Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Бережіть атмосферу

У чому полягають функції атмосфери? Вона забезпечує:

  • фотосинтез і дихання (без їжі можна прожити тижні, без води — дні, без повітря — 3-4 хвилини);
  • захист живих організмів від згубного впливу ультрафіолетового випромінювання завдяки наявності озонового шару;
  • перенесення тепла і вологи;
  • гідродинаміку літальних апаратів;
  • регулювання сезонного й добового коливання температури (якби не було атмосфери Землі, добові коливання температури на поверхні сягали б 200 °С);
  • захист від метеоритів, які проходячи крізь атмосферу, згорають в ній через тертя об повітря.

Також атмосфера зумовлює низку складних екзогенних процесів (вивітрювання гірських порід, активність природних вод, мерзлоти, льодовиків тощо).

Сформований у природі колообіг атмосферних газів сприяв тому, що газовий склад атмосфери залишався незмінним доти, доки різко не зросла господарська діяльність людини, передусім видобуток і подальше спалювання викопного органічного палива. Унаслідок цього вміст карбон(ІV) оксиду й інших газоподібних домішок у глобальному масштабі збільшується. Водночас забруднення атмосфери може бути й природного походження. Природне забруднення відбувається в результаті природних процесів (вулканічна діяльність, дим від пожеж у природних системах, процеси вивітрювання тощо).

Основними речовинами-забруднювачами атмосферного повітря є частинки пилу, оксиди Карбону, Сульфуру, Нітрогену, амоніак, гідроген сульфід, сполуки важких металічних елементів, вуглеводні та інші речовини, що надходять в понаднормовій кількості. Основними джерелами забруднення є теплові електростанції, транспорт і промисловість. Крім забруднення атмосферного повітря, у біосфері відбувається ще й теплове, шумове та електромагнітне забруднення.

Залежно від масштабів поширення забруднення виокремлюють такі типи забруднень:

  • місцеве, для якого характерний підвищений уміст речовин-забруднювачів на невеликих територіях (наприклад, місто, промисловий район тощо);
  • регіональне, розташоване на значно більших територіях, ніж місцевий тип забруднення;
  • глобальне, що включає зміну стану атмосфери в цілому.

Одним з найпоширеніших забруднювачів атмосферного повітря є чадний газ, що не має кольору та запаху. Основні джерела його надходження: транспорт і теплові електростанції. Карбон(ІІ) оксид негативно впливає на організми: рослини, тварин, людей. Так, у рослин пошкоджуються пагони, листки; а шкідлива дія на людину полягає в тому, що внаслідок потрапляння в кров він позбавляє еритроцити можливості транспортувати кисень. У результаті настає кисневе голодування, що запускає низку процесів — від легкого головного болю, задишки та аритмії до появи загальної слабкості, запаморочення, ослаблення пам’яті, порушення мислення та мови, роботи серцево-судинної та інших систем організму, сприяє розвитку атеросклерозу, коми, смерті. Концентрація СО в повітрі, що дорівнює 1 мг/м3, становить загрозу для життя людини.

Кислотні опади (дощ, сніг, роса) з pH < 5,5, що містять сульфатну та нітратну кислоти, утворюються в результаті реакції оксидів Сульфуру(ІV) та Сульфуру(VІ), нітроген(ІV) оксиду (промислових речовин-забруднювачів) з водяними парами в атмосфері (мал. 8.24).

Мал. 8.24. Так утворюються кислотні опади

Визначте, які процеси позначено на малюнку 8.24 цифрами 1-4, і складіть стислий пояснювальний текст до нього.

У результаті випадання кислотних опадів гинуть рослини, дерева, тварини (мал. 8.25). Вони руйнують хлорофіл у листі рослин, підвищують кислотність ґрунтів. Відомі випадки, коли кислотні дощі знищували цілі ліси, а в прісних водоймах унаслідок зміни величини pH середовища вони спричиняли загибель навіть найменших форм життя. У Канаді, США, Німеччині тисячі річок та озер залишилися без рослин і риб. Кислоти в їхньому складі руйнують споруди, пам’ятники, металоконструкції тощо. Досить важливим є той факт, що кислотні дощі можуть випадати на значній відстані від джерела викиду (від сотень до тисяч кілометрів).

Порушення природного балансу атмосфери може призвести до вкрай негативних наслідків: від підвищення рівня Світового океану в результаті глобального потепління до виникнення епідемій і різних захворювань у зв’язку із зараженням водних ресурсів.

Мал. 8.25. Наслідки випадіння кислотних дощів .... у нас ізнову по кислотних дощах заіржавів город: почорнілі цурпалки гудиння над землею стирчать, як на згарищі спалений дріт. (Оксана Забужко1. Лист із дачі)

Смог — вид забруднення, що утворюється в результаті складних фотохімічних реакцій у забрудненому повітрі під дією сонячного світла, підвищеної температури та великої кількості озону, що є окисником. Має вигляд різнокольорового туману з неприємним запахом (мал. 8.26). Він призводить до подразнення очей, горла, задухи, загострює симптоми бронхіальної астми, може викликати набряк легень тощо. Уплив на рослини також є негативним (листя стає плямистим, жовтіє, в’яне).

І смог, і СНІД, і чорний дим Бхопала,

В Червоній книзі сірі журавлі,

Не бійтеся, ліси, — іще не все пропало,

Останній вільний зубр ще ходить по землі!

(Ліна Костенко. Балада про дим)

Мал. 8.26. Смог як результат взаємодії речовин-забруднювачів (зазвичай хімічного походження) з довкіллям

Група данських студентів з Інституту прикладного дизайну Копенгагена (Copenhagen Institut of Interaction Design) спільно зі співзасновником апаратно-програмної платформи для створення електронних пристроїв Массімо Банзі та Джорджо Олів’єро, з італійської дизайнерської компанії, створили «розумну парасолю» (Sensing Umbrella), за допомогою якої можна виміряти рівень забруднення повітря карбон(ІІ) оксидом та нітроген(ІV) оксидом (мал. 8.27). Метою проекту буде збирання екологічної інформації та обмін даними про забруднення для суспільного добробуту.

1 Оксана Стефанівна Забужко (нар. 1960, Україна).

Мал. 8.27. Розумна парасоля як інструмент моніторингу забруднення повітря

За даними (2014 р.) Всесвітньої організації охорони здоров’я (ВООЗ), щорічно у світі від забруднення атмосферного повітря помирає близько 3,7 млн. осіб. Зростання частоти загострень серцево-судинних хвороб, підвищення частоти інфекцій нижньої частини дихальної системи; збільшення частоти астматичних нападів; зниження адаптаційних можливостей організму; підвищення онкозахворюваності, зростання смертності — далеко не всі наслідки для здоров’я людини, спричинені впливом забруднення атмосферного повітря. Рівень хімічного забруднення атмосферного повітря може впливати на темп мутаційних процесів у населення, підвищувати частоту деяких уроджених вад розвитку серед новонароджених.

Розв’язуванням проблеми забрудненого атмосферного повітря займається низка міжнародних організацій, державні структури (міністерства, наукові установи) та неурядові організації. Ними прийняті різноманітні документи (конвенції, договори, резолюції) з метою зниження рівнів забруднювальних речовин у повітрі. Так, для зменшення викидів вуглекислого газу підписано Кіотський протокол (1997). В Україні основним юридичним документом з цього питання є Закон України «Про охорону атмосферного повітря».

Для зниження рівнів забруднення у викидах промислових підприємств використовують спеціальне обладнання (механічні й електричні фільтри, циклони, осаджувальні камери, скрубери, труби Вентурі тощо1) та спеціальні методи очистки (механічні, фізико-хімічні й хімічні). Нині набуває популярності використання альтернативних джерел енергії не лише для отримання енергії, а й як безвідходного виробництва для зменшення забруднення атмосферного повітря (мал. 8.28). Щодо викидів автотранспорту, то все поширенішими стають електромобілі та гібридні автомобілі для зниження рівнів забруднюючих речовин.

1 Дізнайтеся самостійно про ці пристосування з додаткових джерел інформації.

Мал. 8.28. Використання альтернативних джерел енергії для зменшення забруднювальних викидів в атмосферу

ПОДУМАЙТЕ Й ВІДПОВІДАЙТЕ

  • 1. Дайте визначення поняттю «атмосфера». Наведіть її основні функції.
  • 2. Схарактеризуйте склад первинної атмосфери Землі.
  • 3. Назвіть шари, з яких утворена атмосфера. Схарактеризуйте поділ атмосфери на шари: а) за ознакою зміни газового складу; б) за ознакою зміни температури, відносної вологості та рухомості повітря. Схарактеризуйте зміни властивостей повітря в мезо-, термо- й екзосфері.
  • 4. Наведіть основні властивості іоносфери.
  • 5. Дайте визначення поняттю «атмосферне повітря». Схарактеризуйте: уміст (%) газів у повітрі, яким ми дихаємо.
  • 6. Наведіть джерела надходження і шляхи витрати вуглекислого газу в атмосфері. Схарактеризуйте роль вуглекислого газу у створенні парникового ефекту.
  • 7. Назвіть місце формування озонового шару. Опишіть роль озонового шару. Дайте визначення поняттю «озонова діра».
  • 8. Яке значення в метеорології прийнято за нормальний атмосферний тиск?
  • 9. Поясніть: а) причини та наслідки виникнення парникового ефекту, утворення кислотних опадів, потоншення озонового шару; б) чому в листопаді 2018 р. столицю Індії Делі огорнув смог після проведення традиційного «Фестивалю вогнів» (індуїстського свята Дівалі).
  • 10. Прокоментуйте з огляду на вивчене рядки з поезій:

а) Прокотився грім з розгоном,

Грають блискавок шаблі,

Пахне морем — і озоном

Від притихлої землі...1

б) Люблю твій степ і подих твого степу.

Міраж кринички і міраж осель.2

1 М. Рильський (Рильський Максим Тадейович, (1895-1964), Україна). «Перед грозою».

2 Ліна Костенко. «Люблю твій степ і подих твого степу».

ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

ПРАКТИЧНІ РОБОТИ

  • 1. Вимірювання вологості й атмосферного тиску повітря.
  • 2. Зміна атмосферного тиску з висотою. Вимірювання висоти.
  • З Дослідження параметрів стану повітря в кабінеті.
  • 4. Виготовлення барометра. https://www.wikihow.com/Build-a-Barometer

РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ:

  • 1. З подвір’я метеостанції за температури повітря 0 °С запущено одночасно два радіозонди. У крайній верхній точці перший з них зафіксував температуру -46 °С, другий — на 8 °С нижчу. Визначте, на яку висоту піднявся кожний з радіозондів, якщо вертикальний температурний градієнт дорівнює 0,5 °С.
  • 2. У світі існує понад 55 монументальних споруд, висота яких сягає більше 40 м. На малюнку зображено деякі з них. Яким буде атмосферний тиск на вершині цих споруд, якщо вважати, що в підніжжі він відповідає нормальному значенню (760 мм рт. ст.)

ЗАХИСТ НАВЧАЛЬНИХ ПРОЕКТІВ

  • Моделювання «парникового ефекту».
  • Вплив концентрації вуглекислого газу на природні процеси.
  • Загальні заходи щодо запобігання забрудненню атмосфери.