Химические превращения органических соединений в тропосфере

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ГИГИЕНЫ  И ЭКОЛОГИИ

 

 

Реферат по теме: «Химические превращения органических соединений в тропосфере»

 

 

 

 

 

 

 

                             Кронова М.И.-ЛФ,2 курс,10 группа

 

 

 

 

 

Гродно 2013

 

                          Содержание

 

 

 

I.Введение

II. Основная часть

• 1-Общее представление об атмосфере
• 2-Характеристика тропосферы

 

• 3-Химический состав тропосферы ,значение химических веществ для живых существ.

• 4-Химические процессы в тропосфере.

• 5-Химические превращения загрязнений
• 6-Химические реакции загрязнителей в атмосфере

 

III.Заключение

I V.Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I-Введение

Тропосфера-это нижний слой атмосферы.   Именно в этом слое атмосферы формируется погода, определяемая перепадами давления, ветрами, конвективными вертикальными потоками воздуха, испарением воды. Химические превращения этого слоя обуславливают функционирование важнейших биологических систем ,обитающих на Земле. Велико разнообразие химических веществ и соединений ,входящих в состав тропосферы .Они дают понятие о процессах происходящих в ней, а так же способствуют пониманию процессов загрязнения этого слоя, что в значительной степени может влиять на состояние всего живого на планете. Тропосфера, как элемент глобальной экосистемы, выполняет несколько основных функций:

- является носителем тепла и  влаги;

- регулирует сезонные и суточные  колебания температуры (если бы  на Земле не существовало атмосферы,  то суточные колебания температуры  достигали бы ± 200 °С);

- представляет собой депо газов, которые принимают участие в фотосинтезе и обеспечивают дыхание;

- предопределяет ряд сложных  экзогенных процессов (выветривание  горных пород, деятельность естественных  вод, мерзлоты, ледников и т.п 

 Приходящая в атмосферу солнечная  радиация частично поглощается  в тропосфере главным образом  водяным паром, углекислым газом,  озоном и аэрозолями и рассеивается  на частицах аэрозоля и на  флуктуациях плотности атмосферы.  
  Преобразования энергии солнечной радиации после ее поглощения на земной поверхности и в атмосфере составляют тепловой баланс Земли.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-Основная часть

 

 

1. Общее представление об атмосфере

 

Атмосфера (от греч. atmos — пар и spharia — шар) — воздушная оболочка Земли, вращающаяся вместе с ней. Развитие атмосферы было тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, протекающими на нашей планете, а также с деятельностью живых организмов.

Нижняя граница атмосферы совпадает  с поверхностью Земли, так как  воздух проникает в мельчайшие поры в почве и растворен даже в  воде.

Верхняя граница на высоте 2000-3000 км постепенно переходит в космическое  пространство.

Благодаря атмосфере, в которой  содержится кислород, возможна жизнь  на Земле. Атмосферный кислород используется в процессе дыхания человека, животными, растениями.

Атмосфера задерживает большую  часть ультрафиолетового излучения  Солнца, которое губительно действует  на живые организмы. Также она  удерживает у поверхности Земли  тепло, не давая нашей планете охлаждаться.

Атмосфера имеет слоистое строение. Слои атмосферы отличаются друг от друга температурой воздуха, его плотностью, количеством водяного пара в воздухе и другими свойствами.                  

  Первый  слой   –   тропосфера.  Этот слой простирается, в среднем до 10 – 11 км над уровнем моря, и температура в нём падает с высотой                  

 Второй слой   –    стратосфера. Этот слой располагается между 11-м и 55-м км над уровнем моря                   

Третий слой   –    мезосфера.  Этот слой занимает пространство между 55-м и 80-м км от уровня моря                   

Четвёртый слой   –    термосфера. Здесь, на высоте 400 км, невиданная жара: 1000 – 2000 ºС, что связано с поглощением излучения солнца.                  

 Часть атмосферы с высотами  более 50 и до высоты 800 км (это  включает и мезосферу и термосферу) часто называют ионосферой.                    

Пятый слой   –    экзосфера, т.е. "внешняя" оболочка атмосферы. Находится этот слой на высоте более 800 км.

2-Характеристика тропосферы

Тропосфе́ра (др.-греч. τρόπος — «поворот», «изменение» и σφαῖρα — «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. . В тропосфере сосредоточено около ⁴∕₅ всей массы атмосферы

При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 градуса через каждые 100 метров, что объясняется его способностью пропускать солнечные лучи к поверхности Земли. У верхней границы тропосферы она достигает -55 °С. При этом в районе экватора на верхней границе тропосферы температура воздуха составляет -70 °С, а в районе Северного полюса -65 °С.

Верхний слой тропосферы, в  котором снижение температуры с  высотой прекращается, называют тропопаузой(отделяет тропосферу от стратосферы). У верхней границы тропосферы под влиянием космических излучений из кислорода образуется озон. Озоновый экран, предохраняющий жизнь от смертоносных излучений, - результат деятельности самого живого вещества. 

Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера.

Нижний слой тропосферы располагается в нескольких десятках  метров  непосредственно над земной поверхностью (Приземный слой атмосферы), является средой обитания растений, животных и человека. Ветер здесь особенно ослаблен, а влажность повышена.Он отличается большим запылением и содержанием летучих микроорганизмов.

 

В нижней части тропосферы хорошо выражен суточный ход температуры и влажности воздуха, скорость ветра с высотой быстро возрастает. Над этим слоем скорость ветра чаще всего продолжает возрастать, а направление его меняется по-разному, в зависимости от распределения температуры в толще тропосферы. От пограничного слоя до тропопаузы скорость ветра возрастает примерно в 3 раза. В верхней тропосфере, вблизи тропопаузы, наблюдаются очень сильные струйные течения

В средней и верхней частях тропосферы обнаружены высокие концентрации микробов, которые могут влиять на погоду и климат. Возможно, что для некоторых из них эти высоты являются естественной средой обитания.

Сделан первый масштабный замер микробного состава средних  и верхних слоев земной тропосферы (12—18 км), степень инфицированности которых – прежде всего бактериями – оказалась неожиданно высокой. До сих пор не ясно, являются ли эти  зоны, мало приспособленные для жизни, естественной средой обитания микробов, возможно, живущих и размножающихся на мельчайших частицах взвешенной в  тропосферном воздухе углеродсодержащей  пыли (которая может иметь и  космическое, в том числе метеоритное происхождение), или они заносятся сюда потоками воздуха из нижних, приповерхностных слоев.

Давление воздуха на верхней  границе тропосферы соответственно ее высоте в 5-8 раз меньше, чем у  земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха находится  именно в тропосфере.  Здесь сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, содержание которого с высотой быстро убывает. Здесь возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Вообще, большинство наблюдаемых нами явлений погоды образуется именно в этом слое.

Солнечные лучи легко проходят через  тропосферу, а тепло, которое излучает нагретая солнечными лучами Земля, накапливается  в тропосфере: такие газы, как  углекислый газ, метан ,а также пары воды удерживают тепло. Такой механизм прогревания атмосферы от Земли, нагретой солнечной радиацией, называется парниковый эффект. Именно потому, что источником тепла для атмосферы является Земля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-Химический состав  тропосферы ,значение химических веществ для живых существ.

Тропосфера - зона интенсивного перемешивания воздушных масс, поэтому  ее химический состав весьма однородный. 

Состав и строение тропосферы определяется поступлением газов из земной коры и присутствием жизни  на земной поверхности. Верхняя граница  тропосферы располагается на высотах  примерно 17 км над уровнем моря на экваторе и около 8 км на полюсах. Этот тонкий слой содержит два важных газообразных компонента: азот (N₂) и кислород (О₂), которые составляют соответственно 78 и 21% объема атмосферы. Круговорот азота в природе (азотный цикл) играет очень важную роль в питании растений. Атмосферный азот связывается клубеньковыми бактериями, содержащимися в корневых утолщениях бобовых растений, с образованием многочисленных органических соединений, особенно белков. После этого другие специализированные бактерии в процессе минерализации разлагают и перерабатывают богатые азотом органические остатки в более простые неорганические вещества, например в аммиак (NH₄). Наконец, нитрифицирующие бактерии снова превращают их в оксид (NO) и диоксид (NО₂) азота, которые возвращаются в атмосферу. Затем цикл возобновляется. Кислород образуется в процессе фотосинтеза растений и, в свою очередь, используется микро- и макроорганизмами при дыхании, побочным продуктом которого является углекислый газ. Помимо азота и кислорода в состав атмосферы входят аргон (Ar - 0,93%) и углекислый газ (СО₂ - 0,036%), а также в незначительных количествах неон (Ne), гелий (Не), метан (СН₄), криптон (Kr), водород (Н₂), ксенон (Хе) и хлорфторуглеводороды (ХФУ) антропогенного происхождения. Наличие углекислого газа обеспечивает накопление солнечной энергии в биосфере. В результате жизнедеятельности водорослей и растений, улавливающих солнечную энергию, углекислый газ и вода превращаются в разнообразные органические соединения и свободный кислород. Углекислый газ, кроме того, играет важную роль в обменных процессах, т.е. активизирует деятельность центральной нервной системы, усиливает дыхание, повышает кровообращение. В пределах биосферы углекислый газ способствует созданию так называемого оранжерейного эффекта - повышает температуру у поверхности Земли. 
Инертные газы (ксенон, криптон, аргон, неон, гелий) могут быть отнесены к числу биологических индифферентных факторов. Наличие их в атмосфере связано с непрерывным процессом радиоактивного распада. При значительном повышении их содержания в атмосферном воздухе инертные газы могут оказывать наркотическое действие. 
Источником и необходимым компонентом жизни на Земле, способствующим, в частности, поддержанию температуры ее поверхности, является водяной пар (Н₂О), который поступает в тропосферу главным образом в результате испарения воды с поверхности океана. Его содержание в атмосфере значительно меняется в зависимости от времени года и географического положения.

 Для живых организмов, состоящих в основном из органических  соединений углерода с водородом  и кислородом, первостепенную роль  играют кислород, вода и углекислый  газ. Вода и углекислый газ  имеют определяющее значение  для нагрева земной поверхности  благодаря их способности поглощать  солнечную радиацию. Из переменных компонентов атмосферы наибольшее значение имеет вода или водяной пар. Чем выше температура воздуха, тем больше влаги может содержаться в атмосфере. Влажность воздуха влияет прежде всего на процессы теплообмена в организме человека, во многом определяя комфортность внешней среды обитания. Водяные пары, рассеивая солнечное излучение, участвуют в создании теплового фона земли, круговорота веществ в природе.

 Кроме газов, в воздухе  атмосферы содержатся еще и  примеси так называемых аэрозолей, т.е. очень мелких капель жидкостей и твердых частичек как естественного, так и искусственного происхождения: сернистых (капли Н₂SО₄), минеральных (пыль из земной поверхности), углеводных (садока), морских (частички морских солей) и др. Они одни из наиболее оптически активных компонентов атмосферы. Это взвешенные в воздухе частицы размером от нескольких нм до нескольких десятков мкм, образующиеся при конденсации водяного пара и попадающие в атмосферу с земной поверхности в результате индустриальных загрязнений, вулканических извержений, а также из космоса. Аэрозоль наблюдается как в тропосфере, так и в верхних слоях атмосферы . Концентрация аэрозоля быстро убывает с высотой, но на этот ход налагаются многочисленные вторичные максимумы, связанные с существованием аэрозольных слоев. 
В атмосфере содержатся также различные примеси, поступающие с выбросами промышленных предприятий, электростанций, выхлопные, автомобильные газы. Наиболее часто отмечается содержание в воздухе сернистого газа, окиси углерода, сероводорода. Другими составляющими воздуха являются : водяной пар, пыль, сажа и иные загрязнители, включая антропогенные.

К вулканическим газам, мы относим обычные газы тропосферы, пары воды, СО₂, N₂, O₂ и благородные газы, которые, по-видимому, связаны с воздухом и  тропосферой непрерывно. Они захватываются 
во время вулканических, фумарольных и тектонических процессов и возвращаются в тропосферу. Но, помимо них, мы имеем здесь соединения металлов и металлоидов, которые являются газообразными при температурах вулканических извержений, превышающих +1000 °С, и они превращаются в жидкие или твердые тела при охлаждении. Они быстро выходят из состава тропосферы и играют в ней ничтожную роль, в виде небольших примесей. 
Это, с одной стороны, свободные элементы, сера и селен, Те, Н, хлористые, фтористые, сернокислые, сернистые, селенистые металлы - Са, К, Na, Fe, Pb, Su, окислы бора и другие, имеющие меньшее значение. Но в составе тропосферы, взятой как целое, они могут играть только второстепенную роль.