Разрушители атмосферы:парниковый эффект, смог, кислотные дожди

Фурье постулировал, что оптические свойства атмосферы  Земли аналогичны оптическим свойствам  стекла, то есть её прозрачность в инфракрасном диапазоне ниже, чем прозрачность в диапазоне оптическом, однако количественные данные по поглощению атмосферы в инфракрасном диапазоне долгое время являлись предметом дискуссий.

В 1896 году Сванте Аррениус, шведский физико-химик, для количественного определения поглощении атмосферой Земли теплового излучения проанализировал данные Сэмюэла Лэнгли о болометрической светимости Луны в инфракрасном диапазоне. Аррениус сравнил данные, полученные Лэнгли при разных высотах Луны над горизонтом (т.е. при различных величинах пути излучения Луны через атмосферу), с расчетным спектром ее теплового излучения и рассчитал как коэффициенты поглощения инфракрасного излучения водяным паром и углекислым газом в атмосфере, так и изменения температуры Земли при вариациях концентрации углекислого газа. Аррениус также выдвинул гипотезу, что снижение концентрации в атмосфере углекислого газа может являться одной из причин возникновения ледниковых периодов.

Парниковый эффект и климат Земли

По степени влияния  на климат парникового эффекта Земля  занимает промежуточное положение  между Венерой и Марсом: у Венеры повышение температуры приповерхностной атмосферы в ~13 раз выше, чем у  Земли, в случае Марса в ~5 раз ниже, эти различия являются следствием различных  плотностей и составов атмосфер этих планет.

При неизменности солнечной  постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые  приповерхностные температуры и  климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса  выполняются условия равенства  величин поглощения коротковолновой  радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля-атмосфера. В свою очередь, доля поглощенной  коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и  атмосфера) альбедо Земли, на величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает  парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры  земной атмосферы.

Основными парниковыми  газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон.

Водяной пар — основной парниковый газ, ответственный более, чем за 60% естественного парникового эффекта. Антропогенное увеличение его концентрации в атмосфере пока не отмечалось. Однако увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, усиливает испарение воды океана, что, может привести к росту концентрации водяного пара в атмосфере и – к  усилению парникового эффекта. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, что уменьшает поступление энергии на Землю и, соответственно,снижает парниковый эффект.

Углекислый газ – наиболее известный из парниковых газов. Естественными источниками СО2 являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов. Антропогенными источниками являются сжигание органического топлива (включая лесные пожары), а также целый ряд промышленных процессов (например, производство цемента, стекла). Углекислый газ, по мнению большинства исследователей, несет основную ответственность за глобальное потепление, вызванное «парниковым эффектом». Концентрация CO2 за два века индустриализации выросла более, чем на 30% и коррелируется с изменением среднемировой температуры.

Метан - второй по значимости парниковый газ. Выделяется из-за утечки на  разработке месторождений каменного угля и природного газа, из трубопроводов, при горении биомассы, на свалках (как составная часть биогаза), а также в сельском хозяйстве (скотоводство, рисоводство) и т.п. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год Количество метана в атмосфере невелико, но его парниковый эффект или потенциал глобального потепления (ПГП) в 21 раз сильнее, чем у СO2.

Закись азота  –третий по значимости парниковый газ: его воздействие в 310 раз сильнее, чем у СO2,, но содержится в атмосфере он в очень небольших количествах. В атмосферу попадает в результате жизнедеятельности  растений и животных, а также  при производстве и применении минеральных удобрений, работе предприятий  химической промышленности.

Галоуглероды (гидрофторуглероды и перфторуглероды) - газы, созданные для замены озоноразрушающих веществ. Используются в основном в холодильном оборудовании. Имеют исключительно высокие коэффициенты влияния на парниковый эффект: в 140-11700 раз выше, чем у СО2.Их эмиссии (выделение в окружающую среду) невелики, но быстро возрастают.

Гексафторид серы –его  поступление в атмосферу связано с электроникой и производством изоляционных материалов. Пока оно невелико, но объем постоянно возрастает. Потенциал глобального потепления равен 23900 ед.

Глобальное потепление - это постепенное увеличение средней температуры на нашей планете, вызванное повышением концентрации парниковых газов в атмосфере Земли.

По данным прямых климатических наблюдений (изменение  температур в течение последних  двухсот лет) средние температуры  на Земле повысились, и хотя причины  такого повышения все ещё являются предметом дискуссий, но одной из наиболее широко обсуждаемых и является антропогенный парниковый эффект. Антропогенное увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере нарушает естественный  тепловой баланс планеты, усиливает парникового эффекта, и как следствие, Изменение среднегодовой температуры воздуха                           вызывает глобальное потепление.  северного полушария за последние 1000 лет(отклонение от средних 1961-1990гг).

Это процесс медленный  и постепенный. Так, за последние 100 лет средняя температура Земли  увеличилась всего на 1оС. Казалось бы, немного. Что же тогда вызывает тревогу мировой общественности и заставляет правительства многих стран принимать меры для уменьшения выбросов парниковых газов?

Во-первых, этого  оказалось достаточно, чтобы вызвать  таяние полярных льдов и повышение  уровня мирового океана со всеми вытекающими  последствиями.

А во-вторых, некоторые  процессы легче запустить, чем остановить. Например, в результате таяния вечномерзлых пород субарктики в атмосферу  попадает огромные количества метана, что еще больше усиливает парниковый эффект. А опреснение океана из-за таяния льдов  вызовет изменение теплого  течения Гольфстрим, что скажется на климате Европы. Таким образом, глобальное потепление спровоцирует изменения, которые, в свою очередь, ускорят  изменение климата. Мы запустили  цепную реакцию…

 

Смог

СМОГ- это смесь  оксида азота и летучих органических соединений, загрязняющих воздух, которым  мы дышим. А в сочетании с солнечным  светом, эта смесь участвует в  формировании озонового слоя. Как  писалось ранее, озон может быть, как  полезным, так и вредным. В зависимости  от высоты, на которой он образуется.

Термин «СМОГ» впервые  появился в Лондоне в начале 1900 г., использовался для описания комбинации из дыма и тумана, что часто застилал город. Согласно нескольким источником, данный термин ввел в обращение доктор Генри Антуан де Вукс в своей статье «Туман и дым», которую он представил на заседании посвященному общественному здравоохранению в июле 1905 года.

То, что описывал доктор, это была смесь дыма и  диоксида серы, появляющегося в результате сжигания большого количества угля, используемого  для обогрева домов.

В наше время, СМОГ- это комбинация из оксида азота и  других загрязнителей.

Источников для  формирования СМОГа большое количество. К ним относятся, выхлопные газы автомобилей, отработанные газы электростанций и заводов, бытовые товары (лак для волос, краска, химические растворители). В больших городах главной причиной СМОГа,  являются выхлопные газы автомобилей.

Усугубить СМОГ могут  и погодные условия, такие как  высокие температуры воздуха  и безветрие. В солнечные дни  СМОГ становится гуще, опускается ниже к земле и может держаться  несколько дней. Поэтому в летние дни, люди стараются покинуть большие  города. Бывают, случаи, когда СМОГ появляется далеко от очага загрязнения, все  дело в том, что ветер может  переносить загрязненный воздух на большие  расстояния.

СМОГ существует во всех крупных городах мира, от Мехико до Пекина. В США смог встречается  на большей части Калифорнии, от Сан-Франциско до Сан-Диего, в Вашингтоне, штате Колумбия на юге штата Мэн. В России- на территории городов Москва, Екатеринбург и Норильск.

СМОГ состоит  из большого количества загрязнителей, вредных для здоровья человека. Он опасен для животных и растений. У людей СМОГ может вызвать (или  усугубить) астму, хронические бронхиты, эмфизему легких, а также раздражение  глаз и снижение иммунитета.

СМОГ может нанести  материальный вред, если по его причине  погибнут посевы культурных растений.

Кто подвергается большему риску?

- каждый, кто предпочитает  занятие спортом на улице, подвергается  риску, особенно в больших городах.  Занимаясь спортом, человек дышит  чаще и глубже, что позволяет  загрязненному воздуху попасть  глубоко в легкие;

- дети, играющие  на улице. Особенно это опасно  в летние каникулы, когда СМОГ  очень густой. У ребенка могут  появиться респираторные заболевания;

- люди с заболеваниями  дыхательных путей. Загрязненный  воздух осложняет имеющиеся болезни;

- чувствительные  к озону и загрязнениям люди;

- пожилые люди  с ослабленной иммунной системой.

Природные случаи

Смог также образуется при извержениях вулканов, когда  в воздухе достигается высокая  концентрация сернистого газа. Такой  вулканический смог называется англ. vog.

Горящие леса в Индонезии  создают дымку, похожую на смог, распространяющуюся на территорию Малайзии, Филиппин, Сингапура  и Таиланда

Как распознать СМОГ?

Смог является видимой  формой загрязнения, и если в вашем  городе появится СМОГ, вы его увидите. Выглядит он как плотная дымка. Его  легко обнаружить, если в солнечный  день посмотреть в сторону горизонта.

Кроме того, большинство  городов измеряют концентрацию загрязняющих веществ в воздухе, и предоставляют публичные отчеты.

Качество воздуха  измеряется с помощью общенациональной системы мониторинга, с использованием показателя ИКВ, который варьируется  от 0 до 500 единиц. Чем выше показатель ИКВ, тем хуже обстановка в данном месте.

Смог является большой  проблемой во многих мегаполисах  мира. Он особенно опасен для детей, пожилых людей и людей с  пороками сердца и лёгких, больных  бронхитом, астмой, эмфиземой. Смог может  стать причиной одышки, затруднения  и остановки дыхания, бессонницы, головных болей, кашля. Также он вызывает воспаление слизистых оболочек глаз, носа и гортани, снижение иммунитета. Во время смога часто повышается количество госпитализаций, рецидивов  и смертей от респираторных и  сердечных заболеваний.

 

Заключение

Нам уже известно, что дальнейшее закисление окружаю¬щей среды зависит от того, как будет обстоять дело с антропогенными выбросами оксидов серы и азота в атмосферу. Ра¬зумеется, предсказать это очень сложно. Однако мы можем сделать определенное заключение на основе анализа интен¬сивности выбросов в прошлом. Оцененный таким способом выброс двуокиси серы в будущем тысячелетии значи-тельно больше нынешнего уровня. Согласно этому ожидается рост закисления окружающей среды, а причиняемый кислот¬ными осадками ущерб станет катастрофическим. Это вызывает боль¬шое беспокойство, если принять во внимание, что и насто¬ящие уровни выброса уже приводят к ужасающим по¬следствиям.

Неблагоприятно  положение и с выбросами оксидов  азота, поскольку антропогенные  выбросы соединений азота по срав¬нению с соединениями серы увеличиваются еще более высо¬кими темпами.

В определенных странах  увеличение эмиссии двуокиси серы, кажется, удалось остановить. Что  касается оксидов азота, то и в  Европе и во всем мире продолжают увеличиваться  выбросы NOx, особен¬но в связи с возрастающим числом автомобилей.

В некоторых странах  проблема эмиссии оксидов серы и  азота является в какой-то мере политической, так как в ре¬зультате их распространения загрязняющие вещества попа¬дают за пределы государственной границы, и одно государст¬во может обвинить другое в ущербе, причиненном кислотны¬ми осадками, соответственно потребовав его возмещения. Ка¬нада, например, действует таким образом по отношению к США, а Швеция — по отношению к промышленно развитым государствам Европы. Специалисты Европы и Северной Аме¬рики серьезно обеспокоены дальнейшими последствиями вы¬падения кислотных осадков. Многочисленные международные организации по охране окружающей среды занимаются проблемами крупномасштабного распространения веществ, загрязняющих воздух.

Меж¬дународный исследовательский институт прикладного систем¬ного анализа (IIASA) проводит изучение моделей с целью ус¬тановления возможной кислотности почв, вод и т.п. через де¬сятки лет. Результаты говорят о том, что почвы и леса в Европе могут быть спасены от дальнейшего закисления только путем значительного сокращения выбросов.

Эти выбросы должно само¬стоятельно регулировать каждое государство. Для уменьшения эмиссии загрязняю¬щих веществ в атмосферу существует ряд способов:

сильное сокращение использования энергии;

ввод новых технологий, установка фильтрующего обору¬дования;

использование слабозагрязняющих либо совсем незагряз¬няющих источников энергии.

Подобное решение  звучит довольно нереально. Ни одно государство  не согласится уменьшить масштабы потребления  энергии и тем самым ухудшить уровень жизни. Ввод новых технологий и установка фильтрующего обору-дования также представляют собой экономическую проблему.

Плачевное состояние  окружающей среды поставило современных  ученых-экологов перед острой проблемой  загрязнения нашей планеты. Необходимо найти новые методы решения этого  вопроса. В настоящий момент ученые всего мира ищут выход из положения. Но не стоит забывать о том,  что  будущее планеты зависит в  первую очередь от нас с вами.

 

 

Список источников информации

 

 

 

 

• http://www.wildfield.ru
• ru.wikipedia.org
• http://images.yandex.ru
• encyclopaedia.biga.ru
• globalproblems.narod.ru
• elementy.ru
• www.greeninfo.ru
• www.ecoanaliz.ru