Атмосфера состав атмосферы газовая функция биосферы

Вопрос 2. Атмосфера, как элемент биосферы.

Вопрос 1. Атмосфера.

Атмосфера – это газовая оболочка небесного тела (в частности Земли), удерживаемая около него гравитацией.

Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое.

Толщина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями и цианобактериями в процессе фотосинтеза.

Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения и метеоритов.

Атмосфера есть у всех массивных тел — газовых гигантов и большинства планет земного типа (в Солнечной системе — кроме Меркурия).

Вопрос 2. Атмосфера, как элемент биосферы.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли, имеющая определенный химический состав: около 78 % азота, 21 — кислорода, 1 — аргона и 0,03 % углекислого газа.

Атмосфера

В биосферу входят лишь самые нижние слои атмосферы. Жизнь в них не может существовать без непосредственной связи с литосферой и гидросферой. Крупные древесные растения достигают нескольких десятков метров в высоту, располагая вверх свои кроны.

На сотни метров поднимаются летающие животные — насекомые, птицы, летучие мыши. Некоторые виды хищных птиц поднимаются на 3–5 км над поверхностью Земли, высматривая свою добычу.

Наконец, восходящими воздушными потоками пассивно заносятся на десятки километров вверх бактерии, споры растений, грибов, семена. Однако все перечисленные летающие организмы или занесённые бактерии лишь временно находятся в атмосфере. Нет организмов, постоянно живущих в воздухе.

Верхней границей биосферы принято считать озоновый слой, располагающийся на высоте у полюсов — 8-10 км, у экватора — 17-18 км, над остальными территориями — 20-25 км над поверхностью Земли.

Он защищает всё живое на нашей планете от мощного ультрафиолетового солнечного излучения, в значительной мере поглощая эти лучи. Выше озонового слоя существование жизни невозможно.

Таким образом, основная часть видов живых организмов сосредоточена на границах атмосферы и литосферы, атмосферы и гидросферы, образуя относительно «тонкую пленку жизни» на поверхности нашей планеты.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Источник

Вопрос 34. Атмосфера – состав, роль в биосфере.

Нашу планету Земля окружает защитная оболочка, которую мы называем атмосферой. Её присутствие – залог успешной жизни всех биотопов планеты. Атмосфера исполняет следующие функции:

защищает биосферу от влияния вредного излучения из космоса;

защищает нашу планету от ударов метеоритов;

влияет на суточное изменение температуры. (Без атмосферы этот показатель равен ± 200 °С);

в ней проходит основная циркуляция тепла и влаги;

содержит участвующие в фотосинтезе;

Атмосфера состоит на 78% из азота, 21% — кислород и чуть меньше 1% — аргона. Кроме того в ее состав входит пар, СО2 и другие. Кроме газов, атмосфера содержит также мелкие дисперсные вещества — аэрозоли. Начальная же атмосфера нашей планеты была похожая на атмосферу Венеры, и в ее состав входил в основном углекислый газ, аммиак и другие. Сейчас же в результате жизни на планете мы имеем кислородно-азотную систему. Вес атмосферы приблизительно 500000 тонн. Это одна миллионная веса нашей планеты. На Земле сегодня трудно найти заселенные местности, в которых воздух был бы первоначального качества. В районах, где развита инфраструктура промышленности, воздух можно считать вредным для здоровья. Например, в США есть более 60 городов, в которых уровень вредных веществ в атмосферном воздухе значительно превышает предельно допустимые концентрации. Атмосфера состоит из:

тропосферы – самый нижний слой

стратосфера – высота не превышает 50 км

мезосфера – высота около 80 км.

Термосфера, экзосферы и геокорона – также слои атмосферы. Но они находятся выше, чем 1000 км от земли. Воздух, которым можно дышать сконцентрирован только в тропосфере. Здесь же и происходят основные тепловые процессы. На сегодня основной проблемой биосферы имеет озоновый слой, в воздухе которого содержится трёхатомный кислород. Этот слой защищает все биологические виды от ультрафиолетового излучения солнца.

Вопрос 35. Значение воды. Классификация вод.

Вода является основным компонентом большинства растительных клеток и тканей. Содержание воды в клетках варьирует в зависимости от типа клеток и физиологических условий. Например, в корне моркови содержится около 85 % воды, тогда как молодые листья салата на 95 % состоят из воды.

В некоторых сухих семенах и спорах содержание воды составляет всего лишь 10 %; однако, для того чтобы они стали метаболически активными, содержание воды в них должно существенно увеличиться.

Вода является средой, в которой происходит диффузия растворенных соединений по клеткам растения; представляет собой вещество, необычайно удобное для регуляции температуры; служит растворителем необходимым для протекания многих биохимических реакций; наконец, вода довольно мало сжимаема при давлениях, существующих в организме, что подчеркивает ее роль в поддержании структуры растения.

Минеральные вещества, необходимые для роста, и органические соединения, синтезируемые в ходе фотосинтеза – все они транспортируются по растению в виде водных растворов.

Вода представляет собой один из необходимых метаболитов, т.е. непосредственно участвует в метаболизме. Она служит источником кислорода, выделяемого в ходе фотосинтеза, и водорода, используемого для восстановления углекислого газа. При образовании АТФ – важного макроэргического соединения – из АДФ и фосфата происходит отщепление воды, иными словами, подобное фосфорилирование есть не что иное, как процесс дегидратации, происходящий в водном растворе в биологических условиях; вода участвует в реакциях гидролиза.

В самом деле, три четверти поверхности нашего мира заняты водой – океанами, морями, озерами, реками, а пятая часть суши покрыта снегом и льдом. Пары воды присутствуют в атмосфере, сообщая ей влажность, формируют облака и тучи, проливаются на землю дождем. В почве и верхнем слое земной коры находятся подпочвенные воды и скрытые подземные водоемы. Наконец, животные и растения большей частью состоят из воды, в том числе и человек: вода составляет 70 % массы нашего тела. Пожалуй, в распространенности воды, в том, что водой все «проникнуто и охвачено», и заключается ее главнейшее уникальное свойство.

Вторым по значению свойством является способность воды растворять вещества. Вода – универсальный растворитель. Благодаря этому ее состав не исчерпывается формулой H₂O. В воде содержатся практически все элементы Периодической таблицы, а также газы, основания, кислоты, соли и органические вещества. Все прочие жидкости, которые мы пьем, или употребляем с пищей, или используем в быту и технике, – все, начиная от спирта, вина, духов, микстур и кончая электролитами, жидкими маслами и бензином, – являются водными растворами той или иной концентрации. При этом множество веществ, которые в газообразной или твердой фазе состоят из нейтральных молекул, в воде диссоциируют, то есть распадаются на ионы, а это ведет к изменению, как их свойств, так и свойств самого раствора. Говоря простейшим языком, диссоциация резко увеличивает способность веществ вступать в химические и биохимические реакции. Огромное количество этих реакций, включая явление, называемое жизнью, протекает именно в водной среде.

Третье уникальное свойство воды заключается в том, что на Земле она присутствует одновременно в трех состояниях или, употребляя физическую терминологию, в трех фазах – газообразной, жидкой и твердой, то есть в виде водяного пара, собственно жидкой воды и льда. Не пытайтесь отыскать другое вещество, которое обладало таким же свойством. И мы, конечно, знаем о необычном свойстве воды расширяться при замерзании, о том, что лед легче воды, тогда как у остальных веществ все происходит наоборот: при охлаждении и переходе в твердую фазу их объем уменьшается.

Источник

17.2.3.1. Атмосфера как составная часть биосферы

Атмосфера — наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим пространством. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы — водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.

Одним из важнейших компонентов атмосферы является изотоп кислорода — озон (0₃). Его образование и разложение связано с поглощением ультрафиолетового излучения Солнца, которое губительно для живых организмов (вспомним стерилизацию живых организмов кварцем). Озон поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на атомарный и молекулярный кислород. Основное количество озона располагается на высоте 20—25 км, там его концентрация максимальна. Озоновый слой является «экраном» от ультрафиолетового излучения и играет исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле.

17.2.3.2. Гидросфера — водная оболочка Земли

Вследствие высокой подвижности воды гидросфера проникает повсеместно в различные природные образования. Она находится в виде паров и облаков в земной атмосфере, формирует океаны и моря, существует в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов, покрывает в виде мощных ледяных панцирей полярные участки Земли. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать как естественные растворы разной степени концентрации.

Гидросфера находится в тесной связи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которые она входит как отдельный компонент.

17.2.3.3. Литосфера — поверхность твердого тела Земли

Литосфера — это земная кора, наиболее неоднородная оболочка Земли. Горные системы чередуются обширными равнинами на материках. В свою очередь, все материки — это приподнятые над уровнем моря участки земной коры.

Земная кора состоит из различных минеральных ассоциаций в виде осадочных, изверженных и метафорических горных пород различных форм залегания. В настоящее время под земной корой принято понимать верхний слой твердого тела Земли, расположенный выше сейсмической границы. Эта граница проходит на разных уровнях, на разных глубинах и отличается резким скачком сейсмических волн, возникающих при землетрясениях.

В.И. Вернадский выделил дисимметрию планеты. Если разделить земной шар по Тихоокеанскому побережью (краевым частям Восточной Азии, запада Северной и Южной Америки), то он будет состоять из двух полушарий:

? континентального, где сосредоточены все материки совместно с Атлантическим и Индийским океанами;

? океанического, которое займет площадь всего Тихого океана.

Такой характер планетарного рельефа нашей планеты имеет глубокие корни. Прежде всего он связан со строением и составом земной коры в пределах континентального и океанического полушарий. Континентальная часть земной коры в течение длительное геологической истории находилась в ту или иную эпоху в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных горных пород и сосредоточенных в них месторождений полезных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, кремнистых и карбонатных пород, связанных в прошлом с жизнедеятельностью организмов. Поэтому континентальная земная кора имела и имеет прямое и косвенное отношение к биосфере Земли.

Таким образом, установить границы биосферы во времена В.И. Вернадского было невозможно. Да и сейчас, когда уже получены научные данные о существовании жизни во всей толще вод мирового океана, а также исследованы на «заселенность» многие области Земли с экстремальными условиями, границы биосферы все еще определяются приближенно.

Источник

3.Роль атмосферы в функционировании биосферы. Свойства атмосферы и возможности по самоочищению.

Атмосфера спасает всё живое на Земле, как от «звёздных осколков», так и от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских, космических лучей.

Наличие воздушной оболочки придаёт нашему небу голубой цвет, т.к. молекулы основных элементов воздуха и различные примеси рассеивают, главным образом, лучи с короткой длиной волны, т.е. фиолетовые, синие и голубые. По мере удаления от поверхности Земли и уменьшения плотности атмосферы цвет неба темнеет, сначала становится густо-синим, а в стратосфере приобретает тёмно-синюю окраску.

Одной из особенностей атмосферы является её способность к самоочищению. Этот процесс происходит вследствие сухого и мокрого выпадения примесей, поглощения их земной поверхностью растениями, переработки бактериями, микроорганизмами и другими путями. Зелёные насаждения способствуют очищению воздуха от пыли, оксида углерода, диоксида серы и т.д. Одно взрослое дерево липы может в течение суток аккумулировать десятки килограммов диоксида серы, превращая его в безопасное вещество. Однако возможности природы ограничены.

Во всём мире проходят компании с целью убедить правительства сократить вырубку лесов. Уничтожение млн. кв. км леса означает уменьшение поступления кислорода в атмосферу и скопление большого количества углекислого газа, создающего эффект тепловой ловушки.

Атмосфера способна обеспечивать равновесие между продуцированием кислорода, потреблением углекислого газа зелёными растениями. Это позволяет сохранять замкнутый цикл, от которого зависит жизнедеятельность всех животных и растений планеты в течение сотен тысяч лет.

Однако теперь этому равновесию угрожают последствия производственной деятельности человека.

В результате всемирной индустриализации за последние 200 лет стали нарушаться пропорции в газовом составе атмосферы. Это напрямую угрожает сбалансированности процессов, протекающих в биосфере.

Увеличение концентрации в атмосфере отдельных компонентов ведёт к её загрязнению.

Изменение газового состава

Загрязнение

Увеличение содержания аэрозолей

4.1 Изменение газового состава

В настоящее время наблюдается повышение концентрации таких составляющих атмосферного воздуха, которые могут оказывать особенно негативное влияние на живые организмы.

СО₂ – углекислый газ, не токсичен. За последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере выросло с 0, 027% до 0,03%. Ежегодный прирост составляет 0,0004% в год. Повышение концентрации углекислого газа связывают с глобальным изменением климата на Земле.

Углекислый газ относят к группе парниковых газов (сюда также включают метан (СН₄), оксиды азота). Эти газы образуются при сжигании различных ископаемых видов топлива, при проведении агротехнических мероприятий (например, при внесении азотных удобрений).

Парниковый эффект. Парниковые газы, всегда присутствующие в атмосфере, задерживают тепло солнечных лучей, отражённых от поверхности Земли. Если бы этот процесс прекратился, все воды планеты перешли бы в состояние льда, что привело бы к гибели все живые организмы. Однако, когда содержание «парниковых газов» увеличивается из-за антропогенного вмешательства, в атмосфере удерживается слишком большое количество тепла. Это приводит к потеплению климата во всём мире. За последнее столетие средняя температура на планете увеличилась на полградуса Цельсия. Прогнозируется дальнейшее потепление к середине нынешнего века на 1 — 4,5 градусов.

Сейчас в атмосфере увеличивается доля примесей, которые оказывают различное токсическое действие на человека.

СО – оксид углерода, токсичен. Без цвета и запаха. Образуется при работе энергоустановок, содержится в выбросах двигателей внутреннего сгорания. Контактируя с человеческим организмом, соединяется с гемоглобином в крови. Гемоглобин становится неспособным переносить кислород к тканям, т.е. воздействует на нервную сердечно-сосудистую систему – вызывает удушье. (Например, при воздействии в течение 2-3 часов на организм концентрации 200-220 мг/м 3 наступает отравление СО). Ежегодные выбросы в атмосферу составляют не менее 1250 млн. т.

SО₂ — диоксид серы, токсичен. Бесцветный газ с острым запахом. Образуется в результате сжигания серосодержащего топлива или в результате переработки сернистых руд. Раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При концентрации около 50 мг/м 3 образует последовательно H₂SO₃ и H₂SO₄. При содержании в воздухе SO₂ от 0,23 мг/м 3 происходит усыхание хвойных деревьев и при концентрации от 0,5 мг/м 3 — лиственных. Ежегодные выбросы в атмосферу составляют около 170 млн. т. в год.

Углеводороды – пары бензина, пентан, гексан и т.д. Обладают наркотическим действием. К канцерогенным веществам относят бенз(а)пирен С₂₀Н₁₂, который образуется в процессах пиролиза угля углеводородных топлив (при температуре более 600 градусов по Цельсию)

Необходимо отметить повышенное содержание следующих примесей, которые имеют антропогенное происхождение: сероводород и сероуглерод, соединения фтора, соединения хлора и т.д.

Кислотные дожди. Содержат растворы серной и азотной кислот. Образуются в результате реакции оксидов серы и оксидов азота с водяными парами атмосферы. Это превращает выпадающие дожди в слабые растворы кислот.

Кислотные дожди убивают памятники архитектуры. Твёрдый мрамор (CаО и СО₂)реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО₄). Исторические памятники Греции, Рима, простояв тысячелетия, разрушаются на глазах.

В местах выпадения кислотных дождей погибают растения, животные. Известны случаи, когда кислотные дожди уничтожали целые леса. Кислотные дожди вливаются в водоёмы, реки, убивая даже мельчайшие формы жизни.

4.2 Повышение плотности аэрозоля

Аэрозоли – взвешенные частицы, присутствующие в атмосфере. Повышение концентрации аэрозоля может иметь естественный характер. Естественное загрязнение атмосферы происходит при извержении вулканов, при лесных, торфяных пожарах, выветривании пород. Происходит выпадение космической пыли — около 5 млн. т в год.

Производственные процессы, являющиеся причиной антропогенного запыления атмосферы, оказывают большое влияние на климат Земли.

Взвешенные вещества сажи, дыма, интенсивно поглощают солнечный свет, увеличивают количество ядер конденсации и тем самым облачность атмосферы. Количество солнечных дней снижается до 25 – 50%. Размер аэрозолей колеблется в пределах 11 – 51 мкм, период нахождения во взвешенном состоянии мельчайших аэрозолей составляет от нескольких дней до нескольких лет. Пример: Источником атмосферного аэрозоля является сажа, зола, которая образуется при неполном сгорании топлива. Сажа – высокодисперсный нетоксичный порошок, на 95% состоящий из углерода. Обладает большой абсорбционной способностью по отношению к тяжёлым углеводородам. Это делает сажу очень опасной для человека.

5. Озоновый экран Земли

Озоновый экран, расположенный в стратосфере, защищает нас путём поглощения большей части (2/3) солнечных ультрафиолетовых лучей.

Внутри озонового слоя происходит непрерывный переход из одной формы кислорода в другую. Молекулы О₂ расщепляются на отдельные атомы кислорода (О). Эти атомы соединяются с молекулами кислорода, образуя озон О₃. Озон снова распадается на кислород и О₂ и отдельные атомы. Необходимую энергию даёт солнечное излучение. Поглощая эту энергию в основном в ультрафиолетовой части спектра, озоновый слой не даёт ультрафиолетовому излучению достигать Земли.

Разрушение озонового слоя

Впервые в 1985 г. исследователи Антарктиды обнаружили озоновую дыру над частью южного полушария. Сейчас озоновые дыры обнаружили и над северным полушарием.

Выяснилось, что разрушение озона в основном вызвано присутствием химических соединений — искусственно синтезированных хлорфторуглеродов (ХФУ). Которые сравнительно недавно получили широкое распространение. Они нашли применение в бытовой химии, использовались в холодильных установках при производстве пенопласта и т.д.

Для человека эти соединения не опасны. Однако, предполагается, что, поднимаясь вверх в атмосфере, эти газы достигают озонового слоя и разрушают его. ХФУ попадают в верхние слои атмосферы в качестве примесей. Под действием солнечного света их молекулы распадаются с высвобождением атомов хлора. Хлор «отбирает» один атом кислорода у озона, превращая его в обычный кислород. Один атом хлора может проделать это со множеством (до 100000) молекул озона.

Международное сообщество принимает некоторые меры по защите озонового слоя.

1987г. – правительства 56 стран обязались сократить производство ХФУ.

1996г. – промышленно развитые страны полностью прекратили производство фреона, галлонов и тетрахлорида углерода.

2010г. — к этому времени производство ХФУ обязаны прекратить развивающиеся страны.

Международный экологический фонд предоставил Москве, Киеву безвозмездную помощь для поэтапного сокращения потребления ОРВ. Деньги направлены предприятиям, производящим аэрозоли, холодильную технику для перехода к использованию углеродного аэрозольного пропелента (УАП).

Межведомственные комиссии по охране озонового слоя созданы на правительственном уровне.

Определение степени загрязнённости атмосферы

В большинстве стран критерием качества воздушного бассейна является предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества для атмосферного воздуха, определяемая количеством вещества, находящегося в 1 м 3 воздуха, которое не оказывает вредного влияния на здоровье людей, постоянно его вдыхающих.

Опасность загрязнения атмосферы определяют следующим образом:

где с_i – физическая концентрация загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы (пространство до 2-х м над поверхностью земли), замеренная или рассчитанная в мг/м, ПДК – максимально разовая предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в мг/м.

Если значениеj 1, то опасности загрязнения нет, если же j больше 1, то опасность загрязнения существует.

Например, для сернистого газа (SO₂) ПДК в атмосфере населённых пунктов – 0,5 мг/м 3 ; диоксида азота (NO₂) – 0,085 мг/м 3

При совместном присутствии в атмосфере нескольких веществ, обладающих эффектом суммации (т.е. взаимно усиливающих воздействие на организм человека), опасность загрязнения определяется из выражения:

где с₁,с₂,…, с₃ – фактические концентрации веществ, в мг/м; ПДК₁, ПДК₂, …., ПДК₃ – максимально разовые предельно допустимые концентрации для этих веществ в мг/ м 3

Это выражение используется при установлении качества воздуха, если в нём одновременно присутствуют такие вещества, как, например, фенол и ацетон, сернистый газ и диоксид азота, этилен, пропилен, бутилен.

Непревышение ПДК должно обеспечиваться за счёт ограничения интенсивности выбросов загрязняющих веществ. Важным фактором, влияющим на концентрацию загрязняющих веществ в атмосфере, является её способность к рассеиванию и самоочищению. Этот процесс происходит вследствие сухого и мокрого выпадения примесей, поглощению их земной поверхностью, переработки бактериями, микроорганизмами и другими путями.

Способы и методы очистки выбросов в атмосферу от вредных веществ

Строительство очистных сооружений — важная мера по предотвращению загрязнённости атмосферы.

Способы очистки выбросов в атмосферу можно объединить в следующие группы:

-очистка от выбросов пыли и аэрозолей вредных веществ;

-очистка выбросов от вредных газообразных веществ;

-снижение загрязнённости атмосферы выхлопными газами от ДВС транспортных средств и стационарных установок;

Для очистки выбросов от вредных веществ используются механические, физические, химические и комбинированные методы.

Механические методы базируются на использовании сил гравитации, инерции, центробежных сил и т.д.

Физические методы базируются на использовании электрических и электростатических полей, охлаждении, конденсации и т.д.

В химических методах используются реакции окисления, нейтрализации и т.д.

В физико-химических методах используются принципы сорбции (абсорбции, хемосорбции, адсорбции), коагуляции и флотации.

Рассмотрим некоторые из физико-химических методов:

-этот метод заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путём поглощения одного или нескольких компонентов этой смеси абсорбентом (поглотителем) с образованием раствора. В качестве абсорбента используется жидкость, способная поглощать вредные примеси. При соприкосновении жидких и газообразных веществ на поверхности обеих фаз образуется жидкостная и газовая плёнки.

Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путём диффузии сначала через газовую плёнку, потом через жидкостную и поступает в верхние слои абсорбента. Например, для удаления из выбросов ароматических углеводородов, водяных паров используется серная кислота.

Основан на поглощении газов и паров твёрдыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений.

Основан на свойствах некоторых твёрдых тел с ультрамикроскопической структурой селективно (избирательно) извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. Наиболее часто в качестве адсорбента используется активированный уголь, активированный глинозём, активированный оксид AL и прочие комплексные оксиды.

Этим методом превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путём введения в систему дополнительных веществ, называемых катализаторами. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ со специально добавляемым в смесь веществом на твёрдых катализаторах.

Источник