Содержание
1. Атмосфера. Ее строение и состав 3
2. Условия формирования и типы почв 5
3. Геофизические и магнитные факторы воздействия на биосферу 8
4. Основные направления развития современной атомной энергетики 11
5. Загрязнение городских территорий 13
• Общие экологические проблемы городов мира 13
• Электромагнитные загрязнения 14
Литература 15
1. Атмосфера. Ее строение и состав
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с
космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и
энергии с космосом.
Современная земная атмосфера представляет собой многокомпонентную
воздушную оболочку Земли с массой менее 10-6 от массы Земли.
Основной группой компонентов атмосферы является механическая смесь
газов в атомарном, молекулярном или кластерном состояниях. Атмосферные газы
в условиях земной атмосферы находятся как в нейтральном, так и в
ионизированном состоянии. Современная атмосфера является азотно-
кислородной, так как объемное содержание нейтральных молекул азота N2 (78%)
и кислорода О2 (21%) в нижних слоях атмосферы является подавляющим. Тем не
менее функциональная роль многих других атмосферных газов остается столь
большой, что их также относят к числу основных газов. В это число входят
водяной пар, углекислый газ СО2, озон О3. Другие атмосферные газы
естественного и индустриального происхождения принято называть малыми
газовыми примесями.
Второй важной группой компонентов атмосферы являются атмосферные
аэрозоли – взвешенные в воздухе частицы твердого тела или капель жидкости
природного и антропогенного происхождения. Аэрозоль с жидкими (туманы,
облака) и твердыми частицами (пыль, дымы, смоги) постоянно присутствует в
атмосфере, но варьирует в широких пределах по размерам (от кластеров до
дождевых капель) и по концентрации. Эти вариации вызываются процессами
аэрозолеобразования и трансформации аэрозоля как естественного, так и
индустриального происхождения.
Третью важную группу атмосферных компонентов составляют физические
поля, постоянно присутствующие в атмосфере и определяющие многие свойства и
структуру земной атмосферы. По заметному влиянию на атмосферные процессы, а
через них или непосредственно на условия жизни и хозяйственную деятельность
человека на планете, можно выделить:
- электромагнитное поле,
- гравитационное поле,
- электростатическое поле, магнитное поле Земли,
- космические лучи как особый сверхкороткий диапазон электромагнитных
волн.
Все компоненты земной атмосферы имеют неоднородное распределение вдоль
земной поверхности и по высоте. Более того, изменяются основные физические
параметры этих компонентов, неоднородность которых по высоте выражена более
четко, чем по горизонтали.
Вертикальная протяженность атмосферы по некоторым физическим
компонентам доходит до 60-70 тыс. км без четкой верхней границы. Атмосфера
постепенно переходит в межпланетную среду, но ее определяющая масса
сосредоточена в тонком слое, прилегающем к земной поверхности. Примерно 50
% всей массы атмосферы содержится в слое до высоты 5 км, 75 % - до высоты
10, 90 % - до 16, 99% - до 30 км. Убывание массы атмосферы с ростом высоты
близко к экспоненциальной зависимости. В сотни раз быстрее по вертикали,
чем по горизонтали изменяются и многие другие физические параметры. Поэтому
при рассмотрении вопросов о строении атмосферы на первое место выступает
неоднородность ее свойств по вертикали.
Из многих признаков, на основе которых атмосферу делят на слои
(сферы), наиболее употребительным является изменение температуры воздуха в
зависимости от высоты.
Тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17
км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь
водяной пар. Характеризуется падением температуры в среднем 6,5°С на 1 км
при возможных отклонениях до 3°С на 1 км в ту и другую сторону. Именно в
тропосфере образуются туманы и все наиболее важные виды облаков,
формируются осадки, грозовая деятельность. В полярных и умеренных широтах
высота тропосферы достигает 8-12 км, а в тропиках 16-18 км.
Стратосфера – следующий над тропосферой слой атмосферы, в нижней части
которого температура остается постоянной и равной примерно минус 56°С (до
высоты около 20 км), а затем увеличивается с возрастающим (?2,8° С/км)
градиентом до одинаковой и равной минус 2,5° С для всех широт. Рост
температуру в верхних слоях стратосферы обусловлен поглощением
ультрафиолетового излучения озоном.
Мезосфера – следующий над стратосферой слой атмосферы, в котором
температура понижается с градиентом около 3,5 °С/км и на высоте 80-95 км
составляет в среднем 88 °С. В этом слое атмосферы, как и в более низких,
еще доминируют процессы турбулентного перемешивания и за счет этого
отсутствуют гравитационное разделение легких и тяжелых газов.
Термосфера – слой атмосферы над мезосферой. Температура здесь растет
за счет поглощения коротковолнового ультрафиолетового солнечного излучения
кислородом, который при этом диссоциирует. Особую роль здесь начинает
играть молекулярная диффузия газов в поле тяготения и как результат –
значительное изменение с ростом высоты соотношения легких и тяжелых газов.
Заметное влияние на термосферу в высоких широтах оказывает и диссипация
электромагнитной энергии, связанная со взаимодействием солнечного ветра
(потоком плазмы от Солнца) и магнитного поля Земли.
Экзосфера – самый верхний и разряженный слой атмосферы. Плотность
газов в этом слое столь мала, что становится возможным «убегание» из
атмосферы наиболее легких газов (водорода и гелия), отдельные молекулы
которых имеют для этого достаточные скорости в соответствии с
распределением Максвелла. Часто с точки зрения особенностей газового
состава экзосфера рассматривается как верхняя часть атмосферы. При таком
подходе нижняя часть атмосферы, в которой происходит полное турбулентное
перемешивание азов и доля основных (О2 и N2) не меняется с ростом высоты,
называется гомосферой. Средняя часть атмосферы, в которой происходит
диффузионное разделение газов в поле тяготения и с увеличением высоты
начинают доминировать более легкие газы (сначала атомарный кислород, затем
гелий и водород), называется гетеросферой.
Еще одни важным признаком, по которому в атмосфере выделяются слои,
являются заряженные компоненты. Последние по разным причинам присутствуют
на всех высотах, обуславливая электропроводимость атмосферы, грозовые и
другие явления атмосферного электричества. Но в верхних слоях атмосферы
выделяются несколько слоев повышенной концентрации заряженных частиц
(которые принято называть ионосферой).
Главные атмосферные процессы, как внутренние, так и по взаимодействию
с внешними факторами, являются признаками, положенными в основу часто
употребляемого в литературе деления атмосферы по высоте на нижнюю
(тропосферу и стратосферу), среднюю и верхнюю.
Наконец, область околоземного пространства, которая под действием
магнитного поля Земли обтекается солнечным ветром и имеет несферическую
форму, часто рассматривается как продолжение атмосферы и называется
магнитосферой Земли.
2. Условия формирования и типы почв
Почва - особое природное образование, сформировавшееся в результате
преобразования горных пород растениями и животными, т.е в результате
почвообразовательного процесса. Почва обладает особым свойством -
плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран. Почва
при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и
улучшает их, становится более плодороднее.
Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающий человека
продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками
и тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву,
надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва
образовывалась из выходящих на поверхность земли горных пород под
влиянием различных факторов. Под действием ветра, атмосферной влаги, в
связи с изменением климата и температурными колебаниями горные породы,
например гранит, постепенно трескались и превращались в рухляк. На рухляке
поселялись микроорганизмы, питающиеся преимущественно углеродом и азотом
атмосферы и минеральными соединениями, которые они получали из горной
породы. Микроорганизмы разрушали ее своими выделениями, и химический состав
горной породы постепенно изменялся. Затем здесь поселялись лишайники и
мхи. Микроорганизмы разлагали их остатки, образуя гумус - основное
органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые
высшим растениям.
Животные и растения окончательно разрушали горную породу, превращая
верхний ее слой в почву. Растительный опад в лесах и отмершая
травянистая растительность после разложения микроорганизмами дает много
органического вещества, увеличивая мощность почвы. Лучшие почвы, влагоемкие
и воздухопроницаемые, имеют мелкокомковатую или мелкозернистую структуру
из комочков диаметром от 1 до 10 мм. От состава и свойств горной породы,
на которой формируется почва, в значительной степени зависят состав и
свойства почвы.
Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Твердая
часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 %
почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от
материнской породы в результате почвообразовательного процесса.
Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы.
Жидкая часть почвы, или почвенный раствор вода с растворенными в ней
органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей
процента до 40-60 %. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и
растворенными элементами питания.
Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые
водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше
кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические
соединения и др.
Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии,
грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных
(простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих
позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней
растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут
жить только на корнях.
Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера,
железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.),
которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение
определяет химический состав почвы.
Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость,
водопроницаемсть, скважность.
Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием
жизнидеятельности, климата, деятельности человека. При внесении удобрений
почва обогащается питательными для растений веществами, изменяет свои
физические свойства.
Неправильная эксплуатация может привести к нарушению почвенного
покрова - к эрозии почвы, засолению, заболачиванию ее.
Состав почв в значительной степени зависит от материнских пород и
отличается большим территориальным разнообразием, что находит отражение в
почвенном районировании и классификации почв. Различают, например,
тундровые, глеевые, торфяно-болотные, подзолистые, лугово-черноземные,
черноземы, сероземы, аллювиально-дерновые, бурые пустынно-степные, солонцы
и другие почвы.
Основные свойства почвы как экологической среды – это ее физическая
структура, механический и химический состав, рН и окислительно-
восстановительные условия, содержание органических веществ, аэрация,
влагоемкость и увлажненость. Различные сочетания этих свойств образуют
множество разновидностей почв и разнообразие почвенных условий –
эдафических факторов.
Ниже в таблице приведены данные о почвенных ресурсах планеты, о
распространении различных типов почв. Здесь же приведены данные и об их
хозяйственном освоении. В зависимости от особенностей структуры,
механического и химического состава все типы почв подразделяются на
подтипы, роды, виды и разновидности.
Таблица
Распространенность основных типов почв мира и степень их освоения
|Географические пояса и типы почв |Общая площадь |Процент |
| | |освоения|
| |млн. км2 |% | |
|1 |2 |3 |4 |
|Тропический пояс |
|Почвы дождевых лесов – красные и желтые |25,9 |19,5 |7,4 |
|ферралитные почвы | | | |
|Почвы сезонно-влажных ландшафтов – красные |17,6 |13,2 |12,6 |
|саванновые, черные слитые | | | |
|Почвы полупустынь и пустынь |12,8 |9,6 |0,8 |
|Субтропический пояс |
|Почвы постоянно влажных лесов – красноземы, |6,6 |4,9 |19,7 |
|желтоземы | | | |
|Почвы сезонно-влажных ландшафтов – коричневые|8,6 |6,5 |25,6 |
|и др. | | | |
|Почвы полупустынь и пустынь |10,6 |7,9 |7,6 |
Продолжение таблицы
|1 |2 |3 |4 |
|Суббореальный пояс |
|Почвы лиственных лесов и прерий – бурые |6,1 |4,6 |33,4 |
|лесные и др. | | | |
|Почвы степных ландшафтов – черноземы, |7,9 |5,9 |31,6 |
|каштановые | | | |
|Почвы полупустынь и пустынь |7,9 |5,9 |1,3 |
|Бореальный пояс |
|Почвы хвойных и смешанных лесов – |15,5 |11,6 |8,4 |
|подзолистые, дерново-подзолистые | | | |
|Почвы мерзлотно-таежных ландшафтов |8,2 |6,1 |- |
|Полярный пояс |
|Почвы тундровых и арктических ландшафтов |5,7 |4,3 |- |
Сейчас на Земле по распространенности ведущее положение занимают
четыре типологические группы почв:
1) почвы влажных тропиков и субтропиков, преимущественно красноземы и
желтоземы, для которых характерны богатство минерального состава и большая
подвижность органики (более 32 млн. км2);
2) плодородные почвы саванн и степеней – черноземы, каштановые и
коричневые почвы с мощным гумусовым слоем (более 32 млн. км2);
3) скудные и крайне неустойчивые почвы пустынь и полупустынь,
относящиеся к разным климатическим зонам (более 30 млн. км2);
4) относительно бедные почвы лесов умеренного пояса – подзолистые,
бурые и серые лесные почвы (более 20 млн. км2).
3. Геофизические и магнитные факторы воздействия на биосферу
Биосфера – это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и
атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их
воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.
Биосфера – глобальная экосистема. Она не образует сплошного слоя с
четкими границами, а как бы «пропитывает» другие геосферы планеты,
охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы.
Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс (1873). Развернутое
развитие учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому (1919, 1926).
Поток солнечной энергии образует глобальные физические круговороты
воздуха и воды на Земле. Движение воздушных масс помимо механических
эффектов (ветры, волны, течения) обуславливает аэрогенную миграцию веществ,
в первую очередь паров воды и пылевых частиц, аэрозолей разного состава.
Под действием солнечной радиации в атмосфере происходят различные
фотохимические реакции – фотолиз воды, образование озона, образование
углеводородных смогов и др.
Глобальный круговорот воды – это самый значительный по переносимым
массам и по затратам энергии круговорот на Земле. Круговорот воды, особенно
поверхностный, и подземный сток на суше определяют гидрогенную миграцию
веществ, которая помимо переноса состоит из множества процессов
растворения, ионного обмена, окислительно-восстановительных реакций,
кристаллизации, осаждения и т.д.
Таким образом, кроме физических круговоротов воды и воздуха,
вызываемых потоком солнечной энергии, в них вовлечены еще и физико-
химические круговороты многих химических элементов и их соединений. В
значительной части этих процессов участвуют живые организмы. Особенно
характерно это для аквальных систем – рек, озер, болот, морей.
Итак все вещества на планете Земля находятся в процессе биохимического
круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и
малый (биотический).
Большой круговорот длится миллионы лет. Горны породы разрушаются,
выветриваются и потоками вод сносят в Мировой океан, где образуются мощные
морские напластования. Часть химических соединений растворяется в воде или
потребляется биоценозом. Крупные медленные геоктонические изменения,
процессы, связанные с опусканием материков и поднятием морского дна,
перемещение морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому,
что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.
Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне
биогеоценоза и заключается в том, что питательные вещества почвы, воды,
воздуха аккумулируются в растениях, расходуются на создание их массы и
жизненные процессы в них. Продукты распада органического вещества под
воздействием бактерий вновь разлагаются до минеральных компонентов,
доступных растениям, и вовлекаются ими в поток вещества.
Возврат химических веществ из неорганической среды через растительные
и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием
солнечной энергии и химических реакция называется биохимическим циклом.
В круговороте веществ участвуют три группы организмов:
Продуценты (производители) – автотрофные организмы и зеленые растения,
которые используя солнечную энергию, создают первичную продукцию живого
вещества.
Консументы (потребители) – гетеротрофные организмы, питающиеся за счет
автотрофных и друг друга.
Редуценты (восстановители) – организмы, питающиеся организмами,
бактериями и грибками.
Круговорот энергии связан с круговоротом веществ. Наиболее характерен
для процессов, происходящих в биосфере, круговорот углерода. Соединения
углерода образуются, изменяются и разрушаются. Основной путь углерода – от
углекислого газа в живое существо и обратно. Часть углерода выходит из
круговорота, отлагаясь в осадочных породах океана или в ископаемых горючих
веществах органического происхождения (торф, каменный уголь, нефть, горючие
газы), где уже аккумулирована его основная масса. Этот углерод принимает
участие в медленном геологическом круговороте.
Обмен углекислым газом происходит также между атмосферой и океаном.
Важную роль в биосферных процессах играет круговорота азота. В них
участвует только азот, входящий в определенные химические соединения.
Фиксация его в химических соединениях происходит при вулканической
деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе ее ионизации,
при сгорании материалов. Определяющее значение в фиксации азота имеют
микроорганизмы.
Одним из важных элементов биосферы является фосфор, входящий в состав
нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани. Фосфор также
участвует в малом и большом круговоротах, усваивается растениями.
Ключевым элементом биосферы является вода. Круговорот воды происходит
путем испарения ее с поверхности водоемов и суши в атмосферу, а затем
переносится воздушными массами, конденсируется и выпадает
|
