Атмосферные загрязнения и их региональное влияние на экосистему

Министерство  образования и науки РФ 

Уральский государственный лесотехнический  университет 

Кафедра физико-химических технологий защиты биосферы 
 
 
 
 

Атмосферные загрязнения и их региональное влияние  на экосистему 
 

Реферат по дисциплине: 

«Основы научных исследований» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила

Студентка

Гр. ИЭФ-37                            Королёва Д.Д    

Проверил

Ст. преподаватель                 Двоскин Е.А 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург, 2010

Содержание 

Введение………………………………………………………………………..3

Атмосферные загрязнения и их исследования в различных регионах земного шара……………………………………………………………………………..4

Заключение……………………………………………………………………..8

Список использованных источников…………………………………………9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Проблема  чистоты атмосферы не нова, она возникла с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. В течение почти двух сотен лет загрязнение воздуха носило местный характер. Дым и копоть редких заводских и фабричных труб почти полностью рассеивались на большом пространстве. Однако быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в ХХ веке привёл к такому увеличению объёмов и токсичности выбросов, которые уже не могут быть «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций.

     В современный период атмосфера Земли  претерпевает множественные изменения  коренного характера: модифицируются ее свойства и газовый состав, возрастает опасность разрушения ионосферы  и стратосферного озона, повышается ее запыленность, нижние слои атмосферы насыщаются вредными для живых организмов газами и веществами промышленного и другого хозяйственного происхождения. Вследствие огромных выбросов техногенных газов и веществ, достигающих многих миллиардов тонн в год, происходит нарушение газового состава атмосферы. То есть, можно смело говорить о том, что основной проблемой загрязнения атмосферы является её запылённость, обусловленная поступлением техногенных, взвешенных в воздухе частиц (аэрозолей).

     За  нарушением газового состава атмосферы, в особенности её надземных слоёв, следует нарушение функционирования экосистем, а также их разрушение. В наибольшей степени экосистемы разрушены в развитых странах – в Европе, Северной Америке и Японии. Здесь естественные экосистемы сохранились на небольших площадях, они представляют собой в основном небольшие пятна, окруженные со всех сторон нарушенными хозяйственной деятельностью человека территориями.

     На  суше Земли сформировалось три центра дестабилизации окружающей среды. В каждом из них сформировалось единое пространство с практически полностью разрушенными экосистемами площадью в несколько миллионов квадратных километров. Все они находятся в Северном полушарии.

     Целью моего исследования является рассмотрение регионального влияния  атмосферных  загрязнений на экосистему.

     Объектом  исследования являются атмосферные  загрязнения и их показатели в различных регионах земного шара. 
 
 
 
 

Атмосферные загрязнения и их исследования в  различных регионах земного шара

     Прежде  всего следует разобраться что  представляет собой понятие «атмосферные загрязнения» и что они в себя включают.

     Атмосферными  загрязнениями называют привнесение  в атмосферный воздух новых, нехарактерных  для него физических, химических и  биологических веществ, либо увеличение их концентрации с течением времени. Основные загрязнители атмосферного воздуха: оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd, Cr), аммиак, атмосферная пыль.

     Проблема  загрязнения данными веществами является хорошо изученной, к настоящему времени представлена обзорная информация о нормативных материалах в различных европейских странах (Германии, Франции, Нидерландах, Великобритании, Швеции, Дании, а также в Российской Федерации), касающихся уровня содержания различных видов токсичных химических соединений в окружающей атмосфере, в том числе в отходящих газах мусоросжигательных установок. Указано количество нормативных документов, определяющих содержание диоксинов, одорантов, ртути, оксидов азота, тяжелых металлов и др. токсичных химических соединений, образующихся и сбрасываемых в окружающую атмосферу при работе мусоросжигательных установок и других систем. Представлена информация о нормативных документах различных стран в области стационарных источников, а также содержания мелкодисперсных механических частиц и токсичных химических соединений в атмосфере и в рабочей зоне различных производств [1].

     Также изучаются процессы выпадения кислотных  осадков на поверхность суши. Кислотные осадки представляют собой различные виды атмосферных осадков (дождь, снег, роса, туман) с повышенным уровнем кислотности. Кислотные осадки возникают главным образом из-за выбросов оксидов серы и азота в атмосферу при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа). Исследование явления кислотных осадков необходимо по причине их отрицательного влияния, а иногда и вызывания гибели живых организмов, растений и разрушения зданий и металлических конструкций.

     Выполнено теоретическое и экспериментальное  исследование уровня эмиссии в окружающую атмосферу и скорости выпадения кислотных осадков вблизи вулкана на территории Нигерии. Иллюстрируется карта с указанием исследуемого региона и указаны места отбора проб, выполненных с целью определения содержания в выпадающих осадках твёрдой фазы частиц, содержащих диоксид серы и хлористый водород, источниками которых является вулкан, расположенный в исследуемой зоне. Приведено описание способов отбора проб и методики выполнения исследований, рассмотрены способы проведения анализов проб и сообщено, что выполненные исследования показали, что среднесуточная скорость выпадения диоксида серы в исследуемом регионе достигает величины 791мг/м2. Аналогичный показатель хлористого водорода может достигать величины 297 мг/м2. Обсуждены полученные при проведённых исследованиях результаты. Отмечено, что вулканическая деятельность может играть существенную роль в значительном увеличении кислотности почв и оказывать влияние на состояние экосистемы вблизи вулканов [2].

     Кислотные осадки также представлены наличием в атмосфере паров муравьиной и уксусной кислот. Главным источником этих паров на европейском континенте служат процессы фотоокисления при озонолизе целого ряда алкенов, которые имеют как природное, так и антропогенное происхождение. Что касается фотохимического окисления формальдегида, то оно может быть только второстепенным источником муравьиной кислоты. Предпринято изучение происхождения уксусной и муравьиной кислот в тропосфере путём масс-спектрометрического анализа проб воздуха и дождевой воды во многих пунктах Западной Европы, расположенных на различных расстояниях от центров антропогенных выбросов в широком диапазоне от сугубо городских до идеально сельских условий  (при этом было исключено загрязнение проб углекислым газом). Полученные результаты свидетельствуют о наличии во всех пробах очень большого биогенного вклада (55-100%) в образование обеих рассматриваемых карбоксильных кислот. Только в случаях полугородских и городских регионов вклады биогенных фракций оказываются меньше 80%. Таким образом, биогенные летучие органические соединения (VOC) очень сильно влияют на образование продуктов фотохимического окисления и, следовательно, на фотохимические оксиданты. Значительных источников прямых выбросов уксусной и муравьиной кислот за счёт автомобилей, почв или растительности обнаружено не было [3].

     Одним из самых распространённых загрязняющих веществ является аэрозоль. Аэрозоль – это дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в воздухе в виде тумана, дыма или пыли. Эти вещества образуются при механическом измельчении и распылении твёрдых тел или жидкостей, дроблении, истирании, взрывах, горении, распылении в пульверизаторах.

     Растительный  покров вносит, в глобальных масштабах, наибольший вклад в формирование органической фракции мелкодисперсного аэрозоля либо путём прямых выбросов частиц, либо посредством газофазных процессов образования вторичного органического аэрозоля (SOA) из газообразных выбросов терпенов. Если принять, что доля образующегося аэрозоля составляет в последнем случае от 5 до 40% выбросов, то это означает, согласно имеющимся оценкам, что в глобальных масштабах образуется 30-270 Тг/год вторичного органического аэрозоля, что сравнимо с уровнями образования биогенного и вторичного сульфатного аэрозоля (соответственно, 90 и 140 Тг/ год). Получены первые оценки масштабов вклада биогенных выбросов в формировании SOA в условиях атмосферы Северной Европы. Эти оценки основаны на использовании как данных измерений в камерах, так и результатов численного моделирования. Для оценки масштабов образования SOA в условиях Северной Европы была применена модель ЕМЕР динамики оксидантов с использованием модифицированной схемы газофазной трансформации. Полученные результаты подтвердили вывод о том, что вклад биогенных летучих органических соединений (VOS) в образовании SOA значительно превосходит вклад антропогенных VOS. Доля SOA в общей массе органического углеродного аэрозоля в атмосфере Северной Европы изменяется в широких пределах от 2 до 50%. Эта доля минимальна вблизи побережий на юге Норвегии и Дании, значительно возрастая по мере удаления от побережий вглубь континента и в направлении на север, что отображает особенности пространственного распределения биогенных газов-предшественников SOA [4].

     Кроме модели ЕМЕР, существует ещё ряд  моделей для измерения  аэрозольного воздействия. Например, модель интегральных исследований глобального обмена в атмосфере MIRAGE. Она позволяет, в частности, адекватно воспроизвести зависимости аэрозольно обусловленного ослабления коротковолновой радиации от относительной влажности. Результаты вычислений достаточно адекватны также и с точки зрения воспроизведения наблюдаемых значений АОТ (аэрозольная оптическая толщина) при ясном небе, хотя в регионах Бразилии и Центральной Канады рассчитанные АОТ оказались заниженными. Вычисленные значения АОТ отличаются не более, чем вдвое от восстановленных по данным спутниковых наблюдений, будучи завышенными вблизи восточных побережий США и Китая, но заниженными у побережья Западной Африки и над Аравийским морем. Рассчитанные величины альбедо для однократного рассеяния варьирующих в переделах 0,80 – 0,99, в целом, согласуются с данными наземных наблюдений. Модель MIRAGE достоверно воспроизводит увеличенные экспоненты Ангстремы вблизи регионов выбросов субмикронных частиц и газов-предшественников аэрозоля, но уменьшение экспоненты – там, где происходят выбросы больших частиц аэрозоля. Согласуется с предвычисленной наблюдаемая чувствительность АРВВ к АОТ. По данным модели MIRAGE, прямое аэрозольное радиационное возмущающее воздействие (АРВВ) изменяется над большей частью Северной Атлантики от -1 до -3 ВТ/м2, будучи наиболее значительным вблизи восточного побережья США и западного побережья Африки [5].

     Спектральные  измерения коэф. рассеяния аэрозольных  частиц (КР) и оптической толщины  аэрозоля (ОТА) проведены в городе Урануполис, Греция и Седе-Бокер, Израиль, в период с июня по сентябрь 1998г. Рассмотрена пятидневное трёхмерное возрастание траектории на высотах 950, 850 и 550 гПа для оценки влияния дальнего переноса от определённых районов источников на аэрозольные нагрузки в двух пунктах. Измерения показали, что бассейн Вост. Средиземноморья летом загрязнём либо умеренно, либо сильно. Средние суточные значения КР на 550 нм составляли от 30 до 200 Мт-1 в обоих пунктах. Летние значения региональной ОТА на 500 нм составляли от 0.03 до 0.52 [6].

       Наземные  измерения физических и химических свойств аэрозолей были проведены  на ст. Седее-Бокер, расположенной в  пустыне Негев, Израиль, летом 1996г. В  период эксперимента ARACHNE. Уровни частиц неморской соли и чёрного углерода в аэрозолях были сравнимы с аналогичными в районе восточного побережья США. Отмечено, что загрязнённые аэрозоли в районе вызывали охлаждение атмосферы. На небольших высотах ( до 800 гПа) на свойства аэрозолей в районе воздействовал перенос загрязнённых воздушных масс из Балкан, Греции и Турции. Существенно влиял и перенос вдоль Средиземноморского побережья Израиля, где сконцентрированы промышленные центры и высока плотность населения [7].

       В Арктике сравнительно с другими  климатическими поясами существуют особые условия, определяющие количества, свойства и состав аэрозольного материала. При исследовании аэрозолей над морями Арктики в 1991-2000 гг. использовался комплекс взаимодополняющих, а иногда перекрывающих методов. Фильтрация воздуха проводилась через ацетат-целлюлозные фильтры, параллельно с фильтрацией использовался метод сбора больших количеств аэрозолей нейлоновыми сетями. Параллельно с отбором проб измерялся гранулометрический состав аэрозолей с помощью фотоэлектрического счётчика РС-218. В лабораторных условиях проводились макроскопические исследования и определения элементного состава методом инструментального нейтронно-активационного анализа. Для оценки возможных источников аэрозолей строили обратные траектории перемещения воздушных масс. Концентрация большинства химических элементов в пробах примерно одного порядка с данными по другим районам Арктики. Катастрофические повышения содержания элементов в связи с антропогенным фактором в морях Арктики в летний период не обнаружено. Элементный состав изученных проб близок к среднему составу океанского аэрозоля, обычно обогащённого Pb, Co, Fe, Cr, Zn и Ni. Повышенное содержание этих элементов в приводном слое атмосферы Арктики связано как с дальним переносом аэрозолей естественного и антропогенного происхождения с материка, так и с фракционированием микроэлементов при их выносе с морской поверхности. Исследования проводились сетевым методом и фильтрацией через фильтр АФА-ХА-20 [8].