Раздел 15. Проблемы атмосферы (вопросы 24-47) Петр Дроздов

24. К каким последствиям приводит парниковый эффект, вызванный увеличением в атмосфере углекислого газа? Общая логика на мой взгляд тут должна сводиться к тому, что повышается температура, а дальше уже можно подумать, может ли то, что вам предлагают быть следствием повышения температуры.

Последствия парникового эффекта

1. Если температура на Земле будет продолжать повышаться, это окажет

серьезнейшее воздействие на мировой климат.

2. В тропиках будет выпадать больше осадков, так как дополнительное тепло

повысит содержание водяного пара в воздухе.

3. В засушливых районах дожди станут еще более редкими и они превратятся в

пустыни в результате чего людям и животным придется их покинуть.

4. Температура морей также повысится, что приведет к затоплению низинных

областей побережья и к увеличению числа сильных штормов.

5. Повышение температуры на Земле может вызвать поднятие уровня моря так как:

а) вода, нагреваясь становится менее плотной и расширяется, расширение

морской воды приведет к общему повышению уровня моря;

б) повышение температуры может растопить часть многолетних льдов, покрывающих

некоторые районы суши, например, Антарктиду или высокие горные цепи.

Образовавшаяся вода в конечном итоге стечет в моря, повысив их уровень.

Следует, однако, заметить, что таяние льда, плавающего в морях, не вызовет

повышение уровня моря. Ледяной покров Арктики представляет собой огромный

слой плавучего льда. Подобно Антарктиде, Арктика также окружена множеством

айсбергов.

Климатологи подсчитали, что если растают гренландские и антарктические

ледники, уровень Мирового океана повысится на 70-80 м.

6. Сократятся жилые земли.

7. Нарушится водосолевой баланс океанов.

8. Изменятся траектории движения циклонов и антициклонов.

9. Если температура на Земле повысится, многие животные не смогут

адаптироваться к климатическим изменениям. Многие растения погибнут от

недостатка влаги и животным придется переселится в другие места в поисках

пищи и воды. Если повышение температуры приведет к гибели многих растений, то

вслед за ними вымрут и многие виды животных.

Кроме отрицательных последствий глобального потепления, можно отметить

несколько положительных На первый взгляд более теплый климат представляется

благом, так как могут уменьшится счета за отопление и увеличение

продолжительности вегетационного сезона в средних и высоких широтах.

Увеличение концетрации диоксида углерода может ускорить фотосинтез.

Однако, потенциальный выигрыш в урожайности может быть уничтожен ущербом от

болезней, вызванных вредными насекомыми, поскольку повышение температуры

ускорит их размножение. Почвы в некоторых областях окажутся малопригодными

для выращивания основных культур. Глобальное потепление ускорило бы,

вероятно, разложение органического вещества в почвах, что привело бы к

дополнительному поступлению в атмосферу диоксида углерода и метана и ускорило

парниковый эффект.

25. На какие районы Земного шара наибольшее влияние окажут последствия парникового эффекта?

Из предыдущего пункта следует, что тропические районы пострадают от последствий парникового эффекта – увеличится количество осадков, засушливые места станут еще более засушливыми, вследствие таяния ледников окажутся затопленными прибрежные районы.

26. Что способствует разрушению озонового слоя?

В общем, логика сводится к тому, что в атмосферу выделяются различные химические соединения, с которыми может реагировать озон и распадаться при этом.

Механизм Чепмена

Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сидни Чепменом в 1930 году и носит его имя.

Реакции образования озона :

О₂ + hν → 2О.

О₂ + O → О₃.

Фотолиз молекулярного кислорода происходит в стратосфере под воздействием ультрафиолетового излучения с длиной волны175—200 нм и до 242 нм.

Озон расходуется в реакциях фотолиза и взаимодействия с атомарным кислородом:

О₃ + hν → О₂ + О.

О₃ + O → 2О₂.

Пути гибели озона

Стратосферная химия озона

Кроме реакций, входящих в механизм Чепмена, имеется целый ряд других реакций, приводящих к гибели озона. Их все объединяют в несколько семейств, главными из которых является азотное, кислородное (из механизма Чепмена), водородное и галогеновое. Эти реакции представляют собой каталитические циклы, поэтому их также называют соответствующими циклами.

Азотный цикл (NO_x):

N₂O + O(¹D) → NO + NO,

О₃ + NO → NO₂ + О₂,

NO₂ + О → NO + О₂.

Водородный цикл (HO_x):

Н₂O + O → OH + OH,

ОН + О₃ → НО₂ + О₂,

НО₂ + О₃ → ОН + 2О₂.

Хлорный цикл (ClO_x):

CFCl₃ + hν → CFCl₂ + Cl,

Cl + O₃ → ClO + O₂,

ClO + O → Cl + O₂.

Доля в расходовании озона различных химических семейств:^[2]

Давление, гПа	азотное	кислородное	водородное	галогеновое
1,31	0,10	0,26	0,41	0,21
3,78	0,50	0,14	0,11	0,25
8,93	0,68	0,11	0,08	0,13
21,9	0,46	0,12	0,19	0,20
55,8	0,12	0,03	0,48	0,14

Доля галогенового пути распада стратосферного озона увеличилась в результате деятельности человека, что привело к возникновению озоновых дыр. Генеральная ассамблея ООН в 1994 году провозгласила 16 сентября ежегодным Международным днём охраны озонового слоя.

27. Какова роль хлорфторуглеродов в атмосфере?

Насколько я понял, просто так они не встречаются в атмосфере. Их появление связано с промышленной деятельностью человека. И, так или иначе, они реагируют с озоном и разрушают его.

Практически бесконтрольное использование низших хлорфторуглеродов в качестве пропеллентов аэрозольных упаковок, вспенивателей, растворителей и хладагентов привело к накоплению хлорфторуглеродов в атмосфере. С помощью электронного детектора Лавлока обнаружено присутствие хлорфторуглеродов в верхних слоях атмосферы.

Шервуд Роуланд предсказал, что хлорфторуглероды, произведённые человеком, под действием солнечной радиации разлагаются в атмосфере, образуя хлор и монокись хлора, которые способны эффективно разрушать молекулы озона

CFCl₃ + hν → CFCl₂ + Cl, Cl + O₃ → ClO + O₂, ClO + O → Cl + O₂.

Марио Молина и Пауль Крутцен показали истощающий эффект галогеналканов на озоновый слой стратосферы, являющийся природным защитным экраном Земли от губительного жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Венской конвенцией 1985 г. и Монреальским протоколом 1987 г. по защите озонового слоя были запрещены производства низших хлорфторуглеродов.

В 1985 году Паулю Джозефу Крутцену, Шервурду Роуланду и Марио Молине присуждена Нобелевская премия по химии с формулировкой «За работу в атмосферной химии, особенно в части процессов образования и разрушения озонового слоя».

28. При каком значении рН атмосферные осадки считаются кислотными?

 В идеале pH дождевой воды равняется 5-6,5-7. В реальной жизни показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Если происходит понижение рН осадков ниже уровня, обычного для этой местности, то тогда осадки считаются кислотными. Как я понял, в общем случае – рН ниже 5.

29. Каков механизм парникового эффекта?

Парниковый эффект возникает из-за различной прозрачности атмосферы для теплового и видимого излучения. Солнечный свет в видимом диапазоне проникает к земной поверхности и нагревает ее, а также нагревает саму атмосферу. Земная поверхность и атмосфера начинают излучать тепловое излучение. Двухатомные газы не задерживают тепловое излучение, а парниковые газы — H₂O, CO₂, CH₄ и пр. непрозрачны для него и задерживают тепловое излучение. Таким образом температура на Земле повышается.

30. изменяется состав атмосферы в отношении основных газов по мере удаления от земли?

Приблизительный состав атмосферы Земли: 78,08 % азота, 20,95 % кислорода, изменяющееся количество водяного пара (в среднем около 1 %), 0,93 % аргона, 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.

Пробы воздуха, взятые автоматическими приборами на различных высотах, показали, что до высоты 100 км состав атмосферы существенно не меняется. Непрерывное турбулентное или хаотическое движение воздуха и большие скорости ветра препятствуют разделению газов в соответствии с их удельным весом. Выше 90—100 км состав атмосферы также почти постоянен: она состоит главным образом из азота и кислорода. Но под действием ультрафиолетовой солнечной радиации молекулы кислорода здесь расщепляются на атомы, и начиная со 110—120 км кислород почти весь атомарный. Предполагается, что выше 400—500 км и азот находится в атомарном состоянии.

В нижних слоях атмосферы содержится большое количество минеральной и техногенной пыли и аэрозолей, продуктов горения, солей, спор и пыльцы растений и т.д.

До высоты 100-120 км, вследствие полного перемешивания воздуха состав атмосферы однороден. Соотношение между азотом и кислородом постоянно. Выше преобладают инертные газы, водород и др. В нижних слоях атмосферы находится водяной пар. С удалением от земли содержание его падает. Выше соотношение газов изменяется, например на высоте 200-800 км, кислород преобладает над азотом в 10-100 раз.

Легкие газы - гелий и водород постоянно улетучиваются в космическое пространство.

31.К чему привело пониженное содержание озона над территорией Австралии?

К увеличению засушливости климата вследствие нарушения циркуляции воздушных масс, увеличению заболеваний связанных с повышенным облучением уф-лучами.

32. Что способствует тепличному эффекту?

Тепличный эффект - возможное постепенное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере парниковых газов, которые играют роль пленки, пропуская солнечные лучи и препятствуя оттоку длинноволнового теплового излучения с поверхности земли. То же самое, что и парниковый эффект.

Так что ему может способствовать выделение парниковых газов в атмосферу и любые другие процессы, которые так или иначе способны задерживать тепло в атмосфере Земли.

32. Какими свойствами обладает озон?

Друг- Отражение ультрафиолета; враг- нарушение фотосинтеза и роста растений.

Так или иначе – рассматривается озон в его двух проявлениях – на большой высоте он защищает от ультрафиолетового излучения Землю, появление его у поверхности опасно в связи с его высокой химической активностью и негативным влиянием на окружающую среду.

32. Чем обусловлено постепенное потепление климата на планете?

Парниковым эффектом=)))

32. Какая из примесей, находящихся в воздухе, может вызвать фотохимический смог?

Фотохимический смог образуется при реакции между собой углеводородов, озона, окислов азота и других примесей (в осн. поступающих в атмосферу из выхлопов автотранспорта) при обязательном участии солнечной радиации достаточной интенсивности.

32. Какие воздействия на атмосферу являются причиной выпадения кислотных дождей?

Попадание в атмосферу Оксидов азота, фосфора и серы.

Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. А кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций. Соединения серы, сульфид, самородная сера и другие содержатся: в углях и в руде(особенно много сульфидов в бурых углях, при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения — оксид серы IV(сернистый ангидрид), оксид серы VI (серный ангидрид), сероводород — (образуется в малых количествах при недостаточном обжиге или неполном сгорании, при низкой температуре). Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе(так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые). При сжигании таких ископаемых образуются оксиды азота (например, оксид азота, вступая в реакцию с водой атмосферы, под воздействием солнечного излучения, или так называемых «фотохимических реакций»), которые превращаются в растворыкислот — серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

32. Как называется смесь продуктов вторичного загрязнения воздуха, возникающее в результате фотохимического разложения загрязняющих веществ?

Вероятно, фотохимическим смогом.

32. На какой высоте находится тропосферный озон-«враг»?

Примерно до высоты в 15 километров. Выше уже начинается стратосферный озон с его полезными качествами.

32. Как называется сочетание газообразных загрязнителей (в основном сернистого ангидрида), пылевых частиц и капель тумана?

Смог. В его обычном и первоначальном варианте.

Первоначально под смогом подразумевался дым, образованный сжиганием большого количества угля (смешение дыма и диоксида серы SO₂). 

32. Какой термин широко используется для обозначения видимого загрязнения воздуха любого характера?

Смог.

32. Что такое атмосфера?

Я думаю, ответ на этот вопрос не вызовет затруднений=))

Атмосфера (от. греч. ατμός — «пар» и σφαῖρα — «сфера») — газовая оболочканебесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

32. Что такое кислотные осадки?

Осадки с пониженным рН. рН<5 примерно.

32. Что является причиной естественных кислотных дождей?

Грозы: в атмосфере образуется диоксид азота NO₂, который так же способствует образованию кислотных осадков N₂ + O₂ = 2NO

2NO +O₂ = 2NO₂

4NO₂ +O₂+2H₂O =4 HNO₃

, лесные и степные пожары, извержения вулканов H₂S→SO₂→SO₃→H₂SO₄

CO→CO₂→H₂CO₃

. Во время этих процессов в атмосферу попадают все те же вещества, которые с водой могут давать кислоты.

32. Что относится к естественным источникам соединений азота в атмосфере?

Почвенная эмиссия оксидов азота. 

В про­цессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Соглас­но современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн т оксидов азота.

Грозовые разряды. 

Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и пе­рехода в плазменное состояние молекулярные азот и кисло­род в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плаз­мы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Об­щее количество образовавшихся таким способом оксидов азо­та составляет 8 млн т в год.

Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью по­лучения производственных площадей) и пожаров в саванне.  При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов азота в год.

Прочие источники естественных выбросов оксидов азота менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие чего происходит обратное попадание образовавшихся оксидов  в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн т оксидов азота.

32. Что относится к естественным источникам соединений серы в атмосфере?

Характерный представитель группы активно дегазируемых элементов. В то же время поступление серы в атмосферу по сравнению с инертными газами и СО₂ сильно затруднено. Это связано со следующими обстоятельствами. Среди газообразных соединений серы, выделяющихся с вулканическими газами, наиболее обычными являются диоксид серы (SO₂) и сероводород (H₂S). В процессе активного дегазирования мантии и прохождения через толщи горных пород газы растворяются в подземных водах. При этом H₂S активно восстанавливает тяжелые металлы, образуя трудно растворимые сульфиды, главным образом дисульфид железа (пирит – FeS₂), а SO₂ частично связывается в составе также плохо растворимых сульфатов кальция, бария, стронция (CaSO₄ и т.д.). В результате указанных реакций значительная часть дегазируемых соединений серы трансформируется в твердые минералы, среди которых наиболее распространен пирит. Часть диффундирующих через земную кору газообразных соединений серы, а также сернистые газы вулканических выбросов и газово-жидких выделений наземных и подводных гидротерм поступает в систему Мирового океана и педосферу. При этом значительная часть газов захватывается бактериями в своеобразный микробиологический круговорот. Таким образом, дегазируемые соединения серы по пути в атмосферу должны преодолевать двойной фильтр: физико-химический в земной коре и биогеохимический на поверхности Мировой суши и в океане.

Несмотря на интенсивное дегазирование серы из недр Земли, природные уровни концентрации сернистых газов в атмосфере весьма незначительны благодаря активному связыванию этого элемента в земной коре, гидросфере и живом веществе. Содержание H₂S и SO₂ в атмосфере очень непостоянно. С учетом вклада антропогенных факторов концентрация каждого из газов в атмосфере оценивается около 210^-8%.

К природным источникам SO₂ относят также лесные пожары, морскую пену и микробиологические превращения серосодержащих соединений.

32. Чем обусловлена принципиальная опасность кислотных дождей, если в целом количества естественных и искусственных кислотных выбросов приблизительно одинаковы?

Не совсем понятный вопрос. Но, видимо, спрашивают про последствия кислотных дождей. Последствия сводятся к нарушению в животном и растительном мире, а также, как следует из этого текста, к вымыванию из почвы тяжелых металлов и попадание их в воду и организмы.

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии, Чехии,Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и ещё во многих странах земного шара. Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы — озера, реки, заливы, пруды — повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоемы. Первая стадия — начальная. С увеличением кислотности воды (показатели рН меньше 7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоема пищи, уменьшается количество кислорода в воде, начинают бурно развиваться водоросли (буро-зеленые). Первая стадия эутрофикации (заболачивания) водоема. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Вторая стадия — кислотность повышается до рН 5.5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия — кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем. По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания. Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы в совокупности приводят к деградации лесов.^[3] Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Миннесота 40 миллионов долларов на медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов,- это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу).

32. Какие вы знаете неантропогенные пути попадания газообразных соединений серы и азота в атмосферу?

Фактически дублирование предыдущих вопросов.