ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ n В 1967 г Европейский

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

n В 1967 г. Европейский совет так определил загрязнение атмосферы: «Любое постороннее вещество или изменение естественного состава воздуха, способное вызвать вредные эффекты или же создать затруднения для человека» . 2

Перенос загрязнений в атмосфере n Атмосферные движения играют основную роль в распространении загрязняющих веществ. Действительно, каким бы ни было вещество — органическим или минеральным, газообразным, жидким или твердым, теоретически оно может распространяться в атмосфере. 3

n n Некоторые из загрязняющих веществ, выбрасываемых человеком в атмосферу, находятся в ней и в естественных условиях. Углекислый газ, окись азота, сернистый газ или ртуть антропогенного происхождения увеличивают фоновые концентрации этих примесей в атмосфере, куда они поступают благодаря различным явлениям, таким, как вулканическая деятельность или некоторые биохимические процессы. 4

n Другие загрязнители — радиоактивные вещества, пестициды или многочисленные синтезированные органические соединения — имеют искусственное происхождение. 5

Структура атмосферы n n Атмосфера по вертикали делится на несколько слоев, в которых давление с высотой постепенно падает. Это тропосфера, стратосфера, мезосфера и термосфера. Нас интересуют только два первых слоя, наиболее низко располо женные и наиболее плотные. Они играют основную роль в глобальном загрязнении биосферы, поскольку именно в них происходит перенос загрязняющих веществ на большие расстояния от густонаселенных и индустриальных районов. 6

7

n Тропосфера — самый нижний слой атмосферы. В ней сосредоточено около 8/10 всей массы атмосферного воздуха. Температура воздуха быстро понижается с высотой вплоть до тропопаузы — верхней границы тропосферы. Над полюсами высота тропопаузы 9 км, над экватором — 15 км. На уровне тропопаузы температура воздуха составляет примерно — 60 °С. 8

n От тропопаузы начинается стратосфера, простирающаяся до стратосфера высоты около 50 км. В этом слое температура воздуха понижается до минимального для атмосферы значения: — 85°С (18 км над экватором). 9

Кинетика загрязнений в атмосфере n n Знание тропосферных и стратосферных воздушных течений существенно необходимо для понимания механизма загрязнения биосферы. Доказано существование западного потока, который господствует в умеренных широтах (максимум скорости достигается вблизи тропопаузы). При средней скорости западного потока 35 м/с, наблюдаемой вблизи тропопаузы, перенос примесей, находящихся на этом уровне, вокруг Земного шара осуществляется за 12 сут 10

n К горизонтальным потокам добавляются вертикальные движения воздуха. Сочетание западно восточных ветров с вертикальными дви жениями в низких широтах порождает тип атмосферной циркуляции, называемой ячейкой Гадлея (Hadly). С помощью ее осуществляется обмен воздушными массами между двумя полушариями в экваториальных районах. 11

12

n В противоположность тропосфере, где примеси быстро распространяются, по вертикали, в стратосфере обмен примесями между слоями происходит очень медленно, поскольку скорость вертикальных движений здесь не превышает нескольких сантиметров в секунду. Именно поэтому частицы, попавшие в стратосферу, могут оставаться в ней годами. 13

n n n Согласно оценкам, средняя продолжительность пребывания неосаждающейся (легкой) частицы равна 2 годам в стратосфере, 4 мес вблизи тропопаузы, 30 сут в верхней тропосфере и только 6— 10 сут в нижней тропосфере (3 км и менее) 14

n n Однако почти во всех случаях атмосферные примеси не находятся бесконечно долго в тропосфере или стратосфере. Газообразные примеси часто растворяются в воде или поглощаются почвой. Впоследствии они трансформируются растениями или микроорганизмами в другие вещества. 15

n n Так, например, обстоит дело с окисью углерода, которая окисляется различными почвенными бактериями. Аналогичным образом сернистый газ превращается в сульфаты, и в конечном счете сера включается автотрофными растениями в аминокислоты, такие, как метионин или цистеин. 16

n Твердые частицы рано или поздно достигают земной поверхности либо под действием силы тяжести, либо в результате захвата их осад ками. Это обусловливает прямое попадание твердых частиц в океаны и на сушу. В последнем случае в процессе выщелачивания почв континентальными водами твердые примеси переносятся в морскую среду, где течения заканчивают их рассеивание в гидросфере. 17

ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ 18

n n n Загрязнение атмосферы может быть результатом или количественных изменений — повышения концентрации ее обычных составляющих (углекислый газ, перекись азота, озон), или качественных изменений, вызванных появлением инородных составляющих (радиоактивные элементы, органические вещества), или же — что чаще всего и бывает — совместного воздействия обоих этих процессов. 19

20

Углекислый газ (СО 2) n Это естественная составляющая атмосферы. В настоящее время концентрация СО 2 равняется 325 млн 1. Однако она не остается постоянной, а начиная с конца прошлого века непрерывно увеличивается в результате роста количества ископаемого топлива, которое сжигается для производства энергии, потребляемой обществом. 21

22

23

n Многолетняя динамика прироста температуры воздуха 24

Последствия глобального потепления Северное полушарие будет нагреваться сильнее Южного n Потепление будет более выражено на полюсах: n ¨ Арктика +5. 5°С ¨ Антарктика +2. 0°С 25

Потепление увеличит влажность атмосферы и увеличение количества осадков, особенно в Северной Америке, Европе и Японии (главным образом зимой); n Повышение уровня моря ( по модели – в среднем на 48 см) n 26

Резкое изменение температуры на 0. 1 °С в течение короткого периоды (несколько десятилетий) вызовет серьезные нарушения с структуре и функционировании биосферы в целом. n Показано, что при увеличении глобальной температуры на 1. 0 °С, климатические пояса будут сдвигаться на 100 150 км к Северу и на 150 м вверх над уровнем моря. n 27

Увеличит ли это потепление продукцию продовольствия? Это будет зависеть от двух факторов: n От плодородия почв n От количества средств, вложенных в создание новой с/х инфраструктуры n 28

Угрозы здоровью человека Будут страдать пожилые люди и люди с сердечными заболеваниями; n Сокращение запасов питьевой воды n Вспышки малярии, энцефалита, желтой лихорадки. n К 2050 число беженцев может составить 50 150 млн человек. n 29

30

Киотский протокол, 1997 Количественные обязательства n Киотский протокол стал первым глобальным соглашением об охране окружающей среды, основанным на рыночных механизмах регулирования — механизме международной торговли квотами на выбросы парниковых газов. 31

n Страны Приложения B Протокола определили для себя количественные обязательства по ограничению либо сокращению выбросов на период с 1 января 2008 до 31 декабря 2012 года. Цель ограничений — снизить в этот период совокупный средний уровень выбросов 6 типов газов (CO 2, CH 4, гидрофторуглеводороды, перфторуглеводороды, N 2 O, SF 6) на 5, 2 % по сравнению с уровнем 1990 года. 32

n n n Основные обязательства взяли на себя индустриальные страны: Евросоюз должен сократить выбросы на 8 % Япония и Канада — на 6 % Страны Восточной Европы и Прибалтики— в среднем на 8 % Россия и Украина — сохранить среднегодовые выбросы в 2008— 2012 годах на уровне 1990 года Развивающиеся страны, включая Китай и Индию, обязательств на себя не брали. 33

Киотский протокол, 1997 34

Сернистый газ SO 2 n n При отсутствии источников загрязнения SO 2 (сернистый газ) встречается в атмосфере в виде следов (миллионные доли). Общее количество выбрасываемого SO 2 в атмосферу ( тропосферу) составляет 145*106 т в год. Из этого количества на долю каменного угля приходится 70%, на жидкое топливо – 16%. 35

Кроме того, в атмосферу поступает сероводород H 2 S примерно 100*106 тонн в год. Источники поступления: n Промышленные выбросы n Морские бризы n Выветривание почв n Вулканическая деятельность n 36

n n n Сернистый ангидрид не сохраняется в атмосфере бесконечно долго, т. к. с ним происходят различные химические превращения. OH + SO 2 H 2 SO 4 Серная кислота в атмосфере образует сильно токсичный туман. Кислота реагирует с присутствующими в воздухе катионами (аммиак и тяжелые металлы). Образующиеся сульфаты возвращаются в почву с осадками. 37

Кислотные дожди (H 2 SO 4 и HNO 3) Воздействие на водные экосистемы. p. H является важным факторов в жизни живых организмов, поскольку воздействует на энзимы, гормоны и другие структуры белкового происхождения. Обычно организмы в состоянии самостоятельно поддерживать оптимальную для них кислотность внутренней среды. 38

39

Однако низкие значения р. Н подавляют эту способность. В водных экосистемах величина р. Н может изменяться в от 6 до 8, к чему живые организмы адаптированы. Однако яйца, сперма и молодые животные особенно чувствительны к понижению р. Н. 40

Опасность заключается в том, что в кислой среде алюминий и тяжелые металлы переходят в легко растворимые в воде формы и тем самым становятся токсичными для организмов. Тяжелые металлы могут аккумулироваться в водных организмах (в рыбе) и вызывать отравления людей. К настоящему времени многие тысячи озер и рек погибли вод действием кислотных осадков. Эти озера выглядят весьма привлекательно. 41

Буферная емкость n n Ca. CO 3 +2 H+ Ca + CO 2 +H 2 O Территории могут различаться по буферной емкости, которая зависит от количества известняка. До тех пор, пока кальция в среде достаточно, для того, чтобы нейтрализовать действие кислоты, кислотные осадки не в состоянии оказать негативное воздействие на экосистему. 42

Воздействие кислотных осадков на леса. n n n Повреждения листьев и хвои, что ведет к понижению иммунитета, т. е. делает растения более восприимчивыми к низким температурам, болезням, насекомым – вредителям и грибам. Снижение первичной продукции из за снижения доступности биогенных элементов. Освобождение токсичных металлов 43

44

Озо новый слой n n Озо новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км, в котором под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца кислород (О 2) ионизируется, приобретая третий атом кислорода, и получается озон (О 3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущие на суше от губительного излучения. Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. 45

n Наибольшая плотность озона встречается на высоте 20 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Если бы можно было извлечь весь озон, находящийся в атмосфере, и сжать под нормальным давлением, то в результате вышел бы слой, покрывающий поверхность Земли с шириной всего 3 мм. Для сравнения, вся сжатая под нормальным давлением атмосфера составляла бы слой в 8 км. 46

Разрушение озонового слоя Земли n n Озо новая дыра — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли. По общепринятой в научной среде теории, во второй половине XX века всё возрастающее воздействие антропогенного фактора в виде выделения хлор и бромсодержащих фреонов привело к значительному утоньшению озонового слоя, Недавно полученные научные данные укрепили вывод предыдущих оценок в том, что перевес в пользу научных доказательств свидетельствует о том, что наблюдаемая потеря озона в средних и высоких широтах в основном обусловлена антропогенными хлор и бромсодержащими соединениями 47

Механизмы гибели озона n Азотный цикл (NOx): N 2 O + O → NO + NO n О 3 + NO → NO 2 + О 2 n NO 2 + О → NO + О 2 n 48

Водородный цикл (HOx) : Н 2 O + O → OH + OH n ОН + О 3 → НО 2 + О 2 n НО 2 + О 3 →ОН + 2 О 2 n 49

Хлорный цикл (Cl. Ox): CFCl 3 + hν → CFCl 2 + Cl n Cl + O 3 → Cl. O + O 2 n Cl. O + O → Cl + O 2 n 50

Озоновая дыра 51

52

53