§ 24. Изменение состава атмосферы (воздушной среды)

Определения и обозначения

Атмосфера — газовая оболочка Земли. Она окружает планету и содержит воздух, которым дышат люди и другие живые организмы. Её состав и свойства влияют на условия жизни, поэтому изменение воздуха может стать вопросом здоровья и безопасности.

Загрязнение атмосферного воздуха — поступление в воздух веществ или частиц, ухудшающих его естественный состав и качество. Это понятие помогает отличать обычные изменения воздуха от тех, которые создают неблагоприятные условия для людей и природы. Причиной загрязнения может быть как выброс газа, так и распространение мелкой пыли.

Загрязнитель атмосферы — вещество или частица, которые при определённой концентрации вредят людям, живым организмам или окружающей среде. Концентрация показывает, сколько вещества содержится в определённом объёме воздуха. Поэтому нельзя оценивать опасность только по названию вещества: важно учитывать его количество и условия воздействия.

Кислотные осадки — дождь, снег или другие осадки с повышенной кислотностью, возникающей из-за преобразования загрязняющих газов в атмосфере. Это определение объясняет, почему осадки могут загрязняться не только рядом с источником выброса. Перенесённые ветром газы успевают вступить в реакции, прежде чем выпасть с влагой.

Как это устроено

Состав воздуха может меняться и по естественным причинам, и из-за деятельности людей. Вулканические извержения выбрасывают газы и пепел, пожары поднимают в воздух дым, а сильный ветер переносит пыль с поверхности земли. Человек создаёт дополнительные выбросы, когда сжигает топливо или ведёт промышленное производство. Различать эти источники нужно, чтобы понимать, откуда берётся загрязнение и на что могут повлиять защитные меры.

Транспорт сжигает топливо в двигателях, поэтому вместе с выхлопом в воздух поступают газы и мелкие частицы. На промышленных предприятиях загрязнители могут образовываться при производственных процессах и сжигании топлива для получения энергии. Электростанции и другие объекты энергетики также используют топливо, а его горение сопровождается выбросами. Таким образом, источник — это процесс или объект, который выпускает вещества, а загрязнитель — само вещество или частица.

После выброса загрязнители не обязательно остаются на одном месте. Воздушные потоки переносят их на разные расстояния, поэтому загрязнение может затрагивать территории вдали от источника. Если воздух хорошо перемешивается, вещества обычно рассеиваются; если перемешивание слабое, они могут накапливаться. Кроме того, некоторые газы вступают в химические реакции и превращаются в другие соединения, поэтому состав загрязнения со временем меняется.

При сжигании топлива и в ряде производственных процессов в атмосферу могут поступать оксиды серы и азота. В воздухе они взаимодействуют с влагой и другими веществами, образуя соединения с повышенной кислотностью. Затем эти соединения попадают в облачные капли или кристаллы льда и выпадают с дождём или снегом. Значит, кислотные осадки — не прямой выброс предприятия, а результат преобразований загрязняющих газов в атмосфере.

Загрязнители могут раздражать дыхательные пути и ухудшать самочувствие людей, особенно если их концентрация высока или воздействие длительное. Частицы и газы способны повреждать растения, а кислотные осадки — менять свойства почвы и воды. Изменения среды затрагивают животных, которые зависят от чистоты воздуха, водоёмов и мест обитания. Масштаб последствий определяется тем, какие вещества попали в воздух, сколько их и как они распространяются.

Основные изменения состава атмосферы и их последствия

Таблица помогает проследить цепочку от источника к распространению загрязнителя и возможным последствиям. Один источник может выделять несколько веществ, а один загрязнитель — поступать из разных источников. При оценке риска учитывайте также концентрацию и погодные условия.

Разбор задач

Задача 1

В населённом пункте в безветренную погоду заметно ухудшилось качество воздуха. Нужно назвать вероятные источники загрязнения и объяснить, почему загрязнители могут накапливаться. Сначала перечислим возможные источники, затем свяжем их с погодой. В условии нет данных о конкретных выбросах, поэтому ответ будет вероятным, а не точным диагнозом.

1. Назовём источники, которые часто есть в населённом пункте: выхлопы транспорта, отопление с помощью топлива, предприятия и другие объекты энергетики. Они могут выбрасывать газы и мелкие частицы.
2. Отделим источник от загрязнителя: например, транспорт — источник, а частицы и газы в выхлопе — загрязнители. Это позволяет не путать объект, который создаёт выброс, с тем, что попадает в воздух.
3. Свяжем безветрие с накоплением: слабое движение воздуха означает, что выбросы медленнее рассеиваются и хуже перемешиваются с окружающим воздухом. Если выбросы продолжаются, концентрация загрязнителей поблизости может увеличиваться.

Ответ: вероятные источники — транспорт, отопление, промышленность и энергетика. В безветренную погоду воздух перемешивается слабее, поэтому загрязнители могут задерживаться и накапливаться возле источников.

Задача 2

Рядом с промышленным объектом выпали осадки с повышенной кислотностью. Требуется объяснить возможную связь между выбросами предприятия и составом осадков. Само соседство ещё не доказывает, что именно предприятие стало причиной: нужно показать возможную последовательность превращений. Для этого проследим путь от выброса до осадков.

1. Предположим, что при работе объекта в воздух поступили оксиды серы и азота. Такие газы могут образовываться, например, при сжигании топлива и в некоторых производственных процессах.
2. Учтём, что воздушные потоки способны переносить эти вещества, а в атмосфере они могут вступать в реакции. При взаимодействии с влагой образуются соединения с повышенной кислотностью.
3. Проследим, как соединения попадают в осадки: они смешиваются с облачными каплями или кристаллами льда, а затем выпадают с дождём или снегом. Поэтому место выпадения не обязательно совпадает с местом выброса.

Ответ: выбросы оксидов серы и азота могли преобразоваться в атмосфере и попасть во влагу, из которой образовались осадки. Чтобы установить фактический источник, нужны измерения состава воздуха и осадков, а также данные о переносе воздушных масс.

Задача 3

В районе школы воздух загрязнён выбросами транспорта и промышленности. Нужно предложить меры и указать, на какое звено они воздействуют. Разделим возможные действия на сокращение выбросов у источника, очистку уже образующихся газов и уменьшение контакта людей с загрязнённым воздухом. Такой подход помогает не смешивать профилактику загрязнения с защитой от его последствий.

1. Для транспорта можно уменьшать число поездок на автомобилях, поддерживать исправность двигателей и развивать общественный транспорт. Эти меры воздействуют на источник и помогают сократить количество выхлопов.
2. Для предприятий подходят снижение выбросов за счёт более чистых технологий и установка очистных систем. Очистка действует на выбрасываемые газы и частицы до их распространения в окружающем воздухе.
3. Когда загрязнение уже возникло, следует учитывать качество воздуха и по возможности ограничивать пребывание детей у загруженных дорог или рядом с выбросами. Это не устраняет источник, но уменьшает воздействие загрязнителей на людей.

Ответ: сокращение автомобильных поездок и более чистые технологии уменьшают выбросы у источника, очистные системы задерживают загрязнители перед выпуском, а ограничение пребывания в загрязнённых местах снижает воздействие на людей.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что атмосферу загрязняет только человек. Так думают, потому что транспорт и заводы хорошо заметны, а природные процессы происходят не каждый день или вдали от города. Но вулканические извержения, лесные пожары и пыльные бури тоже меняют состав воздуха. Проверьте себя: можете ли вы привести пример природного и антропогенного источника, то есть источника, связанного с деятельностью человека?

Ошибка — путать источник загрязнения с самим загрязнителем. Например, говорят, что «выхлоп» или «транспорт» — это одно и то же, хотя транспорт служит источником, а загрязнителями являются вещества и частицы в выбросе. Путаница возникает потому, что источник и выброс часто называют вместе. Для проверки задайте два вопроса: «кто или что выделяет?» и «что именно попало в воздух?».

Ошибка — считать любой выброс одинаково опасным сразу после поступления в воздух. Вид вещества, его концентрация и условия распространения могут различаться, а значит, различаются и последствия. Ошибку допускают, когда оценивают загрязнение только по факту наличия выброса. Проверьте рассуждение: указаны ли в нём конкретный загрязнитель, его количество и условия, в которых он действует?

Ошибка — называть кислотные осадки прямым выбросом предприятия. Так можно решить, если не учитывать, что газы способны переноситься и преобразовываться в атмосфере. Оксиды серы и азота могут вступать в реакции и попадать во влагу, которая затем выпадает с осадками. Проверьте себя: описали ли вы промежуточное превращение от выброса до дождя или снега?

Связь с другими темами

Для понимания темы полезно знать, из каких газов состоит воздух и какую роль атмосфера играет для жизни. Также пригодятся знания об источниках загрязнения окружающей среды: они помогают отличить природные причины от связанных с деятельностью человека. Эти сведения дают основу для объяснения того, как загрязнители попадают в воздух.

Тема связана с экологической безопасностью и охраной природы. Знание источников и последствий загрязнения помогает выбирать способы снижения выбросов и очистки газов. Оно также пригодится при изучении защиты здоровья, когда качество воздуха становится неблагоприятным.

Что запомнить

• Состав атмосферы меняют природные процессы и деятельность человека.
• Транспорт, промышленность и сжигание топлива могут быть источниками загрязняющих выбросов.
• Загрязнители переносятся воздушными потоками и могут вступать в реакции.
• Оксиды серы и азота могут участвовать в образовании кислотных осадков.
• Воздействие загрязнённого воздуха зависит от вида вещества, его концентрации и условий.
• Снижение выбросов и очистка газов помогают уменьшать загрязнение атмосферы.