Атмосфера как воздушный океан

Функция атмосферы в жизни Земли

Атмосфера Земли является важнейшей составляющей жизни на планете. Она участвует во всех процессах, обеспечивающих существование живых организмов, включая дыхание человека и животных, окисление кислорода в крови и поддержание комфортной температуры. Атмосфера также необходима для приготовления пищи, защиты от холода и функционирования звука. Например, музыка, шум города и человеческая речь возможны благодаря колебаниям воздуха в атмосфере. Без воздушной оболочки одна сторона Земли перегревалась бы, а другая охлаждалась до экстремально низких температур. Эта легкая, подвижная оболочка выполняет множество жизненно важных функций.

Атмосфера — это невидимая "броня" нашей планеты. Она защищает Землю от метеоритов и вредного космического излучения, пропуская только полезную часть солнечного света. Благодаря ей формируется голубое небо, а переход от света к тени происходит мягко.

В то же время атмосфера играет роль "одежды" Земли. Водяной пар и углекислый газ помогают сохранять тепло, предотвращая его утечку в космос. Атмосфера тесно связана с другими природными сферами: биосферой, гидросферой и литосферой. Газовый состав воздуха представлен в основном азотом (78%) и кислородом (21%), на остальные газы приходится всего 1%. Эти газы обладают плотностью, из-за которой воздух оказывает давление на поверхность Земли. Это давление, равное весу воздушных масс, постоянно изменяется, но физически ощутимо.

За последние десятилетия деятельность человека значительно изменила химический состав атмосферы. В результате увеличились выбросы углекислого газа, метана, закиси азота и других вредных веществ. Промышленные предприятия способствуют загрязнению воздуха аэрозолями и другими примесями, что негативно влияет на экологию и здоровье.

В промышленных зонах качество воздуха достигло критически низкого уровня, а на планете почти не осталось мест с естественно чистым воздухом. Воздушная среда оказывает влияние не только на здоровье людей, но и на состояние природных ресурсов, используемых в сельском хозяйстве и промышленности. Загрязнение атмосферы ядовитыми веществами исходит не только от заводов, но и от автомобильного транспорта, что усугубляет ситуацию.

Воздействие загрязнений проявляется в разрушении озонового слоя и повышении глобальной температуры. Уже наблюдаются первые негативные последствия этих изменений. Однако существующих мер борьбы с загрязнением воздуха пока недостаточно. Загрязнённый воздух способен распространяться на большие расстояния, причиняя вред всему окружающему миру.

Химическое загрязнение атмосферы

Загрязнение атмосферы происходит, когда изменяется её химический состав в результате поступления примесей. Эти примеси могут быть как естественного, так и антропогенного происхождения.

Существуют три основных типа загрязнителей воздуха: газы, аэрозоли и пыль.

 Основными загрязнителями воздуха являются углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также метан. Источниками высокого уровня загрязнения выступают предприятия чёрной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, стройиндустрии, энергетики, целлюлозно-бумажного производства, а также котельные установки в городах. Теплоэлектростанции, например, выбрасывают в воздух углекислый и сернистый газы.

Работа металлургических предприятий сопровождается выделением оксидов азота, сероводорода, хлора, фтора, аммиака, соединений фосфора, ртути и мышьяка. Вредные вещества также образуются при сжигании топлива, утилизации бытовых и промышленных отходов, транспортных выхлопах и отоплении.

Загрязняющие вещества делятся на первичные (поступают в атмосферу непосредственно, например, сернистый газ) и вторичные (образуются в результате химических реакций). Например, сернистый газ, взаимодействуя с водой, превращается в капли серной кислоты. Реакция серного ангидрида с аммиаком приводит к образованию сульфата аммония.

К примесям пирогенного происхождения относят оксид углерода, сернистый ангидрид, сероуглерод, соединения фтора и хлора.

В России загрязнение воздуха превышает предельно допустимые концентрации (ПДК) в 84 городах. На одного жителя страны приходится около 342 кг выбросов в год. Смог, вызванный высоким содержанием сернистого газа, пыли и тумана, создаёт серьёзные угрозы здоровью. Одним из примеров является Лондонский смог 1952 года, унесший жизни 4000 человек всего за четыре дня и вызвавший тысячи случаев бронхолёгочных заболеваний.

Охрана атмосферы

Сохранение чистоты и улучшение качества атмосферного воздуха — задача, требующая усилий всего мирового сообщества. Решить эту проблему одной страной невозможно, необходимо объединение действий всех государств. Основные направления снижения и ликвидации загрязнений хорошо известны:

• разработка и внедрение систем очистки воздуха;
• использование экологически чистых источников энергии;
• применение безотходных технологий производства;
• решение проблемы выбросов автомобильных выхлопных газов;
• озеленение населённых пунктов.

Для борьбы с промышленными выбросами применяются специальные фильтры, способные улавливать пыль, пары и газообразные вещества. Эти фильтры бывают механическими, электрическими, магнитными, звуковыми и другими. Их основная задача — уменьшить количество вредных примесей в воздухе.

Эффективность фильтров зависит от физических и химических характеристик загрязнителей, а также от применяемых технологий. При грубой очистке удаётся устранить 70–84% загрязняющих веществ. Современные системы обеспечивают удаление 95–98%, а в случае высокоточной очистки — до 99%. Помимо этого, фильтры позволяют перерабатывать улавливаемые вещества для вторичного использования. Например, улавливание серы из газовых отходов позволяет получить дешевую серную кислоту.

Однако для решения глобальных экологических проблем недостаточно только применения очистительных технологий. Требуется системный подход, включающий комплекс мер, таких как внедрение безотходных технологий и широкомасштабные проекты по улучшению экологии.

Сохранение чистоты воздуха и защита атмосферы от загрязнений возможны благодаря использованию экологически безопасных источников энергии. Например, современные электростанции могут работать на альтернативных ресурсах, таких как ветер, термальные воды, приливы и отливы. Научные исследования позволяют разрабатывать и внедрять инновационные методы, направленные на снижение выбросов, включая установки фильтров и дожигающие устройства в двигателях автомобилей. Кардинальным решением проблемы станет замена двигателей внутреннего сгорания на более экологичные аналоги.

В перспективе разработаны двигатели, работающие на солнечной энергии, газовых турбинах и роторах. Электромобили становятся всё более популярным средством передвижения, хотя в настоящее время они имеют ограничения, препятствующие их массовому использованию.

Значительную роль в борьбе с загрязнением воздуха играет озеленение городов и промышленных районов. Растения обогащают воздух кислородом, задерживают до 72% взвешенных частиц пыли и 60% диоксида серы, а также выделяют фитонциды, уничтожающие бактерии. Кроме того, зелёные насаждения регулируют микроклимат и снижают уровень шума, что благоприятно сказывается на экологии городской среды.