Влияние кислотных осадков на биосферу Земли
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.
Источники соединений азота.
Эти источники могут быть как естественными, так и антропогенными.
Рассмотрим наиболее важные естественные источники.
Естественные и антропогенные источники соединений азота, содержащихся
в атмосфере.
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
месте стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т. д.). Во
время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в
воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида
азота NO пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота
образуются в результате горения имеющихся в топливе азотсодержащих веществ.
Сжигая топливо, человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн т оксидов
азота.. Значительным источником оксидов азота также является транспорт.
В целом количества естественных и искусственных выбросов
приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы соединений
серы, сосредоточены на ограниченных территориях Земли.
Необходимо упомянуть, однако, что количество выбросов оксидов азота из
года в год растет в отличие от эмиссии двуокиси серы, поэтому соединения
азота играют огромную роль в образовании кислотных осадков.
Атмосферный аммиак.
Аммиак, имеющий в водном растворе щелочную реакцию, играет
значительную роль в регулировании кислотных дождей, так как он может
нейтрализовать атмосферные кислотные соединения с помощью следующих
реакций:
[pic]
(аммиак+ серная кислота - гидросульфат аммония);
[pic]
(аммиак+ гидросульфат аммония = сульфат аммония);
[pic]
(аммиак+ азотная кислота - нитрат аммония).
Таким образом, эти химические реакции ведут к образованию сульфата и
нитрата аммония.
Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва. Находящиеся
в почве органические вещества разрушаются определенными бактериями, и одним
из конечных продуктов этого процесса является аммиак. Установлено, что
активность бактерий, приводящая в конечном счете к образованию аммиака,
зависит в первую очередь от температуры и влажности почвы. В высоких
географических широтах (Северная Европа и Северная Америка), особенно в
зимние месяцы, выделение аммиака почвой может быть незначительным. В то же
время на этих территориях наблюдается наибольший уровень эмиссии двуокиси
серы и оксидов азота, в результате чего находящиеся в атмосфере кислоты не
подвергаются нейтрализации и, таким образом, возрастает опасность выпадения
кислотного дождя.
В процессе распада мочи домашних животных высвобождается большое
количество аммиака. Этот источник аммиака настолько значителен, что,
например, в Европе он превышает возможности выделения аммиака почвой.
Естественно, этот процесс также зависит от температуры, и в холодные зимние
месяцы скорость распада ниже. Существенными источниками аммиака могут
служить также производство и внесение в землю искусственных удобрений.
Меньшее количество аммиака может попасть в атмосферу в результате сгорания
угля или горючего транспортных средств.
Распространение кислотных веществ в атмосфере.
Загрязняющие вещества, выделяющиеся из источников, близких к поверхности
Земли, естественно, не задерживаются на одном месте, а распространяются в
вертикальном и горизонтальном направлениях, частично преобразовываясь при
этом. Рассмотрим сначала вертикальное перемешивание, которое происходит
посредством конвекционных (упорядоченных вертикальных) или турбулентных
(неупорядоченных) движений. В зависимости от структуры атмосферы и еe
состояния в данный момент перемешивание может достигнуть только
определенной высоты. Эта высота в первую очередь зависит от распределения
температуры по вертикали в атмосфере. Как известно, начиная с поверхности
Земли температура воздуха по мере движения вверх обычно снижается, в
среднем на 0, 6°С на каждые 100 м. На высоте 8-18 км от поверхности это
понижение исчезает, более того, двигаясь выше, можно наблюдать потепление.
Этот слой, где происходит изменение температуры в обратном направлении,
называется тропопаузой, а пространство между ней и поверхностью —
тропосферой. Высота тропопаузы (8-18 км) зависит от географической широты и
для данного места остается постоянной. Выше находится стратосфера, где
потепление в вертикальном направлении происходит в результате поглощения
коротковолнового излучения и протекания фотохимических реакций. Разделяющая
две сферы тропопауза играет важную роль, она действует как экранирующий
слой между тропосферой и стратосферой. Физическим условием движения потока
вверх является снижение температуры воздуха в этом же направлении. Поэтому
перемешивание в тропопаузе замедляется, и загрязняющие вещества уже могут
проникнуть в стратосферу только с помощью диффузии (молекулярное движение).
Последняя представляет собой очень медленный процесс и, таким образом, те
загрязняющие вещества, которые находятся в тропосфере недолго, практически
не могут попасть в стратосферу. С другой стороны, вещества, имеющие
длительное время жизни, могут попасть в стратосферу, например, фреоны,
время нахождения которых в тропосфере исчисляется несколькими десятками
лет.
Микроэлементы, которые находятся в тропосфере в течение короткого
времени (например, соединения серы и азота), могут попасть в более высокие
слои воздуха другим путем, например, при сильном извержении вулкана или во
время полетов в стратосферу.
Таким образом, возвращаясь к тропопаузе, можно сказать, что в результате
увеличения температуры с высотой перемешивание на этом уровне прекращается.
В то же время часто уже в нижних слоях тропосферы, вблизи от поверхности,
наблюдается инверсия температуры, т. е. изменение ее в противоположном
направлении, которое также приводит к прекращению вертикального
перемещения. Местонахождение инверсии иногда хорошо видно невооруженным
глазом. Например, в Будапеште, особенно в зимние месяцы, над загрязненными
местами иногда можно превосходно разглядеть границу между серым
загрязненным нижним и верхним чистым слоями воздуха. На этой границе
прекращается вертикальное перемешивание загрязняющих веществ. Этот близкий
к поверхности слой называют слоем перемешивания. Высота его зависит от
време
| |  скачать работу |
Влияние кислотных осадков на биосферу Земли |
