Исследовательская работа«Современное состояние и охрана атмосферы» (10 класс)

«Современное состояние и охрана атмосферы»

Юрьева Зинаида,
10 класс,
МОУ Алешковская сош,
Село Алешки,
Терновского района,
Воронежской области
Руководитель:
Данцева Нина Ивановна



2011год

Оглавление.
1. Аннотация 3 стр.
2. Введение. 4 стр.
3.Состав атмосферы: 5 стр.
4.Загрязнение атмосферы 8 стр.
5. Меры по охране атмосферы. 14 стр.
6. Определение санитарной роли древесных растений. 16 стр.
7. Определение степени загрязнения воздуха выхлопными газами.16стр
8. Литература. 18 стр.
9. Приложение. 19 стр.




















Аннотация
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера, газовая оболочка, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний температуры.
В работе представлены данные мониторинга состояния атмосферы микрорайона школы, который проводился в 2010 году.
Путём продуманного озеленения можно уменьшить содержание аэрозольных частиц с помощью хороших пылеуловителей. Всё это позволит создать здоровую обстановку для человека.
Работа имеет объём, содержит одну таблицу и три приложения.















Введение.
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества.

Основной целью данной работы является исследование загрязнения воздушного бассейна антропогенными и естественными загрязняющими веществами.
Задачи
Рассмотреть вопрос, связанный с проблемой загрязнения воздушного бассейна.
Рассмотреть и охарактеризовать антропогенное загрязнение воздушного бассейна.
Рассмотреть и охарактеризовать естественные загрязнения воздушного бассейна.
Разработать методические предложения по решению проблемы загрязнения воздушного бассейна.










Жизнь на Земле возможна до тех пор, пока существует земная атмосфера, газовая оболочка, защищающая живые организмы от вредного воздействия космических излучений и резких колебаний температуры.
Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы Земли. Однако её роль в природных процессах биосферы огромна. Наличие вокруг земного шара атмосферы определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает её от вредных космических и ультрафиолетовых излучений. Циркуляция атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них – на режим рек, почвенно-растительный покров и на процессы рельефообразования.
Современный газовый состав атмосферы результат длительного исторического развития земного шара. Он представляет собой в основном газовую смесь двух компонентов – азота (78,09%) и кислорода(20, 95%). В норме в нём присутствуют также аргон(0,93%), углекислый газ(0,03%) и незначительные количества инертных газов (неон, гелий, криптон, ксенон), аммиака, метана, озона, диоксидов серы и других газов. Наряду с газами в атмосфере содержатся твёрдые частицы, поступающие с поверхности Земли (например, продукты горения, вулканической деятельности, частицы почвы) и из космоса (космическая пыль), а также различные продукты растительного, животного или микробного происхождения. Кроме того, важную роль в атмосфере играет водяной пар.
Наибольшее значение для различных экосистем имеют три газа, входящих в состав атмосферы: кислород, углекислый газ и азот. Эти газы участвуют в основных биогеохимических циклах.
Кислород играет важнейшую роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. Он необходим всем для дыхания. Кислород не всегда входил в состав земной атмосферы. Он появился в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надёжно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов.
Современная атмосфера содержит едва ли двадцатую часть кислорода, имеющегося на нашей планете. Главные запасы кислорода сосредоточены в карбонатах, в органических веществах и окислах железа, часть кислорода растворена в воде. В атмосфере, по- видимому, сложилось приблизительное равновесие между производством кислорода в процессе фотосинтеза и его потреблением живыми организмами. Но в последнее время появилась опасность, что в результате человеческой деятельности запасы кислорода в атмосфере могут уменьшиться. Особую опасность представляет разрушение озонового слоя, которое наблюдается в последние годы. Большинство учёных связывают это с деятельностью человека.
Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним вступает в реакцию большое количество органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым кислород образует воду. Схема круговорота кислорода показана на рисунке (Приложение 1).
Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе рисунок (Приложение 2). Содержание углекислого газа в воздухе, который мы вдыхаем, примерно одинаково в различных районах планеты. Исключение составляют крупные города, в которых содержание этого газа в воздухе бывает выше нормы.
Некоторые колебания содержания углекислого газа в воздухе местности зависят от времени суток, сезона года, биомассы растительности. В то же время исследования показывают, что с начала века среднее содержание углекислого газа в атмосфере, хотя и медленно, но постоянно увеличивается. Учёные связывают этот процесс главным образом с деятельностью человека.
Азот - незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера - неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.
Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде
оксида азота, образующегося под действием электрических
разрядов во время гроз. Однако основная часть азота поступает в воду и почву в результате его биологической фиксации. Существует несколько видов бактерий и сине- зелёных водорослей (к счастью, весьма многочисленных), которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения- автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.
Круговорот азота (см. рисунок Приложение 3) тесно связан с круговоротом углерода. Несмотря на то, что круговорот азота сложнее, чем круговорот углерода, он, как правило, происходит быстрее.
Другие составные части воздуха не участвуют в биохимических циклах, но наличие большого количества загрязнителей в атмосфере может привести к серьёзным нарушениям этих циклов.
Загрязнение атмосферы может быть естественным и искусственным (или антропогенным).
Естественное загрязнение атмосферы происходит при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе в атмосферу кристалликов солей. В норме природные источники не вызывают существенных загрязнений атмосферы.
Среди антропогенных факторов, влияющих на жизненные процессы, следует выделить химические (вещества неорганической и органической природы) и физические.
К химическим веществам, загрязняющим атмосферу, прежде всего, относятся оксиды азота, углерода, серы, газообразные углеводороды. Мировое антропогенное загрязнение газообразными веществами сопоставимо с естественным поступлением этих веществ в атмосферу из природных источников (жизнедеятельность живых организмов, разложение органических остатков, геологические процессы), а часто даже превосходит его. (См. табл.1).

Таблица 1.
Источники
Поступление загрязняющих веществ в атмосферу.
%


Оксид углерода.
Оксиды серы.
Оксиды азота.
Углеводороды.

Природные.
Антропогенные
9
91
61
39
70
30
63
37





Более того, выброс газообразных веществ в атмосферу из антропогенных источников всё время увеличивается, в среднем на 5% в год.
Источниками искусственного загрязнения служат промышленные, транспортные и бытовые выбросы. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. Атмосферные загрязнители разделяют на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твёрдого и жидкого топлива. Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие:

А) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твёрдых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта. Повышение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что средняя глобальная температура воздуха повысилась по сравнению с доиндустриальным периодом на 0,5- 0,6 С.
Наиболее серьёзным последствием глобального потепления климата будет неизбежное повышение уровня Мирового океана в результате таяния материковых и горных ледников, морских льдов, теплового расширения вод океана.
При повышении уровня океана, будут затоплены значительные участки суши, и ущерб будет огромным.
Парниковый эффект- собственно потепление климата- скорее всего благоприятно скажется на состоянии растительности, в частности на лесных экосистемах и сельском хозяйстве. Повышение концентрации CO2 в атмосфере может увеличить интенсивность фотосинтеза и, значит, способствовать росту и развитию растений.
Б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания топлива, содержащего серу или переработки сернистых руд (до 701млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65% от общемирового выброса.
В) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 1км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и чёрной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.
Г) Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
Д) Оксиды азота. Основными источниками выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту и нитраты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шёлк, целлулоид. Количество оксидов азота, поступающих в атмосферу, составляет 20млн.т. в год.
Е) Соединения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторсодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений- фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсическим эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
Ж) Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлорсодержащие пестициды, органические красители, хлорную известь.
В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработки его в сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжёлых металлов и ядовитых газов. Так, в расчёте на 1т. передельного чугуна выделяется кроме 12,7кг сернистого газа и 14,5 кг пылевых частиц, определённое количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ.
Аэрозольное загрязнение атмосферы.
Аэрозоли – это твёрдые или жидкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе. Твёрдые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твёрдых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Большое количество пылевых частиц образуется в ходе производственной деятельности людей. Например:
Производственный процесс Выброс пыли,
млн.т. в /г

1.Сжигание каменного угля 93,60
2.Выплавка чугуна 20,21
3.Выплавка меди (без очистки) 6,23
4.Выплавка цинка 0,18
5.Производство цемента 53,37.
Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, металлургические и цементные заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже – оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, а также асбест. Ещё большое разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях.
Фотохимический туман (смог).
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определённых 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. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником, так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.


Велико и физическое загрязнение атмосферы, в том числе разными видами излучений: радиоактивным, ультрафиолетовым, микроволновым. Поступление ряда радионуклидов в атмосферу (при сжигании угля, использовании ядерной энергии, испытании производстве ядерного оружия) превышает их поступление из естественных источников: для дейтерия – более чем в 130раз, для радиоактивных цезия- 137 и плутония- 239 – в десятки раз.
Меры по охране атмосферы.
Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождём и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями. Сейчас объёмы и скорость выбросов превосходят возможности природы к их разбавлению и нейтрализации. Поэтому необходимы специальные меры для устранения опасного загрязнения атмосферы.
Основные усилия сейчас направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На действующих и новых предприятиях устанавливают пылеулавливающие и газоочистное оборудование. Таким образом, задерживается около ѕ всех выбросов. В настоящее время продолжается поиск более совершенных способов их очистки.
Другое важное направление- это создание и внедрение безотходных технологий, строительство таких промышленных комплексов, в которых используются всё исходное сырьё и любые отходы предприятий. Безотходные технологии ценны сходством с процессами, происходящими в биосфере, где отходов не существует, так как все биологические выделения утилизируются различными звеньями экосистем. Примерами таких технологических процессов могут служить замкнутые циклы воздуха и воды, при которых полностью исключаются выбросы отходов в окружающую среду.
Благодаря современным исследованиям разработаны и внедряются в практику приёмы, снижающие и предотвращающие загрязнение от выхлопных газов автомобилей. Частично загрязнения снижают, устанавливая в двигателях автомобилей фильтры и дожигающие устройства, исключая содержащие свинец добавки, организуя чёткое движение транспорта на улицах, без частой смены режимов работы двигателей. Кардинальное решение проблемы загрязнений атмосферы автотранспортом- замена двигателей внутреннего сгорания иными. Созданы образцы газотурбинных, роторных, солнечных и иных двигателей.

Важное значение в борьбе с загрязнениями атмосферы имеет озеленение городов и промышленных центров. Растения обогащают воздух кислородом. На деревьях и кустах оседает до 72% взвешенных в воздухе частиц пыли и до 60% диоксида серы. Количество кислорода в атмосфере Земли уменьшается ежегодно более чем на 10 млрд. тонн. Кислородный запас достаточно велик, и потребление кислорода быстро увеличивается. «Пожирают» кислород в непомерных количествах заводы, фабрики, автомобили, воздушные лайнеры. Взамен они выбрасывают в атмосферу вредные газы.
В настоящее время учёные обеспокоены не тем, хватит или не хватит кислорода на планете, а в большей степени тем, что не хватает чистого воздуха. Планета «задыхается» не от недостатка кислорода, а от избытка загрязнённого воздуха.
Человек в день потребляет 360 л кислорода, при интенсивном труде – 700- 900л. Легковая машина за 1000км пробега расходует столько кислорода, сколько человеку хватило бы на год. Реактивный лайнер за 8 часов полёта потребляет 35 т кислорода, и за то же время его производят 25 тыс. га леса.
Определение санитарной роли древесных растений.
Рядом со школой расположена спортивная площадка, по периметру площадки растут деревья и кустарники:
белая акция – 55, сирень- 43, тополь – 2, вяз – 2.
Площадь, которую занимают акации- 190м2, сирень -37,5м2, вязы -8м2, тополя -10м2. Площадь, занимаемая деревьями и кустарникам - 245,5м2. Всего на этой площади произрастает 102 растения, таким образом, площадь, занятая одним растением составляет 2,4м2.
За период вегетации сирень выделяет 41,25кг кислорода. Зелёные насаждения с этой площади в течение часа поглощают 200г CO2, т.е. то количество, которое за это время выделяют 5 человек.
Но растения ещё играют и роль «пылесоса»: листья очищают воздух от пыли. Чем шершавее лист, тем лучше он удерживает пылинки – до первого дождя, конечно, который всё смоет. На протяжении вегетационного периода кроны сирени осаждают до 68,8кг, тополя – 68кг, акации белой -11кг, вязе -46кг обычной пыли. Лучше всего задерживают пыль вязы и сирень.
Определение степени загрязнения воздуха выхлопными газами.
Наша школа расположена вблизи автомобильной дороги. Утром за 1час проходит 22 машины. Известно, что один легковой автомобиль в течение суток выбрасывает до 1 кг выхлопных газов, в состав которых входит около 30 г угарного газа, 6г оксида азота. За 1 час автомобиль выбрасывает 0,042кг выхлопных газов, в состав которых входят около 1,25г угарного газа, 0,25г оксида азота.
Легковая машина проходит по дороге вблизи школы в течение 3 минут. Это значит, что одна машина выбрасывает за это время 2,1г выхлопных газов, в состав которых входят около 0,0625г угарного газа и 0,0125 оксидов азота.
22 машины за это время выбрасывают 46,2г выхлопных газов, в состав которых входят около 1,375г угарного газа и 0,275г оксидов азота.
Если предположить, что за сутки проходит 90 машин, то они выбрасывают до 181г выхлопных газов, в состав которых входит около 5,625г угарного газа, 1,125г оксида азота.
Путём продуманного озеленения можно уменьшить содержание аэрозольных частиц с помощью хороших пылеуловителей. Всё это позволит создать здоровую обстановку для человека.





















Литература.
1.Бобылёва Л.Д. Практика экологического воспитания школьников.
2.Вронский В.А. Антропогенное загрязнение атмосферы и растения.
3.Вронский В.А. Экологические последствия парникового эффекта.
4.Горышина Т.К. Экология растений. Москва «Высшая школа» 1979г
5. Дорогань Л.В., Филиппов В.П. Экология. Воронеж 1995г.
6.Дорогань Л.В. Экология для пятиклассников. Воронеж 1996г.
7.Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающаяся среда и человек. М.1986.
8.Ковалевская Н.И. Экологическая биохимия: живые организмы и антропогенное загрязнение биосферы.
9.Криксунов Е.А. ,Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. Издательский дом «Дрофа» 1995г.
10.Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Основы экологии. Москва «Просвещение» 1997г.















Приложение 1












КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА В БИОСФЕРЕ



Приложение 2





КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА В БИОСФЕРЕ


Приложение 3











БИОГЕОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ АЗОТА






Анкета участника
областной заочной олимпиады «Планета Земля. Взгляд из Космоса»
(в рамках Всероссийской заочной олимпиады «Созвездие-2011»)

1.Название проекта «Современное состояние и охрана атмосферы»
2.Краткое описание проекта В работе представлены данные мониторинга состояния атмосферы микрорайона школы, который проводился в 2010 году.
3.Номер номинации «Наш дом – Земля»

4.Год исполнения работы 2010

5.Ф.И.О. автора работы Юрьева Зинаида Александровна

6.Дата рождения (число, месяц, год) 10.06.1994г.

7.Почтовый адрес: область, город/поселок 397131 Воронежская область Терновский район село Алешки
улица, дом, квартира улица Ким дом 5

8.Телефон с кодом района нет

9.Ф.И.О. научного руководителя Данцева Нина Ивановна

10.Должность научного руководителя учитель биологии

11.Название учебного заведения, направившего работу на Олимпиаду
МОУ Алешковская сош

12.Ф.И.О. руководителя учебного заведения Попов Алексей Владимирович

13.Почтовый адрес:
область, город/поселок 397131 Воронежская область Терновский район село Алешки
улица, дом улица Подгорная дом 1

14.Телефон с кодом района 84734764562, 84734764502

15. e-mail SCHOOLAL@RAMBLER.RU









13PAGE 15


13PAGE 141415




¬ђЗаголовок 1¬ђЗаголовок 2¬ђЗаголовок 3¬ђЗаголовок 4¬ђЗаголовок 5¬ђЗаголовок 6¬ђЗаголовок 7¬ђЗаголовок 8¬ђЗаголовок 915