Структура земной атмосферы и источники загрязнения воздушной среды

Структурный состав атмосферы и газовый баланс

Общая масса воздушной оболочки Земли составляет около 5,9⋅10¹⁵ тонн. Газовый состав атмосферы в её нижних слоях практически неизменен и удерживает кислородно-азотный баланс примерно до высоты 400–600 км. Выше 600 км и до 1600 км в атмосфере преобладает гелий, а в самых верхних слоях — водород. С увеличением высоты атмосферное давление непрерывно снижается.

• Масса атмосферы — 5,9⋅10¹⁵ т
• Доля воздуха в тропосфере — до 80 %
• Рост CO₂ с 1880 года — с 0,027 % до 0,033 %
• Годовой выброс CO₂ — более 20 млрд т
• Космическая пыль — 2–5 млн т/год

В зависимости от температурного режима в атмосфере выделяют несколько ключевых зон. Самый нижний слой — тропосфера — простирается от 7 км над полюсами до 18 км над экватором. Здесь происходят основные метеорологические процессы: формируются облака, выпадают осадки, возникают грозы и штормы. По мере подъёма температура в тропосфере падает до -50 °C.

Выше тропосферы находится стратосфера протяжённостью около 50 км. Температура в ней сначала постоянна, а затем возрастает до значений, близких к 0 °C, за счёт поглощения озоном ультрафиолетового излучения. Над стратосферой расположены мезосфера и термосфера. В термосфере на высоте 400 км температура воздуха может достигать 700–1500 °C.

Источники загрязнения и парниковый эффект

Развитие промышленности, энергетики и транспорта с XIX века существенно нарушает естественный газовый обмен биосферы. Загрязнение атмосферного воздуха делится на естественное и антропогенное. Природные факторы обычно не представляют угрозы для экосистем, тогда как хозяйственная деятельность человека создаёт масштабную техногенную нагрузку на окружающую среду.

Естественное загрязнение формируется за счёт следующих источников:

• Внеземное: космическая пыль из сгоревших метеоритов (от 2 до 5 млн тонн ежегодно).
• Морское: микрокристаллы солей магния, натрия, калия и кальция, образующиеся при высыхании морских брызг.
• Континентальное неорганическое: пыль из безводных пустынь и степей, продукты выветривания горных пород и почв, вулканические выбросы.
• Континентальное органическое: дым лесных, степных и торфяных пожаров, споры растений, аэропланктон, грибковые образования, а также продукты гниения и разложения биомассы.

Антропогенное загрязнение поступает от объектов теплоэнергетики, транспорта, предприятий ядерно-топливного цикла, промышленного производства и сельского хозяйства. Радиоактивное загрязнение связано с добычей и транспортировкой урановой руды, эксплуатацией реакторов, отходами ТЭЦ и атомными испытаниями. Техногенные выбросы угнетают флору и фауну, а также разрушают сооружения.

Ежегодный объём поступающих в атмосферу антропогенных веществ составляет:

• Диоксид углерода — более 20 млрд т;
• Пыль — свыше 250 млн т;
• Оксид углерода — 200 млн т;
• Диоксид серы — 150 млн т;
• Зола — 120 млн т;
• Оксиды азота — 53 млн т;
• Углеводороды — более 50 млн т.

С 1880 года концентрация диоксида углерода в воздухе увеличилась с 0,027 % до 0,033 %, и по расчётам учёных этот показатель будет удваиваться каждые 23 года. Накопление CO₂ приводит к развитию парникового эффекта. Воздушная оболочка с повышенным содержанием углекислого газа пропускает солнечную радиацию, но задерживает отражённое длинноволновое инфракрасное излучение Земли.

Прошедший в 1997 г. Всемирный экологический форум в Киото констатировал, что через двадцать лет на Земле станет теплее на 3 градуса. Такого не наблюдалось за всю предыдущую историю человечества. Ночи будут теплее, летом станет больше жарких дней, а зимой – холодных. Проливные дожди будет сменять продолжительная засуха.

Самый стремительный рост средней температуры на Земле за последние 50 лет наблюдается в районе Антарктиды. Здесь потеплело на 2,5 градуса, что вызвало обрушение ледников площадью в несколько тысяч квадратных километров и повышение уровня Мирового океана.

Это приведёт к затоплению береговой линии и необходимости эвакуировать сотни миллионов человек. Увеличение температуры воздуха может привести к увеличению смертности среди лиц старше 65 лет.

Однако Земле грозит не только большой потоп. По мнению американского эколога Уолленса Бороскера из Колумбийского университета, увеличение концентрации промышленных газов может изменить океанические течения. Например, обогревающий Европу Гольфстрим. И тогда температура в Дублине упадёт на 10 градусов.

Итоговый протокол форума в Киото зафиксировал обязательства стран Европейского союза сократить к 2010 году загрязнение атмосферы на 8 % по сравнению с 1990 годом.