Министерство образования и науки РФ
Уральский государственный лесотехнический университет
Кафедра физико-химических технологий защиты биосферы
Атмосферные загрязнения и их региональное влияние на экосистему
Реферат по дисциплине:
«Основы научных исследований»
Выполнила
Студентка
Гр. ИЭФ-37 Королёва Д.Д
Проверил
Ст. преподаватель Двоскин Е.А
Екатеринбург, 2010
Содержание
Введение………………………………………………………………………..3
Атмосферные загрязнения и их исследования в различных регионах земного шара……………………………………………………………………………..4
Заключение……………………………………………………………………..8
Список использованных источников…………………………………………9
Введение
Проблема чистоты атмосферы не нова, она возникла с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. В течение почти двух сотен лет загрязнение воздуха носило местный характер. Дым и копоть редких заводских и фабричных труб почти полностью рассеивались на большом пространстве. Однако быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в ХХ веке привёл к такому увеличению объёмов и токсичности выбросов, которые уже не могут быть «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций.
В современный период атмосфера Земли претерпевает множественные изменения коренного характера: модифицируются ее свойства и газовый состав, возрастает опасность разрушения ионосферы и стратосферного озона, повышается ее запыленность, нижние слои атмосферы насыщаются вредными для живых организмов газами и веществами промышленного и другого хозяйственного происхождения. Вследствие огромных выбросов техногенных газов и веществ, достигающих многих миллиардов тонн в год, происходит нарушение газового состава атмосферы. То есть, можно смело говорить о том, что основной проблемой загрязнения атмосферы является её запылённость, обусловленная поступлением техногенных, взвешенных в воздухе частиц (аэрозолей).
За нарушением газового состава атмосферы, в особенности её надземных слоёв, следует нарушение функционирования экосистем, а также их разрушение. В наибольшей степени экосистемы разрушены в развитых странах – в Европе, Северной Америке и Японии. Здесь естественные экосистемы сохранились на небольших площадях, они представляют собой в основном небольшие пятна, окруженные со всех сторон нарушенными хозяйственной деятельностью человека территориями.
На суше Земли сформировалось три центра дестабилизации окружающей среды. В каждом из них сформировалось единое пространство с практически полностью разрушенными экосистемами площадью в несколько миллионов квадратных километров. Все они находятся в Северном полушарии.
Целью моего исследования является рассмотрение регионального влияния атмосферных загрязнений на экосистему.
Объектом исследования являются атмосферные загрязнения и их показатели в различных регионах земного шара.
Атмосферные загрязнения и их исследования в различных регионах земного шара
Прежде всего следует разобраться что представляет собой понятие «атмосферные загрязнения» и что они в себя включают.
Атмосферными загрязнениями называют привнесение в атмосферный воздух новых, нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ, либо увеличение их концентрации с течением времени. Основные загрязнители атмосферного воздуха: оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, атмосферная пыль.
Проблема загрязнения данными веществами является хорошо изученной, к настоящему времени представлена обзорная информация о нормативных материалах в различных европейских странах (Германии, Франции, Нидерландах, Великобритании, Швеции, Дании, а также в Российской Федерации), касающихся уровня содержания различных видов токсичных химических соединений в окружающей атмосфере, в том числе в отходящих газах мусоросжигательных установок. Указано количество нормативных документов, определяющих содержание диоксинов, одорантов, ртути, оксидов азота, тяжелых металлов и др. токсичных химических соединений, образующихся и сбрасываемых в окружающую атмосферу при работе мусоросжигательных установок и других систем. Представлена информация о нормативных документах различных стран в области стационарных источников, а также содержания мелкодисперсных механических частиц и токсичных химических соединений в атмосфере и в рабочей зоне различных производств [1].
Также изучаются процессы выпадения кислотных осадков на поверхность суши. Кислотные осадки представляют собой различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, роса, туман) с повышенным уровнем кислотности. Кислотные осадки возникают главным образом из-за выбросов оксидов серы и азота в атмосферу при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа). Исследование явления кислотных осадков необходимо по причине их отрицательного влияния, а иногда и вызывания гибели живых организмов, растений и разрушения зданий и металлических конструкций.
Выполнено теоретическое и экспериментальное исследование уровня эмиссии в окружающую атмосферу и скорости выпадения кислотных осадков вблизи вулкана на территории Нигерии. Иллюстрируется карта с указанием исследуемого региона и указаны места отбора проб, выполненных с целью определения содержания в выпадающих осадках твёрдой фазы частиц, содержащих диоксид серы и хлористый водород, источниками которых является вулкан, расположенный в исследуемой зоне. Приведено описание способов отбора проб и методики выполнения исследований, рассмотрены способы проведения анализов проб и сообщено, что выполненные исследования показали, что среднесуточная скорость выпадения диоксида серы в исследуемом регионе достигает величины 791мг/м2. Аналогичный показатель хлористого водорода может достигать величины 297 мг/м2. Обсуждены полученные при проведённых исследованиях результаты. Отмечено, что вулканическая деятельность может играть существенную роль в значительном увеличении кислотности почв и оказывать влияние на состояние экосистемы вблизи вулканов [2].
Кислотные осадки также представлены наличием в атмосфере паров муравьиной и уксусной кислот. Главным источником этих паров на европейском континенте служат процессы фотоокисления при озонолизе целого ряда алкенов, которые имеют как природное, так и антропогенное происхождение. Что касается фотохимического окисления формальдегида, то оно может быть только второстепенным источником муравьиной кислоты. Предпринято изучение происхождения уксусной и муравьиной кислот в тропосфере путём масс-спектрометрического анализа проб воздуха и дождевой воды во многих пунктах Западной Европы, расположенных на различных расстояниях от центров антропогенных выбросов в широком диапазоне от сугубо городских до идеально сельских условий (при этом было исключено загрязнение проб углекислым газом). Полученные результаты свидетельствуют о наличии во всех пробах очень большого биогенного вклада (55-100%) в образование обеих рассматриваемых карбоксильных кислот. Только в случаях полугородских и городских регионов вклады биогенных фракций оказываются меньше 80%. Таким образом, биогенные летучие органические соединения (VOC) очень сильно влияют на образование продуктов фотохимического окисления и, следовательно, на фотохимические оксиданты. Значительных источников прямых выбросов уксусной и муравьиной кислот за счёт автомобилей, почв или растительности обнаружено не было [3].
Одним из самых распространённых загрязняющих веществ является аэрозоль. Аэрозоль – это дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в воздухе в виде тумана, дыма или пыли. Эти вещества образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей, дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах.
Растительный покров вносит, в глобальных масштабах, наибольший вклад в формирование органической фракции мелкодисперсного аэрозоля либо путём прямых выбросов частиц, либо посредством газофазных процессов образования вторичного органического аэрозоля (SOA) из газообразных выбросов терпенов. Если принять, что доля образующегося аэрозоля составляет в последнем случае от 5 до 40% выбросов, то это означает, согласно имеющимся оценкам, что в глобальных масштабах образуется 30-270 Тг/год вторичного органического аэрозоля, что сравнимо с уровнями образования биогенного и вторичного сульфатного аэрозоля (соответственно, 90 и 140 Тг/ год). Получены первые оценки масштабов вклада биогенных выбросов в формировании SOA в условиях атмосферы Северной Европы. Эти оценки основаны на использовании как данных измерений в камерах, так и результатов численного моделирования. Для оценки масштабов образования SOA в условиях Северной Европы была применена модель ЕМЕР динамики оксидантов с использованием модифицированной схемы газофазной трансформации. Полученные результаты подтвердили вывод о том, что вклад биогенных летучих органических соединений (VOS) в образовании SOA значительно превосходит вклад антропогенных VOS. Доля SOA в общей массе органического углеродного аэрозоля в атмосфере Северной Европы изменяется в широких пределах от 2 до 50%. Эта доля минимальна вблизи побережий на юге Норвегии и Дании, значительно возрастая по мере удаления от побережий вглубь континента и в направлении на север, что отображает особенности пространственного распределения биогенных газов-предшественников SOA [4].
Кроме модели ЕМЕР, существует ещё ряд моделей для измерения аэрозольного воздействия. Например, модель интегральных исследований глобального обмена в атмосфере MIRAGE. Она позволяет, в частности, адекватно воспроизвести зависимости аэрозольно обусловленного ослабления коротковолновой радиации от относительной влажности. Результаты вычислений достаточно адекватны также и с точки зрения воспроизведения наблюдаемых значений АОТ (аэрозольная оптическая толщина) при ясном небе, хотя в регионах Бразилии и Центральной Канады рассчитанные АОТ оказались заниженными. Вычисленные значения АОТ отличаются не более, чем вдвое от восстановленных по данным спутниковых наблюдений, будучи завышенными вблизи восточных побережий США и Китая, но заниженными у побережья Западной Африки и над Аравийским морем. Рассчитанные величины альбедо для однократного рассеяния варьирующих в переделах 0,80 – 0,99, в целом, согласуются с данными наземных наблюдений. Модель MIRAGE достоверно воспроизводит увеличенные экспоненты Ангстремы вблизи регионов выбросов субмикронных частиц и газов-предшественников аэрозоля, но уменьшение экспоненты – там, где происходят выбросы больших частиц аэрозоля. Согласуется с предвычисленной наблюдаемая чувствительность АРВВ к АОТ. По данным модели MIRAGE, прямое аэрозольное радиационное возмущающее воздействие (АРВВ) изменяется над большей частью Северной Атлантики от -1 до -3 ВТ/м2, будучи наиболее значительным вблизи восточного побережья США и западного побережья Африки [5].