Атмосфера, ее строение. Функции атмосферы. Особенности слоев атмосферы – тропосферы, стратосферы, мезосферы, ионосферы, экзосферы.

Атмосфера массой 5300 трлн. тонн - это газовая оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Она состоит из нескольких сфер, имеющих разную плотность и температуру воздуха; между сферами существуют переходные слои - так называемые «паузы».

Воздух состоит из механической смеси не взаимодействующих между собой газов: азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и остальных газов (водород, неон, гелий и др.), включая водяной пар.

Азот, углекислый газ, водяной пар появились в атмосфере в результате вулканической деятельности, выносившей их из глубин Земли. Атмосферный кислород появился в результате фотосинтеза.

Непрерывно происходящие в атмосфере турбулентные течения перемешивают воздух в разных районах земного шара и обеспечивают практически полное постоянство его состава.

Атмосфера выполняет роль защиты всего живого на планете от потока солнечных и космических излучений в широком диапазоне волн и энергий, а также от падающих метеоритов. Без атмосферы поверхность Земли нагревалась бы днем до 100 ⁰С, а ночью охлаждалась бы до -100 ⁰С.

Воздух используется живыми организмами как природный ресурс для поддержания процесса дыхания; в промышленности он нужен в качестве сырья для получения кислорода, азота, аргона, криптона, ксенона и неона. В технике воздух применяется в качестве рабочего тела (пневматическое оборудование).

Потребность человека в воздухе: в состоянии покоя - 5...10 л/мин, при усилиях - около 30 л/мин, при больших усилиях - до 100 л/мин; в среднем за сутки - около 15 кг.

Функции атмосферы:

· Регулирование климата Земли.

· Поглощение солнечной радиации.

· Пропускает тепловое излучение Солнца.

· Сохраняет тепло.

· Является средой распространения звука.

· Источник кислородного дыхания.

· Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков.

· Формирующий фактор литосферы (выветривание).

Атмосфера делится на:

· Тропосфера — граница до 10 – 12 км.

· Стратосфера — граница до 55 км от тропосферы.

· Мезосфера — граница до 85 – 90 км от стратосферы.

· Термосфера — граница до 150 км от мезосферы.

· Экзосфера — граница до 800 – 2 000 км от термосферы

Рис.13. Структура атмосферы. Изменение давления и температуры по высоте

 

Особенности слоев атмосферы

Тропосфера – слой высотой от 7...10 км на полюсах до 16...18 км над экватором; здесь сосредоточено более 80% массы воздуха. В тропосфере наблюдаются мощные вертикальные потоки воздуха. Здесь развиваются физические процессы, определяющие изменение погоды и оказывающие глубокое влияние на климатические условия различных районов нашей планеты.

Стратосфера – слой высотой 20...60 км. Масса стратосферы составляет почти 20% от массы атмосферы; здесь на высоте 20...25 км расположен слой озона (озоновый экран), поглощающий ультрафиолетовое излучение Солнца и вырабатывающий кислород.

Мезосфера – слой высотой 60...80 км.

Термосфера - слой высотой 80...100 км.

Экзосфера распространяется до высоты 1600 км; здесь газы сильно разрежены и рассеиваются в космическое пространство.

До высоты 400...600 км в атмосфере сохраняется кислородно-азотный состав, на высоте более 600 км начинает преобладать гелий.

На расстояние 2000...20000 км простирается водородная корона Земли – оболочка из заряженных частиц.

Загрязнение атмосферы, примеси естественного и искусственного происхождения. Образование твердых, жидких и газообразных загрязнений.

В результате выбросов загрязняющих веществ из различных источников развивается загрязнение атмосферы. Загрязнением атмосферы является присутствие в ней газов, паров, твердых частиц и жидких веществ, изменяющих ее физико-химический состав и свойства, угнетающе действующих на живые организмы.

Загрязнение атмосферы вызывают естественные или искусственные (антропогенные) источники, которые могут выбрасывать твердые, жидкие, газообразные и смешанные загрязняющие вещества (рис. 14).

Загрязняющие вещества могут оказывать вредное воздействие непосредственно, после химических превращений в атмосфере, либо совместно с другими веществами.

Рис. 14. Классификация загрязнений атмосферы

К искусственным загрязнениям, являющимся следствием деятельности человека, относят промышленные, транспортные и бытовые выбросы в атмосферу в виде газов, туманов, пыли, сажи.

Загрязнение атмосферы - наиболее опасная форма загрязнения окружающей среды, т.к. дыхание - основа жизни любого организма. Установлено соответствие между степенью загрязненности воздуха и количеством людей с болезнями легких, онкологических больных и т.д.

Наиболее массово в атмосферу поступают следующие выбросы:

ü зола и пыль,

ü окись цинка,

ü силикат,

ü хлорид свинца,

ü сернистый и серный ангидрид,

ü органические смолы,

ü оксид и диоксид азота,

ü аммиак,

ü озон,

ü оксид и диоксид углерода,

ü фтористый водород,

ü радиоактивные газы и аэрозоли.

Выбросы могут осуществляться:

а) периодически или непрерывно;

б) с очисткой или без очистки;

в) организованно (через трубы, газоходы) или неорганизованно (в результате нарушения технологии, аварий и т.п.).

Кроме того, выбросы подразделяются на нагретые и холодные.

Образование твердых, жидких и газообразных загрязнений

Твердые взвешенные загрязнения атмосферы могут быть двух видов:

1) пыль, содержащая токсичные компоненты, например, тяжелые металлы и другие биологически активные токсичные вещества (мышьяк, бериллий, фтор, германий, марганец, свинец, ртуть, висмут, цианиды, радиоактивные вещества и т.д.);

2) пыль, не содержащая биологически активных токсичных компонентов (графит, тальк, слюда, каменноугольная пыль, огнеупорная глина, каолин, хлопок, лен, шерсть, волокна базальта и т.п.).

Промышленная пыль образуется в результате:

а) механической обработки различных материалов (дробление, размол, взрывание, заполнение, разравнивание);

б) тепловых процессов (сжигание, прокаливание, сушка, плавление);

в) транспортировки сыпучих материалов.

Жидкие загрязняющие вещества образуются:

а) при конденсации паров;

б) при распылении и разливе жидкостей;

в) в результате химических реакций.

Газообразные загрязнители формируются в результате химических реакций:

а) реакций окисления при обжиге руд и нерудного минерального сырья, например, в про-

изводстве цемента, при сжигании топлива;

б) реакций восстановления при производстве кокса, соляной кислоты, аммиака;

в) реакций разложения в производстве фосфорных удобрений и т.д.

Мощным источником газообразных соединений являются электрохимические процессы (производство алюминия), выпаривание, дистилляция.

Глобальные выбросы аэрозольных частиц размером до 5 мкм из природных и антропогенных источников выражаются следующими величинами (табл. 9 и 10):

 

Таблица 9

Количество выбросов пылевых частиц от естественных источников

Вид частиц	Кол-во, млн. т/год
Морская соль из морских брызг Сульфаты от разложения биомассы Пыль от пылевых бурь Испаряющиеся углеводороды Аэрозоль и пыль от извержения вулканов Аэрозоль и пыль от лесных пожаров	25…150

Таблица 10

Выбросы пылевых частиц от антропогенных источников

Вид частиц	Кол-во, млн. т/год
Газы от сжигания ископаемого топлива, постепенно трансформирующиеся в атмосфере в частицы Аэрозоль и пыль от пылевых бурь, вызванных воздействием человека Пыль цементного производства	0,8

 

При оценке загрязнения атмосферы важно знать период времени, в течение которого загрязняющие вещества сохраняются в ней. Установлено среднее время пребывания в атмосфере большинства загрязняющих веществ, например:

СО₂ (углекислый газ) - 5...10 лет,

СН₄ (метан) - 4...7 лет,

N₂О (закись азота) - 2,5...4 года,

СО (оксид углерода) - 0,2...0,5 года,

NО₂ (двуокись азота) - 8...11 суток,

NО (окись азота) - 9 суток,

NН₃ (аммиак) - 5...6 суток,

органический углерод - 2 суток.