Файл: Учебнометодическое пособие нижнекамск 2015 удк 502. 7 Р 82.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 271
Скачиваний: 9
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3.
Спорадические скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков.
От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Поэтому в ионосфере электропроводность воздуха в общем в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, преломление и отражение. Волны длиной более 20 м вообще не могут пройти сквозь ионосферу: они отражаются уже электронными слоями небольшой концентрации в нижней части ионосферы (на высотах 70- 80 км). Средние и короткие волны отражаются вышележащими ионосферными слоями.
Именно вследствие отражения от ионосферы возможна дальняя связь на коротких волнах. Так как положение и концентрация ионосферных слоев непрерывно меняются, меняются и условия поглощения, отражения и распространения радиоволн. Поэтому для надежной радиосвязи необходимо непрерывное изучение состояния ионосферы. Наблюдения над распространением радиоволн как раз являются средством для такого исследования.
В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по природе свечение ночного неба - постоянная люминесценция атмосферного воздуха, а также резкие колебания магнитного поля - ионосферные магнитные бури.
Ионизация в ионосфере обязана своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца. Ее поглощение молекулами атмосферных газов приводит к возникновению заряженных атомов и свободных электронов, о чем говорилось выше. Колебания магнитного поля в ионосфере и полярные сияния зависят от колебаний солнечной активности.
Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000°С.
Говоря о высоких температурах ионосферы, имеют в виду то, что частицы атмосферных газов движутся там с очень большими скоростями. Однако плотность воздуха в ионосфере так мала, что тело, находящееся в ионосфере, например летящий спутник, не будет нагреваться путем теплообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от непосредственного поглощения им солнечной радиации и от отдачи его собственного излучения в окружающее пространство. Термосфера находится выше мезосферы на высоте от 90 до 500 км над поверхностью Земли. Молекулы газа здесь сильно рассеянны, поглощают рентгеновское излучение (X rays) и коротковолновую часть ультрафиолетового излучения. Из-за этого температура может достигать 1000°С.
Термосфера в основном соответствует ионосфере, где ионизированный газ отражает радиоволны обратно к Земле - это явление дает возможным устанавливать радиосвязь.
20.5. Экзосфера
Выше 800-1000 км атмосфера переходит в экзосферу и постепенно в межпланетное пространство. Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велики. Отдельные частицы могут при этом иметь скорости, достаточные для того, чтобы преодолеть силу тяжести. Такие особенно быстрые частицы могут, двигаясь по гиперболическим траекториям, вылетать из атмосферы в мировое пространство, "ускользать", рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния.
Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы.
Недавно полагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000 км. Но из наблюдений с помощью ракет и спутников создалось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся более чем до 20 000 км. Конечно, плотность газа в земной короне ничтожно мала. На каждый см3 здесь приходится в среднем всего коло тысячи частиц. Но в межпланетном пространстве концентрация частиц (преимущественно протонов и электронов) по крайней мере, в десять раз меньше.
С помощью спутников и геофизических ракет установлено существование в верхней части атмосферы и в околоземном космическом пространстве радиационного пояса Земли, начинающегося на высоте нескольких сотен километров и простирающегося на десятки тысяч километров от земной поверхности. Этот пояс состоит из электрически заряженных частиц – протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями. Их энергия – порядка сотен тысяч электрон-вольт. Радиационный пояс постоянно теряет частицы в земной атмосфере и пополняется потоками солнечной корпускулярной радиации.
Главными составными частями атмосферы являются азот (по массе 78,084 %), кислород (по массе 20,946 %), аргон (по массе 0,934 %) и углекислый газ (по массе 0,034 %).
21. ИСТОЧНИКИ И СОСТАВ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Загрязнение атмосферы имеет естественное (природное) и искусственное (антропогенное) происхождение.
Среди естественных факторов выделяются:
а) внеземное загрязнение воздуха космической пылью и космическим излучением;
б) земное загрязнение атмосферы при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возникающих от ударов молний, выносе морских солей.
Условно естественное загрязнение атмосферы разделяют на континентальное и морское, а также на неорганическое и органическое. К источникам органического загрязнения относят аэро-планктон-бактерии, в том числе и болезнетворные, споры грибов, пыльцу растений и т.д.
Искусственное загрязнение атмосферы разделяют на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологических процессов. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы. По особенностям строения и характеру влияния на атмосферу загрязнители делятся на механические, химические, физические, тепловые и бактериальные.
Схему загрязнения воздуха см. в приложении А.
Таблица 2
Загрязнения атмосферы и их источники
Продолжение таблицы 2
Вещества, загрязняющие атмосферу, подразделяются на первичные — вещества, содержащиеся непосредственно в выбросах предприятий и поступающие с ними от разных источников; и вторичные — являются продуктами трансформации первичных или вторичного синтеза. Вторичные нередко более опасны, чем первичные вещества.
22. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Кислотные осадки — серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и выпадающие на поверхность Земли вместе с дождём, туманом, снегом или пылью. Попадая в озёра, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызывать повреждения листвы, гибель растений ускорять коррозию металлов и разрушение зданий.
Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью. Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта. Возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших доз канцерогенов в течение длительного времени.
В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов, протекающих в его нижних слоях под действием солнечного света, образуются различные вещества, ядовитый туман — «смог». Фотохимический туман (смог) представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.
Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакции с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Такие смоги крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.
Спорадические скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков.
От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Поэтому в ионосфере электропроводность воздуха в общем в 1012 раз больше, чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере поглощение, преломление и отражение. Волны длиной более 20 м вообще не могут пройти сквозь ионосферу: они отражаются уже электронными слоями небольшой концентрации в нижней части ионосферы (на высотах 70- 80 км). Средние и короткие волны отражаются вышележащими ионосферными слоями.
Именно вследствие отражения от ионосферы возможна дальняя связь на коротких волнах. Так как положение и концентрация ионосферных слоев непрерывно меняются, меняются и условия поглощения, отражения и распространения радиоволн. Поэтому для надежной радиосвязи необходимо непрерывное изучение состояния ионосферы. Наблюдения над распространением радиоволн как раз являются средством для такого исследования.
В ионосфере наблюдаются полярные сияния и близкое к ним по природе свечение ночного неба - постоянная люминесценция атмосферного воздуха, а также резкие колебания магнитного поля - ионосферные магнитные бури.
Ионизация в ионосфере обязана своим существованием действию ультрафиолетовой радиации Солнца. Ее поглощение молекулами атмосферных газов приводит к возникновению заряженных атомов и свободных электронов, о чем говорилось выше. Колебания магнитного поля в ионосфере и полярные сияния зависят от колебаний солнечной активности.
Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000°С.
Говоря о высоких температурах ионосферы, имеют в виду то, что частицы атмосферных газов движутся там с очень большими скоростями. Однако плотность воздуха в ионосфере так мала, что тело, находящееся в ионосфере, например летящий спутник, не будет нагреваться путем теплообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от непосредственного поглощения им солнечной радиации и от отдачи его собственного излучения в окружающее пространство. Термосфера находится выше мезосферы на высоте от 90 до 500 км над поверхностью Земли. Молекулы газа здесь сильно рассеянны, поглощают рентгеновское излучение (X rays) и коротковолновую часть ультрафиолетового излучения. Из-за этого температура может достигать 1000°С.
Термосфера в основном соответствует ионосфере, где ионизированный газ отражает радиоволны обратно к Земле - это явление дает возможным устанавливать радиосвязь.
20.5. Экзосфера
Выше 800-1000 км атмосфера переходит в экзосферу и постепенно в межпланетное пространство. Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велики. Отдельные частицы могут при этом иметь скорости, достаточные для того, чтобы преодолеть силу тяжести. Такие особенно быстрые частицы могут, двигаясь по гиперболическим траекториям, вылетать из атмосферы в мировое пространство, "ускользать", рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния.
Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы.
Недавно полагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, кончается на высотах порядка 2000-3000 км. Но из наблюдений с помощью ракет и спутников создалось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону, простирающуюся более чем до 20 000 км. Конечно, плотность газа в земной короне ничтожно мала. На каждый см3 здесь приходится в среднем всего коло тысячи частиц. Но в межпланетном пространстве концентрация частиц (преимущественно протонов и электронов) по крайней мере, в десять раз меньше.
С помощью спутников и геофизических ракет установлено существование в верхней части атмосферы и в околоземном космическом пространстве радиационного пояса Земли, начинающегося на высоте нескольких сотен километров и простирающегося на десятки тысяч километров от земной поверхности. Этот пояс состоит из электрически заряженных частиц – протонов и электронов, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями. Их энергия – порядка сотен тысяч электрон-вольт. Радиационный пояс постоянно теряет частицы в земной атмосфере и пополняется потоками солнечной корпускулярной радиации.
Главными составными частями атмосферы являются азот (по массе 78,084 %), кислород (по массе 20,946 %), аргон (по массе 0,934 %) и углекислый газ (по массе 0,034 %).
21. ИСТОЧНИКИ И СОСТАВ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Загрязнение атмосферы имеет естественное (природное) и искусственное (антропогенное) происхождение.
Среди естественных факторов выделяются:
а) внеземное загрязнение воздуха космической пылью и космическим излучением;
б) земное загрязнение атмосферы при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, возникающих от ударов молний, выносе морских солей.
Условно естественное загрязнение атмосферы разделяют на континентальное и морское, а также на неорганическое и органическое. К источникам органического загрязнения относят аэро-планктон-бактерии, в том числе и болезнетворные, споры грибов, пыльцу растений и т.д.
Искусственное загрязнение атмосферы разделяют на радиоактивное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологических процессов. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются промышленные, транспортные и бытовые выбросы. По особенностям строения и характеру влияния на атмосферу загрязнители делятся на механические, химические, физические, тепловые и бактериальные.
Схему загрязнения воздуха см. в приложении А.
Таблица 2
Загрязнения атмосферы и их источники
| Загрязнители | Основные источники | Среднегодовая концентрация в воздухе мг/м3 | Воздействие на окружающую среду и здоровье человека | |
| Естественные | Антропогенные | |||
| Твёрдые частицы (пыль, зола и др.) | Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары и пр. | Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках, промышленность строительных материалов | В городах 0,04 – 0,4 | Снижение солнечного освещения и видимости, увеличение облачности, туманности. Разрушение и загрязнение материков. Возможное снижение температуры Земли в результате длительного воздействия. |
| Сернистый ангидрид SO2 | Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море | Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках, промышленность строительных материалов | В городах до 1,0 | Хроническое поражение растений, снижение урожайности в сельском хозяйстве, уничтожение лесов, заболевания дыхательных путей. |
| Оксиды азота NXOY | Лесные пожары | Промышленность, автотранспорт, теплоэлектростанции | В районах с развитой промышленностью до 0,2 | Поглощение солнечного света. Разрушение ряда материалов, снижение урожайности, уничтожение лесов. Оксиды азота принимают участие в образовании фотохимического смога, вызывают поражение дыхательных путей и отек легких. |
Продолжение таблицы 2
| Оксид углерода СО | Лесные пожары, выделение океанов окисление терпенов | Черная металлургия, промышленные энергоустановки, автотранспорт | В городах от 1,0 до 50 | Образует стойкое соединение с гемоглобином, пигментом крови, который отвечает за транспортировку кислорода к тканям организма. Вдыхание окиси углерода блокирует поступление кислорода в кровь, что приводит к кислородному голоданию тканей и (в зависимости от концентрации) вызывает головную боль, головокружение, тошноту, шум в ушах, обморок, паралич дыхательных путей и смерть. |
| Летучие углеводороды, галогеноуглероды (фреоны) | Лесные пожары, природный метан, природные терпены | Автотранспорт, сжигание отходов, испарение нефтепродуктов, холодильная техника | В районах с развитой промышленностью до 3,0 | Поражение растений при концентрации выше 0,02 мг/м3, раздражающее действие на глаза. |
| Полициклические, ароматические углеводороды | | Автотранспорт, химические заводы, нефтеперерабатывающие заводы | В районах с развитой промышленностью до 0,01 | ПАУ малорастворимы в воде, они прилипают к пыли или грязи и опускаются на дно озер и рек. ПАУ известны своими канцерогенными, мутагенными и тератогенными свойствами. |
Вещества, загрязняющие атмосферу, подразделяются на первичные — вещества, содержащиеся непосредственно в выбросах предприятий и поступающие с ними от разных источников; и вторичные — являются продуктами трансформации первичных или вторичного синтеза. Вторичные нередко более опасны, чем первичные вещества.
22. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Кислотные осадки — серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и выпадающие на поверхность Земли вместе с дождём, туманом, снегом или пылью. Попадая в озёра, кислотные осадки нередко вызывают гибель рыб или всего животного населения. Они также могут вызывать повреждения листвы, гибель растений ускорять коррозию металлов и разрушение зданий.
Среди вредных веществ, содержащихся в воздухе городов, имеется большая группа, обладающая канцерогенной активностью. Это в первую очередь бенз(а)пирен и другие ароматические углеводороды, поступающие от котельных промышленных предприятий и с выхлопными газами автотранспорта. Возникновение раковых болезней у людей происходит, в частности, от постоянного суммирования небольших доз канцерогенов в течение длительного времени.
В атмосферном воздухе, в первую очередь промышленных центров и городов, в результате сложных химических реакций смеси газов, протекающих в его нижних слоях под действием солнечного света, образуются различные вещества, ядовитый туман — «смог». Фотохимический туман (смог) представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.
Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакции с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Такие смоги крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.