kommer i kontakt med en fuktig lövyta bildar de syror som har en skadlig effekt på levande varelser. Syra dimma kommer in i andningsorganen hos djur och människor tillsammans med inandningsluften och har en aggressiv effekt på slemhinnorna. Vissa av dem bryter ner levande vävnad och radioaktiva aerosoler orsakar cancer. Bland radioaktiva isotoper är Sg 90 särskilt farlig, inte bara för sin cancerogenicitet, utan också som en analog av kalcium, ersätter den i organismers ben och orsakar deras nedbrytning.

Vid kärnvapenexplosioner bildas radioaktiva aerosolmoln i atmosfären. Små partiklar med en radie på 1 - 10 mikron faller inte bara in i de övre skikten av troposfären, utan också in i stratosfären, där de kan stanna under lång tid. Aerosolmoln bildas också vid drift av reaktorer i industriella installationer som producerar kärnbränsle, samt som ett resultat av olyckor i kärnkraftverk.

Smog är en blandning av aerosoler med flytande och fasta dispergerade faser, som bildar en dimmig ridå över industriområden och storstäder.

Det finns tre typer av smog: isig, våt och torr. Issmog kallas Alaskasmog. Detta är en kombination av gasformiga föroreningar med tillsats av dammpartiklar och iskristaller som uppstår när dimma och ånga från värmesystem fryser.

Våt smog, eller smog av London-typ, kallas ibland vintersmog. Det är en blandning av gasformiga föroreningar (främst svaveldioxid), dammpartiklar och dimdroppar. Den meteorologiska förutsättningen för uppkomsten av vintersmog är vindstilla väder, där ett lager av varm luft ligger ovanför marklagret av kall luft (under 700 m). I det här fallet finns det inte bara horisontellt utan också vertikalt utbyte. Föroreningar, vanligtvis spridda i höga skikt, ansamlas i detta fall i ytskiktet.

Torr smog förekommer under sommaren och kallas ofta för Los Angeles-typ smog. Det är en blandning av ozon, kolmonoxid, kväveoxider och sura ångor. Sådan smog bildas som ett resultat av nedbrytningen av föroreningar genom solstrålning, särskilt dess ultravioletta del. Den meteorologiska förutsättningen är atmosfärisk inversion, uttryckt i utseendet av ett lager av kall luft ovanför varm luft. Vanligtvis sprids sedan gaser och fasta partiklar som lyfts upp av varma luftströmmar i de övre kalla skikten, men i detta fall ackumuleras de i inversionsskiktet. I processen för fotolys sönderfaller kvävedioxider som bildas under förbränning av bränsle i bilmotorer:

NO 2 → NO + O

Sedan sker ozonsyntes:

O + O2 + M → O3 + M

NO + O → NO 2

Fotodissociationsprocesser åtföljs av ett gulgrönt sken.

Dessutom sker reaktioner av typen: SO 3 + H 2 0 -> H 2 SO 4, dvs stark svavelsyra bildas.

Med en förändring i meteorologiska förhållanden (utseendet av vind eller en förändring i luftfuktighet) försvinner den kalla luften och smogen försvinner.

Förekomsten av cancerframkallande ämnen i smog leder till andningsproblem, irritation av slemhinnor, cirkulationsrubbningar, astmatisk kvävning och ofta dödsfall. Smog är särskilt farligt för små barn.

Surt regn är atmosfärisk nederbörd försurad av industriella utsläpp av svaveloxider, kväve och ångor av perklorsyra och klor löst i dem. I processen för förbränning av kol och gas omvandlas det mesta av svavlet som finns i det, både i form av oxid och i föreningar med järn, särskilt i kis, pyrit, pyrit etc. till svaveloxid, som tillsammans med koldioxid, släpps ut i atmosfären. När atmosfäriskt kväve och tekniska utsläpp kombineras med syre bildas olika kväveoxider och mängden kväveoxider som bildas beror på förbränningstemperaturen. Huvuddelen av kväveoxider förekommer vid drift av fordon och diesellok, och en mindre del förekommer inom energisektorn och industriföretag. Svavel- och kväveoxider är de huvudsakliga syrabildarna. När man reagerar med atmosfäriskt syre och vattenånga som finns i det, bildas svavelsyra och salpetersyror.

Det är känt att den alkaliska-syrabalansen i miljön bestäms av pH-värdet. En neutral miljö har ett pH-värde på 7, en sur miljö har ett pH-värde på 0, och en alkalisk miljö har ett pH-värde på 14. I modern tid är pH-värdet för regnvatten 5,6, även om det på senare tid var neutral. En minskning av pH-värdet med ett motsvarar en tiofaldig ökning av surheten och därför faller för närvarande regn med ökad surhet nästan överallt. Den maximala surhetsgraden för regn som registrerats i Västeuropa var 4-3,5 pH. Man bör ta hänsyn till att ett pH-värde på 4-4,5 är dödligt för de flesta fiskar.

Surt regn har en aggressiv effekt på jordens vegetation, på industri- och bostadshus och bidrar till en betydande acceleration av vittringen av exponerade stenar. Ökad surhet förhindrar självreglering av neutralisering av jordar där näringsämnen löses upp. Detta leder i sin tur till en kraftig minskning av skörden och orsakar nedbrytning av vegetationstäcket. Markens surhet främjar frisättningen av bunden tung jord, som gradvis absorberas av växter, orsakar allvarliga vävnadsskador och tränger in i den mänskliga näringskedjan.

En förändring i havsvattnets alkaliska syrapotential, särskilt i grunda vatten, leder till att många ryggradslösa djur upphör att fortplanta sig, orsakar fiskdöd och stör den ekologiska balansen i haven.

Till följd av surt regn riskerar skogarna i Västeuropa, Baltikum, Karelen, Ural, Sibirien och Kanada att förstöras.

Gassammansättning av atmosfärisk luft

Gassammansättningen i luften vi andas ser ut så här: 78 % är kväve, 21 % är syre och 1 % är andra gaser. Men i atmosfären i stora industristäder bryts ofta detta förhållande. En betydande del utgörs av skadliga föroreningar som orsakas av utsläpp från företag och fordon. Motortransporter för in många föroreningar i atmosfären: kolväten av okänd sammansättning, benso(a)pyren, koldioxid, svavel- och kväveföreningar, bly, kolmonoxid.

Atmosfären består av en blandning av ett antal gaser - luft, i vilken kolloidala föroreningar är suspenderade - damm, droppar, kristaller etc. Atmosfärisk lufts sammansättning förändras lite med höjden. Men med utgångspunkt från en höjd av cirka 100 km, tillsammans med molekylärt syre och kväve, uppstår också atomärt syre som ett resultat av dissociationen av molekyler, och gravitationsseparationen av gaser börjar. Över 300 km dominerar atomärt syre i atmosfären, över 1000 km - helium och sedan atomärt väte. Atmosfärens tryck och täthet minskar med höjden; ungefär hälften av atmosfärens totala massa är koncentrerad till de nedre 5 km, 9/10 i de nedre 20 km och 99,5 % i de nedre 80 km. På höjder av cirka 750 km sjunker luftdensiteten till 10-10 g/m3 (medan den vid jordytan är cirka 103 g/m3), men även en så låg densitet är fortfarande tillräcklig för förekomsten av norrsken. Atmosfären har ingen skarp övre gräns; densiteten av dess ingående gaser

Sammansättningen av den atmosfäriska luften som var och en av oss andas inkluderar flera gaser, varav de viktigaste är: kväve (78,09%), syre (20,95%), väte (0,01%), koldioxid (koldioxid) (0,03%) och inerta gaser (0,93%). Dessutom finns det alltid en viss mängd vattenånga i luften, vars mängd alltid förändras med temperaturförändringar: ju högre temperatur, desto större ånghalt och vice versa. På grund av fluktuationer i mängden vattenånga i luften är andelen gaser i den inte heller konstant. Alla gaser som utgör luften är färglösa och luktfria. Luftens vikt förändras inte bara beroende på temperaturen utan också på innehållet av vattenånga i den. Vid samma temperatur är vikten av torr luft större än fuktig luft, eftersom vattenånga är mycket lättare än luftånga.

Tabellen visar atmosfärens gassammansättning i volymetriskt massförhållande, såväl som livslängden för huvudkomponenterna:

Egenskaperna hos de gaser som utgör atmosfärisk luft under tryck förändras.

Till exempel: syre under tryck på mer än 2 atmosfärer har en giftig effekt på kroppen.

Kväve under tryck över 5 atmosfärer har en narkotisk effekt (kväveförgiftning). En snabb uppgång från djupet orsakar tryckfallssjuka på grund av den snabba frigöringen av kvävebubblor från blodet, som om det skummar det.

En ökning av koldioxid med mer än 3 % i andningsblandningen orsakar dödsfall.

Varje komponent som utgör luften, med en ökning av trycket till vissa gränser, blir ett gift som kan förgifta kroppen.

Studier av atmosfärens gassammansättning. Atmosfärskemi

För historien om den snabba utvecklingen av en relativt ung vetenskapsgren som kallas atmosfärisk kemi, är termen "spurt" (kastning), som används i höghastighetssporter, mest lämplig. Startpistolen avlossades troligen av två artiklar publicerade i början av 1970-talet. De pratade om eventuell förstörelse av stratosfäriskt ozon av kväveoxider - NO och NO 2. Den första tillhörde den blivande Nobelpristagaren och sedan en anställd vid Stockholms universitet, P. Crutzen, som ansåg att den troliga källan till kväveoxider i stratosfären var naturligt förekommande lustgas N 2 O, som sönderfaller under påverkan av solljus. Författaren till den andra artikeln, kemist från University of California i Berkeley G. Johnston, föreslog att kväveoxider uppstår i stratosfären som ett resultat av mänsklig aktivitet, nämligen under utsläpp av förbränningsprodukter från jetmotorer i flygplan på hög höjd.

Naturligtvis uppstod inte ovanstående hypoteser från ingenstans. Förhållandet mellan åtminstone huvudkomponenterna i atmosfärisk luft - molekyler av kväve, syre, vattenånga, etc. - var känt mycket tidigare. Redan under andra hälften av 1800-talet. I Europa gjordes mätningar av ozonhalter i ytluft. På 1930-talet upptäckte den engelske forskaren S. Chapman mekanismen för ozonbildning i en ren syreatmosfär, vilket indikerar en uppsättning interaktioner mellan syreatomer och molekyler, såväl som ozon, i frånvaro av några andra luftkomponenter. Men i slutet av 50-talet visade mätningar med väderraketer att det fanns mycket mindre ozon i stratosfären än vad det borde vara enligt Chapmans reaktionscykel. Även om denna mekanism förblir grundläggande än i dag, har det blivit tydligt att det finns några andra processer som också är aktivt involverade i bildandet av atmosfäriskt ozon.

Det är värt att nämna att i början av 70-talet erhölls kunskap inom atmosfärskemi huvudsakligen genom insatser från enskilda forskare, vars forskning inte förenades av något socialt betydelsefullt begrepp och oftast var av rent akademisk karaktär. Johnstons arbete är en annan sak: enligt hans beräkningar skulle 500 plan, som flyger 7 timmar om dagen, kunna minska mängden stratosfäriskt ozon med inte mindre än 10 %! Och om dessa bedömningar var rättvisa, så blev problemet omedelbart socioekonomiskt, eftersom i detta fall alla program för utveckling av överljudstransportflyg och tillhörande infrastruktur skulle behöva genomgå betydande justeringar, och kanske till och med stängas. Dessutom uppstod för första gången verkligen frågan att antropogen aktivitet inte kunde orsaka en lokal, utan en global katastrof. Naturligtvis behövde teorin i dagsläget en mycket tuff och samtidigt operativ verifiering.

Låt oss komma ihåg att kärnan i den ovan nämnda hypotesen var att kväveoxid reagerar med ozon NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, sedan reagerar kvävedioxiden som bildas i denna reaktion med syreatomen NO 2 + O ® NO + O 2 , vilket återställer närvaron av NO i atmosfären, medan ozonmolekylen går förlorad för alltid. I detta fall upprepas ett sådant par reaktioner, som utgör den kvävekatalytiska cykeln av ozonförstöring, tills någon kemisk eller fysikalisk process leder till avlägsnande av kväveoxider från atmosfären. Till exempel oxideras NO 2 till salpetersyra HNO 3, som är mycket löslig i vatten, och därför avlägsnas från atmosfären av moln och nederbörd. Kvävets katalytiska cykel är mycket effektiv: en molekyl NO under sin vistelse i atmosfären lyckas förstöra tiotusentals ozonmolekyler.

Men som ni vet kommer problem inte ensamma. Snart upptäckte experter från amerikanska universitet - Michigan (R. Stolarski och R. Cicerone) och Harvard (S. Wofsey och M. McElroy) - att ozon kan ha en ännu mer skoningslös fiende - klorföreningar. Den klorkatalytiska cykeln för ozonförstöring (reaktionerna Cl + O 3 ® ClO + O 2 och ClO + O ® Cl + O 2), enligt deras uppskattningar, var flera gånger mer effektiv än kväve. Den enda anledningen till försiktig optimism var att mängden naturligt förekommande klor i atmosfären är relativt liten, vilket gör att den totala effekten av dess påverkan på ozonet kanske inte är för stark. Situationen förändrades dock dramatiskt när anställda vid University of California vid Irvine S. Rowland och M. Molina 1974 fastställde att klorkällan i stratosfären är klorfluorkolföreningar (CFC), som används i stor utsträckning i kylaggregat, aerosolförpackningar, etc. Eftersom dessa ämnen är icke brandfarliga, giftiga och kemiskt passiva, transporteras dessa ämnen långsamt av stigande luftströmmar från jordytan till stratosfären, där deras molekyler förstörs av solljus, vilket resulterar i frigörande av fria kloratomer. Industriell produktion av CFC, som började på 30-talet, och deras utsläpp till atmosfären har ökat stadigt under alla efterföljande år, särskilt på 70- och 80-talen. Således har teoretiker inom en mycket kort tidsperiod identifierat två problem i atmosfärisk kemi orsakade av intensiva antropogena föroreningar.

Men för att testa giltigheten av de framställda hypoteserna var det nödvändigt att utföra många uppgifter.

För det första, utöka laboratorieforskningen, under vilken det skulle vara möjligt att bestämma eller klargöra hastigheten för fotokemiska reaktioner mellan olika komponenter i atmosfärisk luft. Det måste sägas att den mycket magra data om dessa hastigheter som fanns på den tiden också hade en hel del fel (upp till flera hundra procent). Dessutom motsvarade förhållandena under vilka mätningarna gjordes, som regel, inte i nära anslutning till atmosfärens verklighet, vilket allvarligt förvärrade felet, eftersom intensiteten av de flesta reaktioner berodde på temperaturen och ibland på trycket eller densiteten hos atmosfären. luft.

För det andra, intensivt studera de strålningsoptiska egenskaperna hos ett antal små atmosfäriska gaser i laboratorieförhållanden. Molekyler av ett betydande antal komponenter i atmosfärisk luft förstörs av ultraviolett strålning från solen (i fotolysreaktioner), bland dem inte bara de CFC som nämns ovan, utan också molekylärt syre, ozon, kväveoxider och många andra. Därför var uppskattningar av parametrarna för varje fotolysreaktion lika nödvändiga och viktiga för korrekt reproduktion av atmosfäriska kemiska processer som reaktionshastigheterna mellan olika molekyler.

Atmosfären är ett kraftfullt gasformigt skal av jorden, kännetecknat av en uttalad heterogenitet av struktur och sammansättning (tabell 1). Atmosfärens massa är 5*10 15 ton.

Baserat på strukturella egenskaper är atmosfären uppdelad i 4 sfärer: troposfär, stratosfär, mesosfär och termosfär. Troposfärens tjocklek är 8-10 km i polarområdena och 16-18 km vid ekvatorn. Detta är den tätaste delen av atmosfären och den gränsar direkt till havets och landets yta. Temperaturen här minskar med höjden (upp till 6°C för varje kilometer). Stratosfären är uppdelad i två zoner: den nedre, som når en höjd av 25 km, och den övre, som sträcker sig till en höjd av 50 km. Ozonskiktet ligger i stratosfären på en höjd av 25 km. Ovanför stratosfären ligger mesosfären, som når 80 km från havsytan och kännetecknas av en tjocklek på 25 km. I mesosfären minskar temperaturen med höjden. Därefter kommer termosfären (jonosfären). Atmosfärens övre skal är exosfären, området för disposition av atmosfäriska gaser (övervinner jordens fält av atomer och joner), som ett resultat av vilket jorden förlorar en viss mängd atmosfäriska gaser.

Atmosfären på vår planet består huvudsakligen av kväve och syre. Dessutom innehåller atmosfären koldioxid, ozon, argon, väte, helium och vissa andra gaser, samt vattenånga, vars medelhalt är 2,4 g/cm 3 .

Gasmiljön som innehåller de nödvändiga luftkomponenterna är en av de viktigaste miljöfaktorerna. Syre är nödvändigt för att alla levande organismer ska kunna andas, och en annan komponent i luften - koldioxid - ger näring från luften till gröna växter - fotosyntes (Akimova, Haskin, 2001).

En tillfällig förändring av syrehalten med 2-3 % har ingen märkbar fysiologisk effekt, men i jord och djupa djurbankar kan dess innehåll sjunka betydligt lägre.

Tabell 1 - Sammansättning av jordens atmosfär

Under de senaste decennierna har atmosfärisk luft blivit intensivt förorenad genom att föroreningar införts eller bildats i den i koncentrationer som överstiger kvalitetsstandarder eller nivån av naturligt innehåll. Med luftföroreningar avses alltså att ämnen i form av gas, ånga eller damm förs in i atmosfären i en grad som har en skadlig effekt på organismer, den livlösa naturen eller tekniska anordningar. Detta är en av de farligaste konsekvenserna av den vetenskapliga revolutionen och mänsklig användning av fossila bränslen.

Atmosfären har en kraftfull förmåga att rena sig från föroreningar. Luftrörelser gör att föroreningar skingras. Dammpartiklar faller från luften till jordytan under påverkan av gravitation och nederbörd. Många gaser löser sig i molnens fukt och når även jorden med regn. När de utsätts för solljus dör patogena mikroorganismer i atmosfären. Men för närvarande har volymen av skadliga ämnen som släpps ut i atmosfären årligen ökat kraftigt och uppgår till många miljoner ton och överskrider gränserna för atmosfärens förmåga att självrena (Voskresenskaya et al., 2004).

Föroreningar av vilken skala som helst flyttas från en miljö till en annan genom många kedjor av naturliga kopplingar. På denna väg är de första som dyker upp autotrofa organismer - växter. Gaser och damm som innehåller olika komponenter penetrerar lätt växtvävnad genom stomata och kan direkt påverka metabolismen i celler och ingå i kemiska interaktioner i nivå med cellväggar och membran.

Damm som lägger sig på bladens yta gör det svårt att absorbera ljus och stör vattenomsättningen. Under påverkan av föroreningar undertrycks fotosyntesen, vattenutbytet störs, många biokemiska processer störs, transpirationen minskar och växternas tillväxt och utveckling hämmas i allmänhet. Detta leder till förändringar i bladfärg, nekros, bladdropp, förändring i tillväxtform, etc. (Voskresenskaya et al., 2005).

1.2. Omgivande luftföroreningar.

För att bedöma graden av luftföroreningar i befolkade områden används MAC - högsta tillåtna koncentrationer och OULV - ungefär säkra exponeringsnivåer. Totalt har mer än 600 MPC och 1300 OBUV utvecklats i Ryssland (tabell 2).

Förorening av miljön och organismer är en verklig process för att förändra deras kemiska konstanter, som ett resultat av vilket de senares kvantitativa värde och kvalitativa egenskaper går utöver gränserna för periodiska och aperiodiska avvikelser, och en störning av naturlig massenergi. utbyte sker.

Föroreningar kan delas in i fyra kategorier: kemiska, biologiska, fysiska och mekaniska.

Källor till antropogen luftförorening är alla typer av mänsklighetens ekonomiska eller andra aktiviteter (Khvastunov, 1999).

Tabell 2. MPC och LELV för luftföroreningar i atmosfären

Motortransporter har alltid varit en av de största källorna till luftföroreningar. De senaste åren har det skett en ökad trafikintensitet på nästan alla vägar. Dessutom har antalet personliga fordon, både personbilar och lastbilar, ökat (Danilov-Danilyan, 1996; State Report, 1998).

Utsläpp från fordon innehåller cirka 200-400 kemiska föreningar som har en toxisk effekt.

De huvudsakliga föroreningarna som släpps ut från motorfordon är oxider av kol, kväve, svavel, kolväten, sot och aerosol av blyföreningar (klorbromider och blyoxid). Dessutom innehåller fordonsutsläpp även betydande mängder aldehyder (akromin och formaldehyd), som är mycket giftiga ämnen, samt cancerframkallande polycykliska aromatiska kolväten, vars främsta representant är 3,4-benso(a)pyren.

Motorfordon släpper ut störst mängd föroreningar vid korta stopp i korsningar.

Driften av fordon åtföljs av stoftutsläpp från vägytan. Det är särskilt högt på grus- och krossvägar och på grusvägar. 1997 uppgick stoftutsläppen från vägar till 2,5 miljoner ton, med bly, kadmium och andra tungmetaller, samt klorider som kom ut i miljön (Statsrapport, 1998).

Termiska kraftverk (TPP), som förbrukar cirka 40 % av det bränsle som produceras i världen, släpper ut cirka 25 % av den totala mängden skadliga ämnen i atmosfären.

Komponenterna i rökutsläpp, beroende på inverkan av bränsleförbränningsteknik på dem, kan delas in i två grupper (Doncheva et al., 1992):

Föroreningar, vars mängd i förbränningsprodukter kan beräknas med tillräcklig noggrannhet baserat på bränslets sammansättning (svaveldioxid, mängd och sammansättning av aska, vanadinföreningar);

Mängden andra skadliga föroreningar beror på bränslets sammansättning och dess förbränningsteknik.

Dessa inkluderar oxider av kväve, kol, vätesulfid och flygaska.

Fråga 1. Vilka är jordens yttre skal?

Jordens yttre skal är litosfären, hydrosfären, atmosfären och biosfären.

Fråga 2. Vilken är atmosfären?

Atmosfären är ett gasformigt skal (luft) som omger jordklotet och är kopplat till det genom gravitation.

Fråga 3. Vilka egenskaper har atmosfärens sammansättning?

För närvarande består jordens atmosfär huvudsakligen av gaser och olika föroreningar (damm, vattendroppar, iskristaller, havssalter, förbränningsprodukter). Atmosfären består huvudsakligen av kväve (78%) och syre (21%), de återstående gaserna upptar 1%.

Fråga 4. Vilken påverkan har atmosfärens gassammansättning på mångfalden av livet på jorden?

På grund av att jordens atmosfär huvudsakligen består av kväve och syre är mångfalden av liv mycket stor och representeras av fyra riken: djur, växter, svampar och bakterier.

Fråga 5. Vilken är atmosfären?

Atmosfären är jordens luftskal som är cirka 1000 km tjockt. Luft är en blandning av gaser, de viktigaste är kväve och syre.

Fråga 6. Vilka gaser utgör jordens atmosfär?

Atmosfären innehåller koldioxid, vattenånga, väte, helium, ozon och många andra. Luft är en blandning av gaser: kväve, syre, etc. Luft innehåller även vattenånga, partiklar av fasta ämnen och mikroorganismer.

Fråga 7. Hur förändras sammansättningen av atmosfärisk luft med höjden?

Atmosfärens nedre skikt, som kallas troposfären, innehåller 80 % av all luft. Det finns mycket mindre luft i stratosfären. Det är omöjligt att leva i stratosfären utan hjälp av en syrgasapparat eller en rymddräkt.

Fråga 8. Vad är atmosfärens tjocklek?

Tjockleken på atmosfären är cirka 1000 km.

Fråga 9. Vilka lager urskiljs i atmosfärens struktur?

Atmosfären har en skiktad struktur. Atmosfärens nedre skikt, som kallas troposfären, innehåller 80 % av all luft. I troposfären minskar temperaturen med höjden. Det andra lagret av atmosfären är stratosfären. Den sträcker sig till en höjd av 50 km över jorden. Temperaturen i stratosfären ökar med höjden, men förblir under 0. Det finns ingen vattenånga eller moln. De övre lagren av atmosfären inkluderar mesosfären och termosfären. Det är här norrsken uppstår.

Fråga 10. Vad är troposfärens tjocklek?

Troposfärens tjocklek varierar och beror på latitud. Ovanför ekvatorn är dess tjocklek 18 km, och ovanför polerna är den hälften så tjock - 8-10 km.

Fråga 11. Vad är meteorologiska observationer?

Meteorologiska observationer är ständiga observationer av processer i troposfären. Det kommer från det grekiska ordet "meteora", som betyder "himmelfenomen". Nuförtiden fungerar meteorologiska stationer över hela jorden, även i dess mest avlägsna hörn.

Fråga 12. Varför skiljer sig atmosfärens tjocklek över polerna och ekvatorn?

Troposfärens tjocklek varierar och beror på latitud. Detta beror på att vår planet är något tillplattad vid polerna. Troposfären är också komprimerad, bara mer.

Fråga 13. Varför minskar mängden luft i atmosfären med ökande höjd?

När höjden ökar, minskar atmosfärstrycket, och koncentrationen av gas (luft) är direkt proportionell mot trycket. Luftdensiteten nära jorden är maximal, särskilt på låglänta platser, och här spelar gravitationen och dess centripetalkrafter en roll.

Fråga 14. Baserat på vilka egenskaper identifieras lager i atmosfären?

Luftdensitet, temperaturförändring, vattenånga.

Fråga 15. Vilket mönster av temperaturfördelning i atmosfären kan identifieras?

Med ökande höjd minskar lufttemperaturen i troposfären, och i stratosfären, tvärtom, ökar den, men förblir under 0.

Fråga 16. Vilket lager av atmosfären är viktigast för människor? Varför?

Troposfären, eftersom det är det lägsta lagret av atmosfären, innehåller 80% av all luft.

Fråga 17. Varför är det nödvändigt att studera processer i atmosfären?

Det är nödvändigt att studera de processer som sker i atmosfären för att göra en väderprognos och få information om klimatförhållanden.