Имитационная модель возникновения кислотных дождей в атмосфере
ков в образование
кислотных дождей во много раз превышает вклад природных источников. Поэтому
необходимо применение мер по снижению именно антропогенных выбросов окислов
серы и азота в атмосферу.
На выходе модели рассматриваются негативные явления, которые возникают
в природных экосистемах при воздействии на них кислотных осадков.
3. Выделение блоков модели.
На основе изучения процесса возникновения кислотных дождей в атмосфере
были выделены следующие блоки модели:
Естественные источники
Естественные источники
соединений серы. NOx
Атмосфера
Антропогенные источники
соединений серы.
Антропогенные источники
NOx
Блок-схема модели возникновения кислотных дождей в атмосфере.
3.1 Поступление в атмосферу соединений серы.
3.1.1 Виды соединений серы.
К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере,
относятся двуокись серы [оксид серы (IV)], оксисульфид (сероокись
углерода), сероуглерод, сероводород и диметилсульфид. Последние четыре
соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко
превращаются в двуокись серы или в серную кислоту (сульфаты). Под влиянием
деятельности человека более всего изменяется содержание двуокиси серы.
В сильно загрязненных районах уровень двуокиси серы может в 1000 и
даже в десятки тысяч раз превысить естественную границу значений на суше и
в океане. Концентрация других соединений серы, обычно образующихся из
естественных источников, более или менее одинакова вблизи поверхности
земли. Среди соединений серы, находящихся в твердом и жидком состоянии,
принимаются в расчет только серная кислота и сульфаты (сульфат и
гидросульфат аммония), а также морская соль.
3.1.2 Источники соединений серы.
Соединения серы, как мы уже упоминалось, частично попадают в атмосферу
естественным путем, а частично антропогенным. Поверхность суши, как и
поверхность океанов и морей, играет роль естественного источника. Обычно
деятельность человека ограничивается сушей, поэтому мы можем учитывать
загрязнение серой только на этой территории.
Существуют три основных источника естественной эмиссии серы.
1. Процессы разрушения биосферы. С помощью анаэробных (действующих без
участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения
органических веществ. Благодаря этому содержащаяся в них сера образует
газообразные соединения. Вместе с тем определенные анаэробные бактерии
извлекают из сульфатов, растворенных в естественных водах, кислород, в
результате чего образуются сернистые газообразные соединения.[3]
Из указанных веществ сначала в атмосфере был обнаружен сероводород, а
затем с развитием измерительных приборов и способов отбора проб воздуха
удалось выделить ряд органических газообразных соединений серы. Наиболее
важными источниками этих газов являются болота, зоны приливов и отливов у
береговой линии морей, устья рек и некоторые почвы, содержащие большое
количество органических веществ.
Поверхность моря также может содержать значительные количества
сероводорода. В его возникновении принимают участие морские водоросли.
Можно предположить, что выделение серы биологическим путем не превышает 30-
40 млн т в год, что составляет около 1/3 всего выделяемого количества серы.
2. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу
наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и
элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой -
тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях наблюдается
увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях - в
стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает
около 2 млн т серосодержащих соединений. Для тропосферы это количество
незначительно по сравнению с биологическими выделениями, для стратосферы же
извержения вулканов являются самым важным источником появления серы.
В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные
количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди
источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях
и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание
серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром
угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы
остается в золе в твердом состоянии. [4]
Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико в
зависимости от места происхождения (0, 1-2%). При сгорании нефтяных
продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании
угля.
Источниками образования двуокиси серы могут быть также отдельные
отрасли промышленности, главным образом металлургическая, а также
предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На
транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно, там в
первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.
Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу
попадает 60-70 млн т. серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и
антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет
атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза больше, чем это
происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в районах с
развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз
превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке.
Примерно половина выбросов, связанных с деятельностью человека (30-40
млн т), приходится на Европу. [5]
3.2 Поступления в атмосферу соединений азота.
3.2.1 Виды соединений азота.
В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микровеществ, но в
кислотной седиментации участвуют только два из них: окись и двуокись азота,
которые в результате протекающих в атмосфере реакций образуют азотистую
кислоту.
Окись азота под действием окислителей (например, озона) или различных
свободных радикалов преобразуется в двуокись азота:
[pic]
(окись азота + радикал пероксида водорода = двуокись азота + радикал
гидроксила);
[pic]
(окись азота + озон = двуокись азота + молекулярный кислород).
Итак, можно предположить, что окисью азота можно пренебречь вследствие
указанных окислительных процессов. Однако это не совсем так, что
объясняется двумя причинами. Первая заключается в том, что выброс оксидов
азота в значительной степени происходит в форме окиси азота, и требуется
время, чтобы [pic] полностью превратилась в [pic]. С другой стороны, в
непосредственной близости от источников загрязнения количество окиси азота
превышает количество двуокиси азота. Это соотношение увеличивается в
сторону двуокиси азота по мере приближения к территориям, непосредственно
не подверженным загрязнению. Например, в безусловно чистом воздухе над
поверхностью океана часть окиси азота составляет всего несколько процентов
от двуокиси азота. Соотношение этих газов, впрочем, может меняться
вследствие фотодиссоциации двуокиси азота:
[pic]
(двуокись азота+ квант света = окись азота+ атом кислорода),
Кислотную среду в атмосфере создает также азотная кислота,
образующаяся из оксидов азота. Если находящаяся в воздухе азотная кислота
нейтрализуется, то образуется азотнокислая соль, которая обычно
присутствует в атмосфере в виде аэрозолей. Это относится также к солям
аммония, которые получаются в результате взаимодействий аммиака с какой-
либо кислотой.
3.2.2 Источники соединений азота.
Эти источники могут быть как естественными, так и антропогенными.
Рассмотрим наиболее важные естественные источники.
Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в
почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота.
Согласно современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн т
оксидов азота.
Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за
очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные
азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы
атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее
количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн т в
год.
Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и
искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате
выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в
саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов азота в
год.
Прочие источники естественных выбросов оксидов азота менее значительны
и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в
атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие
чего происходит обратное попадание образовавшихся оксидов [pic] в
тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах.
Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн т оксидов
азота.
Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом
ме
| |  скачать работу |
Имитационная модель возникновения кислотных дождей в атмосфере |
