ПЛАН
1. АТМОСФЕРА, ЯК ЧАСТИНА ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА
2. ПРИРОДНІ Й ШТУЧНІ ДЖЕРЕЛА ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ
3. НАСЛІДКИ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ
4. ЗАХОДИ ЩОДО ОХОРОНИ АТМОСФЕРИ ВІД ЗАБРУДНЕННЯ
АТМОСФЕРА, ЯК ЧАСТИНА ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА
Атмосфера (від греч. atmoc - пара й сфера - куля) - газова (повітряна) оболонка Землі, що обертається разом з нею. Життя на Землі можлива, поки існує атмосфера. Всі живі організми використовують повітря атмосфери для подиху, атмосфера захищає від шкідливого впливу космічних променів і згубної для живих організмів температури, холодного «подиху» космосу.
Атмосферне повітря - це суміш газів, з яких складається атмосфера Землі. Повітря не має заходу, прозорий, його щільність 1,2928 г/л, розчинність у воді 29,18 см~/л, у рідкому стані здобуває блакитнувате фарбування. Життя людей неможливе без повітря, без води і їжі, але якщо без їжі людин може прожити кілька тижнів, без води - кілька днів, то смерть від ядухи наступає через 4 - 5 хв.
Основними складовими частинами атмосфери є: азот, кисень, аргон і вуглекислий газ. Крім аргону в малих концентраціях утримуються інші інертні гази. В атмосферному повітрі завжди присутні пари води (приблизно 3 - 4%) і тверді частки - пил.
Атмосфера Землі підрозділяється на нижню (до 100 км) - гомосферу з однорідною сполукою приземного повітря й верхню гетеросферу з неоднорідним хімічним складом. Одним з важливих властивостей атмосфери є наявність кисню. У первинній атмосфері Землі кисень був відсутній. Поява й нагромадження його пов'язане з поширенням зелених рослин і процесом фотосинтезу. У результаті хімічної взаємодії речовин з киснем живі організми одержують енергію, необхідну для їхньої життєдіяльності.
Через атмосферу здійснюється обмін речовин між Землею й Космосом, при цьому Земля одержує космічний пил і метеорити й втрачає найлегші гази - водень і гелій. Атмосфера пронизана потужною сонячною радіацією, що визначає тепловий режим поверхні планети, викликає дисоціацію молекул атмосферних газів і іонізацію атомів. Велика розріджена верхня частина атмосфери складається переважно з іонів.
Фізичні властивості й стан атмосфери міняються в часі: протягом доби, сезонів, років - і в просторі залежно від висоти над рівнем моря, широти місцевості, далекості від океану.
Атмосфера, загальна маса якої становить 5,15 10» т, простирається нагору від поверхні Землі приблизно до 3 тис. км. З висотою міняються хімічний склад і фізичні властивості атмосфери, тому неї підрозділяють на тропосферу, стратосферу, мезосферу, іоносферу (термосферу) і екзосферу.
Основна маса повітря в атмосфері (до 80%) перебуває в нижньому, приземному шарі - тропосфері. Товщина тропосфери в середньому 11 - 12 км: 8 - 10 км - над полюсами, 16 - 18 км - над екватором. При видаленні від поверхні Землі в тропосфері відбувається зниження температури на 6'З на 1 км (мал. 8). На висоті 18 - 20 км плавне зменшення температури припиняється, вона залишається майже постійної: - 60...- 70'С. Ця ділянка атмосфери називається тропопаузою. Наступний шар - стратосфера - займає висоту 20 - 50 км від земної поверхні. У ній зосереджена інша (20%) частина повітря. Тут температура підвищується при видаленні від поверхні Землі на 1 - 2'З на 1 км і в стратопаузі на висоті 50 - 55 км доходить до 0'С. Далі на висоті 55- 80 км розташована мезосфера. При видаленні від Землі температура знижується на 2 - 3'З на 1 км, і на висоті 80 км, у мезопаузі, вона досягає - 75...- 90'С. Термосфера й екзосфера, що займають висоти відповідно 80 - 1000 і 1000 - 2000 км, являють собою найбільш розріджені частини атмосфери. Тут зустрічаються лише окремі молекули, атоми й іони газів, щільність яких у мільйони разів менше, ніж у поверхні Землі. Сліди газів виявлені до висоти 10 - 20 тис. км.
Товщина повітряної оболонки порівняно невелика при зіставленні з космічними відстанями: вона становить одного четверту радіуса Землі й одну домський частину відстані від Землі до Сонця. Щільність атмосфери на рівні моря дорівнює 0,001 г/см~, тобто в тисячу разів менше щільності води.
Між атмосферою, земною поверхнею й іншими сферами Землі відбувається постійний обмін теплом, вологою й газами, що разом із циркуляцією повітряних мас в атмосфері впливає на основні клІматообразуючі процеси. Атмосфера захищає живі організми від потужного потоку космічного випромінювання. Щомиті на верхні шари атмосфери обрушується потік космічних променів: гама, рентгенівські, ультрафіолетові, видимі, інфрачервоні. Якби всі вони досягали земної поверхні, то протягом декількох митей знищили б все живе.
Найважливіше захисне значення має озоновий екран. Він розташований у стратосфері на висоті від 20 до 50 км від поверхні Землі. Загальна кількість озону (Оз) в атмосфері оцінюється в 3,3 млрд. т. Потужність цього шару порівняно невелика: сумарно вона становить 2 мм на екваторі й 4 мм у полюсів при нормальних умовах. Максимальна концентрація озону - 8 частин на мільйон частин повітря - перебуває на висоті 20 - 25 км.
Основне значення озонового екрана полягає в тому, що він захищає живі організми від твердого ультрафіолетового випромінювання. Частина його енергії витрачається на реакцію: SО2 <> S0з. Озоновий екран поглинає ультрафіолетові промені з довжиною хвилі близько 290 нм і менш, тому до земної поверхні доходять ультрафіолетові промені, корисні для вищих тварин і людини й згубні для мікроорганізмів. Руйнування озонового шару, замічене на початку 1980-х рр., пояснюють застосуванням фреонів у холодильних установках і викидом в атмосферу аерозолів, застосовуваних у побуті. Викиди фреонів у світі тоді досягали 1,4 млн. т у рік, а внесок окремих країн у забруднення атмосфери фреонами становив: 35% - США, по 10% - Японія й Росія, 40% - країни ЄЕС, 5% - інші країни. Погоджені міри дозволили скоротити надходження фреонів в атмосферу. Руйнівний вплив на озоновий шар роблять польоти надзвукових літаків і космічних апаратів.
Атмосфера захищає Землю від численних метеоритів. Щомиті в атмосферу попадає до 200 млн. метеоритів, доступних для спостереження неозброєним оком, але вони згоряють в атмосфері. Сповільнюють свій рух в атмосфері дрібні частки космічного пилу. Щодоби на Землю опускається близько 10" дрібних метеоритів. Це приводить до збільшення маси Землі на 1 тис. т. у рік. Атмосфера є теплоізоляційним фільтром. Без атмосфери перепад температур на Землі в добу досягав би 200'З (від 100'Із днем до - 100'З ніччю).
Найбільше значення для всіх живих організмів має відносно постійна сполука атмосферного повітря в тропосфері. Баланс газів в атмосфері підтримується за рахунок постійно, що йдуть процесів, використання їхніми живими організмами й надходження газів в атмосферу. Азот виділяється при потужних геологічних процесах (виверженнях вулканів, землетрусах), при розкладанні органічних сполук. Вилучення азоту з повітря відбувається за рахунок діяльності клубенькових бактерій.
Однак в останні роки відбувається зміна балансу азоту в атмосфері за рахунок господарської діяльності людей. Помітно збільшилося зв'язування азоту при виробництві азотних добрив. Припускають, що об'єм промислової фіксації азоту найближчим часом значно зросте й перевищить його надходження в атмосферу. Згідно із прогнозами виробництво азотних добрив подвоюється кожні 6 років. Эго забезпечує зростаючі потреби сільського господарства в азотних добривах. Однак невирішеним залишається питання компенсації вилучення азоту з атмосферного повітря. У той же час через величезну загальну кількість азоту в атмосфері ця проблема не настільки серйозна, як баланс кисню й диоксида вуглецю.
Близько 3,5 - 4 млрд. років тому зміст кисню в атмосфері було в 1000 разів менше, ніж зараз, тому що не було основних продуцентів кисню - зелених рослин. Сучасне співвідношення кисню й диоксида вуглецю підтримується життєдіяльністю живих організмів. У результаті фотосинтезу зелені рослини споживають диоксид вуглецю й виділяють киснуло- рід. Він використовується для подиху всіма живими організмами. Природні процеси споживання З3 і ОБ2 і їхнє надходження в атмосферу добре збалансовані.
З розвитком промисловості й транспорту кисень використовується на процеси горіння все в зростаючих розмірах. Наприклад, за один трансатлантичний рейс реактивний літак спалює 35 т кисню. Легковий автомобіль за 1,5 тис. км пробігу витрачає добову норму кисню однієї людини (у середньому людина споживає в добу 500 л кисню, пропускаючи через легені 12 т повітря). По підрахунках фахівців, на згоряння різноманітних видів палива зараз потрібно від 10 до 25% кисню, виробленого зеленими рослинами. Зменшується надходження кисню в атмосферу через скорочення площ лісів, саван, степів і збільшення пустельних територій, росту міст, транспортних магістралей. Скорочується число продуцентів кисню серед водяних рослин через забруднення рік, озер, морів і океанів. Думають, що в найближчі 150 - 180 років кількість кисню в атмосфері скоротиться на третину в порівнянні із сучасним його змістом.
Використання запасів кисню збільшується одночасно з еквівалентним ростом виділення диоксида вуглецю в атмосферу. По даним ООН, за останні 100 років кількість СО~ в атмосфері Землі збільшилося на 10 - 15%. Якщо намічена тенденція збережеться, то в третім тисячоріччі кількість СО~ в атмосфері може зрости на 25%, тобто з 0,0324 до 0,04% об'єму сухого атмосферного повітря. Деяке збільшення диоксида вуглецю в атмосфері позначається позитивно на продуктивності сільськогосподарських рослин. Так, при насиченні повітря теплиць вуглекислим газом урожайність овочів підвищується за рахунок інтенсифікації процесу фотосинтезу. Однак зі збільшенням COz в атмосфері виникають складні глобальні проблеми, які будуть розглянуті нижче.
Атмосфера є одним з основних метеорологічних і кліматообразуючих факторів. Кліматообразуюча система містить у собі атмосферу, океан, поверхню суши, кріосферу й біосферу. Рухливість і інерційні характеристики тридцятилітніх різні, вони мають різний час реакції на зовнішні збурювання в суміжних системах. Так, для атмосфери й поверхні суши час відповідної реакції становить кілька тижнів або місяців. З атмосферою зв'язані циркуляційні процеси переносу вологи й тепла, циклонічна діяльність.