- •Введение
- •Рекомендации к тестовым заданиям
- •Три агрегатных состояния планеты
- •Глава 1. Атмосфера – скафандр земли
- •Структура атмосферы
- •Состав атмосферы
- •Первичные атмосферы Земли
- •О динамике накопления кислорода в земной атмосфере
- •Азот – основной компонент воздуха
- •Углекислый газ – третий важнейший для живых организмов компонент воздуха
- •Циркуляция атмосферы
- •1.8. Аэрозоли атмосферы
- •1.9. Рассеянные металлы в тропосфере – природное явление
- •1.10. Источники поступления тяжелых металлов в атмосферу
- •Глава 2. Гидросфера – вместилище основного элемента аристотеля
- •2.1. Гидросфера как природная система
- •2.2. Физические свойства воды. Уникальные свойства
- •2.3. Характеристика состава природных вод. Растворенные газы
- •2.4. Главные компоненты в природных водах
- •2.5. Микроэлементы в составе природных вод
- •2.6. Естественные источники загрязнения воды
- •2.7. Океан. Состав океанской воды
- •2.8. Соленость океанской воды
- •2.9. Океан – индивидуальная форма структуры для нашей планеты
- •2.10. Озера. Химия озер
- •Глава 3. Литосфера – твердая оболочка земли
- •3.1. Строение Земли
- •Ядро и мантия
- •Литосфера – особая область планеты
- •Химический состав земной коры как фактор биосферы
- •Минерально-сырьевой потенциал России
- •Почва – ценный ресурс литосферы
- •Почва, ее состав и строение
- •3.9. Органические вещества почвы
- •Почвенная биота
- •Биосфера – самая молодая и самая динамичная часть Земли2
- •Антропогенные воздействия на биосферу
- •Глава 4. Проблемы атмосферы
- •4.1. Различные типы загрязнения воздуха
- •4.2. Естественные загрязнения атмосферного воздуха
- •4.3. Антропогенное загрязнение атмосферного воздуха
- •4.4. Парниковый эффект
- •4.5. Парниковые газы
- •4.6. Большой климатический спор о влиянии парниковых газов на климат
- •4.7. Озон в верхних слоях атмосферы. («Озоновый экран»)
- •4.8. Истощение озонового слоя в стратосфере
- •4.9. Влияние различных загрязнителей атмосферы на озон
- •4.10. Размышления об озоне и не только
- •Содержание
- •Глава 1. Атмосфера – скафандр для Земли
- •Глава 2. Гидросфера – вместилище основного элемента Аристотеля
- •Глава 3. Литосфера – твердая оболочка Земли 47
- •Глава 4. Проблемы атмосферы 67
4.7. Озон в верхних слоях атмосферы. («Озоновый экран»)
Озоновый экран располагается на высотах 9–30 км, у экватора – на 18–32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01 – 0,06 мг/м3. Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3–5 мм. Содержание озона выражается в сантиметрах (0,3 – 0,5) или в единицах Донсона (миллиметры, увеличенные в 100 раз – 300–500 ед.) [14, с.91].
Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода под влиянием ультрафиолетовых лучей: О2 О + О и последующем присоединении свободного кислорода к молекуле:
О + О2 = О3.
Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образование О2. Таким образом возникает равновесие между процессами образования озона и его разрушения. Условием для протекания реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей.
Озоновый слой защищает не только от жесткого и жестокого ультрафиолетового излучения, но и от не менее жесткого и жестокого космического мороза в 270 оС ниже нуля. Причем обе эти службы озоновый слой совмещает тем, что, принимая на себя поток высокоэнергетических частиц ультрафиолетового излучения, гасит эту энергию, разогреваясь сам (в сравнении с тропосферой) на 50–70 градусов, и таким образом в верхних, 50-километровых от поверхности Земли, границах озонового слоя всегда примерно нулевая (по Цельсию) температура, т.е. на 270 оС теплее, чем она была бы в отсутствие этой «крыши».
Основная часть общего содержания озона – около 90 %, приходится на стратосферу и только 1 % на тропосферу. Тропосферный озон долгое время не привлекал к себе пристального внимания. Интенсивные исследования начались в 70-е гг., но лишь в конце 80-х гг. проблема перешла в ранг проблем высокого приоритета.
Положительный тренд концентраций тропосферного озона в Северном полушарии хорошо документирован для последних 120 лет (рис. 18).
Особенно высокие темпы прироста содержания озона регистрировали в 1970–1980-х гг. в густонаселенных районах Европы и Северной Америке: если на станциях фонового мониторинга, расположенных в отдаленных районах (ст. Пойнт-Барроу, Аляска, обсерватория Мауна-Лоа, Гавайские острова), годовой тренд концентраций озона в 1980-х г. составлял примерно 0,75 %, то в Германии на ст. Гогенейс (1000 м над у.м.) он был на уровне 1,10 %, а в густонаселенном районе (ст. Вансдорф) достиг 2,18 % в год. Проведенные в период с 1989 по 1997 гг измерения на острове Окинава (Япония) свидетельствуют об увеличении концентрации озона в пограничном слое воздуха со скоростью (2,50,6) % в год. Наиболее высокие темпы прироста были зарегистрированы в южных районах Германии, где к началу 1980-х г. произошло увеличение содержания О3 более чем в два раза в сравнении с 1967 г.
Рис. 18. Изменение концентрации озона в приземном воздухе за 120 лет
Необходимо отметить, что тропосферный О3 и образующиеся одновременно с ним неорганические (Н2О2) и органические (ROOH) пероксиды и пероксилацилнитраты (ПАН) являются сильнейшими фитотоксикантами. Увеличение содержания в атмосфере этих вторичных загрязняющих компонентов приводит к уменьшению продуктивности (а зачастую и к деградации) естественного растительного покрова на обширных территориях и, следовательно, отрицательно влияет на ассимиляцию одного из главных парниковых газов – диоксида углерода.
Тенденцию к увеличению концентраций приземного озона объясняют антропогенными причинами – развитием теплоэнергетики, транспорта, химической промышленности и т.д., что вызывает рост эмиссии в атмосферу некоторых химических предшественников озона, в основном оксидов азота, летучих органических соединений, метана, оксида углерода. По мнению некоторых специалистов [8], масштабы образования озона в тропосфере с участием биогенных органических соединений и его поступления из стратосферы стали сопоставимыми.
Образование озона в нижней атмосфере происходит в процессах
NO2 + hV NO + O;
O + O2 + М О3 + М*,
и скорость его накопления определяется скоростью конверсии NO в NO2. «Критическая концентрация монооксида азота находится на уровне всего лишь 5–10 трлн-1. В настоящее время концентрации NO даже в удаленных от городов сельских районах Северного полушария составляют 3–4 млрд-1, т.е. их значения в несколько порядков больше «критических».
Окисление метана происходит по разному в «чистой» атмосфере, содержащей лишь небольшие количества NO, и в загрязненной оксидами азота атмосфере. Общий итог постадийного окисления метана в присутствии больших количеств NO в атмосфере:
СН4 + 6О2 СО + 3О3 + 2Н2О.
В воздухе, содержащем большие количества монооксида азота, окисление СО описывается суммарной реакцией:
СО + 2О2 СО2 + О3.
Суммируя реакции, получаем:
СН4 + 8О2 СО2 + 4О3 + 2Н2О.
Таким образом, выброс оксидов азота приводит к накоплению озона и увеличению окислительного потенциала атмосферы.
Источником поступления озона в тропосферу является также атмосферный перенос из стратосферы, который наиболее интенсивно происходит в весенне-летний период. Богатый озоном воздух из стратосферы поступает в тропосферу через складки и разрывы в тропопаузе. Поток стратосферного озона в нижнюю атмосферу оценивается в 770 Тг/год.
Благодаря исследованиям, проведенным в США и Западной Европе, накоплены убедительные данные о негативном влиянии тропосферного озона. Выделите эти влияния…
[1] повышение температуры в тропосфере;
[2] увеличение подвижности тяжелых металлов;
[3] усиление «парникового эффекта», деградация почв, ухудшение здоровья;
[4] проникновение через клеточную стенку в цитоплазме, нарушение целостности и проницаемости клеточных мембран, частичное ингибирование мембранного транспорта, т.е. снижение скорости роста растений и накоплении биомассы.