<<
>>

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

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

rowspan="2">

Сложных удобрений

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. 

<< | >>
Источник: Стадницкий Г. В., Родионов А. И.. Экология: Учеб. пособие для вузов - 3-е изд. 1997

Еще по теме АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ:

  1. ТРАНСПОРТНАЯ ДОЛЯ В ЗАГРЯЗНЕНИИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
  2. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОСФЕРУ
  3. start="5" type="1"> АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛИТОСФЕРУ
  4. 2.6. Температурно-влажностныи режим и расчетные характеристики наружного воздуха (вентиляция, кондиционирование, атмосферная коррозия)
  5. ВОЗДЕЙСТВИЕ ГИДРОСФЕРЫ НА ЧЕЛОВЕКА Пути воздействия
  6. 11.3. Воздействие химически опасных веществ на организм человека 11.3.1. Виды воздействия АХОВ на организм
  7. Глава 5 АНТРОПОГЕННЫЕ ОПАСНОСТИ И ЗАЩИТА ОТ НИХ
  8. Гл а в а 24 ЗАЩИТА ОТ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
  9. Формирование техногенно-антропогенных связей
  10. Атмосферные осадки
  11. АНТРОПОГЕННЫЙ КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВА
  12. Атмосферные газы
  13. 2.5. АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ (МЕТЕОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ)
  14. Оценка антропогенных изменений в природно-технических геосистемах
  15. Глава I ИСТОРИЯ ПРОБЛЕМЫ АЭРОИОНИФИКАЦИИ И АТМОСФЕРНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
  16. Антропогенные процессы в геологической среде
  17. 1.4. Атмосферные осадки