ВходРоль атмосферы для живых организмов. Каково значение атмосферы в жизни нашей планеты? Из чего она состоит
Роль атмосферы в жизни Земли
Атмосфера - газовая оболочка, окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично земную кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.
Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата - климатология.
Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.
Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.
В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа - 40 мм рт. ст., а паров воды - 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным - около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.
На высоте около 19-20 км давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. Поэтому на данной высоте начинается кипение воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметической кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно. Таким образом, с точки зрения физиологии человека, "космос" начинается уже на высоте 15-19 км.
Плотные слои воздуха - тропосфера и стратосфера - защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация - первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра. атмосфера кислород стратосфера радиация
По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и др.
В разреженных слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60-90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта.
Но начиная с высот 100-130 км знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.
На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства - способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (т.е. с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, - с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.
Атмосфера (от. греч. ατμός - «пар» и σφαῖρα - «сфера») - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Атмосфера - газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. 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, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов.
Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода, потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.
Атмосфера есть у всех массивных тел - планет земного типа, газовых гигантов.
Состав атмосферы
Атмосфера - это смесь газов, состоящая из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), углекислого газа (0,03 %), аргона (0,93 %), небольшого количества гелия, неона, ксенона, криптона (0,01 %), 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.
Современный состав воздуха Земли установился более сотни миллионов лет назад, однако резко возросшая производственная деятельность человека все же привела к его изменению. В настоящее время отмечается увеличение содержания СО 2 примерно на 10-12 %.Входящие в состав атмосферы газы выполняют различные функциональные роли. Однако основное значение этих газов определяется прежде всего тем, что они очень сильно поглощают лучистую энергию и тем самым оказывают существенное влияние на температурный режим поверхности Земли и атмосферы.
Начальный состав атмосферы планеты обычно зависит от химических и температурных свойств солнца в период формирования планет и последующего выхода внешних газов. Затем состав газовой оболочки эволюционирует под действием различных факторов.
Атмосфера Венеры и Марса в основном состоят из двуокиси углерода с небольшими добавлениями азота, аргона, кислорода и других газов. Земная атмосфера в большой степени является продуктом живущих в ней организмов. Низкотемпературные газовые гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун - могут удерживать в основном газы с низкой молекулярной массой - водород и гелий. Высокотемпературные газовые гиганты, такие как Осирис или 51 Пегаса b, наоборот, не могут её удержать и молекулы их атмосферы рассеиваются в пространстве. Этот процесс протекает медленно, постоянно.
Азот, самый распространенный газ в атмосфере, химически мало активен.
Кислород , в отличие от азота, химически очень активный элемент. Специфическая функция кислорода - окисление органического вещества гетеротрофных организмов, горных пород и недоокисленных газов, выбрасываемых в атмосферу вулканами. Без кислорода не было бы разложения мертвого органического вещества.
Структура атмосферы
Структура атмосферы складывается из двух частей: внутренней- тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, или ионосферы, и внешней - магнитосферы (экзосферы).
1)Тропосфера – это нижняя часть атмосферы, в которой сосредоточено 3\4 т.е. ~ 80% всей земной атмосферы. Её высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих или нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности и океана, поэтому толщина тропосферы на экваторе составляет 16 – 18 км, в умеренных широтах 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. Температура воздуха в тропосфере на высоте понижается на 0,6ºС на каждые 100м и колеблется от +40 до - 50ºС.
2)Стратосфера находится выше тропосферы и имеет высоту до 50км от поверхности планеты. Температура на высоте до 30км постоянная -50ºС. Затем она начинает повышаться и на высоте 50 км достигает +10ºС.
Верхней границей биосферы являются озоновый экран.
Озоновый экран – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющей максимальную плотность озона на высоте 20-26 км.
Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7 - 8 км, у экватора в 17-18км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана жизнь невозможна из-за жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца. Если спрессовать все молекулы озона, то получится слой ~ 3мм вокруг планеты.
3)Мезосфера – верхняя граница этого слоя располагается до высоты 80км. Главная её особенность – резкое понижение температуры -90ºС у её верхней границы. Здесь фиксируется серебристые облака, состоящие из ледяных кристаллов.
4)Ионосфера (термосфера)- располагается до высоты 800 км и для неё характерно значительное повышение температуры:
150км температура +240ºС,
200км температура +500ºС,
600км температура +1500ºС.
Под действием ультрафиолетового излучения Солнца газы находятся в ионизированном состоянии. С ионизацией связано свечение газов и возникновение полярных сияний.
Ионосфера обладает способностью многократного отражения радиоволн, что обеспечивает дальнюю радиосвязь на планете.
5)Экзосфера – располагается выше 800км и простирается до 3000км. Здесь температура >2000ºС. Скорость движения газов приближается к критической ~ 11,2 км/сек. Господствуют атомы водорода и гелия, которые образуют вокруг Земли светящуюся корону, простирающуюся до высоты 20000км.
Функций атмосферы
1) Терморегулирующая – погода и климат на Земле зависит от распределения тепла, давления.
2) Жизнеобеспечивающая.
3) В тропосфере происходит глобальные вертикальные и горизонтальные перемещения воздушных масс определяющий круговорот воды, теплообмен.
4) Практически все поверхности геологические процессы обусловлены взаимодействием атмосферы, литосферы и гидросферы.
5) Защитная – атмосфера защищает землю от космоса, солнечной радиации и метеоритной пыли.
Функции атмосферы . Без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Человек ежедневно потребляет 12-15 кг. воздуха, вдыхая каждую минуту от 5 до 100л, что значительно превосходит среднесуточную потребность в пище и воде. Кроме того, атмосфера надежно оберегает человека от опасностей, угрожающих ему из космоса: не пропускает метеориты, космические излучения. Без пищи человек может прожить пять недель, без воды - пять дней, без воздуха - пять минут. Нормальная жизнедеятельность людей требует не только воздуха, но и определенной его чистоты. От качества воздуха воздуха зависят здоровье людей, состояние растительного и животного мира, прочность и долговечность конструкций зданий, сооружений. Загрязненный воздух губителен для вод, суши, морей, почв. Атмосфера определяет световой и регулирует тепловой режимы земли, способствует перераспределению тепла на земном шаре. Газовая оболочка предохраняет Землю от чрезмерного остывания и нагревания. Если бы наша планета не была бы окружена воздушной оболочкой, то в течение одних суток амплитуда колебаний температуры достигла бы 200 С. Атмосфера спасает все живущее на Земле от губительных ультрафиолетовых, рентгеновских и космических лучей. Велико значение атмосферы в распределении света. Ее воздух разбивает солнечные лучи на миллион мелких лучей, рассеивает их и создает равномерное освещение. Атмосфера служит проводником звуков.
Введение
Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.
Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.
Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь. (Чернова Н.М. 1997г.)
Целью данной работы является: изучение влияния ЗАО «Челны Хлеб» на атмосферу.
Для выполнения поставленной цели решали следующие задачи:
1. Изучение производственной деятельности предприятия как источника загрязнения атмосферы.
2. Изучение качественного и количественного состава загрязняющих веществ.
3. Изучение мероприятия по защите атмосферы ЗАО «Челны Хлеб».
4. Изучение природоохранных мероприятий ЗАО «Челны Хлеб».
Литературный обзор
Роль атмосферы в жизни человека и других организмов
При отсутствии атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна. Из атмосферы мы черпаем, когда дышим, кислород, необходимый для жизнедеятельности практически любого организма. К счастью, в атмосфере находится огромное количество кислорода, которое все время пополняется фотосинтезирующими растениями.
Но окружающая нас атмосфера нужна нам не только как источник кислорода. Она обеспечивает и исключительно благоприятные условия для жизни на Земле вообще. Мощный слой земной атмосферы защищает жизнь, бурлящую на ее поверхности, от непосредственного воздействия Космоса, в котором ничтожной песчинкой плывет наша Земля.
Атмосфера пропускает солнечные лучи, когда светит Солнце, но не позволяет Земле расстаться с полученным ею теплом, когда Солнце заходит. Благодаря этому средняя температура поверхности нашей планеты достигает плюс 14°С, а колебания температур не превышают 100°С.
В результате неравномерного нагревания атмосферы в ней возникают воздушные течения и ветры. Благодаря им происходит выравнивание температуры и влажности, переносятся с места на место облака и тучи, поддерживаются круговороты воды и многих других веществ, столь необходимых для всего живого. (Мизун Ю.Г. ,1994г.)
Атмосфера -- воздушная оболочка земного шара -- имеет неоднородное, слоистое строение. До высоты 16-18 км над экватором и 1--10 км над полюсами воздух наиболее плотен. Этот слой, в котором сосредоточено 4/5 всей массы атмосферы, называют тропосферой. С шей связана погода. В этом слое существует практически все разнообразие форм жизни, и поэтому именно тропосферу (точнее ее нижнюю часть) относят к биосфере. В контакте с тропосферой ведут свою жизнь обитатели суши.
Выше тропосферы выделяют стратосферу (до высот примерно 46-48 км), мезосферу (до 80 км) и термосферу (выше 80 км). С увеличением высоты быстро уменьшаются атмосферное давление и плотность воздуха.
С увеличением высоты существенно изменяются температура и химический состав воздуха.
Неоднороден также и газовый (химический) состав атмосферного воздуха. Наиболее интересен для нас состав воздуха нижних, приземных слоев тропосферы, которым мы непосредственно дышим. Он определяется следующим соотношением газов в процентах к объему: Азот - 78,08; Кислород - 20,95; Аргон - 0,92; Углекислый газ - 0,03. 0,02, газы на уровне примесей: Ксенон, Водород, Неон, Гелий, Криптон, Радон, Йод, Озон, Метан, Сероуглерод.
Химический (газовый) состав атмосферы существенно не меняется до высоты 100 км. Несколько выше атмосфера также состоит главным образом из азота и кислорода, но на высотах 90--100 км появляется атомарный кислород, выше 110--120 км кислород почти весь становится атомарным.
Под воздействием ультрафиолетовых лучей на высоте 10-60 км образуется озон, максимальные концентрации которого располагаются на высоте 22--25 км. Именно он, в основном, поглощает ультрафиолетовые лучи, играя важную роль в существовании жизни.
Рассматривая состав воздуха, необходимо отметить присутствие в нем атмосферной пыли -- его постоянной составной части. Атмосферная пыль имеет большое значение для жизнедеятельности растительного и животного мира. Пыль поглощает прямую солнечную радиацию и защищает живые организмы от ее вредного влияния. Пыль также рассеивает прямые солнечные лучи, создавая более равномерное освещение поверхности Земли. Кроме того, она способствует конденсации в атмосфере водяных паров, а следовательно, и образованию осадков.
В воздухе тропосферы присутствует еще один очень важный для жизни на Земле компонент -- вода, а точнее ее пары. Количество водяных паров очень переменчиво во времени, географической широте и служит важной характеристикой климата (от 0 до 4% по объему). Чаще всего содержание паров воды в воздухе выражают через относительную влажность. Дело в том, что способность воздуха накапливать в себе пары жидкостей тем больше, чем выше температура (при 30°С в 1м3 воздуха может содержаться 30 г воды; при -20°С -- 0,5 г). Если количество паров превышает "емкость" воздуха, например из-за падения температуры, то их избыток начинает конденсироваться в виде капелек, что объясняет образование туманов, облаков, пара. Обычно же количество водяных паров бывает несколько меньше и относительной влажностью называют соотношение фактического количества водяного пара к максимально возможному при данной температуре, выраженное в процентах. Интервал влажности от 30 до 60% считается оптимальным для человека. (Торсуев Н.П., 1997 г.)
Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.
Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по-видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство ученых связывают это с деятельностью человека.
Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе. Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.
Некоторые колебания - содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Ученые связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.
Азот -- незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера -- неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.
Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей (к счастью, весьма многочи с ленных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.
Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах. (Криксунов Е.А., 1997.)
Конец четверти - всегда время хлопот для заботливых родителей. :) Поскольку я считаю, что стыдно иметь 4 по географии, решил подтянуть своего сына по этому предмету и провести небольшой урок объяснив ему, что называется атмосферой и какова ее роль. Кстати, усилия не прошли зря, и моему сыну «светит» пятерка!
Что такое атмосфера
Для начала необходимо разобраться, что же она из себя представляет. Итак, это самая легкая оболочка из всех, однако ее роль во всех процессах нашей планеты весьма существенна. Она неоднородна - чем выше от поверхности планеты, тем более она разряжена, вследствие чего меняется и ее состав . Наука рассматривает эту оболочку в виде нескольких слоев:
- тропосфера - здесь наблюдается максимальная плотность, и здесь же происходят все атмосферные явления;
- стратосфера - характеризуется меньшей плотностью, и единственное явление, наблюдаемое здесь - серебристые облака;
- мезосфера - здесь наблюдается значительное понижение температуры;
- термосфера - здесь плотность воздуха меньше в несколько сотен тысяч раз;
- экзосфера - представлена ионизированными газами - плазмой.
Каково значение атмосферы
Во первых, благодаря ей стало возможным появление жизни . Животные не выживут без кислорода, а растения не в состоянии поддерживать жизнедеятельность без другого газа - углекислого. Он необходим растениям как основной компонент процесса фотосинтеза , в результате которого вырабатывается необходимый для животных кислород. Нужно отметить особую важность этой оболочки как щита, что противодействует излучениям Солнца и метеорам - они просто сгорают в ее толще. Она выступает в качестве теплорегулятора нивелируя колебания температур: чрезмерного перегрева в течение дня, и переохлаждения ночью. Она словно одеялом укутывает нашу планету, задерживая обратное излучение тепла .
В силу того, что планета прогревается неравномерно, возникают перепады давления, что становятся причиной возникновения ветров и перемены погоды . Ветра участвуют в процессах, называемых «выветривание», формируя различные рельефные зоны. Кроме этого, без нее был бы невозможен еще один архиважный процесс - круговорот воды, благодаря которому формируются облака и выпадают осадки .
Итоги
Таким образом, значение атмосферы заключается в следующем:
- защита - от радиации и астероидов;
- климат - поддерживает относительную стабильность температуры;
- источник кислорода - важнейшее условие жизни;
- транспортировка - является средой, в которой перемещаются массы воздуха и влага;
- среда обитани я - для насекомых, птиц, бактерий.
Атмосфера является последним слоем нашей планете, после которого начинается космос, и имеет несколько ключевых функций для сохранения жизни.
Происхождение и состав атмосферы
Состав атмосферы в истории планеты менялся многократно. Например, как об этом свидетельствуют ископаемые останки, раньше, несколько сотен миллионов лет назад, кислород в атмосфере не содержался, а количество углекислого газа было выше. Тогдашние животные при синтезе необходимых для жизни организмов использовали углекислый газ и брали из него углерод. Именно из-за этих примитивных организмов за миллионы лет попало огромное количество кислорода, и все живое начало дышать им.
В более древние времена, когда планета только образовалась, вода, которая сейчас находится в океанах, пребывала преимущественно в газообразном состоянии. Плотность атмосферы была тогда более высокой.
Главные функции атмосферы
Атмосфера имеет следующие ключевые функции:
- Защита Земли от ультрафиолетового излучения Солнца.
- Обмен веществ (например, участие в круговороте воды).
- Обеспечение кислородом живых организмов.
- Сохранение тепла, полученного от солнечных лучей.
Во сколько плотность атмосферы на Земле довольно высока, большая часть излучения Солнца, которая была бы смертельно для живых организмов, через неё не проходит. Именно это является одним из ключевых отличий нашей планеты от остальных. С другой стороны, атмосфера не образует над Землей сплошного покрова, как, например, на Венере, так что часть лучей через нее проникает и в результате мы получаем световой день.
Поскольку воздух является хорошим изолятором, полученное тепло, благодаря воздушным токам, равномерно распространяется по поверхности, а не экранируется обратно в космос. В природе это можно заметить, когда днем от полученных солнечных лучей поверхность нагревается, а ночью равномерно охлаждается. При этом разница температур не очень высока. Этим Земля отличается от Марса, где атмосфера разрежена и разница температур между днем и ночью велика и составляет около 80°C.