§ 4. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ АТМОСФЕРЫ

Общие геоэкологические особенности атмосферы. Атмосфера тесно взаимодействует со всеми геосферами (рис. 23). Благодаря геологическим и геохимическим процессам она получает из литосферы значительную часть газов. В то же время колебания температуры воздуха, ветер, осадки являются важнейшими факторами образования рельефа.

Между атмосферой и гидросферой происходит непрерывный обмен теплом и влагой. Мировой океан, наряду с зелёным покровом суши, выполняет функции «лёгких» нашей планеты. Он является активным поглотителем диоксида углерода, содержащегося в воздухе, местом обитания водорослей, вносящих большой вклад в снабжение атмосферы кислородом.

Защитные функции атмосферы. Атмосфера защищает органический мир Земли от воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации, космических лучей различного происхождения. Оказывает благоприятное воздействие на климат Земли, предохраняя её от чрезмерного охлаждения и нагревания. В атмосфере формируются погодные условия, в которых живёт и работает человек (рис. 24).

Клуб знатоков-географов. На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы.

Значение атмосферы для человека и его хозяйственной деятельности. Атмосфера оказывает влияние на организм человека и все сферы его хозяйственной деятельности. Изменение физических и химических свойств атмосферы может отрицательно сказаться на здоровье людей, их работоспособности и продолжительности жизни.

П1

Клуб знатоков-географов. Неблагоприятная для человека погода характеризуется очень высокой или очень низкой температурой, скоростью ветра более 9 м/с, продолжительностью тумана и дождя днём более 3 часов, сильными грозами, снегопадами, метелями и т. д. Ультрафиолетовая радиация обладает большой биологической активностью, сильным бактерицидным воздействием. Она приводит к улучшению состава крови и общему повышению тонуса человека. Умеренные дозы ультрафиолетовой радиации благоприятно влияют на человека, а чрезмерно малые или большие дозы могут привести к заболеваниям.

Воздействие солнечной радиации, атмосферного давления, ветра, влажности и температуры воздуха на человека. Здоровые люди обычно не реагируют на изменение погодных условий благодаря хорошим адаптационным возможностям. Появление метеочувствительности свидетельствует об ослаблении адаптационных процессов или о наличии у человека скрытых заболеваний.

Метеочувствительность — предрасположенность организма человека к возникновению неблагоприятных реакций, связанных с изменением погодных условий. Причины метеочувствительности обусловлены чрезмерной изнеженностью современного человека, возрастом и наличием различных факторов риска. Чем больше человек окружает себя комфортными условиями, тем более он зависим от колебаний погоды. У людей, проживающих в сельской местности, метеочувствительность в 3 раза ниже, чем у жителей городов. Факторами риска повышения метеочувствительности являются курение, избыточный вес, малоподвижный образ жизни и др. С возрастом при быстро меняющейся погоде организм не успевает перестроиться, что приводит к возникновению метеотропных реакций.

Метеотропные реакции — реакции организма, возникающие в ответ на неблагоприятные погодные условия (рис. 24-1).

Поразмышляем. Наблюдаются ли у вас метеотропные реакции? Как вы понимаете выражение «здоровый образ жизни»?

В мире всё взаимосвязано. Как различается воздействие метеорологических факторов на организм человека в разных природных зонах? Приведите примеры изменения состояния здоровья человека под воздействием метеорологических факторов.

Давление воздуха. Человек не ощущает атмосферного давления и его естественных изменений потому, что оно уравновешивается упругостью поверхности человеческого тела, его внутренних органов и тканей. На основании разности давления в организме постоянно совершается газообмен.

При повышении атмосферного давления (в пределах обычных колебаний) возрастает частота пульса, а кровяное артериальное давление несколько понижается. Наоборот, при понижении атмосферного давления артериальное (максимальное и минимальное), как правило, повышается.

Клуб знатоков-географов. В умеренных широтах периодические суточные изменения атмосферного давления, как правило, не превышают 2–3 гПа, непериодические достигают нескольких гПа и редко бывают больше 10–15 гПа. Наиболее резкие изменения давления у земной поверхности возникают при перемещении тропических циклонов, когда в течение часа давление может изменяться на 15–20 гПа. Годовая амплитуда давления в умеренных и высоких широтах составляет 10–20 гПа, или 10 % нормы.

Причины воздействия меняющегося атмосферного давления на человека пока ещё недостаточно изучены. Иногда признаки этого воздействия начинают проявляться за несколько часов до резкого изменения давления. Наиболее ощутимы для человека межсуточные изменения атмосферного давления более 10 гПа. Об этом свидетельствуют их совпадения с числом вызовов станции скорой помощи по поводу заболеваний с диагнозом «стенокардия и гипертония».

Влияние ветра на человека разнообразно. Независимо от других метеорологических элементов погодные условия при скорости ветра >15 м/с относятся к опасным и особо опасным явлениям погоды.

Клуб знатоков-географов. Одним из характерных неблагоприятных проявлений, связанных с ветром, является эффект «сквозняка». Раздражение холодом в условиях нахождения в более тёплом пространстве (особенно в помещении) может привести к нарушению кровоснабжения мышц, слизистых оболочек, созданию условий для размножения патогенных микроорганизмов в носоглотке. Это может привести к возникновению респираторных и ревматических заболеваний. В случае высоких температур и высокой влажности сквозняк (при температуре до +32 °С) в большинстве случаев является благоприятным погодным фактором.

Очень сильный ветер, затрудняя дыхание, усугубляет отрицательные метеотропные реакции. Особенно ощутимо неблагоприятное воздействие сильных ветров (>11 м/с), сопровождаемых пыльными бурями и мглой. Чаще всего метеотропные состояния вызываются местными ветрами (фён, бора, мистраль, харматан и т. д.).

Клуб знатоков-географов. Врачи Швейцарии и юга Германии откладывают операции, когда с Альп дует тёплый и сухой южный фён. Холодный северный ветер, дующий вдоль речных долин Франции (мистраль), издавна винят в снижении внимательности пешеходов и автомобилистов. При харматане в странах на севере Африки больницы быстро наполняются раздражительными и даже буйными пациентами.

Влажность воздуха имеет разноплановое воздействие на человеческий организм. Она влияет на дыхание и водно-солевой обмен в организме человека.

Клуб знатоков-географов. Для человека относительная влажность воздуха 30–60 % является гигиенической нормой. Воздух с относительной влажностью менее 30 % оценивается как сухой, от 71 до 85 % — как умеренно-влажный и более 85 % — как сильно влажный.

В атмосферном воздухе всегда содержится водяной пар. С высотой количество водяного пара быстро убывает. Через испарение влажность влияет на интенсивность выделения и скорость удаления пота, участвует в формировании теплооборота. Чем выше влажность воздуха, тем больше увлажнение кожи.

Клуб знатоков-географов. При температуре воздуха 10–18 °С, относительной влажности менее 50 % в состоянии покоя потери влаги человека испарением пота составляют в среднем 1 г за 1 минуту. В состоянии физической нагрузки они возрастают в 7–8 раз. Во время приёма солнечных ванн, при нахождении в пустыне потери влаги могут достигать 1 л в час.

Часто отмечают повышенную чувствительность к изменению влажности воздуха у больных с поражением верхних дыхательных путей. Они жалуются на ощущения царапанья, сухости, присутствия постороннего тела, жжения, сжимания и т. д. Это связано с быстрым уменьшением влажности воздуха. Воздействие повышенной влажности может сопровождаться головными болями, сонливостью, снижением настроения, болями в конечностях, учащённым сердцебиением. Интенсивность болей находится в прямой зависимости от содержания влаги в воздухе. Атмосферные осадки оказывают положительное влияние на организм человека. При их выпадении из атмосферы вымываются загрязняющие примеси, аэрозоли и пыль, на которых переносятся болезнетворные микробы. Отрицательное влияние осадков на человека связано с кислотными дождями.

Клуб знатоков-географов. При температурах воздуха ниже 0 °С осадки выпадают в виде снега. Свежевыпавший снег отражает в окружающее пространство до 97 % ультрафиолетовых лучей, что используют на горных курортах для принятия зимой солнечных ванн.

Температура воздуха является активным эколого-метеорологическим фактором. Постоянство температуры человека — основа его жизни. В то же время человек способен переносить существенные контрастно-экстремальные температурные нагрузки.

Клуб знатоков-географов. Продолжительность безопасного пребывания полностью обнажённого здорового человека при температуре +70 °С в камере искусственного климата не превышает одного часа, при температуре –70 °С — не более 10 минут. Безопасность пребывания можно увеличить, подбирая соответствующую одежду и бытовые условия. И всё же время непрерывного проживания при таких температурах в условиях Арктики и Антарктики не должно превышать 2–3 года.

Влияние температуры воздуха на тепловое ощущение человека зависит от его влажности. В умеренных широтах для одетого человека наиболее комфортны сочетания температуры 18–20 °С и относительной влажности воздуха 40–50 %. При влажности более 90 % и температуре выше 24 °С возникает состояние сильной духоты.

Поработаем с атласом. Найдите на карте регионы, где чаще всего наблюдается высокая температура и относительная влажность воздуха.

При температуре воздуха около 35–40 °С и относительной влажности более 75 % часто наступает тепловой удар. Явлению теплового удара сопутствует выполнение трудоёмкой работы с длительным пребыванием на солнце. У человека, подвергшегося тепловому удару, появляются бледность, иногда судороги. Может наступить смерть от кровоизлияния в мозг или паралича сердца.

Клуб знатоков-географов. В физиологическом отношении явление теплового удара сводится к следующему. Из-за сильного потоотделения ткани организма обедняются солями и водой, увеличивается вязкость крови, затрудняется кровообращение. Вследствие этого возникает недостаточное снабжение организма человека кислородом, переходящее в асфиксию (кислородное голодание), которая сопровождается накоплением углекислоты.

Также опасны для человека отрицательные температуры воздуха, особенно в сочетании с сильным ветром и повышенной влажностью воздуха. Неблагоприятным следствием воздействия холода являются простудные заболевания лёгких и верхних дыхательных путей.

Клуб знатоков-географов. Одним из проявлений влияния холода является обморожение. Первая стадия обморожения — озноб. Он характеризуется синюшностью, отёчностью кожи, зудом и болями. Во второй стадии отмечается повреждение поверхностного слоя кожи и развитие пузырей со светлым содержимым. В третьей и четвёртой стадии омертвляются все мягкие ткани и кости. Непосредственная причина смерти при замерзании — остановка дыхания и прекращение деятельности сердца.

Климатические ресурсы. Их использование имеет особое значение для человека и различных видов его хозяйственной деятельности.

Климатические ресурсы — элементы климата, которые обеспечивают качество жизни человека и используются в его хозяйственной деятельности.

Солнечная энергия — самый крупный энергетический источник на Земле. Годовая солнечная радиация в 20 тыс. раз превышает современное мировое потребление энергии. Значительная часть солнечной энергии не доходит до земной поверхности, а отражается атмосферой. В результате поверхности суши и Мирового океана достигает радиация, измеряемая в 10¹⁴ кВт, или 10⁵ млрд кВт-ч (0,16 кВт на 1 км² поверхности суши и Мирового океана). Но из-за низкой концентрации солнечной энергии только очень небольшая её часть может быть использована в практических целях (рис. 25).

П2

В мире всё взаимосвязано. Как солнечная энергия влияет на формирование рельефа и высотной природной зональности?

Воздух — это естественная смесь газов, составляющих атмосферу Земли. Из них для жизнедеятельности биоты наибольшее значение имеют кислород, азот и углекислый газ. Из атмосферного азота производят минеральные азотные удобрения, азотную кислоту и её соли. Аргон и азот применяются в металлургии, химической и нефтехимической промышленности (для осуществления ряда технологических процессов). Из атмосферного воздуха также получают кислород и водород.

Энергия ветра Земли составляет около 300 млрд кВт-ч в год. Для технического освоения пригодно только около 2 %. Главное препятствие — рассеянность и непостоянство энергии ветра. Для оценки эффективности её освоения используют такие показатели, как скорость ветра, его порывистость, вертикальный профиль, направление и др.

В мире всё взаимосвязано. Как человек в своей хозяйственной деятельности использует энергию ветра?

Воздействие солнечной радиации во многом определяет радиационный и тепловой баланс организма человека. Действие солнечных лучей зависит от высоты солнца над горизонтом, прозрачности атмосферы, а также от облачности, влажности и температуры воздуха, скорости ветра.

Мир и Беларусь. Какие особенности поступления и распределения солнечной радиации характерны для Беларуси?

Клуб знатоков-географов. В ответ на раздражение светом появляется пигментация — так называемый загар кожи. Он развивается под влиянием как ультрафиолетовых, так и инфракрасных и видимых лучей. Защитная функция пигмента выражается в предохранении кожи от перегревания. Поглощённая им световая энергия превращается в тепло, что ведёт к усилению потоотделения, а тем самым к усилению теплоотдачи.

УФ-излучение солнца в небольших дозах полезно для людей и необходимо для выработки витамина D. УФ-излучение также используется для лечения некоторых болезней, таких как рахит, псориаз, экзема и желтуха. В то же время длительное воздействие солнечного УФ-излучения может привести к острым и хроническим негативным последствиям для кожи, глаз и иммунной системы человека.

Сельское хозяйство в значительной степени зависит от погодных и климатических условий. Агроклиматические ресурсы являются одной из разновидностей климатических ресурсов. К ним относятся климатические параметры, влияющие на сельское хозяйство. В число таких факторов обычно входят свет, тепло, влага.

П3

В мире всё взаимосвязано. Как климатические условия влияют на обеспечение населения продовольствием?

Для произрастания растений необходимы углекислый газ, кислород и фотосинтетически активная радиация (ФАР). За счёт поглощения ФАР в процессе фотосинтеза создаётся 90–95 % сухой массы растений.

Развитие растений происходит при определённой температуре. Количество тепла, необходимое растениям для полного завершения вегетации, называют суммой биологически активных температур (БАТ). Она рассчитывается как сумма среднесуточных значений температуры воздуха за те дни, когда воздух прогревался выше плюс 5 или 10 °С.

П4

Клуб знатоков-географов. Зная БАТ своего региона и минимальную необходимую БАТ для сельскохозяйственной культуры, можно сделать выводы о возможности её выращивания.

Влага представляет собой необходимое условие жизни всех живых организмов и сельскохозяйственных культур. Для характеристики обеспеченности растений водой широко используется гидротермический коэффициент (ГТК) — отношение суммы атмосферных осадков к сумме активных температур за определённый период времени, умноженное на 10 (рис. 26).

П5

Клуб знатоков-географов. Если собрать всю воду, содержащуюся в атмосфере, то она образует на поверхности Земли слой около 2,0 см.

Поработаем с атласом. Определите с помощью карт атласа, как изменяется ГТК в разных природных зонах.

Климат влияет на водное и рыбное хозяйство через изменение гидрологического режима рек, уровня подземных вод, влажности почвы, количества льда в ледниках.

Влияние климатических факторов на энергетику происходит в результате изменения условий производства и потребления энергии, эксплуатации и содержания энергетических систем. Наиболее чувствительными к климатическим факторам являются гидроэнергетика, а также альтернативная энергетика, основанная на использовании энергии солнца и ветра.

П6

Климат — один из важных факторов в строительстве. Климатические условия определяют основные архитектурные, планировочные, гигиенические подходы к проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений. Они оказывают существенное влияние на долговечность зданий, режим их эксплуатации.

Погодные условия влияют на эксплуатацию наземного транспорта. Дожди, снегопады, гололёд, температурный режим определяют безопасность дорожного движения.

Мир и Беларусь. Приведите примеры положительного и отрицательного влияния погодных условий Беларуси на эксплуатацию наземного транспорта и безопасность дорожного движения.

Зонально-региональные особенности климатических ресурсов.

Климатические ресурсы подразделяются на биологические, энергетические, агроклиматические и т. д. Среди них особое место занимают агроклиматические, гелио- и ветроэнергетические ресурсы.

Агроклиматические ресурсы. Для вегетационного периода сельскохозяйственных культур наиболее часто рассчитываются и анализируются: 1) термические и световые ресурсы; 2) ресурсы увлажнения, включая осадки и влажность почвы; 3) условия перезимовки культур; 4) неблагоприятные (опасные и особо опасные) явления.

Поразмышляем. Как можно уменьшить влияние климатических условий на сельское хозяйство?

Оценка термических ресурсов. Суммы БАТ рассчитаны для большинства культурных растений. С их помощью можно определять продолжительность активной вегетации, средние сроки наступления фаз развития сельскохозяйственных растений и созревания урожая в различных природно-климатических районах. Кроме БАТ, для оценки термических условий выращивания сельскохозяйственных культур учитывают экстремальные температуры в различные периоды вегетации, продолжительность безморозного периода и другие показатели.

Оценка увлажнения. Основной характеристикой для оценки увлажнения растений являются суммы осадков за весь период и межфазные периоды вегетации. Они выражаются в виде средних многолетних и вероятностных значений. Важным агроклиматическим показателем увлажнения являются запасы влаги в почве. Условия увлажнения определяются не только осадками, но и испарением. Поэтому в практике агроклиматических оценок увлажнения широко используются комплексные показатели, учитывающие соотношение между осадками и испаряемостью.

Показатели потребностей растений в тепле и влаге являются основой для размещения сельскохозяйственных культур и специализации производства.

В мире всё взаимосвязано. Почему для повышения урожайности сельскохозяйственных культур необходимо учитывать влияние на них всего комплекса климатических факторов?

Клуб знатоков-географов. Каждое культурное растение произрастает при строго определённой температуре. Минимальное количество тепла требуют ячмень, овёс, рожь. Более требовательны к теплу кукуруза, пшеница и рис. Продолжительное и тёплое лето требуется для подсолнечника. Категорически не переносят заморозков цитрусовые растения.

Гелиоэнергоресурсы. Общее количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли за год, в 50 раз превышает всю энергию, которую можно получить из доказанных запасов ископаемого топлива и примерно в 35 000 раз современное ежегодное потребление энергии в мире.

Существует две взаимодополняющих друг друга стратегии использования солнечной энергии. В более далёкой перспективе — развитие крупномасштабных систем гелиоэнергетики усилиями мирового сообщества. В ближайшей перспективе — развитие систем гелиоэнергетики малой мощности в развитых и развивающихся странах.

Мир и Беларусь. Возможно ли в Беларуси развитие гелиоэнергетики? Приведите аргументы за и против. Какой вариант стратегии использования солнечной энергии вы бы выбрали для Беларуси и почему?

Одним из недостатков энергии Солнца является малая плотность на единицу площади. Несмотря на это она очень удобна тем, что её можно приспособить для хозяйственных нужд на местном уровне для отопления и охлаждения зданий, горячего водоснабжения, опреснения, получения искусственного холода, сушки, обеспечения систем связи, ирригации, производства электроэнергии, создания сварочных устройств, плавильных печей и т. д.

Погодно-климатические факторы как стимулируют, так и накладывают ограничения на использование солнечной энергии. Величина и надёжность энергоснабжения от солнечных электрических станций (СЭС), стоимость их электроэнергии зависит от количества поступающей солнечной радиации. Строительство СЭС оправдано в местности, где много солнечных дней в году. Наиболее предпочтительные территории для строительства солнечных станций — это засушливые и пустынные зоны.

Клуб знатоков-географов. Если использовать под строительство солнечных электростанций всего 1 % площади мировых пустынь, то этого будет достаточно, чтобы обеспечить всех жителей Земли электрической энергией при текущем уровне потребления.

Клуб знатоков-географов. Больше всего СЭС находится в Китае, США и Индии. В топ-5 самых крупных электростанций входят: Парк Тэнгэр (Китай) — занимает территорию площадью 43 км², вырабатывает 1547 МВт электроэнергии; Парк Бхадла (Индия) — площадь объекта 40 км², вырабатывает 1365 МВт электроэнергии; СЭС Лунъянся (Китай) — солнечные панели располагаются на площади 30 км², мощность станции 850 МВт; Электростанция Villanueva (Мексика) — расположена на площади 24 км², ежедневно производит 828 МВт электрической энергии; СЭС Камути (Индия) — занимает 10 км², производительность 648 МВт.

Поработаем с атласом. Найдите на карте, где находятся самые крупные СЭС. Определите районы, наиболее перспективные для размещения СЭС.

Ветроэнергетические ресурсы. Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) вырабатывает энергию, когда ветер производит давление на её лопасти. Чем больше скорость ветра и площадь крутящейся лопасти, тем больше производится энергии.

Клуб знатоков-географов. При скорости ветра 33 км/ч, удлинение лопасти от 15 до 60 м увеличивает выработку энергии в 16 раз. При длине лопасти 30 м ветер со скоростью 50 км/ч ВЭУ обеспечивает выработку энергии в 26 раз большую, чем ветер со скоростью 17 км/ч. Поэтому современные проекты предусматривают строительство ветродвигателей с длинными лопастями, способными улавливать ветер на больших высотах, где его скорость существенно выше.

Климатическая информация используется для обоснования схем проектирования и размещения ВЭУ. Благодаря внедрению научно-технических достижений, увеличению мощности ветровых электростанций (ВЭС), в начале ХХI в. себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ВЭС, снизилась до 6–7 центов за кВт/ч. Она практически сравнялась с себестоимостью электроэнергии ТЭС.

Клуб знатоков-географов. Ветроэнергетический потенциал планеты Земля огромен. Только для прибрежной полосы континентов он составляет более 4000 ТВт ч/год. В настоящее время в мире насчитывается около 20 000 вeтpoэлeктpocтaнций разной мощности. Большинство из них установлены на побережье морей и океанов, a также в степных или пустынных районах. Крупнейшей в мире ВЭC, вырабатывающей почти 7,9 ГВт энергии в год, является китайская «Гaньcy». K 2020 г. запланирован выход её мощности на 20 ГВт.