Атмосфера

Вступ.

1.Поняття атмосфери та її будова.

2. Походження атмосфери Землі.

3. Наслідки забруднення атмосфери землі.

Висновки.

Список використаної літератури.

Вступ

Атмосфера — зовнішня газова оболонка планети, пов'язана з нею силою тяжіння, яка безпосередньо прилягає до космічного вакууму.

Атмосфера Землі — суміш газів, що оточують Землю, не відділяється завдяки силі тяжіння. Тиск атмосфери зменшується зі збільшенням висоти над поверхнею. Нижній шар атмосфери складається з азоту (78%) і кисню (21%), обидва гази перебувають в молекулярній формі (два атоми, з'єднані разом). Решту 1%, складу належить, в основному, аргону (0,98%) з невеликими добавками інших газів, включаючи пари води і вуглекислий газ (0,03%).

Атмосфера відіграє вирішальну роль у різних природних циклах (круговерті води, вуглецевому циклі і азотному циклі). Вона є промисловим джерелом азоту, кисню і аргону, які отримують при фракційної дистиляції скрапленого повітря.

Майже 75% маси атмосфери зосереджено у нижньому 10-кілометровому шарі, тобто у межах біосфери. Маса атмосфери становить одну мільйонну частину маси Землі.

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.

1.Поняття атмосфери та її будова

Атмосфера — повітряна оболонка, яка оточує Землю. Нижня межа атмосфери — поверхня Землі. Верхню межу умовно проводять на висоті 2000-3000 км від земної поверхні.

До складу атмосфери входять азот (близько 78%), кисень (близько 21%) та інші гази (всі вони складають ледве більше 1%). На частку вуглекислого газу припадає 0,033% .

Кожний газ виконує свою функцію. Кисень забезпечує дихання і горіння. Азот входить до складу білків — речовин, з яких складаються всі живі організми. Вуглекислий газ — одна з основ фотосинтезу рослин. Озон — газ, що поглинає основну частину ультрафіолетового випромінювання Сонця.

По вертикалі атмосфера ділиться на шари — тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу (іоносферу) та екзосферу.

Тропосфера — найнижчий і найщільніший шар атмосфери (80% її маси). Простягається на висоту від 7-9 км (над полюсами) до 16-18 км (над екватором). У тропосфері зосереджена майже вся водяна пара, тут відбуваються найважливіші для географічної оболонки атмосферні процеси. У тропосфері температура повітря з висотою знижується (в середньому на 6,5 С на 1 км). Тиск повітря на рівні моря складає 760 мм рт. ст. Цей тиск прийнято за нормальний. У нижніх шарах тропосфери тиск падає з висотою — в середньому на 10 мм рт. ст. на кожні 100 м підйому.

Стратосфера простягається від верхніх меж тропосфери до висоти 50 км. У стратосфері на висоті 21-29 км розташований озоновий шар. Вище стратосфери знаходяться верхні шари атмосфери.

Атмосфера регулює теплообмін планети з космічним простором, впливає на її радіаційний і водний баланси, захищає Землю від метеоритів. Повітря підтримує різні форми життя на Землі.

У зв'язку з інтенсивною господарською діяльністю людини виникла проблема охорони атмосфери від забруднення. У повітря викидається величезна кількість сполук, здатних зруйнувати озоновий екран, викликати парниковий ефект, смоги, кислотні дощі. Згорання палива, вирубування лісів призводять до зменшення кількості кисню в атмосфері.

Шляхами розв'язання цих проблем є створення безвідхідних виробництв, надійних газо- і пиловловлювачів, використання екологічно чистих джерел енергії, озеленіння міст, відновлення площі лісів тощо[2, c. 52-53].

2. Походження атмосфери Землі

Атмосфера спочатку утворювалася разом з формуванням Землі. У процесі еволюції планети і в міру наближення її параметрів до сучасних значень відбулися принципово якісні зміни її хімічного складу і фізичних властивостей. Відповідно до еволюційної моделі, на ранньому етапі Земля знаходилася в розплавленому стані і близько 4,5 млрд. років тому сформувалася як тверде тіло. Цей рубіж приймається за початок геологічного літочислення. З цього часу почалася повільна еволюція атмосфери. Деякі геологічні процеси, (наприклад, вилив лави при виверженнях вулканів) супроводжувалися викидом газів з надр Землі. У їхній склад входили азот, аміак, метан, водяна пара, оксид CО і діоксид (CО2 )вуглецю. Під впливом сонячної ультрафіолетової радіації водяна пара розкладалася на водень і кисень, але кисень, що звільнився, вступав у реакцію з оксидом вуглецю, утворюючи вуглекислий газ. Аміак розкладався на азот і водень. Водень у процесі дифузії піднімався нагору і залишав атмосферу, а більш важкий азот не міг відлітати і поступово накопичувався, стаючи основним компонентом, хоча деяка його частина зв'язувалася в молекули в результаті хімічних реакцій. Під впливом ультрафіолетових променів і електричних розрядів суміш газів, що були присутніми у первісній атмосфері Землі, вступала в хімічні реакції, у результаті яких відбувалося утворення органічних речовин, зокрема амінокислот. З появою примітивних рослин почався процес фотосинтезу, що супроводжувався виділенням кисню. Цей газ, особливо після дифузії у верхні шари атмосфери, став захищати її нижні шари і поверхню Землі від небезпечних для життя ультрафіолетового і рентгенівського випромінювань.

Відповідно до теоретичних оцінок, зміст кисню, у 25 000 разів менше, ніж зараз, уже міг призвести до формування шару озону з усього лише вдвічі меншою, ніж зараз, концентрацією. Однак цього вже було досить, щоб забезпечити досить істотний захист організмів від руйнівної дії ультрафіолетових променів. Імовірно, що в первинній атмосфері утримувалося багато вуглекислого газу. Він витрачався в ході фотосинтезу, і його концентрація повинна була зменшуватися в міру еволюції світу рослин, а також через поглинання в ході деяких геологічних процесів. Оскільки парниковий ефект зв'язаний із присутністю вуглекислого газу в атмосфері, коливання його концентрації є однієї з важливих причин таких великомасштабних кліматичних змін в історії Землі, як льодовикові періоди. Присутній у сучасній атмосфері гелій здебільшого є продуктом радіоактивного розпаду урану, торію і радію. Ці радіоактивні елементи випускають a-частки, що являють собою ядра атомів гелію[7, c. 34-36].

Оскільки в ході радіоактивного розпаду електричний заряд не утворюється і не зникає, з утворенням кожної a-частки з'являються по два електрони, що, рекомбуючи з a-частками, утворюють нейтральні атоми гелію. Радіоактивні елементи утримуються в мінералах, розсіяних у товщі гірських порід, тому значна частина гелію, що утворилася в результаті радіоактивного розпаду, зберігається в них, дуже повільно злітаючи в атмосферу. Деяка кількість гелію за рахунок дифузії піднімається нагору в екзосферу, але завдяки постійному припливові від земної поверхні, обсяг цього газу в атмосфері майже не міняється.

На підставі спектрального аналізу світла зірок і вивчення метеоритів можна оцінити відносний зміст різних хімічних елементів у Всесвіті. Концентрація неону в космосі приблизно в десять мільярдів раз вище, ніж на Землі, криптону – у десять мільйонів разів, а ксенону – у мільйон разів. Звідси випливає, що концентрація цих інертних газів, очевидно, що споконвічно були присутніми у земній атмосфері і не поповнювалися в процесі хімічних реакцій, сильно знизилася, імовірно, ще на етапі втрати Землею своєї первинної атмосфери. Виключення складає інертний газ аргон, оскільки у формі ізотопу 40Ar він і зараз утворюється в процесі радіоактивного розпаду ізотопу калію.

Загальна вага газів атмосфери складає приблизно 4,5·1015 т. Таким чином, «вага» атмосфери, що приходиться на одиницю площі, або атмосферний тиск, складає на рівні моря приблизно 11 т/м2 = 1,1 кг/см2. Тиск, рівний Р0 = 1033,23 г/см2 = 1013,250 мбар = 760 мм рт. ст. = 1 атм, приймається в якості стандартного середнього значення атмосферного тиску. Для атмосфери в стані гідростатичної рівноваги маємо: d = –rgdh, це означає, що на інтервалі висот від h до h + dh має місце рівність між зміною атмосферного тиску dh і вагою відповідного елемента атмосфери з одиничною площею, густиною r і товщиною dh. Як співвідношення між тиском Р і температурою Т використовується досить застосовне для земної атмосфери рівняння стану ідеального газу з густиною r:

P = r R T/m,

де m – молекулярна маса, і R = 8,3 Дж/(К моль) – універсальна газова постійна. Тоді d log = – (mg/RT)dh = – bdh = – dh/H, де b — градієнт тиску в логарифмічній шкалі. Зворотну йому величину Н прийнято називати шкалою висоти атмосфери. При інтегруванні цього рівняння для ізотермічної атмосфери (Т = const) або для її частини, де таке наближення припустиме, виходить барометричний закон розподілу тиску з висотою: P = P0 exp(–h/H0), де відлік висот h виробляється від рівня океану, де стандартний середній тиск складає P0. Вираз H0 = RT / mg, , називається шкалою висоти, що характеризує довжину атмосфери, за умови, що температура в ній усюди однакова (изотермичная атмосфера). Якщо атмосфера не ізотермічна, то інтегрувати треба з урахуванням зміни температури з висотою, а параметр Н — деяка локальна характеристика шарів атмосфери, що залежить від їхньої температури і властивостей середовища.

Модель, що відповідає стандартним тискові в основі атмосфери P0 і хімічному складові, називається стандартною атмосферою. Точніше, це умовна модель атмосфери, для якої задані середні для широти 45° 32' 33" значення температури, тиску, щільності, в'язкості й ін. характеристик повітря на висотах від 2 км нижче рівні моря до зовнішньої границі земної атмосфери. Параметри середньої атмосфери на усіх висотах розраховані по рівнянню стану ідеального газу і барометричному закону в припущенні, що на рівні моря тиск дорівнює 1013,25 гПа (760 мм рт. ст.), а температура 288,15 °K (15,0° С). По характеру вертикального розподілу температури середня атмосфера складається з декількох шарів, у кожнім з яких температура аппроксимована лінійною функцією висоти. У самому нижньому із шарів – тропосфері (h ~ 11 км) температура падає на 6,5° C кожним кілометром підйому. На великих висотах значення і знак вертикального градієнта температури міняються від шару до шару. Вище 790 км температура складає близько 1000 К и практично не міняється з висотою[2, c. 49-52].

3. Наслідки забруднення атмосфери землі

Забруднення атмосфери — результат викидів забруднюючих речовин з різних джерел. Причинно-наслідкові зв'язки цього явища потрібно шукати в природі земної атмосфери. Так, забруднення переносяться по повітрю від джерел появи до місць їхнього руйнуючого впливу; в атмосфері вони можуть перетерплювати зміни, включаючи хімічні перетворення одних забруднень в інші, ще більш небезпечні речовини. Атмосферне повітря забруднюється шляхом привнесення в нього або утворення в ньому забруднювальних речовин у концентраціях, що перевищують нормативи якості або рівня природного вмісту. Забруднювальні речовини — домішки в атмосферному повітрі, які чинять при певних концентраціях несприятливий вплив на здоров’я людини, рослинний і тваринний світ та інші компоненти навколишнього природного середовища або спричиняють збитки матеріальним цінностям. Сталий зміст забруднень у повітрі (викиди) визначає ступінь руйнуючого впливу на даний регіон. Можна сказати, що ступінь забруднення атмосфери залежить від числа й маси викидів.

Розглянемо докладніше деякі наслідки забруднення атмосфери

Парниковий ефект

Клімат Землі, що залежить головним чином від стану її атмосфери, протягом геологічної історії періодично змінювався: чергувалися епохи значного похолодання, коли більші території покривалися льодовиками, і епохи потепління. Але останнім часом учені метеорологи б'ють тривогу: схоже на те, що атмосфера Землі розігрівається значно швидше, ніж коли-небудь у минулому. Це обумовлено діяльністю людини, що, по-перше, розігріває атмосферу шляхом спалювання великої кількості вугілля, нафти, газу, а також роботи атомних електростанцій. По-друге, і це головне, спалювання органічного палива, а також знищення лісів приводить до нагромадження в атмосфері великої кількості вуглекислого газу. За останні 120 років зміст цього газу в повітрі збільшилося на 17%. У земній атмосфері вуглекислий газ діє як скло в теплиці або парнику: він вільно пропускає до поверхні Землі сонячні промені, але втримує тепло нагрітої Сонцем поверхні Землі. Це викликає розігрівання атмосфери, відоме як парниковий ефект. По підрахунках учених, у найближчі десятиліття середньорічна температура на Землі за рахунок парникового ефекту може збільшитися на 1,5 — 2 оС.

Якщо людство не зменшить кількість забруднень атмосфери, і глобальна температура буде збільшуватися й далі, як це має місце протягом останніх 20 років, те дуже швидко клімат стане тепліше, ніж у який-небудь час на Землі за останні 100 000 років. Це викличе активне прискорення глобальної екологічної кризи[6, c. 95-97].

Озонова діра в атмосфері

На висоті 20-50 км повітря одержить підвищена кількість озону. Озон утвориться в стратосфері за рахунок молекул звичайного, двохатомного кисню ПРО2, що поглинає тверде УФ випромінювання. Енергія променів УФ-В й УФ-С витрачається на фотохімічну реакцію утворення озону з кисню:3ПРО2 -> 2ПРО3 і тому до поверхні землі вони не доходять, туди проникає лише значно ослаблений потік «м'якого» УФ-С.

Останнім часом учені надзвичайно стурбовані зниженням змісту озону в озоновому шарі атмосфери. Над Антарктидою виявлена «діра» у цьому шарі, де зміст його менше звичайного на 40 – 50%. Ця озонова діра рік у рік збільшує свою площу й сьогодні вона вже більше материка Антарктида. Озонова діра обумовила посилення УФ — тла в країнах, розміщених у Південній півкулі, ближче до Антарктиди, насамперед у Новій Зеландії. Медики цієї країни б'ють тривогу, констатуючи значне підвищення кількості захворювань, обумовлених збільшеним УФ — фоном, таких, як рак шкіри й катаракта очей. Установлено, що ушкодженню озонового шару сприяє деякі хімічні речовини (наприклад, оксиди азоту), які попадають у стратосферу з висхідними повітряними плинами. Таким чином, дослідження ефектів забруднення атмосфери стає усе більше залежною, але не менш важливою частиною в області захисту атмосфери[1, c. 105-107].

Висновки

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 людина 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.

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 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.

Список використаної літератури

1. Білявський Г. Основи екології: Підручник для студентів вищих навчальних закладів/ Георгій Білявський, Ростислав Фурдуй, Ігор Костіков. — К.: Либідь, 2004. – 406 с.

2. Заверуха Н. Основи екології: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів/ Нелі Заверуха, Валентин Серебряков, Юрій Скиба,. — К.: Каравела, 2006. — 365 с.

3. Запольський А. Основи екології: Підручник для студентів техніко-технологічних спеціальностей вищих навчальних закладів/ Анатолій Запольський, Анатолій Салюк,; Ред. К. М. Ситник. — К.: Вища школа, 2003. — 357 с.

4. Корсак К. Основи екології: Навчальний посібник/ Костянтин Корсак, Ольга Плахотнік; МАУП. — 3-тє вид., перероб. і доп.. — К.: МАУП, 2002. — 294 с.

5. Основи екології: Навчальний посібник для вищих навчальних закладів/ О. М. Адаменко, Я. В. Коденко, Л. М. Консевич; Ін-т менеджменту та економіки "Галицька академія". — 2-е вид.. — К.: Центр навчальної літератури, 2005. — 314 с.

6. Основи екології та екологічного права: Навчальний посібник/ Юрій Бойчук, Михайло Шульга, Дмитро Цалін, Валерій Дем’яненко,; За ред. Юрія Бойчука, Михайла Шульги,. — Суми: Університетська книга, 2004. — 351 с.

7. Сухарев С. Основи екології та охорони довкілля: Навчальний посібник/ Мін-во освіти і науки України, Ужгородський нац. ун-т. — К.: Центр навчальної літератури, 2006. — 391 с.

8. Царенко О. Основи екології та економіка природокористування: Навч. посібн. для студ. вузів/ Олександр Царенко, Олександр Нєсвєтов, Микола Кадацький,. — 2-е вид., стереотипне. — Суми: Університетська книга, 2004. — 399 с.