|
|
Реферат по химии 11 класс_ Атмосфера Земли. Атмосфера Земли. Атмосфера земли. Влияние на неё деятельности человека
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Волоколамская средняя общеобразовательная школа №2»
Реферат по химии на тему:
«Атмосфера земли.
Влияние на неё деятельности человека»
Работу выполнил
ученик 11 Б класса:
Молитвин Юрий
учитель:
Колядкина И. В.
Волоколамск 2020
План реферата:
Общие сведения об атмосфере Земли.
Состав.
Строение атмосферы.
Нарушение целостности атмосферы.
Выветривание атмосферы.
Загрязнение атмосферы.
Экологические последствия загрязнения атмосферы.
3.1. Парниковый эффект.
3.2. Возникновение озоновых дыр.
3.3. Кислотные дожди.
4. Средства защиты от разрушения атмосферы.
4.1. Экологизация технологических процессов.
4.2. Методы очистки от газо- и парообразных примесей
5. Вывод.
Источники:
Будыко М. И., Кондратьев К. Я. Атмосфера Земли // Большая советская энциклопедия. 3-е изд М.: Советская Энциклопедия, 1970.
Учебник Химия 11 класс Базовый уровень (О.С. Габриелян) (М. “Дрофа” 2015г.)
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0_%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D0%B8#%D0%A1%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%B2
https://www.edu.severodvinsk.ru/after_school/obl_www/2013/work/pestov/atmosphere_protection.html
https://spacegid.com/atmosfera-zemli.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D1%81%D0%BB%D0%BE%D0%B9
Общие сведения об атмосфере Земли.
Атмосфера Земли — это газовая оболочка нашей планеты, простирающаяся на тысячу километров ввысь над поверхностью планеты. Она характеризуется высокой динамичностью, физической неоднородностью и уязвимостью к биологическим факторам. На протяжении миллиардов лет истории атмосферы Земли, именно живые существа сильнее всего изменяли ее состав. Атмосфера — это наш защитный купол, в ней сгорает большая часть метеоритов, которые падают на планету, а ее озоновый слой служит фильтром против ультрафиолетового излучения Солнца, энергия которого смертельна для живых существ. Кроме того, именно атмосфера поддерживает комфортную температуру у поверхности Земли — если бы не парниковый эффект, достигаемый за счет многократного отражения солнечных лучей от облаков, Земля была бы в среднем на 20-30 градусов холоднее. Кругооборот воды в атмосфере и движение воздушных масс не только уравновешивают температуру и влажность, но и создают земное разнообразие ландшафтных форм и минералов — такого богатства не встретить нигде в Солнечной системе.
Состав.
Атмосфера Земли возникла в результате двух процессов: испарения вещества космических тел при их падении на Землю и выделения газов при вулканических извержениях (дегазация земной мантии). С выделением газов океанами и появлением биосферы атмосфера изменялась за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах. В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов (иллюстрация №1), составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды  и углекислого газа  {\displaystyle {\ce {CO2}}}, концентрация которого растет.
Иллюстрация №1
Иллюстрация №2
С  одержание воды в атмосфере (в виде водяных паров) колеблется от 0,2 % до 2,5 % по объёму, и зависит в основном от широты. Кроме указанных в диаграмме газов, в атмосфере содержатся оксиды азота, а также {\displaystyle {\ce {NO}}}пропан и другие углеводороды.
Строение атмосферы
Атмосфера состоит из нескольких слоёв (иллюстрация №2). Их существует немало, и каждый из них обладает своими уникальными характеристиками и функциями
Тропосфера – это самый нижний и наиболее плотный слой
атмосферы. Верхний предел тропосферы зависит от широты и колеблется от 7 километров на полюсах до 20 километров на экваторе. Также размеры тропосферы зависит от сезона — чем теплее воздух, тем выше поднимается верхний предел. Название «тропосфера» происходит от древнегреческого слова «tropos», которое переводится как «поворот, изменение». Это достаточно точно отображает свойства слоя атмосферы — он наиболее динамичный и продуктивный. Именно в тропосфере собираются облака и циркулирует вода, создаются циклоны и антициклоны и генерируются ветра — происходят все те процессы, которые мы называем «погода» и «климат». Кроме того, это самый массивный и плотный слой — на него приходится 80% массы атмосферы и почти все содержание воды в ней. Приземный слой, слой обитания живых организмов, состоит из двух важных газообразных компонента: азота (N2) и кислород (О2) - соответственно 78 и 20%. Тут же обитает большая часть живых организмов. Каждые 100 метров вверх температура воздуха падает на 0,5-0,7 градуса. Тем не менее принцип работает только в тропосфере — дальше температура с ростом высоты начинает повышаться. Зона между тропосферой и стратосферой, где температура остается неизменной, называется тропопаузой. Место, где атмосфера контактирует с литосферой, называется приземным пограничным слоем. Его роль в циркуляции атмосферы невероятно велика — отдача тепла и излучения от поверхности создает ветры и перепады давления, а горы и другие неровности рельефа направляют и разделяют их. Тут же происходит водообмен — за 8–12 дней вся вода, взятая из океанов и поверхности, возвращается обратно, превращая тропосферу в своеобразный водный фильтр
Слой атмосферы, располагающийся в диапазоне между 8 км высоты (на полюсе)
и 50 км (на экваторе). Название происходит от др. греческого слова «stratos», которое значит «настил, слой». Это крайне разреженная зона атмосферы Земли, в которой почти нет водного пара. Давление воздуха в нижней части стратосферы в 10 раз меньше приповерхностного, а в верхней части — в 100 раз.
В разговоре о тропосферу мы уже узнали, что температура в ней понижается в зависимости от высоты. В стратосфере все происходит с точностью до наоборот — с набором высоты температура вырастает от –56°C до 0–1°С. Прекращается нагрев в стратопаузе, границе между страто- и мезосферами.
Пассажирские лайнеры и сверхзвуковые самолеты обычно летают в нижних слоях стратосферы — это не только защищает их от нестабильности воздушных потоков тропосферы, но и упрощает их движение за счет малого аэродинамического сопротивления. А низкие температуры и разреженность воздуха позволяют оптимизировать потребление топлива, что особенно важно для дальних перелетов.
Однако существует технический предел высоты для самолета — приток воздуха, которого в стратосфере так мало, необходим для работы реактивных двигателей. Соответственно, для достижения нужного давления воздуха в турбине самолету приходится двигаться быстрее скорости звука. Поэтому высоко в стратосфере (на высоте 18–30 километров) могут передвигаться только боевые машины и сверхзвуковые самолеты. Но самым большим живым существом, побывавшим в стратосфере, остается человек. Текущий рекорд по высоте был установлен Аланом Юстасом. На специальном воздушном шаре он поднялся на высоту 41 километр над уровнем моря, а затем спрыгнул вниз с парашютом. Скорость, которую он развил в пиковый момент падения, составила 1342 км/ч — больше скорости звука! Одновременно Юстас стал первым человеком, самостоятельно преодолевшим звуковой порог скорости.
Находится на границе между стратосферой и мезосферой. Он защищает поверхность Земли от воздействия ультрафиолетовых лучей и служит верхней границей распространения жизни на
 планете — выше него температура, давление и космическое излучение не поддерживают нормальное функционирование живых организмов.
Иллюстрация №3
Э  тот слой был создан кислородом, который разнообразные бактерии, водоросли и растения выделяли с давних времен. Поднимаясь высоко по атмосфере, кислород контактирует с ультрафиолетовым излучением и вступает в фотохимическую реакцию. В итоге из обычного кислорода, которым мы дышим, O2, получается озон — O3.(иллюстрация №3)
Иллюстрация №4
Механизм образования, а также расходования озона был предложен Сидни Чепменом в 1930 году и носит его имя. 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. (Иллюстрация №4)
Над стратопаузой, пограничной прослойкой стабильной температуры — находится мезосфера. Этот относительно небольшой слой располагается между 40–45 и 90 километров высоты и является самым холодным местом в нашей планете — в мезопаузе, верхнем слое мезосферы, воздух охлаждается до –143°C.
Мезосфера является наименее изученной частью атмосферы Земли. Экстремально малое давление газов, которое от тысячи до десяти тысяч раз ниже поверхностного, ограничивает движение воздушных шаров — их подъемная сила доходит до нуля, и они попросту зависают на месте. То же происходит с реактивными самолетами — аэродинамика крыла и корпуса самолета теряют свой смысл. Поэтому летать в мезосфере могут либо ракеты, либо самолеты с ракетными двигателями — ракетопланы. И именно в мезосфере сгорает большинство метеоров, падающих на Землю — именно там вспыхивает метеоритный поток Персеиды, известный как «августовский звездопад». Световой эффект происходит тогда, когда космическое тело входит в атмосферу Земли под острым углом со скоростью больше 11 км/ч — от силы трения метеорит загорается
Над мезосферой, на высоте 100 километров над уровнем моря, проходит линия Кармана — условная граница между Землей и космосом. Хотя там и присутствуют газы, которые вращаются вместе с Землей и технически входят в атмосферу, их количество выше линии Кармана (Линия Ка́рмана — высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом и является верхней границей государств) незримо мало. Термосфера поднимается до высоты 800 километров и отличается чрезвычайно высокой температурой — на высоте 400 километров она достигает максимума в 1800°C!
Поэтому любой полет, который выходит за высоту 100 километров, уже считается космическим. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьировать от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Термосфера фактически является открытым космосом — именно в ее пределах пролегала орбита первого советского «Спутника». Там же был апоцентр — наивысшая точка над Землей — полета корабля «Восток-1» с Юрием Гагариным на борту
Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода.
Иллюстрация №5
В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении атомов кислорода в молекулы , при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2. На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — “джоулево тепло”, выделяемое электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.
Э кзосфера
Последний слой атмосферы Земли, нижняя граница которого проходит на высоте 700 километров — это экзосфера (от др. греческого коря «экзо» — вне, снаружи). Она невероятно рассеянная и состоит преимущественно из атомов легчайшего элемента — водорода; также попадаются отдельные атомы кислорода и азота, которые сильно ионизированы всепроникающим излучением Солнца. (Иллюстрация №5)
Размеры экзосферы Земли невероятно велики — она перерастает в корону Земли, геокорону, которая растянута до 100 тысяч километров от планеты. Она очень разрежена — концентрация частиц в миллионы раз меньше плотности обычного воздуха. Но если Луна заслонит Землю для отдаленного космического корабля, то корона нашей планеты будет видна, как видна нам корона Солнца при его затмении. Однако наблюдать это явление пока не удавалось. В полярных широтах часто появляется зрелищное и грандиозное зрелище — полярные сияния. Их появлению Земля обязана своей магнитосферой — а, точнее, прорехами в ней возле полюсов. Заряженные частицы солнечного ветра прорываются внутрь, заставляя атмосферу светиться.
2. Нарушение целостности атмосферы.
Выветривание атмосферы.
В экзосфере происходит выветривание атмосферы Земли — из-за большого расстояния от гравитационного центра планеты частички легко отрываются от общей газовой массы и выходят на собственные орбиты. Это явление называется диссипацией атмосферы. Наша планета ежесекундно теряет 3 килограмма водорода и 50 грамм гелия из атмосферы. Только эти частицы достаточно легки, чтобы покинуть общую газовую массу.
Земля ежегодно теряет около 110 тысяч тонн массы атмосферы, но при активном воспроизведении планетой водорода и гелия превышают темпы потерь. Кроме того, часть потерянного вещества со временем возвращается обратно в атмосферу. А важные газы вроде кислорода или углекислого газа попросту слишком тяжелы, чтобы массово покидать Землю — поэтому не стоит бояться, что атмосфера нашей Земли улетучится.
2.2 Загрязнение атмосферы.
В последнее время на эволюцию атмосферы стал оказывать влияние человек. Результатом человеческой деятельности стал постоянный рост содержания в атмосфере углекислого газа из-за сжигания углеводородного топлива, накопленного в предыдущие геологические эпохи. Громадные количества {\displaystyle {\ce {CO2}}}  потребляются при фотосинтезе и поглощаются мировым океаном. Этот газ поступает в атмосферу благодаря разложению карбонатных горных пород и органических веществ растительного и животного происхождения, а также вследствие вулканизма и производственной деятельности человека. За последние 100 лет содержание {\displaystyle {\ce {CO2}}} в атмосфере возросло на 10 %, причём основная часть (360 млрд. тонн) поступила в результате сжигания топлива. Если темпы роста сжигания топлива сохранятся, то в ближайшие 200—300 лет количество {\displaystyle {\ce {CO2}}} в атмосфере удвоится и может привести к глобальным изменениям климата.
Сжигание топлива — основной источник и загрязняющих газов ( {\displaystyle {\ce {CO2}}}CO{\displaystyle {{\ce {CO}}}}, {\displaystyle {\ce {CO2}}}NO {\displaystyle {\ce {NO}}}, {\displaystyle {\ce {SO2}}}). Диоксид серы окисляется кислородом воздуха до {\displaystyle {\ce {SO3}}} , а оксид азота до  {\displaystyle {\ce {NO2}}} в верхних слоях атмосферы, которые в свою очередь взаимодействуют с парами воды, а образующиеся при этом серная кислота {\displaystyle {\ce {H2SO4}}}
 и азотная кислота 
{\displaystyle {\ce {HNO3}}} выпадают на поверхность Земли в виде так называемых кислотных дождей. Использование двигателей внутреннего сгорания приводит к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углеводородами и соединениями свинца (тетраэтилсвинец  {\displaystyle {\ce {Pb(CH3CH2)4}}} ).
Аэрозольное загрязнение атмосферы обусловлено как естественными причинами (извержение вулканов, пыльные бури, унос капель морской воды и пыльцы растений и другое), так и хозяйственной деятельностью человека (добыча руд и строительных материалов, сжигание топлива, изготовление цемента и тому подобное). Интенсивный широкомасштабный вынос твёрдых частиц в атмосферу — одна из возможных причин изменений климата планеты.
3. Экологические последствия загрязнения атмосферы
К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:
возможное потепление климата (парниковый эффект);
нарушение озонового слоя (озоновые дыры);
выпадение кислотных дождей;
3.1. Парниковый эффект.
Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой, т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.
В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008–2012 г.г. выбросы СО2 на 5 % от уровня 1990 г.:
Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов. При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты. Таким образом, предполагается, что главная цель – сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5 % будет выполнена.
В качестве других причин, вызывающих потепление климата, ученые называют непостоянство солнечной активности, изменение магнитного поля Земли и атмосферного электрического поля.
3.2. Возникновение озоновых дыр.
Без озонового слоя уничтожению подлежали бы многие важные для экосистемы микроорганизмы, флора и фауна была бы подвержена мутации, сильно пострадало бы зрение животных и человека.
Примечательно, что сам озон также является опасным веществом, в больших объемах негативно влияющим на здоровье человека. Он способствует разрушительным процессам в легких человека, преждевременному старению тканей и т.д. Но его доля в атмосфере крайне мала, она составляет около 0,0001%. А запах озона можно услышать после сильной грозы.
Разрушение озонового слоя представляет собой образование озоновых дыр, через которые проникает ультрафиолетовое излучение. Деятельность человека сильно влияет на истощение озонового слоя и появление в нем дыр. Например, они образуются при запуске ракет. Самолеты, летающие на высоте 12-16 км также способствую разрушению слоя. В том числе и парниковый эффект, массовое скотоводство, производственные выбросы вредных веществ и т.п.
Выброс фреонов в атмосферу. Если говорить о веществах, способствующих разрушению озонового слоя, то фреоны - самые "действенные" из них. Фреоны – это газы, не вступающие у поверхности планеты ни в какие химические реакции. Долгое время они использовались в аэрозолях-распылителях, сейчас обрели популярность в промышленном производстве.
Поднимаясь в верхние слои атмосферы, фреон вступает в химическую реакцию, превращая озон в кислород, таким образом расщепляя озоновый экран.
3.3 Кислотные дожди
Кислотные дожди – общее название осадков, содержащих кислотные оксиды (обычно серы или азота). Причем это может быть не обязательно жидкость, но также туман, снег, град, пыль или газы – в последнем случае используют термин «сухое осаждение».
Термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году шотландским химиком Робертом Ангусом Смитом. Он исследовал состав дождевой воды у крупных промышленных городов Туманного Альбиона. Итогом его трудов стала книга «Воздух и дождь: начало химической климатологии».
Один из самых запоминающихся случаев произошел в городе Уилинг (Западная Вирджиния) – там в течение нескольких дней выпадали такие концентрированные осадки, что капли разъедали у местных жителей постельное бельё , которое сушилось на улице .
Соединения серы, сульфиды, 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). Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксиды серы (SO2 и SO3) и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций, а в естественных условиях - вулканами.
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 растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.
Средства защиты от разрушения атмосферы.
Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используются следующие основные меры.
4.1. Экологизация технологических процессов:
1.1. создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ;
1.2. уменьшение загрязнения от тепловых установок: централизованное теплоснабжение, предварительная очистка топлива от соединений серы, использование альтернативных источников энергии, переход на топливо повышенного качества (с угля на природный газ);
1.3. уменьшение загрязнения от автотранспорта: использование электротранспорта, очистка выхлопных газов, использование каталитических нейтрализаторов для дожигания топлива, разработка водородного транспорта, перевод транспортных потоков за город.
 Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей. (Иллюстрация №6)
Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.
Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50–1000 м).
Архитектурно-планировочные решения – правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.
Оборудование для очистки выбросов:
Иллюстрация №6
устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);
устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)
Очистка от примесей путем каталитического превращения. С помощью этого метода превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества путем введения в систему катализаторов (Pt, Pd, Vd):
каталитическое дожигание СО до СО2;
восстановление NОx до N2.
4.2. Методы очистки от газо- и парообразных примесей
Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента, например, используют воду для улавливания таких газов как NH3, HF, HCl.
Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь, цеолиты, Al2O3.
Атмосфера имеет огромное значение как для Земли, так и для всех живых организмов, населяющих ее. Она выступает в роли щита, укрывающего поверхность Земли от нежелательных, инородных тел, процессов и явлений космоса. К сожалению, человечество в современном мире с приходом информационного общества, когда происходит огромное количество научных открытий, способствующих производству новых товаров, стало забывать о том, что атмосфера поддерживает нашу жизнь, чтобы человечество жило и развивалось, а не разрушало ее.
|
|
|
Скачать 4.13 Mb.