Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы

Человек всегда использовал окружающую среду в основ-ном как источник ресурсов, однако в течение очень дли-тельного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце дошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятель-ности обратили на себя внимание ученых. В первой полови-не нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек по-стоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилиза-ции. Это создает угрозу и существованию биосферы, и само-го человека. Изучив эту главу, вы узнаете:

- о современном состоянии природной среды;

- об основных источниках загрязнений биосферы;

- о путях охраны окружающей среды от загрязнений.

1. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы.

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

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

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

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

Современная .атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные .запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органи-ческих веществах и окислах железа, часть кислорода рас-творена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось при-близительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организ-мами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представ-ляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с дея-тельностью человека.

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

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

Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования по-казывают, что с начала века среднее содержание углекис-лого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно уве-личивается. Ученые связывают этот процесс главным обра-зом с деятельностью человека.

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

Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электри-ческих разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологичес-кой фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей (к счастью, весьма многочислен-ных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложе-нию органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.

Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит бы-стрее.

Другие составные части воздуха не участвуют в биохи-мических циклах, но наличие большого количества загряз-нителей в атмосфере может привести к серьезным наруше-ниям этих циклов.

2. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ.

Загрязнение атмосферы. Различные негативные изме-нения атмосферы Земли связаны главным образом с изме-нением концентрации второстепенных компонентов атмо-сферного воздуха.

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

К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферы относятся предприятия топливно-энергетичес-кого комплекса, транспорт, различные машиностроитель-ные предприятия .

По данным ученых (1990 е.), ежегодно в мире в резуль-тате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд т оксидов углерода, 190 млн т оксидов серы, 65 млн т оксидов азота, 1,4 млн т хлорфторуглеродов (фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные (вызывающие заболевание раком).

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

Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказыва-ется на состоянии природных экосистем, особенно на зеле-ном покрове нашей планеты. Одним из самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса их самочув-ствие.

Кислотные дожди, вызываемые главным образом диок-сидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лес-ным биоценозам. Установлено, что хвойные породы страда-ют от кислотных дождей в большей степени, чем широколиственные.

Только на территории нашей страны общая площадь лесов, пораженных промышленными выбросами, достиг-ла 1 млн га. Значительным фактором деградации лесов в последние годы является загрязнение окружающей среды радионуклидами. Так, в результате аварии на Чернобыльской АЭС поражено 2,1 млн га лесных мас-сивов .

Особенно сильно страдают зеленые насаждения в про-мышленных городах, атмосфера которых содержит боль-шое количество загрязняющих веществ.

Воздушная экологическая проблема истощения озоново-го слоя, в том числе появление озоновых дыр над Антарк-тидой и Арктикой, связана с чрезмерным применением фреонов в производстве и быту.

Хозяйственная деятельность человека, приобретая все более глобальный характер, начинает оказывать весьма ощу-тимое влияние на процессы, происходящие в биосфере. Вы уже узнали о некоторых результатах деятельности человека и их влиянии на биосферу. К счастью, до определенного уровня биосфера способна к саморегуляции, что позволяет свести к минимуму негативные последствия деятельности человека. Но существует предел, когда биосфера уже не в состоянии поддер-живать равновесие. Начинаются необратимые процессы, при-водящие к экологическим катастрофам. С ними человечество уже столкнулось в ряде регионов планеты.

Человечество существенно изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимического круговорота и миграции ряда элементов. В настоящее время, хотя и медленно, происходит качественная и коли-чественная перестройка всей биосферы планеты. Уже воз-ник ряд сложнейших экологических проблем биосферы, которые необходимо разрешить в ближайшее время.

2.1 Парниковый эффект.

В результате сжигания различного топлива в атмосферу ежегодно выбрасывается около 20 млрд т углекислого газа и поглощается соответствующее количество кислорода. Природный запас СО2 в атмосфере составляет величину порядка 50 000 млрд т. Эта величина колеблется и зависит, в частности, от вулканической активности. Однако антропогенные выбросы углекислого газа превышают естествен-ные и составляют в настоящее время большую долю его общего количества. Увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, сопровождающееся ростом количества аэрозоля (мелких частиц пыли, сажи, взвесей растворов некоторых химических соединений), может привести к за-метным изменениям климата и соответственно к наруше-нию складывавшихся в течение миллионов лет равновес-ных связей в биосфере.

Итогом нарушения прозрачности атмосферы, а следова-тельно, и теплового баланса может явиться возникновение «парникового эффекта», то есть увеличения сред-ней температуры атмосферы на несколько градусов. Это способно вызвать таяние ледников полярных областей, по-вышение уровня Мирового океана, изменение его соленос-ти, температуры, глобальные нарушения климата, затопле-ние прибрежных низменностей и многие другие неблаго-приятные последствия.

Выброс в атмосферу промышленных газов, включаю-щих такие соединения, как окись углерода СО (угарный газ), окислы азота, серы, аммиака и других загрязнителей, приводит к угнетению жизнедеятельности растений и животных, нарушениям обменных процессов, к отравлению и гибели живых организмов. По новейшим данным ученых, за 80-е гг. средняя температура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX в. на 0,5-0,6 "С. По прогнозам, к началу 2000 г. средняя температура на планете может повыситься на 1,2 "С по сравнению с доиндустриальной эпохой. Ученые связывают такое повышение температу-ры в первую очередь с увеличением содержания углекислого газа (диоксида углерода) и аэрозолей в атмосфере. Это приво-дит к чрезмерному поглощению воздухом теплового излуче-ния Земли. Очевидно, определенную роль в создании так называемого «парникового эффекта» играет и тепло, выде-ляющееся от ТЭЦ и АЭС.

Потепление климата может привести .к интенсивному таянию ледников и повышению уровня Мирового океана. Изменения, которые могут произойти вследствие этого, просто трудно предсказать.

Решить данную проблему было бы можно, сократив вы-бросы углекислого газа в атмосферу и установив равновесие в цикле круговорота углерода.

2.2 Истощение азонового слоя.

Истощение озонового слоя. В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ульт-рафиолетового излучения. Особенно быстро этот процесс происходит над полюсами планеты, где появились так на-зываемые озоновые дыры. Опасность заключается в том, что ультрафиолетовое излучение губительно для живых ор-ганизмов.

Основной причиной истощения озонового слоя является применение людьми хлорфторуглеводородов (фреонов), ши-роко используемых в производстве и быту в качестве хла дореагентов, пенообразователей, растворителей. аэрозолей. Фреоны интенсивно разрушают озон. Сами же они разрушаются очень медленно, в течение 50-200 лет. В 1990 г. в мире производилось более 1300 тыс. т озоноразрушающих веществ.

Под действием ультрафиолетового излучения молеку-лы кислорода (О2) распадаются на свободные атомы, ко-торые в свою очередь могут присоединяться к другим мо-лекулам кислорода с образованием озона (О3). Свободные атомы кислорода могут также реагировать с молекулами озона, образуя две молекулы кислорода. Таким образом, между кислородом и озоном устанавливается и поддержи-вается равновесие.

Однако загрязнители типа фреонов катализируют (ускоряют) процесс разложения озона, нарушая равнове-сие между ним и кислородом в сторону уменьшения кон-центрации озона.

Учитывая опасность, нависшую над планетой, междуна-родное сообщество сделало первый шаг к решению этой проблемы. Подписано международное соглашение, по кото-рому производство фреонов в мире к 1999 г. должно сокра-титься примерно на 50% .

Заключение.

Из-за увеличения масштабов антропогенного воздействия (хозяйственной деятельности человека), особенно в последнее столетие, нарушается равновесие в биосфере, что может при-вести к необратимым процессам и поставить вопрос о возмож-ности жизни на планете. Это связано с развитием промышленности, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности человека без учета возможностей биосферы Земли. Уже сейчас перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, требующие незамедли-тельного решения.

Используемая литература.

Е. А. Криксунов, В.В. Пасечник, А.П. Сидорин «Экология»

Издательский дом «Дрофа» 1995

Н.А. Агаджанян, В.И. Торшин «Экология человека» ММП «Экоцентр», КРУК 1994