2.8.1.  Екологія  атмосфери

Атмосфера (від гр. атмос – пар, повітря) – газова оболонка Зем- лі. Маса її 5,15×1015  т, або одна мільйонна  частина маси планети. Велика  частина  маси повітря  – 75% знаходиться в його нижньому

10-км шарі.

Хімічний склад: азот – 78%, кисень – 21%, інші гази – 1%, в тому числі вуглекислий газ – 0,03 %, запас якого в атмосфері складає 700 млрд т. Повний цикл обміну атмосферного  вуглецю 300 років. Маса кисню в атмосфері  складає 1015  т і щорічно тільки лісові масиви ви- діляють його 55 млрд т. Весь кисень атмосфери  за кожні 2000 років


проходить через живу речовину. Але на спалювання органічних спо- лук кожен рік витрачається 1,3×109 т кисню, і швидкість  цього про- цесу зростає на 10% щорічно.

Природне  повітря складається з шарів, кожний з яких має певне значення  і впливає  на процеси в біосфері планети.  Найближчий до поверхні Землі шар повітря – тропосфера (від гр. тропейон – повер- тати, змінювати). Він знаходиться до висоти 8–10 км над полюсами і 16–18 км над екватором.

Із збільшенням висоти температура знижується до мінус 75 граду- сів за Цельсієм  – це тропопауза,  за якою розташована стратосфера

– до висоти 50 км. Тут формується погода планети  і спостерігаються струминні  потоки вітру швидкістю  близько  300 км за годину, поши- рюючи шкідливі речовини по всій Землі. Температура зростає до нуля градусів і вище за шкалою Цельсія. Цей дуже розріджений шар продо- вжує стратопауза – дуже стійкий, але розріджений прошарок повітря, й усе, що потрапляє сюди, може знаходитися тут багато років.

Далі розташована мезосфера з температурою до мінус 90 граду- сів, а над нею – термосфера, де температура  знову зростає. На ви- соті від 300 до 1000 км молекули  газів видаляються в Космос – це екзосфера, де температура  сягає 2000 градусів за шкалою Кельвіна. Тут енергія сонячного випромінювання поглинається газами, через що така висока температура. Отже, атмосфера – газова шуба біосфе- ри – підтримує її тепловий  баланс.

Через  забрудненість  атмосфери,  особливо  твердими  частинка- ми – пил, кіптява  зменшилася енергетична  інтенсивність червоної ділянки  сонячного спектру, яка активує процеси фотосинтезу. В результаті  різко знизилася продуктивність рослин, особливо  куль- турних, що призвело  до зменшення  врожайності,  збільшення голо- даючих на планеті.

В атмосферу  надходить насамперед  вуглекислий газ, концен- трація якого збільшується на 10–15% за рік. Цей процес обумовлює парниковий ефект. Його зумовлюють також фторхлоровуглеводні сполуки,  метан, оксиди азоту – так звані парникові гази. Багато  ме- тану виділяється при видобутку  природного газу, особливо аваріях, в процесах бродіння, що відбуваються  в смітниках, звалищах відхо- дів, сміттєвих  купах. Звідси  парникові  гази піднімаються  у верхні шари атмосфери.

Через це затримуються теплові, тобто інфрачервоні (ІЧ) – дов- гохвильові електромагнітні випромінювання, які повинні виносити


надлишок енергії від поверхні планети в Космос. Віддзеркалюючись від молекул  вуглекислого та інших  газів  (пропан,  оксиди  сірки), вони повертаються  до поверхні Землі і підігрівають її.

Через це поступово підвищується температура  атмосфери, Оке- ану, що сприяє таненню льодовиків, підвищенню рівня Світового океану, затопленню прибережних територій, змінам клімату – ефек- ту так званого потепління.

Але цей процес не рівномірний. Потепління часто різко змінюєть- ся похолоданням, перед усім взимку, що несприятливо діє на рослини, тварин, сприяючи їх зникненню. Влітку дощі змінюються посухами.

Слід пам’ятати про закон збереження енергії, тобто сума пози- тивних  і від’ємних  температур  повинна  бути  сталою  величиною. Тому часто після потепління наступає різке похолодання, зливи змі- нюються тривалими посухами, що сприяє процесам опустелення.

Механізм цього біосферного явища криється  в структурі плане- ти. Процес потепління клімату характерний як у глобальному масш- табі, так і для території України, про що свідчить графік на рис. 11.

Рис. 11. Температурні аномалії в Україні в ХХ ст.

Процес потепління дуже нерівномірний і тому повені чергують- ся із посухами, теплі періоди з дуже холодними. Тому виникають потужні  повітряні  вихори – торнадо або смерчі на суші. В океанах перебудовуються існуючі  течії, виникають  нові. Через  швидкі  фі- зичні зміни  біологічні,  еволюційні  процеси  теж інтенсифікуються, що призводить  до зникнення видів тварин,  рослин.  З-за  хімічного забруднення верхніх шарів атмосфери  відбувається руйнація  озоно- вого шару, який знаходиться на висоті 30–50 км – озоносфера.  Вва-


жається,  що вже цей шар зруйнований настільки,  що в найближчі

100 років він не відновиться. Зменшується його концентрація і над

Україною, про свідчить рис. 12:

Рис. 12. Періодичність змін загального вмісту озону в одиницях  Добсона над Україною

3

 
Озон (О ) утворюється під дією ультрафіолетового (УФ) випро- мінювання  Сонця  з кисню. Озон – надсильний окиснювач  органіч- них і неорганічних  речовин. Концентрація озону у верхньому  шарі атмосфери  залежить  від сонячної  активності,  напруженості  магніт- ного поля Землі і постійно змінюється, що відображено  на рис. 13.

Рис. 13. Середньодобові зміни вмісту озону по місяцях 2000 року

Слід підкреслити, що над Україною в окремі періоди вміст озону сягає критичного значення, тобто існують озонові діри, на що вказує графік, зображений на рис. 14.


 

Рис. 14. Відхилення вмісту озону над Україною від кліматичної норми

Загальні запаси озону в атмосфері складають не більш як 3 млрд т, котрий  розсіяний у шарі атмосфери  товщиною  10–20  км. Через високу хімічну активність  він швидко реагує з різноманітними спо- луками, що потрапляють у верхні шари атмосфери,  і його вміст зменшується – утворюються  так звані озонові діри.

Саме  озон  поглинає   шкідливі  для  всього  живого  жорсткі  УФ (ЖУФ) промені, які за їх фізико-хімічними, біологічними  властивос- тями ділять на 3 діапазони. Діапазон А (400–320 нм) – найменш шкід- ливий, В (320–280) та діапазон С (280–180) – найбільш небезпечні.

Сучасні  наукові  дані свідчать,  що одночасне  збільшення рівня УФ-опромінення на 20–25%, особливо короткохвильового діапа- зону, та температури повітря на 1,5-2,0 градуси, вкрай негативно позначиться майже на всіх рослинах  через інактивацію процесів фотолізу, а отже, гноблення фотосинтезу, прискорення мутацій, іні- ціюючи утворення злоякісних пухлин у рослин, тварин, людей.

У наш час в атмосферу надходить понад 10 тис. найменувань отруйних речовин. Небезпечним є бензопирен – активний канцероген, концентрація якого в повітрі складає 0,04–3,14 мкг в кубічному метрі, а в атмосферних опадах 0,4–28 мкг/куб. м. Надзвичайно небезпечний діоксин, який міститься в димах вихлопних  газів з автомобілів,  у ди- мах вогнищ, в тютюновому  димі. Він є надактивним канцерогеном, мутагеном. Його ГДК в межах 10-9-10-12 мкг на м3 повітря.

Не менш небезпечні важкі метали – свинець, ртуть, яких в пові- тря щорічно надходить по 12 тис. т і тому тепер їх вже в приземному шарі повітря накопичилося близько 5 млн т.

Важливим показником чистоти повітря є відсутність  в ньому шкідливих  речовин або не перевищення їх гранично допустимих концентрацій (ГДК), наведених в табл. 9.


 

Гранично допустимі концентрації речовин, їх дія на людський  організм


Таблиця 9.


 

Назва речовини

Концентрація мг/куб.м.

 

Фізіологічна дія на людину

Однократна

Добова

Ртуть, її сполуки

Сполуки хрому (+6) Формальдегід Оксиди азоту

Сажа (кіптява) Озон

Пил Бензол Чадний газ

 

0,0015

0,035

0,085

0,15

0,16

0,05

1,5

5,0

0,0003

0,0015

0,03

0,04

0,05

0,3

0,15

0,8

3,0

Канцерогени,  отрути крові, нервової системи Канцерогени

Отрута крові, нервової системи Канцерогени,  отрута крові Канцероген

Отрута крові, мутаген Хвороби дихальної системи Канцероген, отрута крові Отрута крові

Таким  чином, забруднення атмосфери  – проблема  медико- екологічна,  соціальна.  Тому  існують  стандарти  на якісний  і кіль- кісний  склад  викидів,  що надходять  в атмосферу.  Недотримання їх переслідується законами,  одним  із яких  є Закон  «Про  охорону атмосферного повітря». Він забороняє використання технічного обладнання, промислових об’єктів, що забруднюють  повітря,  і ви- магає наявності  ефективно працюючих очисних споруд, впрова- дження  технологій  для  знешкодження шкідливих  речовин,  наяв- ності санітарно-захисних зон біля промислових підприємств.  Закон забороняє  будь-які впливи, що сприяють  кліматичним змінам. При перевищенні норм викиду шкідливих речовин стаціонарними або пересувними об’єктами стягується плата за забруднення (Див. табл.

1,2, Додаток  2). Але деяким  підприємствам вигідніше  сплачувати штрафи за забруднення повітря, а не будувати очисні споруди, які б ефективно очищали викиди. Щоб запобігти антропогенній руйнації озоносфери, з 1 січня 1989 р. вступив  у дію Міжнародний договір, підписаний спочатку 60 країнами, про захист озонового шару. Він обмежує використання фреонів, оксидів азоту, хлорофторовугле- воднів, що активно руйнують озон.

Питання

1.   Що являє собою атмосфера як джерело життя на Землі?

2.   Які  основні проблеми  атмосфери, причини їх  виникнення, можливості усунення?


3.   Які найбільш шкідливі для людини речовини, що знаходяться в атмосфері?

4.   Які заходи найбільш ефективні для  охорони атмосфери?

5.   Чому  забруднення атмосфери небезпечно для  людини?