Какие основные свойства атмосферы

Атмосфера является одним из необходимых условий возникновения и существования жизни на Земле. Она участвует в формировании климата на планете, регулирует ее тепловой режим, способствует перераспределению тепла у поверхности. Часть лучистой энергии Солнца поглощается атмосферой, а остальная энергия, достигая поверхности Земли, частично уходит в почву, водоемы, а частично отражается в атмосферу.

Атмосфера предохраняет Землю от резких колебаний температуры. При отсутствии атмосферы и водоемов температура поверхности земли в течение суток колебалась бы в интервале 200°С. Благодаря наличию кислорода атмосфера участвует в обмене и круговороте веществ в биосфере.

В современном состоянии атмосфера существует сотни миллионов лет, все живое приспособлено к строго определенному ее составу. Газовая оболочка защищает живые организмы от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Атмосфера предохраняет Землю от падения метеоритов.

В атмосфере распределяются и рассеиваются солнечные лучи, что создает равномерное освещение. Она является средой, где распространяется звук. Из-за действия гравитационных сил атмосфера не рассеивается в мировом пространстве, а окружая Землю, вращается вместе с ней.

Цель: исследование воздействия промышленного предприятия на атмосферный воздух.

Задачи:

исследовать состав и свойства атмосферы;

дать понятие «ресурсы атмосферы»;

рассмотреть, как происходит загрязнение атмосферного воздуха промышленными предприятиями;

проанализировать проблемы охраны и рационального использования ресурсов атмосферы.

Атмосфера — это газовая оболочка Земли [1]. Масса современной атмосферы составляет приблизительно одну миллионную часть массы Земли. С высотой резко уменьшаются плотность и давление атмосферы, а температура изменяется неравномерно и сложно, в том числе из-за влияния на атмосферу солнечной активности и магнитных бурь. Изменение температуры в границах атмосферы на разных высотах поясняется неодинаковым поглощением солнечной энергии газами.

Атмосфера имеет слоистую структуру. Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года. Слоистая структура — результат температурных изменений на разных высотах [2].

В зависимости от вертикального распределения такого важнейшего параметра среды, как температура воздуха, атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу (рисунок 1).

Рисунок 1 — Вертикальное строение атмосферы [3]

Нижняя часть атмосферы, непосредственно прилегающая к земной поверхности, называется тропосферой. Она простирается над полюсами до высоты 8 км, в умеренных широтах — до 10-11 км, а над экватором — до 16-17 км. Здесь сосредоточено около 80 % всей массы атмосферы. Наблюдаемое понижение температуры в этом слое (в среднем 0,6°С на 100 м) связано с расширением воздуха под воздействием уменьшения с высотой внешнего давления, а также с переносом теплоты от земной поверхности. При средней для всей Земли годовой температуре воздуха плюс 15°С на уровне моря, на верхней границе тропосферы она понижается до минус 56°С. Понижение температуры воздуха, так же как и других метеорологических величин, не всегда выдерживается, а в ряде случаев отклоняется от нормального, образуя инверсии. Последние определяются местными географическими причинами.

Физические свойства воздуха тропосферы во многом обусловлены характером взаимодействия с подстилающей поверхностью. Вследствие непрерывного перемешивания воздуха его состав во всей толще тропосферы постоянный. Тропосфера содержит основное количество всей атмосферной влаги.

Вблизи верхней границы тропосферы располагается переходный слой — тропопауза мощностью около 1 км. Выше тропопаузы не поднимаются вертикальные токи воздуха, обусловленные различиями его нагревания и увлажнения от земной поверхности (атмосферная конвекция).

Выше тропосферы, примерно до 50 км, располагается стратосфера. Ранее ее принимали за изотермический слой со средней температурой минус 56°С. Однако новые данные показали, что изотермия наблюдается только в ее нижней части, приблизительно до 20 км, а у верхней границы температура повышается до 0°С. Стратосфера охвачена мощной горизонтальной циркуляцией с элементами вертикальных движений, что способствует активному перемешиванию воздуха. Антропогенное загрязнение фактически исключено, но сюда проникают продукты интенсивных вулканических выбросов, сохраняющиеся довольно длительное время и влияющие на космическое излучение, включая солнечное.

Особенностью стратосферы является озоновый слой, который образуется на высоте примерно 25-28 км от земной поверхности. Озон сильно адсорбирует ультрафиолетовые лучи, которые губительны для живых организмов.

В последние годы обнаружено сокращение озона в атмосфере, которое получило название «озоновой дыры». Установлено, что со временем эти дыры мигрируют и даже пропадают. Возможно, что их образование и исчезновение представляет собой естественный процесс развития географической оболочки и планеты в целом.

Над стратосферой до высоты 80-90 км располагается мезосфера. Температура в этом слое вновь понижается и достигает минус 107°С. Давление воздуха вверху мезосферы примерно в 200 раз меньше, чем у земной поверхности. На уровне 80 км от поверхности Земли сосредоточено 99,5 % всей массы атмосферы [4].

До высоты примерно 800-1000 км располагается термосфера. Здесь температура снова повышается до 220°С на высоте 150 км и 1500°С — на высоте 600 км. Воздух термосферы состоит преимущественно из азота и кислорода, однако выше 90-100 км короткие волны солнечной радиации вызывают распад молекул О2 на атомы и здесь преобладает атомарный кислород. Выше 325 км азот также диссоциирует. Соотношение между азотом и кислородом, характерное для нижних слоев атмосферы (78 и 21 %), на высоте 200 км меняется и составляет соответственно 45 и 55 %. Под действием ультрафиолетовых и космических лучей частицы воздуха в термосфере электрически заряжены, с чем связано возникновение полярных сияний. Термосфера поглощает рентгеновское излучение солнечной короны и способствует распространению радиоволн.

Следует отметить, что температуру в разреженном воздухе верхней части атмосферы нельзя отождествлять с температурой у земной поверхности. Ее значения рассчитываются по скорости кинетического движения частиц и она не производит в условиях малой плотности воздуха того термического эффекта, который присущ соответствующим величинам у поверхности Земли.

Выше 1000 км располагается экзосфера. Скорость движения атомов и молекул газов достигает здесь третьей космической скорости (11,2 км/с), что позволяет им преодолевать земное притяжение и рассеиваться в космическом пространстве [5].

Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей, таких как пыль, капли воды, продукты горения и т.д. (рисунок 2).

Газовый состав атмосферы формировался параллельно с развитием Земли в специфических условиях: гравитационное поле, магнитное поле, предохраняющее ее от солнечного ветра, и вращение планеты, обеспечивающее благоприятный тепловой режим [6].

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2) [7].

Рисунок 2 — Газовый состав атмосферы [3]

Атомарный кислород является основным компонентом высоких слоев атмосферы. В них состав воздуха меняется под воздействием жесткого излучения Солнца, которое приводит к распаду (диссоциации) молекул кислорода на атомы. Наконец, в наиболее удаленных от поверхности Земли слоях атмосферы главными компонентами становятся самые легкие газы — водород и гелий. В верхних слоях атмосферы обнаружено соединение гидроксил (ОН). Наличие этого соединения объясняет образование водяного пара на больших высотах в атмосфере. Поскольку основная масса вещества сосредоточена на расстоянии 20 км от поверхности Земли, то изменения состава воздуха с высотой не оказывают заметного влияния на общий состав атмосферы. Важнейшими компонентами атмосферы также являются озон и углекислый газ.

В воздухе много твердых частиц, диаметр которых составляет доли микрона. Они являются ядрами конденсации. Без них было бы невозможно образование туманов, облаков, выпадение осадков. С твердыми частицами в атмосфере связаны многие оптические и атмосферные явления. Пути поступления их в атмосферу различны: вулканический пепел, дым при сжигании топлива, пыльца растений, микроорганизмы. В последнее время ядрами конденсации служат промышленные выбросы, продукты радиоактивного распада.

Важной составной частью атмосферы является водяной пар, количество его во влажных экваториальных лесах достигает 4 %, в полярных районах снижается до 0,2 %. Водяной пар поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхности почвы и водоемов, а также транспирации влаги растениями. Водяной пар является парниковым газом, вместе с углекислым газом он удерживает большую часть длинноволнового излучения Земли, предохраняя планету от охлаждения [8].

Важнейшими свойствами атмосферы является ее способность к быстрому перемешиванию и перемещению на большие расстояния, а также связь с другими сферами и особенно океаном. Эти свойства, а также отсутствие четко выраженного накопительного эффекта по отношению к загрязняющим веществам обеспечивают, с одной стороны, глобальный характер атмосферных процессов, а с другой — высокую способность к самоочищению. Так, в результате контакта с океаном последний поглощает из атмосферы значительные массы двуокиси и окиси углерода, сернистый газ и другие соединения. Большое количество атмосферных примесей поглощается растениями, а также включается в почвенное звено круговорота веществ. С легкой перемещаемостью воздушных масс связана ее способность рассеивать загрязнения, но вместе с тем это основной фактор превращения локальных загрязнений в глобальные [9].

Также атмосфера оказывает благодатное воздействие на климат Земли, предохраняя её от чрезмерного охлаждения и нагревания. Суточные колебания температуры на нашей планете без атмосферы достигли бы 200°С: днём плюс 100°С и выше, ночью минус 100°С. В настоящее время средняя температура поверхности Земли равна плюс 14°С.

Атмосфера пропускает тепловое излучение Солнца и сохраняет тепло, в процессе большого кругооборота она играет роль переносчика влаги на Земле, является средой распространения света и звука. Изменение сложившихся физических и химических свойств атмосферы может отрицательно сказаться на здоровье людей, их работоспособности, продолжительности жизни [10].

загрязнение атмосфера промышленная фабрика

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #