АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Протяженность ее по высоте в средних широтах составляет 10—12 км над уровнем моря, на полюсах — 7—10, над экватором — 16—1§^км.
В тропосфере сосредоточено более 4/s массы земной атмосферы. Из- за неравномерности нагрева земной поверхности в ней образуются мощные вертикальные токи воздуха, отмечаются неустойчивость температуры, относительной влажности, давления и т. д. Температура воздуха в тропосфере по высоте уменьшается на 6° на каждые 100 м и колеблется от 40 до —50 °С.Выше тропосферы находится стратосфера. Между ними расположена тропопауза. Стратосфера имеет протяженность около
40 км. Воздух в ней разрежен, влажность невысокая. Температура воздуха от границы тропосферы до высоты 30 км постоянная (около —50°С),ра затем начинает повышаться и на высоте 50 км достигает 10°С. В стратосфере под воздействием космического излучения и коротковолновой части ультрафиолетового излучения Солнца молекулы воздуха ионизируются, в результате чего образуется озон.
Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы. Выше мезосферы расположена термосфера (или ионосфера), между которыми имеется мезопауза. Для термосферы характерно непрерывное повышение темрературы с увеличением высоты. На высоте 150 км температура достигает 200— 240 0C, на уровне 200 км — 500 0C, а на высоте 500—600 км превышает 1500 °С. В термосфере газы очень разрежены. Молекулы их движутся с большой скоростью, но редко сталкиваются между собой и поэтому не могут вызвать даже небольшого нагревания находящегося здесь тела.
Под действием солнечного излучения в атмосфере протекает множество реакций, в которых участвуют кислород, озон, азот, оксид азота, пары воды, диоксид углерода. Ионизация происходит в основном на высоте 70—80 км. При этом отмечаются отрицательные (N-, О-, О , СОГ, NOr, NOf) и Положительные (N+, H+, О+, Ог+ и др.) ионы.
Эти ионы образуют различные комплексы: NO+-N2; NO+-CO2; NO+-H2; Ot • (H2O).Атмосфера состоит в основном из кислорода и азота (табл. 3.1). На высоте 110—120 км кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400—500 км и азот находится в атомарном состоянии. Кислородно-азотный
Таблица 3.1. Состав воздуха
Компоненты | Содержание | Компоненты | Содержание | ||
массовая доля, % | объемная доля, % | массовая доля, % | объемная ДОЛЯ, % | ||
Азот | 75,52 | 78,09 | Оксид азота *2,5 • IO-3 | 2,5 • IO-4 | |
Кислород | 23,15 | 20,94 | Водород | 3,5 • IO-6 | 5 • IO-5 |
Аргон | 1,28 | 0,93 | Метан | 0,8 . IO-4 | 1,5 • IO-4 |
Диоксид | 0,046 | 0,0330 | Диоксид | 8 . IO-6 | 1,5- Ю-4 |
углерода |
|
| азота |
|
|
Неон | 1,2 • 10“3 | 1,8 • IO-3 | Озон | Ю-в—10-s | 2 • 10-« |
Гелий | 7,2 . 10-s | 5,2 • IO-4 | Диоксид | — | 2 • IO-8 |
Криптон | 3,3 . 10“4 | I . ю-4 | серы |
|
|
Ксенон | 3,9 • IO-5 | 8 • IO-6 | Оксид | — | I . 10-® |
|
|
| углерода |
|
|
|
|
| Аммиак | — | I . 10-® |
состав сохраняется примерно до высоты 400—600 км. Выше 600 км в атмосфере начинает преобладать гелий. Гелиевая корона Земли простирается примерно до высоты 1600 км, а выше 2000—3000 км преобладает водород.
Существуют два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный. Они
представлены на схеме (рис. 3.9), предложенной
Дж. О. Бокрисом и др. (1982).
Космическая пыль образуется из остатков сгоревших метеоритов при их прохождении в атмосфере. Ежегодно ее выпадает на Землю 2—5 млн т. Природная пыль является постоянной составной частью земной атмосферы. Она представляет собой мельчайшие твердые взвешенные в воздухе частицы радиусом IO-4—IO-3 см и ядра конденсации со средним радиусом 5X XlO-6 см. Частицы природной пыли имеют органическое и неорганическое происхождение и образуются в результате разрушения и выветривания горных пород и почвы, вулканических извержений, лесных, степных и торфяных пожаров, испарения с поверхности морей. Одним из источников пыли в нижних
Рис. 3.9. Источники загрязнения атмосферы По Бокрису Дж. О., 1982
слоях атмосферы являются безводные пустыни и степи. Кроме того, она образуется аэропланктоном* спорами растений, плесневыми и другими грибами, продуктами гниения, брожения и разложения растений и животных.
Атмосферный воздух над океаном включает мельчайшие кристаллы солей магния, натрия, калия, кальция, образующиеся в результате высыхания в воздухе брызг воды. Как правило, естественное загрязнение не угрожает отрицательными последствиями для биогеоценозов и обитающих в них живых организмов, хотя кратковременные последствия возможны.
Атмосферная пыль способствует конденсации водяных паров, а следовательно, и образованию осадков. Кроме того, она поглощает прямую солнечную радиацию и защищает организмы от солнечного излучения. Академик В. И» Вернадский отмечал, что атмосферная пыль играет огромную роль в химии планеты.
Биологическое разложение веществ на Земле, в том числе жизнедеятельность почвенных бактерий, ведет к образованию и вынесению в атмосферу больших количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота (N2O, NO, NO2), оксида и диоксида углерода.
Источниками антропогенного поступления в атмосферу примесей являются теплоэнергетика, промышленность, нефте- и га- зопереработка, транспорт, испытания термоядерного оружия. Каждый из этих источников (и каждая отрасль производства) связан с выделением специфических примесей, состав которых насчитывает десятки тысяч веществ, выявление и идентификация которых иногда затруднительна. Однако наиболее обычные загрязняющие вещества, поступающие в атмосферу в большом количестве и называемые поэтому многотоннажными, сравнительно немногочисленны. Наиболее распространенные выбросы промышленности следующие: зола, пыль, оксид цинка, силикаты, хлорид свинца; диоксид и триоксид серы, сероводород, меркаптан; альдегиды, углеводороды, смолы; оксид и диоксид азота, аммиак; озон, оксид и диоксид углерода; фтороводород, хлороводород, кремнефторид натрия, радиоактивные газы, аэрозоли.
Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. В настоящее время в мире насчитывается свыше 200 млн автомобилей, выхлопные газы которых содержат примерно 200 веществ, в том числе канцерогенные углеводороды и тетраэтилосвинец. Однако количество основных компонентов значительно меньше (табл. 3.2).
Как видно из таблицы, бензиновые двигатели выбрасывают больше несгоревших углеводородов и продуктов их неполного окисления (оксида углерода и альдегидов), чем дизели. Каж-
Таблица 3.2. Содержание загрязняющих веществ в выхлопных газах двигателей
По Г.
В. Новикову, А. я. Дудареву, 1978 Компоненты (загрязняющие вещества) | Единицы измерения. | Содержание в выхлопных газах двигателей | |
карбюраторных | дизельных | ||
Диоксид углерода | % | 5—12 | 1,0-10 |
Монооксид углерода | % | 0,5—12 | 0,01—0,5 |
Оксиды азота | % | 0,0--0,8 | 0,0002—0,5 |
Углеводороды неканцеро | % | 0,2-0,3 | 0,009—0,5 |
генные (этан, метан, этилен, бензол, ацетилец, толуол, m-ксилол, я-ноиан и др.) Альдегиды (формаль | % | 0,0-0,2 | 0,001—0,009 |
дегид, акролеин, адеталь- дегид и др.) Сажа | г/м3 | 0,0-0,4 | 0,01-1,1 |
Бензпирен | мкг/м3 | до 10—20 | до 10 |
дая машина с бензиновым двигателем за пройденные 15 тыс. км потребляет 4350 кг кислорода, а выбрасывает 3250 кг диоксида углерода, 530 кг оксида углерода, 93 кг углеводородов, 27 кг оксидов азота.
Тепловые электростанции выделяют в атмосферу газы, содержащие оксиды серы и азота, золу, металлы; предприятия черной металлургии — газы, включающие пыль, оксиды серы и металлов. На I т передельного чугуна приходится 4,5 кг пыли, 2,7 кг SO2, 0,1—0,5 кг марганца, а также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, ртути, редких металлов, смолистые вещества.
Агломерационные фабрики выбрасывают пыль и диоксид серы (190 кг SO2 на I т руды). При производстве I т мартеновской стали выделяется 3000—4000 м3 газов (с концентрацией пыли в среднем 0 5 г/м3), 60 кг CO и 3 кг SO2.
Коксохимические цехи загрязняют атмосферу пылью и смесью летучих соединений.Предприятия цветной металлургии выбрасывают запыленные газы, содержащие диоксид серы, фтористые газы и металлы. Из тонны пыли, выделяемой в атмосферу при плавке медных руд, можно извлечь до 100 кг меди и немного меньше свинца и цинка.
Выбросы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности в атмосферу содержат углеводороды (в том числе стирол, дивинил, толуол, изопрен), сероводород и другие дур- нопахнущие газы.
Заводы промышленности строительных материалов выбрасывают пыль, фториды, диоксиды серы и азота.
Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха приходится на долю оксидов углерода, соединений серы и азота, углеводородов и промышленной пыли. За год в атмосферу Земли выбрасывается 200 млн т оксида углерода, более 20 млрд т диоксида углерода, 150 млн т диоксида серы, 53 млн т оксидов азота, свыше 250 млн т пыли, 120 млн т золы, более 50 млн т различных углеводородов.
Прогрессирующее насыщение биосферы тяжелыми металлами— одно из наиболее существенных глобальных последствий научно-технической революции. Подсчитано, что за всю историю человеческого общества выплавлено около 20 млрд т железа. Количество железа в составе сооружений, машин, оборудования и т. д. сейчас исчисляется приблизительно в 6. млрд т. Следовательно, примерно 14 млрд т рассеяно в окружающей
Таблица 3.3. Наиболее характерные выбросы в атмосферу основных производств химической промышленности
По Я. Е. Кузнецову, Т. М. Троицкой, 1979
Производство | Компоненты выбросов в атмосферу |
Азотной кислоты | NO, NO2, NH3 |
Серной кислоты (нитрозной и | NO, NO2, SO2, H2SO4 |
контактной) | HCl, Cl2 |
Соляной кислоты | |
Щавелевой кислоты | NO, NO2, C2H2O4 (пыль) |
Сульфаминовой кислоты | NH3, NH(SO3NH4)2, H2SO4 |
Фосфора и фосфорной кислоты | P2O6, H3PO4, HF, Ca5F(PO4) (пыль) |
Уксусной кйслоты | CH3CHO1 CH3CO2H |
NO, NO2, NH3, HF, H2SO4, P2O5, | |
HNO3 | |
Карбамида | NH3, CO, (NH2)2CO (пыль) |
Аммонийной селитры | CO, NH3, HNO3, NH4NO3 (пыль) |
Суперфосфата | H2SO4, HF, пыль суперфосфата |
Аммиачной воды и жидких угле- | NH3 |
аммиаков |
|
Жидкого хлора | HCl1 Cl2, Hg |
Хлорной извести | Cl2, CaCl2 (пыль) Hg, HgCl2l H3 |
Полихлорвиниловой смойы | |
Тетр ахлорэтилена | HCl1 Cl2 |
Ацетона | CH3CHO1 (CH3)2CO |
Аммиака | NH31 CO |
Метанола | CH3OH1 CO |
Капролактама | NO, NO2, SO2, H2S1 CO |
Диоксида титана | Ильменит, TiO2l FeO1 Fe2O3 |
Ацетилена | C2H2l сажа |
Карбофоса | SO2, P2O5, H2S1 пыль карбофоса |
Минеральных пигментов | Fe2O3, FeSO4 |
Целлюлозы | H2S1 Cl2l SO2l CH3SH1 (CH3)2S |
среде. Другие металлы рассеиваются еще больше. Например, рассеивание ртути и свинца составляет 80—90 % от годового производства. При сжигании угля с золой и отходящими газами некоторых элементов в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния — в 1,5 раза, молибдена — в 3, мышьяка — в 7, урана, титана — в 10, алюминия, иода, кобальта— в 15, ртути — в 50, лития, ванадия, стронция, бериллия, циркония — в сотни раз, галлия, германия — в тысячи раз, иттрия — в десятки тысяч раз.
Предприятия химической промышленности загрязняют атмосферу пылью, содержащей неорганические и органические вещества, и различными газами (табл. 3.3).
Количество солнечной энергии, поступающей на Перенос Землю и отражаемой от нее в атмосферу, в раз-
загрязнении г
в атмосфере личных широтах неодинаково. В результате это
го атмосфера в разных районах земного шара нагревается неравномерно. Особенно большие различия температуры у поверхности наблюдаются между полярными и экваториальными областями. Эта неравномерность нагревания служит главной причиной общей циркуляции атмосферы, представляющей собой сложную систему воздушных течений над Землей. Благодаря такой циркуляции усредняется состав основных компонентов воздуха, а воздушные течения переносят водяной пар, а также загрязнения от океанов в континентальные районы.
Кроме крупномасштабных воздушных течений в нижних слоях атмосферы возникают многочисленные местные циркуляции, связанные с особенностями нагревания атмосферы в отдельных районах. Вследствие образования различных течений в атмосфере перемешиваются большие массы воздуха и на значительные расстояния перемещаются соединения, выделяемые теми или иными источниками на поверхности Земли.
Загрязняющие атмосферу вещества подразделя- ют на первичные и вторичные. Первичные —
это те, которые содержатся непосредственно
^ м
в выбросах предприятии и поступают с ними
от различных источников, а вторичные
являются продуктами трансформации первичных, или так называемого встречного синтеза, причем эти продукты во многих случаях значительно более опасны, чем первичные вещества.
Поступившие в атмосферу химические соединения подвергаются самым разнообразным превращениям в результате реакций между собой, с уже содержащимися в воздухе веществами, включая пары воды, а также под воздействием солнечных лу- Чей. Превращения зависят и от времени пребывания веществ в атмосфере, под которым понимают промежуток времени между поступлением компонента в атмосферу и удалением (стоком) из нее. Наиболее значимы превращения под действием солнечного излучения. В общем случае при поглощении кванта света с частотой v могут происходить следующие процессы: образование электронно-возбужденных молекул: А + h\ —> —»- А*;
дезактивация за счет флуоресценции: A* ^ А + h\'\ дезактивация (тушение) за счет соударения с другими молекулами A*+Q —> A+Q'; диссоциация: А* —*¦ В+ С.
Для атмосферной фотохимии наибольший интерес представляют явления фотохимической диссоциации электронно-возбужденных молекул А*. Возбужденное состояние весьма нестабильно, так что вслед за появлением А* быстро следует реакция образования продуктов В и С. Один или оба из них могут быть очень активными и приводят к началу цепи реакций, в результате которых возникают нежелательные соединения, в том числе служащие основой фотохимического смога.
Химические превращения в тропосфере и стратосфере инициируются, главным образом, продуктами фотолиза таких молекул, как Os, Ог, НгО, N2O и NO2. Важнейшим компонентом, определяющим химию стратосферы, является озон. Образование атомарного кислорода в атмосфере (выше 80 км) происходит по следующей реакции: Ог+Av —> 20. Атомарный кислород участвует в реакциях возникновения Ог и Оз. Озон получается по уравнению: О+О2+М Оз+М, где M — третье вещество, принимающее избыток энергии.
Озон подвергается фотохимической диссоциации: Оз+ftv-»- > Ог+О.
В атмосфере присутствуют пять основных азотсодержащих газов: N2, NH3, NO, NO2, N2O. В конденсированной фазе азот присутствует в форме иона аммония (NH+) и нитратного иона
(NO~). В атмосфере городов наблюдается значительное количество органических нитратов.
Оксиды азота антропогенного происхождения в большинстве случаев попадают в атмосферу в виде NO. Затем происходят следующие реакции:
2N0 + 02 —2N02, О + О2 + М —> Оз + М,
NO2 + ftv —> N0 + 0, O3+ NO —NO2+ O2.
Возможны и другие многочисленные реакции с участием веществ, содержащих азот и кислород:
О+NO2 —> NO+ O2, NO3 + NO —> 2N02,
О+ NO2+ M —*• NO3+ M1 NO2+ O3 —> NO3+ O2,
О + NO + M —gt;¦ N02 + M, N03 + N02 + M —> N2Os + М.
Цикл соединений азота в тропосфере дополняется образованием азотной кислоты: 4NO2+2H2O + O2 —> 4НЫОз.
Диоксид азота может гидролизоваться также в газовой фазе: 3NO2+H2O ч=*= 2HNQ3+NO.
Выделяющаяся по этим реакциям азотная кислота далее может реагировать с ионами металлов, образуя нитраты.
Атомарный кислород и озон способны вступать в соединения с различными органическими веществами, в результате чего получаются органические и неорганические свободные радикалы. Для олефиновых углеводородов возможна следующая подобная реакция: 03+RCH = CHR —> RCHO + RO* + HCO*, где RO* и НСО* — свободные радикалы.
Полученный альдегид RCHO может подвергаться фотодиссоциации по реакции: RCHO + h\ —> R -j- НСО*. Кроме альдегидов фотохимически активны также кетоны, пероксиды и ацилнитраты, которые при поглощении солнечной радиации также образуют свободные радикалы.
Свободные радикалы с молекулярным кислородом образуют пероксидные радикалы (ROO*), т.е. R* +O2 —> ROO*.
Пероксидные радикалы способны окислять NO в NO2 по реакции
ROO* + NO —^ NO2+ RO*.
Возможно также возникновение озона по реакции пероксид- ных радикалов с кислородом, т. е.
ROO*+ O2 —> RO* + Оз.
Возникают и другие реакции:
RCO2+ NO —V RCO*+ NO2,
RCO*+ O2 —V RCO*,
RCO*+O2 —» RO2+ CO2,
RCO2 +NO —» NO2 + RCO2,
RCO* +NO2 —gt;¦ RCO3NO2,
RO* + NO —* RONO,
RO*+ RH —* ROH+ R*,
RH*+О —> R* +ОН-.
Присутствие свободных радикалов приводит к смогу. Основные продукты этих фотохимических реакций — альдегиды, кетоны, CO, CO2, органические нитраты и оксиданты. Оксиданты включают озон, диоксид азота, соединения типа перокси- ацети л нитратов и др.
Пероксиацетилнитрат (ПАН) сильно раздражает слизистую оболочку глаз, отрицательно действует на ассимиляционный аппарат растений. Его формула имеет вид:
О CH3-Jl-O-O-NO2.
Это соединение не очень устойчиво: вступает в дальнейшие реакции с оксидом азота
RC (О) — О — О — {Юг + NO —> 2N02 + RC02 и распадается в конденсированной фазе: OH“ + RC (O)-O-O-NO2 —> RCOOH + O2 + N0?\
Другим раздражающим глаза веществом, присутствующим в смоге, является пероксибензоилнитрат (ПБН), имеющий структуру:
О CeH5-lt;3 —О —О —NO2.
Фотодиссоциация диоксида серы невозможна, так как она отмечается лишь при длинах волн короче тех, которые достигают нижних слоев атмосферы. Однако в присутствии NOz "и SO2 происходит фотодиссоциация NO2 с образованием атомарного кислорода и озона. Таким образом, диоксид серы может реагировать с атомами кислорода по реакции S02 + 0 + M —gt;• SOs + M.
Эффективность этой реакции возрастает по мере роста отношения концентраций SO2/NO2. Кинетические1 расчеты показывают, что при концентрациях (NO+NO2) и SO2 равных 0,2 млн-1 (типичных для фотохимического смога), скорость реакции между SO2 и О будет приблизительно в 10 раз ниже скорости реакции между атомарным кислородом и оксидами азота.
В любой загрязненной атмосфере одновременно присутствуют SO2, NO2, NO и углеводороды. В этом случае облучение олефинов и ароматических соединений приводит к образованию значительного количества аэрозолей, а скорость исчезновения SO2 увеличивается. Количество аэрозолей уменьшается с увеличением относительной влажности воздуха.
* В связи с загрязнением атмосферы возникают
ФИЗИЧбСККб
и экологические проблемы, связанные со снижением ее прозрач-
последствия ности и уменьшением видимости, появлением не-
загрязнения приятных запахов и запыленностью. Загрязне-
атмосферы ние воздуха создает угрозу здоровью человека
и нормальному функционированию экологических систем.
Энергетический баланс планеты меняется вследствие изменения альбедо (отражательная способность) земной поверхности, прозрачности атмосферы и выделения в нее большого количества теплоты. Альбедо изменяется при культивировании растительности определенного характера, а также при орошении или осушении поверхности Земли.
Запыленность атмосферы оказывает влияние на отражательную способность Земли. Гигиенический стандарт атмосферы допускает суммарную запыленность в 1,5 т/га, а в отдельных промышленных районах она достигает 60 т/га. Частицы пыли . некоторое время остаются в атмосфере, сокращая доступ ультрафиолетового излучения и образуя ядра конденсации. Запыленность атмосферы способствует увеличению количества отраженного солнечного излучения и уменьшению количества излучения, достигающего Земли, что приводит к похолоданию климата. В то же время пыль, попадающая на поверхность ледников, поглощает солнечную энергию, способствуя их таянию.
Основную роль в изменении прозрачности воздуха играет накопление в атмосфере диоксида углерода. Ежегодно количество СОг в атмосфере возрастает на 0,4 % от общего его содержания. В настоящее время объемная доля СОг в атмосфере составляет 0,033 %. Считают, что содержание CO2 в атмосфере будет удваиваться каждые 23 года [†††††††]. Диоксид углерода поглощает инфракрасное — тепловое излучение, что при определенной концентрации может привести к глобальному повышению температуры.
При сжигании топлива выделяется в год 14,2* IOie кДж теплоты, которая рассеивается в окружающей среде, изменяя температурный режим. По расчетам при ежегодном росте производства энергии на 6 % в середине XXI в. начнется повышение средней планетарной температуры.
Количество озона в атмосфере невелико (2 -IO^e % по объему), но он играет важную роль в предохранении земной поверхности от ультрафиолетовой части солнечного спектра. Разрушение озонового слоя происходит в результате окисления озоном различных веществ, в том числе продуктов сгорания топлива самолетов и ракет. Это грозит увеличением дозы ультрафиолетового излучения, достигающего земной поверхности. По некоторым данным, разрушение озонового слоя на 50 % повлечет за собой увеличение дозы ультрафиолетового облучения в 10 раз.
Процесс истощения озонового с л од наблюдается с начала 70-х гг. и в последнее время получил название возникновения озоновых дыр. Если сконцентрировать весь озон в условном сплошном слое, то его тол-
щина не превысит 3 мм. Содержание озона максимально в верхних слоях тропосферы в приполярных областях, минимально — вблизи экватора.
Исследование причин сокращения содержания озона в атмосфере показало, что главная из них — высокая концентрация в атмосфере монооксида хлора (СЮ); причем наблюдается четкая корреляция между содержанием ClO и снижением содержания Оз.
Атомарный хлор реагирует с озоном и трансформирует его в обычный кислород:
Оз + Cl CIO -j- О2»
CIO +O = CI+ O2.
Высвобождающиеся атомы хлора вновь реагируют с озоном, вызывая цепную реакцию. Прежде чем хлор окажется связанным с каким-либо другим элементом, например водородом, может произойти разрушение многих тысяч молекул озона.
Основным источником хлора в атмосфере считаются ф р е о н ы — фтор- и фторхлоруглеводороды, например фреон-12 (CCl2F2), широко используемые в качестве холодильных агентов (от лат. фригус — холод). Они используются не только в холодильных установках, но и в многочисленных бытовых аэрозольных баллонах с красками, лаками, инсектицидами. Молекулы фрео- нов отличаются стойкостью и способны практически без изменений переноситься с атмосферными массами на огромные расстояния. На высотах 15—25 км (зона максимального содержания озона) они подвергаются воздействию ультрафиолетовых лучей и распадаются с образованием атомарного хлора.
Ежегодно. количество кислорода уменьшается более чем на 10 млрд т. Уменьшение количества кислорода происходит в результате увеличения сжигания ископаемого топлива и уменьшения фотосинтетической активности растений, что . связано с загрязнением окружающей среды. Однако, если сжечь все запасы ископаемого топлива, то будет использовано лишь 3 % запасбв кислорода. Таким образом, значительного уменьшения количества кислорода в ближайшее время не будет. Тем не менее для сохранения стабильности состава атмосферы необходимо это учитывать.
Наиболее острой является проблема загрязнения атмосферы серосодержащими веществами. Наиболее сильно загрязнено северное полушарие Земли, в атмосфере которого находится 90 % серы антропогенного происхождения. При соответствующих климатических и географических условиях в отдельных районах Земли возможно резкое повышение уровня загрязнения атмосферы. />Диоксид серы оказывает вредное действие на растения. Поступая внутрь листа при дыхании, SO2 угнетает жизнедеятельность клеток. При этом листья растений сначала покрываются бурыми пятнами, а потом засыхают.
Диоксид серы и другие ее соединения раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. Продолжительное действие малых концентраций SO2 ведет к возникновению хронического гастрита, гепатопатии, бронхита, ларингита и других болезней.
Есть сведения о связи между содержанием SO2 в воздухе и уровнем смертности от рака легких.
В атмосфере SO2 окисляется до SO3. Окисление происходит каталитически под воздействием следов металлов, главным образом марганца. Кроме того, газообразный и растворенный в воде SO2 может окисляться озоном или пероксидом водорода. Соединяясь с водой, SO3 образует серную кислоту, которая с металлами, имеющимися в атмосфере, образует сульфаты. Биологическое действие кислых сульфатов при равенстве концентраций более выражено по сравнению с SO2.
Диоксид серы существует в атмосфере от нескольких часов до нескольких дней в зависимости от влажности и других условий. Количество SO2 и SO4- на разной высоте неодинаково. На небольших высотах SO2 превалирует над SO*-. Отношение
S0z/S02~ уменьшается с высотой.
Переносу SO2 на дальние расстояния и его рассеиванию в верхних слоях тропосферы способствует строительство высоких дымовых труб, это снижает локальное загрязнение атмосферы. В результате такого приема, рассчитанного на естественное самоочищение воздуха за счет рассеивания, увеличивается время пребывания серосодержащих соединений в воздушной среде, и, следовательно, увеличивается степень их превращения в серную кислоту и сульфаты. Диоксид серы (в сочетании с водяным туманом) является главным компонентом сернистого смога, который иногда называют смогом лондонского типа, поскольку впервые от него сильно пострадали в 1952 г. жители этого города.
Существенный ущерб качеству воды и почвы наносят так называемые кислотные осадки (дождь и снег). В результате сгорания угля, нефти, газа большая часть содержащейся в них серы превращается в диоксид серы, а атмосферный азот реагирует с кислородом, образуя оксиды азота. Далее в результате соединения с атмосферной влагой эти оксиды образуют серную и азотную кислоты, выпадающие с осадками.
Кислотность обычной дождевой воды равна 5,6. Известны случаи, когда кислотность осадков достигала 2,3 (кислотность сока лимона). Такие осадки отрицательно воздействуют на хвою и листву деревьев, на зеленый ассимиляционный аппарат травянистых растений, приводят к закислению воды, подавляющему популяции многих водных организмов (особенно беспозвоночных, фито- и зоопланктона), а также вызывающему за- кисление почв.
Ежегодно с осадками выпадают миллионы тонн кислот, что ведет к радикальному изменению химии природной среды.
Соединения, содержащие серу, не только вымываются из атмосферы при выпадении осадков, но и удаляются из нее под действием гравитационных сил в сухом виде. Среднегодовое количество серосодержащих соединений, вымываемых из атмосферы над территорией Европы, составляет примерно 12 X X 10е т/год.
Другая серьезная проблема связана с присутствием сульфатов в атмосфере. Частицы сульфатов размером 0,1—I мкм наиболее сильно рассеивают свет, ухудшают видимость и оказывают отрицательное воздействие на организм человека. На интенсивность рассеивания света влияет и влажность воздуха. Сульфат и гидросульфат аммония — гигроскопичные вещества, поэтому повышение относительной влажности воздуха способствует поглощению влаги этими веществами и усилению рассеивания света.
Выбросы диоксида серы с отходящими газами промышленности наносят большой экономический ущерб, так как безвозвратно теряется огромное количество ценного для народного хозяйства вещества. Учитывая то, что мировые разведанные запасы серы близки к истощению, необходима разработка эффективных методов улавливания и переработки газов, содержащих SO2, на серу, серную кислоту и сульфаты. Наибольшее количество диоксида серы выбрасывается с отходящими газами предприятий теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, промышленности стройматериалов, транспорта и др.
Еще по теме АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ:
- ТРАНСПОРТНАЯ ДОЛЯ В ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
- АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОСФЕРУ
- start="5" type="1"> АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛИТОСФЕРУ
- 2.6. Температурно-влажностныи режим и расчетные характеристики наружного воздуха (вентиляция, кондиционирование, атмосферная коррозия)
- ВОЗДЕЙСТВИЕ ГИДРОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА Пути воздействия
- 11.3. Воздействие химически опасных веществ на организм человека 11.3.1. Виды воздействия АХОВ на организм
- Глава 5 АНТРОПОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
- Гл а в а 24 ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
- Формирование техногенно-антропогенных связей
- Атмосферные осадки
- АНТРОПОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВА
- Атмосферные газы
- 2.5. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (МЕТЕОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ)
- Оценка антропогенных изменений в природно-технических геосистемах
- Глава I ИСТОРИЯ ПРОБЛЕМЫ АЭРОИОНИФИКАЦИИ И АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
- Антропогенные процессы в геологической среде
- 1.4. Атмосферные осадки