Изменение газового состава атмосферы в прошлом и настоящем

Изменение газового состава атмосферы в прошлом и настоящем

Московский Комитет Образования
Московский Городской Педагогический Университет
КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ГЕОГРАФИИ И ЭКОЛОГИИ

«Изменение газового состава атмосферы в прошлом и настоящем»

реферат по ОБЩЕМУ
ЗЕМЛЕВЕДЕНИЮ
студента I курса, гр. 3 «Б»
Яковлева М.Л.
Руководитель: ст. преподаватель Клевкова И.В.

Москва
2001


 

СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..…3

I.  
ПОЯВЛЕНИЕ АТМОСФЕРЫ………………………………………………………………….4
1) Зарождение Земли;
2) Появление атмосферы;
3)Значение атмосферы;

II.
СОСТАВ
АТМОСФЕРЫ………………….……………………………………………….5
1) Первичный состав;
2) Нынешний состав;
3) Тенденции изменения;

III.
ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ
ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА АТМОСФЕРЫ………………………………..11
1) Причины
   а) антропогенные воздействия;
   б) естественные воздействия;

2) Следствия
   а) разрушение озонового экрана;
   б) глобальное потепление климата;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………15

СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ………………………….……………………………………………..16


ВВЕДЕНИЕ                                                   

А

тмосфера – газовая оболочка
Земли, именно благодаря атмосфере стало возможным зарождение и дальнейшее
развитие жизни на нашей планете. Значение атмосферы для Земли колоссально –
исчезнет атмосфера, исчезнет планета. Но последнее время с экранов телевизоров
и динамиков радиоприемников   мы все чаще и чаще слышим о проблеме загрязнения
атмосферы, о проблеме разрушения озонового экрана, о губительном воздействии
солнечной радиации на живые организма и человека в том числе. То тут то там
происходят экологические катастрофа оказывающие в различной степени негативное
воздействие на земную атмосферу непосредственно влияя на её газовый состав. К
сожалению, приходиться констатировать, что атмосфера с каждым годом
промышленной деятельности человека становиться всё меньше и меньше пригодной
для нормальной жизнедеятельности живых организмов.

         В своей работе я
стремлюсь рассмотреть всю историю земной атмосферы, а именно её газового
состава, начиная с момента образования и заканчивая нашим временем. При этом,
затронув начальный этап развития атмосферы, первичный и нынешний газовый, а так
же причины и следствия его изменения.

         Главная задача работы
– выявить динамику изменения содержания различных газов в атмосфере с течением
времени, и указать те факторы воздействия, которые служат катализаторами в этих
процессах.     

I.ПОЯВЛЕНИЕ
АТМОСФЕРЫ

1.Зарождение
Земли.

Прежде чем
говорить о происхождении планеты Земля, необходимо осветить вопрос о
происхождении всей Солнечной системы в целом. «Иммануил Кант (1755 г.) считал,
что Солнечная система возникла при эволюционном развитии холодной пылевой туманности,
в центре образовалось Солнце, в периферийных частях – планеты»(3). Этой же
теории придерживался и французский математик Лаплас. Но были еще и другие
версии образования Солнечной системы. По теории О.Ю. Шмидта планеты
образовались в результате выброса Солнцем огромного протуберанца, ставшего
следствием столкновения Солнца с каким-либо космическим объектом. По третьей
теории Солнце захватило облако, вследствие чего образовались планеты.

«Большинство
ученых считает, что Солнце и планеты образовались около 4,6 миллиардов лет
назад из огромного облака твердых крошечных частиц и газов, называющегося
туманностью. Твердые частицы и часть газа остались от прежних уже погасших
звезд. Повинуясь собственной внутренней силе притяжения, туманность начала,
вращаясь, сжиматься. Частицы вещества, сталкиваясь  на невероятной скорости в
центре туманности, выделяли столько теплоты, что родилась сверкающая звезда
Солнце. Остальная часть туманности образовала вокруг Солнца кольцо,
столкновения частиц внутри которого привели к образованию планет. Некоторое
время планеты были раскалены»(2). Так, наряду с другими, образовалась и наша
планета.

2.Появление атмосферы.

         Возраст атмосферы
принято приравнивать к возрасту самой планеты Земля – примерно 5000 миллионов
лет. На первоначальном этапе своего формирования Земля разогрелась до
внушительных температур.  «Если, как считает большинство ученых, только что
образовавшаяся Земля была чрезвычайно горячей (имела температуру около 9000° C), то большинство
газов, составляющих атмосферу, должны были бы покинуть её. По мере постепенного
охлаждения и затвердевания Земли газы, растворенные в жидкой земной коре,
выходили бы из неё»(8). Из этих газов и сложилась первичная земная атмосфера,
благодаря которой стало возможным зарождение жизни.

   

II..СОСТАВ
АТМОСФЕРЫ
.

1.Первичный
состав
.

Как только
Земля остыла, вокруг неё, из выделенных газов, сформировалась атмосфера. Точное
процентное соотношение элементов химического состава первичной атмосферы, к
сожалению, определить не представляется возможным, но можно с точностью
предположить, что газы, входящие в её состав, были подобны тем, которые теперь
выбрасываются вулканами – углекислый газ, водяной пар и азот. «Вулканические
газы в виде перегретых паров воды, углекислого газа, азота, водорода, аммиака,
кислых дымов, благородных газов и кислорода формировали праатмосферу. В это
время накопление кислорода в атмосфере не происходило, поскольку он
расходовался на окисление кислых дымов (HCl, SiO2, H2S)»(1).  

         Существуют две теории
происхождения самого важного для жизни химического элемента – кислорода.  По
мере охлаждения Земли температура упала примерно до 100° C, большая часть водяного пара
сконденсировалась и выпала на земную поверхность первым дождем, вследствие,
чего образовались реки, моря и океаны – гидросфера. «Водяная оболочка на Земле
обеспечила возможность накопления эндогенного кислорода, став его аккумулятором
и (при насыщении) поставщиком в атмосферу, к этому времени уже очищенную от
воды, углекислоты, кислых дымов, и других газов в результате прошедших
ливней»(1).

         Другая теория
утверждает, что кислород образовался при фотосинтезе в результате
жизнедеятельности примитивных клеточных организмов, когда растительные
организмы расселились по всей Земле, количество кислорода в атмосфере стало быстро
увеличиваться. Однако, многие учёные склонны рассматривать обе версии без
взаимного исключения.    

2.Нынешний
состав
.

         В сегодняшнем
химическом составе атмосферы (рис.1)  преобладает азот и кислород.
Представительство таких элементов как углекислый газ, аргон и других инертных
газов очень мало, в общей сложности около 1%, но минимальное изменение их
содержания может оказать серьёзное влияние на жизнь нашей планеты.

азот

 

другие

 

СО2

 

аргон

 

кислород

 

Рис.1 Химический
состав атмосферы (Неклюкова, 1976).

         Доминирующие газы.
Рассмотрим свойства химических элементов доминирующих в составе земной
атмосферы.

         Кислород.
Кислород является одним из основных газов атмосферы (почти 21%), наиболее важен
для жизни на планете. «Атмосфера содержит порядка 1015 тонн свободного
кислорода, тогда как в земной коре его наверняка больше 1019
тонн»(1). Самый распространенный элемент на Земле (рис. 2).

другие

 

кислород

 


Рис. 2 Соотношение кислорода и других химических элементов на Земле
(Бгатов, 1985).

Именно благодаря нему возможно
дыхание живых организмов. Кислород химически активен, легко вступает в реакции
со многими химическими элементами и соединениями. Известны три изотопа
кислорода – 16O, 17O, 18O. В обычных условиях
их содержание в атмосфере составляет соответственно (%) 99,74, 0,04 и 0,20.
«Сильнейшим окислителем является трехатомное соединение кислорода – озон (О3).
Он составляет в атмосфере незначительную примесь»(4). На высоте примерно 22 –
25 км озон достигает максимальной концентрации – озоновый экран, который
поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца (0,29 микрона), губительное для
всего живого.

         Азот. «Азот –
одна из основных компонент органической материи, и ввиду того, что он химически
гораздо менее активен, чем кислород, необходимы особые условия для образования
соединений азота и для усвоения его живыми организмами. Эти условия еще пока
недостаточно изучены»(4). Азот – самый распространенный газ в атмосфере, около
78%. «Азот атмосферы играет огромную роль в геохимических процессах, активно участвуя
в дифференциации минерального вещества, с одной стороны, в синтезе органических
веществ – с другой. Последнее обеспечивается биохимическими реакциями.
Известно, что азот участвует в фотосинтезе, синтезе белков и нуклеиновых
кислот. Следовательно, без азота жизнь в том виде, в котором мы её знаем,
невозможна»(1).

Углерод
Углерод в земной атмосфере в основном представлен углекислым газом (CO2). Углекислый газ необходим растениям, так как
используется ими для дыхания. Содержание CO2
в атмосфере так же влияет на тепловой баланс Земли. Деятельность человека
(сжигание угля и нефти) ведет к повышению его концентрации.

Водяной
пар
. Водяной пар играет главную роль в образовании парникового эффекта.
Водяной пар пропускает коротковолновую солнечную радиацию, и поглощает
длинноволновое излучение Земли.  С ним связано образование облачных систем.    

3.Тенденции
изменения
.

«Нет
единого мнения о природе и характере изменений в составе атмосферы за последние
1000 миллионов лет. Геологические процессы (вулканическая активность,
образование известняков и угля) должны были оказать определенное влияние на
состав атмосферы. И есть основания предполагать, что в течение последних 300
миллионов лет количество кислорода и углекислого газа, поскольку эти газы
связанны с вышеупомянутыми процессами, колебалось значительно относительно
теперешнего уровня»(4).


Рис. 3 «График увеличения содержания CO2
в атмосфере в период с 19-20 вв. (Неклюкова 1976).

 Такое
изменение содержания CO2, конечно, вызвано деятельностью
человека – сжигание угля (рис. 3). «Начиная с 1900 года, количество сжигаемого
топлива удваивается каждые 10 лет. Так как уголь состоит на 90% из углерода,
при горении соединяющегося с кислородом, то в атмосфере увеличивается
количество углекислого газа»(8).

Содержание
парниковых газов в атмосфере напрямую зависит от периодов потепления на нашей
планете (рис. 4). «Была установлена корреляция между периодами потепления и
содержанием в атмосфере углекислого газа и метана. 18 тысяч лет назад, в эпоху
максимального обледенения, когда ледовый панцирь покрывал всю северную половину
Европы и Северной Америки, содержание парниковых газов было меньше»(5).

         «За последние 850 лет
на Земле произошло пять ледниковых периодов, когда температуры на Земле опускались
на 3°C ниже
нынешних»(7).

В
основном,  более или менее сильные изменения газового состава атмосферы
происходило в последние два века, ведь именно в этот период человечество
осуществило существенные шаги в своём техническом развитии. Особенно сильно сказался
на атмосфере приход НТР (Научно Техническая Революция). «Деятельность человека
начала воздействовать на атмосферу в начале XIX в.
вследствие развития тяжелой

Рис.
4
 Колебание температуры на Земле за последние 850.000 лет

(Мирская,
1997)
.

промышленности.
Дым тысяч заводских труб, сажа миллионов угольных каминов в городских домах
затянули небо смогом. Проблема смога существует во многих странах и сейчас»(7).

рис.
5
Концентрация атмосферного CO2
(Костицын,  1984)
.

III.ПРИЧИНЫ И СЛЕДСТВИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ГАЗОВОГО СОСТАВА
АТМОСФЕРЫ
.

1.Причины.

Существует
масса причин изменения газового состава атмосферы – первое, и самое главное это
деятельность человека. Второе, как ни странно, — деятельность самой природы.

а)
антропогенное воздействие
. Деятельность человека оказывает  разрушающее
действие на химический состав атмосферы. При производстве в окружающую среду
выбрасывается углекислый газ и ряд других парниковых газов. Особенно опасен
выброс CO2 различными заводами и
предприятиями (рис. 5). «Все крупнейшие города, как правило, лежат в слое
плотного тумана. И не от того, что часто расположены в низинах или у воды, а
из-за ядер конденсации, сосредоточенных над городами. В некоторых местах воздух
настолько загрязнен частицами выхлопных газов и промышленных выбросов, что
велосипедисты вынуждены надевать маски. Эти частицы служат ядрами конденсации
для тумана»(7). Так же губительное воздействие оказывают выхлопные газы
автомобилей, содержащие оксид азота, свинец, а также большое количество
диоксида углерода (углекислого газа).

Одной из
главных особенностей атмосферы является наличие озонового экрана. Фреоны – фтор
содержащие химические элементы, широко используются в производстве аэрозолей и
холодильников, оказывают сильное воздействие на озоновый экран, разрушая его.

«Ежегодно
под пастбища вырубаются тропические леса на территории, равной площади
Исландии, — в основном в бассейне реки Амазонки (Бразилия). Это может привести
к сокращению количества осадков, т.к. количество влаги, испаряемой деревьями,
сокращается. Вырубка лесов способствует и усилению парникового эффекта, ведь
растения поглощают углекислый газ»(7).

б)
естественное воздействие
. И природа вносит свою лепту в историю атмосферы
Земли, в основном, запыляя её. «Огромные массы пыли поднимают в воздух ветры
пустынь. Она заносится на большую высоту и может разнестись очень далеко.
Возьмем ту же Сахару. Мельчайшие частицы каменистых пород, поднятые здесь в
воздух, закрывают горизонт, сквозь пыльное покрывало тускло светит Солнце»(6). Но
опасны не только ветры.

В августе
1883 года на одном из островов Индонезии разразилась катастрофа – взорвался
вулкан Кракатау. При этом около семи кубических километров вулканической пыли
было выброшено в атмосферу. Ветры разнесли эту пыль на высоту 70-80 км. Лишь
спустя годы эта пыль осела.

Так же
причиной появления огромного количества пыли в атмосфере являются падающие на
Землю метеориты. При попадание на земную поверхность, они поднимают в воздух
огромные массы пыли.

Так же в
атмосфере периодически то появляются, то исчезают озоновые дыры – дыры в
озоновом экране. Многие ученые считают это явление естественным процессом
развития географической оболочки Земли.                       

2.Следствия.

         Вследствие
промышленной деятельности человека и природы атмосфера Земли загрязняется
различными веществами начиная от пыли и заканчивая сложными химическими
соединениями. Итогом этого служит прежде всего глобальное потепление климата и
разрушение озонового экрана планеты. «Малые изменения в химическом составе
атмосферы кажутся незначительными для атмосферы в целом. Но следует напомнить,
что редкие газы, входящие в состав атмосферы, могут оказать значительное
влияние на климат и погоду»(8).

а)
Озоновый экран
. Разрушение озонового экрана происходит под действием фтор
содержащих компонентов, которые содержаться в аэрозолях и холодильниках.
Попадая в атмосферу, вступают в химическую реакцию с озоном, разрушая его.
Разрушение озонового экрана ведет к неизбежной гибели всего живого на планете
от ультрафиолетового излучения Солнца 

б)
Потепление климата
. «Некоторые ученые, например, считают, что в последние
годы с возрастанием углекислого газа изменился тепловой баланс атмосферы, ибо
Земля стала больше поглощать инфракрасной радиации, уменьшился уход тепла от
Земли в космос, и повысилась средняя температура природного слоя воздуха.
Некоторые исследователи оценивают повышение температуры в 0,01°C в год. Это
свидетельствует о тесной связи температуры Земли с химическим составом
атмосферы»(8). Повышение температуры ведет к потеплению климата, что ведет к
таянию ледников Антарктики и Антарктиды, а как следствие повышение уровня
мирового океана и затоплению прибрежных районов.

Глобальное
потепление климата возможно в результате парникового эффекта. «Вследствие
парникового эффекта произойдет заметное смещение климатических поясов. В
результате некоторые крупные регионы мира станут теплее и суше, а другие –
теплее и влажнее»(5).

 

ГОД

2000

2025

2050

t°

1

1,5

2



Таблица 1. Прогноз потепления температуры на Земле (Максаковский,
1996).

Рис. 6 График
потепления температуры на Земле (Мирская, 1997).

По данным
(таблица 1, рис. 6) можно предположить, что к 2050 году температура на Земле в
среднем повыситься на 2 градуса, поэтому можно смело говорить о глобальном
потеплении климата на планете Земля. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В
результате проделанной работы установлен целый ряд закономерностей,
происходящих в результате изменения газового состава атмосферы.
         Состав атмосферы не оставался постоянным, а изменялся во времени,
чутко реагируя на события и явления, происходящие на земной поверхности.
Химический состав первичной атмосферы в корне не похож на состав атмосферы
наших дней.

В
результате активной промышленной деятельности человека существенные изменения в
газовом составе атмосфере происходили лишь в последние два столетия, но даже и
столь незначительного времени хватило для сильного загрязнения атмосферы и
начала разрушения озонового экрана планеты.

Главное
следствие всех этих изменений – глобальное потепление климата на Земле. В
среднем, установлено, что примерно к 2050 году среднегодовая температура
повыситься на два градуса, что должно привести к повышению уровня мирового
океана, и затоплению прибрежных районов материков.

   Как не
прискорбно это осознавать, но тенденции удручающие. В ближайшие 1000 лет
возможно сильнейшее усиление парникового эффекта и следствием этого будет не
только таяние вековых бедняков, но и вымирание живых организмов.    

 
СПИСОК
ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бгатов
В.И
. История кислорода земной атмосферы. – М.: Недра, 1985.

2. Грэбхем
С.
Вокруг света. – Нью-Йорк: Кингфишер, 1995.

3. Неклюкова
Н.П.
Общее землеведение. – М.: Просвещение, 1976.

4. Костицын
В.А.
Эволюция атмосферы биосферы и климата. – М.: Наука, 1984.

5. Максаковский
В.П.
Географическая картина мира. – Ярославль: Вехне-Волжское книжное
издательство, 1996.

6. Мезенцев
В.
А. Энциклопедия чудес. – М.: Знание, 1983.

7. Мирская
Е.
Погода, — Лондон: Дорлинг Киндерсли Лимитед, 1997.

8. Чандлер
Т.
Воздух вокруг нас. – Л.: Гидрометеоиздат, 1974.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *