Атмосфера и Гидросфера

Атмосфера и  Гидросфера

АТМОСФЕРА - газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического состава данного небесного тела, а также определяются историей его формирования начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие– азот и кислород в соотношении приблизительно 4:1.(2 слайд) На человека оказывает воздействие главным образом состояние нижних 15–25 км атмосферы, поскольку именно в этом нижнем слое сосредоточена основная масса воздуха. (3 слайд) Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией, хотя предметом этой науки являются также погода и ее влияние на человека. Состояние верхних слоев атмосферы, расположенных на высотах от 60 до 300 и даже 1000 км от поверхности Земли, также изменяется. Здесь развиваются сильные ветры, штормы и проявляются такие удивительные электрические явления, как полярные сияния. Многие из перечисленных феноменов связаны с потоками солнечной радиации, космического излучения, а также магнитным полем Земли. Высокие слои атмосферы–это также и химическая лаборатория, поскольку там, 0 в условиях, близких к вакууму, некоторые атмосферные газы под влиянием мощного потока солнечной энергии вступают в химические реакции. Наука, изучающая эти взаимосвязанные явления и процессы, называется физикой высоких слоев атмосферы.

ГИДРОСФЕРА - совокупность вод земного шара, водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и "твердой" земной корой. Включает в себя всю химически не связанную воду вне зависимости от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере и воду, содержащуюся в живых организмах. Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов. Основная её часть (94.1%) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод составляет свыше 1300 млн. км. Около 24 млн. км воды содержится в ледниках, причём 90% этого объёма приходится на ледяной покров Антарктиды. Столько же воды содержится под землёй. Поверхностные воды озёр составляют приблизительно 0,18 млн. км (из них половина солёные), а реки – 0,002 млн. км

Химический состав атмосферы:

Газ                            Объемное содержание, %    

Водород H2                    ±2·10-5

Кислород O2                  21

Озон O3                         10-5

Азот N2                         78.1

Углекислый газ CO2    3·10-5

Водяной пар H2O        ±0.1

Угарный газ CO           1.2·10-4

Метан CH4                   1.6·10-4

Аммиак NH3                ± 10-5

Двуокись серы SO2     ± 5·10-9

Гелий He                      5·10-4

Неон Ne                       1.8·10-3

Аргон Ar                      0.9

Криптон Kr                  1.1·10-4

Ксенон Xe                    8.7·106

Средняя молекулярная масса    28.8

 

Атмосфера Земли  состоит из механической смеси газов. Если удалить из воздуха влагу  и частицы пыли, то сухой воздух вблизи земной поверхности по объему будет содержать 78,09% азота, 20,95% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа. Количество остальных газов: водорода, неона, гелия, криптона, ксенона, радона, закиси азота, озона, метана и других - незначительно.

Пробы воздуха  на больших высотах, взятые с помощью  автоматических приборов и ракет, показали, что до высоты почти 100 километров,состав атмосферы существенно не меняется. Выше она также состоит преимущественно из азота и кислорода. Почти постоянный газовый состав атмосферы до высоты 100—120 км объясняется тем, что в ней постоянно происходит беспорядочное вихревое движение, вызывающее перемешивание газов. Непрерывное движение воздуха препятствует разделению газов в соответствии с их удельным весом, и процесс медленного диффузного проникновения одних газов в другие становится невозможным.

Количество  углекислого газа в атмосфере  непостоянно. В промышленных районах  его больше, чем вдали от них. В  приземном слое воздуха количество углекислого газа претерпевает и  суточные изменения: ночью его больше, чем днем. Это объясняется тем, что углекислый газ поглощается  растениями лишь в светлое время  суток, в то время как промышленные объекты и животный мир выделяют его непрерывно.

Химический состав гидросферы:

Элемент                                     Содержание, %

Кислород О                               85.45

Кальций Ca                               0.05

Водород Н                                10.63

Калий K                                    0.04

Хлор Cl                                     2.06

Бром Br                                     1.015

Натрий Na                                1.14

Углерод C                                0.0025

Азот N                                      0.37 

Магний Mg                             0.14

Сера S                                      0.09

 

Этот состав - соответствует химическому составу  живого организма – нашему составу. Состав гидросферы определяется составом океанической воды, которая характеризуется  устойчивой соленостью - 35 г/л. Химический состав поверхностных вод гидросферы приблизительно равен среднему составу морской воды.

Загрязнение атмосферы (5 слайд)

(6 слайд)Ежедневно среднестатистический человек вдыхает порядка 20 000 литров воздуха, содержащего, помимо жизненно важного кислорода, целый перечень вредных взвешенных частиц и газов. Загрязнители атмосферы условно делятся на 2 типа: естественные и антропогенные. Примерно 10% загрязнителей попадают в атмосферу вследствие таких природных процессов, как, например, вулканические извержения, которые сопровождаются выбросами в атмосферу пепла, распыленных кислот, в том числе серной, и множества ядовитых газов. Кроме того, основными источниками серы в атмосфере служат брызги морской воды и разлагающиеся растительные остатки. Также следует отметить лесные пожары, в результате которых образуются плотные клубы дыма, обволакивающие значительные площади, и пыльные бури. Деревья и кустарники выделяют много летучих органических соединений (ЛОС)Главными и наиболее опасными источникам загрязнения являются антропогенные(около 90%). В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. (слайд 7)Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнении - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздухоксилы азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов

Автотранспорт. Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине (около 75 %), затем самолеты (примерно 5 %), автомобили с дизельными двигателями (около 4 %), тракторы и другие сельскохозяйственные машины (около 4 %), железнодорожный и водный транспорт (примерно 2 %)..(слайд 8) К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники, (общее число таких веществ превышает 40), относятся оксид углерода (доля в общей массе составляет около 70 %), углеводороды (примерно 19 %) и оксиды азота (около 9 %). Оксид углерода (CO) и оксиды азота (N0x) поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды (HnCm) поступают как вместе с выхлопными газами, (он составляет примерно 60 % от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20 %), топливного бака (около 10 %) и карбюратора (примерно 10 %); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90 %) и из картера (10 %). (9,10,11,12 слайд)

(слайд 13) Защита от вредных  веществ, загрязняющих атмосферу, осуществляется по следующим направлениям (рис. 9): 
- вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией; 
- локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху (рис. 9, а); 
- локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере (рис. 9, б); 
- очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом (рис. 9, в); 
- очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания, в специальных агрегатах и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.) (рис. 9, г).

1 – источник токсичных веществ; 2 – устройство для локализации  токсичных веществ (местный отсос); 3 – аппарат очистки; 4 – устройство  для забора воздуха из атмосферы; 5 – труба для рассеивания выбросов; 
6 – устройство (воздуходувка) для подачи воздуха на разбавление выбросов

При выбросе вредных веществ  в атмосферу наиболее эффективным  мероприятием, уменьшающим загрязнение  воздушной среды, является очистка  технологических и вентиляционных выбросов, поэтому системы местной  вытяжной вентиляции должны быть оборудованы  воздухоочистителями, которые обычно подразделяют на пылеуловители и  аппараты для очистки газов.

В заключение можно  отметить, что все эти антропогенные  эффекты перекрываются в глобальном масштабе естественными факторами, например, загрязнением атмосферы вулканическими извержениями.

Загрязнение гидросферы

Практически все поверхностные  источники водоснабжения в последние  годы подвергаются воздействию вредных  антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Урал, Уфа, Тобол, Томь, а также  другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70% поверхностных вод и 30% подземных  потеряли питьевое значение и перешли  в категории загрязнённости–  “условно чистая” и “грязная”. Практически 70% населения Российской Федерации употребляет воду, не соответствующую ГОСТу “Вода питьевая”. Особенно тяжёлое положение с загрязнением поверхностных водоисточников сложилось в Астраханской, Кемеровской, Калининградской, Томской, Тюменской, Ярославской областях, Приморском крае. Возрастает загрязнение подземных вод, используемых для водоснабжения, в том числе нефтепродуктами, тяжёлыми металлами, пестицидами и другими вредными веществами, которые поступают в водоносные горизонты со сточными водами. Основными источниками загрязнения водоёмов служат предприятия чёрной (объём сбрасываемых сточных вод составляет около 12 млрд. м3, сброс загрязнённых сточных вод достиг 850 млн. м3.) и цветной металлургии, химической и нефтехимической (сброшено за год 2467, 9 млн. м3сточных вод, вместе с которыми в водоём попали нефтепродукты, взвешенные вещества, азот общий, азот аммонийный, нитраты, хлориды, сульфаты, фосфор общий, цианиды, роданиды, кадмий, кобальт, марганец, медь, никель, ртуть, свинец, хром, цинк, сероводород, сероуглерод, спирты, бензол, формальдегид, фурфурол, фенолы, поверхностно-активные вещества, карбамиды, пестициды, полуфабрикаты.), целлюлозно-бумажной, лёгкой промышленности.

Бытовые сточные воды – это вода из кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, бытовых помещений промышленных предприятий и др. В бытовых сточных водах органическое вещество составляет 58%, минеральные вещества– 42%. Суда. Сточные воды с судов подразделяются на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, включающие стоки из камбузов, душей, прачечных; подслановые, или нефтесодержащие. Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное, а также органическое загрязнения (химическое потребление кислорода достигает 1, 5–2 г/л). Объём этих вод сравнительно невелик –суточный сток их, например, на всех судах бассейна Волги не превышает 5-6 тыс. м3. Подслановые воды образуются в машинных отделениях и отличаются высоким содержанием нефтепродуктов. В последние годы водоёмы приняли многие и многие тысячи единиц маломерного флота (катера, лодки с подвесными моторами). Маломерный флот стал серьёзным загрязнителем водоёмов.

Реки выносят в океан  промышленные отходы, сточные воды, сельскохозяйственные удобрения. Водные пространства морей и океанов–конечные вместилища подавляющего большинства отходов. Морские воды загрязняются в результате захоронения различных отходов, удаления нечистот и мусора с кораблей, при исследовании дна морей и океанов и, особенно в результате различных аварий. В Тихий океан, например, сбрасывается ежегодно около 9 млн. т отходов, а в воды Атлантики– свыше 30 млн. т.

ПДК - предельная допустимая концентрация загрязняющего вещества в атмосферном воздухе – концентрация, не оказывающая в течение всей жизни прямого или косвенного неблагоприятного действия на настоящее или будущее поколение, не снижающая работоспособности человека, не ухудшающая его самочувствия и санитарно-бытовых условий жизни. Величины ПДК приведены в мг/м3. (ГН 2.1.6.695-98). Нормативы ПДК загрязняющих веществ в почве устанавливаются с учетом лимитирующего показателя их вредности. На первом месте по важности нормирования стоят пестициды и их метаболиты, затем нефтепродукты, сернистые вещества и т.д. При выборе индикаторных растений для обоснования нормативов ПДК в почве предпочтение отдается растениям, представленным в пищевом рационе населения. Система нормативов ПДК для вод включает три группы показателей, установленных для хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Каждый водопользователь предъявляет свои требования к качеству воды, исходит из своих интересов и технических возможностей. 

ПДК_МР – предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Эта концентрация при вдыхании в течение 20-30 мин не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.