Нынешний состав. В сегодняшнем химическом составе атмосферы рис.1 преобладает азот и кислород. Представительство таких элементов как углекислый газ, аргон и других инертных газов очень мало, в общей сложности около 1 , но минимальное изменение их содержания может оказать серьёзное влияние на жизнь нашей планеты. Рис.1 Химический состав атмосферы Неклюкова, 1976 . Доминирующие газы. Рассмотрим свойства химических элементов доминирующих в составе земной атмосферы.
Кислород. Кислород является одним из основных газов атмосферы почти 21 , наиболее важен для жизни на планете. Атмосфера содержит порядка 1015 тонн свободного кислорода, тогда как в земной коре его наверняка больше 1019 тонн 1 . Самый распространенный элемент на Земле рис. 2 . Рис. 2 Соотношение кислорода и других химических элементов на Земле Бгатов, 1985 . Именно благодаря нему возможно дыхание живых организмов.
Кислород химически активен, легко вступает в реакции со многими химическими элементами и соединениями. Известны три изотопа кислорода - 16O, 17O, 18O. В обычных условиях их содержание в атмосфере составляет соответственно 99,74, 0,04 и 0,20. Сильнейшим окислителем является трехатомное соединение кислорода - озон О3 . Он составляет в атмосфере незначительную примесь 4 . На высоте примерно 22 - 25 км озон достигает максимальной концентрации - озоновый экран, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца 0,29 микрона, губительное для всего живого. Азот. Азот - одна из основных компонент органической материи, и ввиду того, что он химически гораздо менее активен, чем кислород, необходимы особые условия для образования соединений азота и для усвоения его живыми организмами.
Эти условия еще пока недостаточно изучены 4 . Азот - самый распространенный газ в атмосфере, около 78 . Азот атмосферы играет огромную роль в геохимических процессах, активно участвуя в дифференциации минерального вещества, с одной стороны, в синтезе органических веществ - с другой.
Последнее обеспечивается биохимическими реакциями. Известно, что азот участвует в фотосинтезе, синтезе белков и нуклеиновых кислот. Следовательно, без азота жизнь в том виде, в котором мы её знаем, невозможна 1 . Углерод. Углерод в земной атмосфере в основном представлен углекислым газом CO2 . Углекислый газ необходим растениям, так как используется ими для дыхания.
Содержание CO2 в атмосфере так же влияет на тепловой баланс Земли. Деятельность человека сжигание угля и нефти ведет к повышению его концентрации. Водяной пар. Водяной пар играет главную роль в образовании парникового эффекта. Водяной пар пропускает коротковолновую солнечную радиацию, и поглощает длинноволновое излучение Земли. С ним связано образование облачных систем. 3.Тенденции изменения. Нет единого мнения о природе и характере изменений в составе атмосферы за последние 1000 миллионов лет. Геологические процессы вулканическая активность, образование известняков и угля должны были оказать определенное влияние на состав атмосферы.
И есть основания предполагать, что в течение последних 300 миллионов лет количество кислорода и углекислого газа, поскольку эти газы связанны с вышеупомянутыми процессами, колебалось значительно относительно теперешнего уровня 4 . Рис. 3 График увеличения содержания CO2 в атмосфере в период с 19-20 вв. Неклюкова 1976 . Такое изменение содержания CO2, конечно, вызвано деятельностью человека - сжигание угля рис. 3 . Начиная с 1900 года, количество сжигаемого топлива удваивается каждые 10 лет. Так как уголь состоит на 90 из углерода, при горении соединяющегося с кислородом, то в атмосфере увеличивается количество углекислого газа 8 . Содержание парниковых газов в атмосфере напрямую зависит от периодов потепления на нашей планете рис. 4 . Была установлена корреляция между периодами потепления и содержанием в атмосфере углекислого газа и метана. 18 тысяч лет назад, в эпоху максимального обледенения, когда ледовый панцирь покрывал всю северную половину Европы и Северной Америки, содержание парниковых газов было меньше 5 . За последние 850 лет на Земле произошло пять ледниковых периодов, когда температуры на Земле опускались на 3C ниже нынешних 7 . В основном, более или менее сильные изменения газового состава атмосферы происходило в последние два века, ведь именно в этот период человечество осуществило существенные шаги в своём техническом развитии.
Особенно сильно сказался на атмосфере приход НТР Научно Техническая Революция. Деятельность человека начала воздействовать на атмосферу в начале XIX в. вследствие развития тяжелой Рис. 4 Колебание температуры на Земле за последние 850.000 лет Мирская, 1997 . промышленности.
Дым тысяч заводских труб, сажа миллионов угольных каминов в городских домах затянули небо смогом.
Проблема смога существует во многих странах и сейчас 7 . рис. 5 Концентрация атмосферного CO2 Костицын, 1984 . III. ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГАЗОВОГО СОСТАВА АТМОСФЕРЫ. 1.Причины.
Существует масса причин изменения газового состава атмосферы - первое, и самое главное это деятельность человека. Второе, как ни странно деятельность самой природы. а антропогенное воздействие. Деятельность человека оказывает разрушающее действие на химический состав атмосферы. При производстве в окружающую среду выбрасывается углекислый газ и ряд других парниковых газов. Особенно опасен выброс CO2 различными заводами и предприятиями рис. 5 . Все крупнейшие города, как правило, лежат в слое плотного тумана.
И не от того, что часто расположены в низинах или у воды, а из-за ядер конденсации, сосредоточенных над городами. В некоторых местах воздух настолько загрязнен частицами выхлопных газов и промышленных выбросов, что велосипедисты вынуждены надевать маски. Эти частицы служат ядрами конденсации для тумана 7 . Так же губительное воздействие оказывают выхлопные газы автомобилей, содержащие оксид азота, свинец, а также большое количество диоксида углерода углекислого газа. Одной из главных особенностей атмосферы является наличие озонового экрана.
Фреоны - фтор содержащие химические элементы, широко используются в производстве аэрозолей и холодильников, оказывают сильное воздействие на озоновый экран, разрушая его. Ежегодно под пастбища вырубаются тропические леса на территории, равной площади Исландии в основном в бассейне реки Амазонки Бразилия. Это может привести к сокращению количества осадков, т.к. количество влаги, испаряемой деревьями, сокращается.
Вырубка лесов способствует и усилению парникового эффекта, ведь растения поглощают углекислый газ 7 . б естественное воздействие. И природа вносит свою лепту в историю атмосферы Земли, в основном, запыляя её. Огромные массы пыли поднимают в воздух ветры пустынь. Она заносится на большую высоту и может разнестись очень далеко. Возьмем ту же Сахару. Мельчайшие частицы каменистых пород, поднятые здесь в воздух, закрывают горизонт, сквозь пыльное покрывало тускло светит Солнце 6 . Но опасны не только ветры.
В августе 1883 года на одном из островов Индонезии разразилась катастрофа - взорвался вулкан Кракатау. При этом около семи кубических километров вулканической пыли было выброшено в атмосферу. Ветры разнесли эту пыль на высоту 70-80 км. Лишь спустя годы эта пыль осела. Так же причиной появления огромного количества пыли в атмосфере являются падающие на Землю метеориты.
При попадание на земную поверхность, они поднимают в воздух огромные массы пыли. Так же в атмосфере периодически то появляются, то исчезают озоновые дыры - дыры в озоновом экране. Многие ученые считают это явление естественным процессом развития географической оболочки Земли. 2.Следствия. Вследствие промышленной деятельности человека и природы атмосфера Земли загрязняется различными веществами начиная от пыли и заканчивая сложными химическими соединениями. Итогом этого служит прежде всего глобальное потепление климата и разрушение озонового экрана планеты.
Малые изменения в химическом составе атмосферы кажутся незначительными для атмосферы в целом. Но следует напомнить, что редкие газы, входящие в состав атмосферы, могут оказать значительное влияние на климат и погоду 8 . а Озоновый экран. Разрушение озонового экрана происходит под действием фтор содержащих компонентов, которые содержаться в аэрозолях и холодильниках. Попадая в атмосферу, вступают в химическую реакцию с озоном, разрушая его. Разрушение озонового экрана ведет к неизбежной гибели всего живого на планете от ультрафиолетового излучения Солнца б Потепление климата.
Некоторые ученые, например, считают, что в последние годы с возрастанием углекислого газа изменился тепловой баланс атмосферы, ибо Земля стала больше поглощать инфракрасной радиации, уменьшился уход тепла от Земли в космос, и повысилась средняя температура природного слоя воздуха. Некоторые исследователи оценивают повышение температуры в 0,01C в год. Это свидетельствует о тесной связи температуры Земли с химическим составом атмосферы 8 . Повышение температуры ведет к потеплению климата, что ведет к таянию ледников Антарктики и Антарктиды, а как следствие повышение уровня мирового океана и затоплению прибрежных районов. Глобальное потепление климата возможно в результате парникового эффекта.
Вследствие парникового эффекта произойдет заметное смещение климатических поясов. В результате некоторые крупные регионы мира станут теплее и суше, а другие - теплее и влажнее 5 . ГОД 2000 2025 2050 t 1 1,5 2 Таблица 1. Прогноз потепления температуры на Земле Максаковский, 1996 . Рис. 6 График потепления температуры на Земле Мирская, 1997 . По данным таблица 1, рис. 6 можно предположить, что к 2050 году температура на Земле в среднем повыситься на 2 градуса, поэтому можно смело говорить о глобальном потеплении климата на планете Земля.