Екологія і організація природоохоронної діяльності - Шматько В.Г. - Розділ 1. СТРУКТУРА ПРИРОДНОГО СЕРЕДОВИЩА ТА НЕОБХІДНІСТЬ ЙОГО ОХОРОНИ

1.1. Атмосфера Землі, характеристика та джерела її забруднення

Повітряна оболонка Землі (атмосфера) захищає живі організми від впливу космічних випромінювань, метеоритів, регулює сезонні та добові коливання температури, являється носієм тепла та вологи. Основними компонентами атмосфери є азот (78,1%), кисень (21,0%), аргон (0,9%). Крім того, атмосфера містить домішки газів С02, метану та інших, а також парів води від 0,2% в приполярних районах до 3% поблизу екватора.

Структура атмосфери наведена на рис. 1.1.

Атмосфера має шарувату структуру. Від поверхні Землі нагору це шари: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера. Границі між шарами не різкі і їхня висота залежить від широти і часу року. Шарувата структура - результат температурних змін на різних висотах.

У тропосфері (нижче приблизно 10 км: близько 6 км над полюсами і більш 16 км над екватором) формується погода. Верхня границя тропософери вище влітку, ніж узимку.

В цьому шарі зосереджені усі водяні пари і саме тому всі хмари утворюються в межах тропосфери. Температура зменшується з висотою. Сонячні промені легко проходять через тропосферу, а тепло, що випромінює нагріта сонячними променями Земля, накопичується в тропосфері: такі гази, як вуглекислий газ, метан, а також пари води утримують тепло. Такий механізм прогрівання

атмосфери від Землі, нагрітою сонячною радіацією, називається парниковий ефект. Саме тому, що джерелом тепла для атмосфери є Земля, температура повітря з висотою зменшується.

Колись припускали, що температура атмосфери падає і вище тропософери, однак виміри у високих шарах атмосфери показали, що це не так: відразу вище тропопаузи (границі між тропосферою і стратосферою) температура майже постійна, а потім починає збільшуватися.

Стратосфера дуже важлива для життя на Землі, саме в цьому шарі знаходиться невелика кількість озону, що поглинає сильне ультафиолетовое випромінювання, шкідливе для життя. Поглинаючи ультафиолетовое випромінювання озон нагріває стратосферу.

Сильні горизонтальні вітри, що дують у стратосфері, не створюють турбулентності. Повітря стратосфери дуже сухе і тому хмари рідкі. Утворюються так звані перламутрові хмари.

На висоті близько 50 км над Землею температура знову починає падати, позначаючи верхню границю стратосфери і початок наступного шару - мезосфери. Мезосфера має саму низьку температуру в атмосфері: від -2 до -138°С. Тут же знаходяться самі високі хмари: у ясну погоду їх можна бачити при заході. Вони називаються "світні вночі".

Термосфера знаходиться вище мезосфери на висоті від 90 до 500 км над поверхнею Землі. Молекули газу тут сильно розсіяні, поглинають рентгенівське випромінювання і короткохвильову частину ультрафіолетового випромінювання. Через це температура може досягати 1000'С.

Термосфера в основному відповідає іоносфері, де іонізований газ відбиває радіохвилі назад до Землі - це явище дає можливим установлювати радіозв'язок.

Вище 500 км атмосфера переходить в екзосферу і поступово в міжпланетний простір.

Видиме світло, деяка частина ультрафіолетового випромінювання та інфрачервоне випромінювання, а також радіохвилі складають частину електромагнітного спектру, що досягає поверхні Землі.

Рис 1.1. Структура атмосфери Землі

Киснево-азотний склад атмосфери сьогодні є однією з найголовніших умов життя. Склад атмосферного повітря в залежності від антропогенного впливу людської діяльності міняється. Людині потрібне повітря повного складу (якості), але під впливом її діяльності хімічний склад та фізичні властивості повітря погіршуються. Збереження якості повітряної оболонки Землі від антропогенного впливу є задачею охорони атмосферного повітря.

В результаті діяльності людства клімат Землі, який в основному залежить від стану її атмосфери, змінюється. Сьогодні атмосфера Землі розігрівається значно швидше чим раніше. Посилення парникового ефекту зумовлене наступними чинниками:

- спалювання великої кількості вугілля, нафти, газу, торфу, а також органічного палива;

- робота теплових та атомних електростанцій;

- знищення у великій кількості лісових насаджень. Виділяємий вуглекислий газ діє так само як скло в теплиці чи парнику: він вільно пропускає до поверхні сонячні промені, але утримує тепло розігрітої Сонцем поверхні. За рахунок цього середньорічна температура на Землі у найближчі десятиліття може змінитися за розрахунками вчених на 1,5-2'С, що може викликати прискорення екологічної кризи (потепління в зоні тундри, танення шару вічної мерзлоти і полярних крижаних полів, підвищення рівня Світового океану). Крім цього до посилення парникового ефекту призводить виділення інших газів - метану, закису азоту, фреонів, - вміст яких в атмосфері швидко зростає (Рис. 1.2) [1].

Постійне збільшення кількості спалюваного органічного палива призводить до підвищення концентрації С02 в атмосферному повітрі. В 1860 році його вміст становив 0,027%, на початку XX ст. - 0,029%, а сьогодні - 0,034%. Прогнози показують, що до середини XXI ст. його вміст подвоїться. Це призведе до різкого посилення парникового ефекту.

Виникають ще дві не менш небезпечні проблеми: потепління в Арктиці й Антарктиці призведе до швидкого танення льодовиків. Якщо їхній об'єм зменшиться на 50%, то рівень Світового океану підніметься на 25-30 м. Багато прибережних міст буде затоплено водою. Зміна клімату супроводитиметься зміною погодних умов, які навіть важко передбачити. Справжнім екологічним катаклізмом на планеті є посуха в Африці, де пустеля наступає на савану зі швидкістю 50 км на рік замість 1 км на рік в минулому.

Рис. 7.2 Динаміка зростання вмісту парникових газів в атмосфері за період 1750-2000 рр.: вуглекислого газу (С02), метану (СН4), закису азоту (N20), фреонів (хлорфторвуглеродів, ХФВ), а також озону (О3): стратосферного (стр.) і тропосферного (тр.)

Охорона природи нерозривно пов'язана також із боротьбою проти ядерної війни. Адже вона загрожує людству не тільки фізичним винищенням, а й жахливими змінами клімату, що стануться після неї. Вчені багатьох країн світу провели моделювання наслідків термоядерної війни на ЕОМ, яке отримало назву "ядерної зими". Опубліковано кілька її сценаріїв. У перший день війни в північній півкулі (тут мешкає 85% населення світу) в атмосферу підніметься

300 млн. тонн диму й пилу. Протягом тижня на поверхню планети доходитиме менше 1% сонячного світла, а протягом трьох тижнів - не більше ніж 10%. Якщо війна відбудеться весною або влітку, температура на 20-30°С знизиться, тобто літо перетвориться на зиму. Низька температура утримуватиметься кілька місяців, що порушить нормальний хід процесів фотосинтезу. Люди гинутимуть від голоду, отруйних газів, які утворюються під час пожеж, кислотних дощів і радіоактивного зараження.

Вміст озону зменшиться на 50%, що збільшить надходження ультрафіолетового випромінювання до смертельних для людини доз.

Ядерну війну можна викликати за допомогою лазерних установок із термоядерною заправкою. Кілька сотень таких лазерів, спрямувавши на Землю тисячі смертоносних променів, можуть викликати гігантські пожежі міст і сіл. Ефект від цього може бути таким же катастрофічним, як від атомного вибуху.