Загрязнение атмосферы
т. В отличие от углекислого газа
сернистый ангидрид является весьма нестойким химическим соединением. Под
воздействием коротковолновой солнечной радиации он быстро превращается в
серный ангидрид и в контакте с водяным паром переводится в сернистую
кислоту. В загрязненной атмосфере, содержащей диоксид азота, сернистый
ангидрид быстро переводится в серную кислоту, которая, соединяясь с
капельками воды, образует так называемые кислотные дожди.
К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и
ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются
различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими
атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В
результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные
радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде
аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться
особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в
приземном слое воздуха. Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое
воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует
инверсия - расположения слоя более холодного воздуха под теплым, что
препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В
результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание
их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования
ранее неизвестного в природе фотохимического тумана.
Фотохимический туман (смог)
Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и
аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных
компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные
органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности
фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических
реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации
оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная
радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при
мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая
безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для
создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются
чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде
солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с
образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с
молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид
азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в
диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами
выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют
осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации
новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количестве
озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере
постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В
свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере
концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные
для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так
называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной
способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-
Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему
физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для
дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной
смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.
Озоновый слой Земли
Озоновый слой Земли – это слой атмосферы, близко совпадающий со
стратосферой, лежащий между 7 – 8 (на полюсах), 17 – 18 (на экваторе) и 50
км над поверхностью планеты и отличающийся повышенной концентрацией молекул
озона, отражающих жесткое космическое излучение, гибельное для всего живого
на Земле. Его концентрация на высоте 20 – 22 км от поверхности Земли, где
она достигает максимума, ничтожно мала. Эта естественная защитная пленка
очень тонка: в тропиках ее толщина составляет всего 2 мм, у полюсов она
вдвое больше.
Активно поглощающий ультрафиолетовое излучение озоновый слой создает
оптимальные световой и термические режимы земной поверхности, благоприятные
для существования живых организмов на Земле. Концентрация озона в
стратосфере непостоянна, увеличиваясь от низких широт к высоким, и
подвержена сезонным изменениям с максимумом весной.
Своему существованию озоновый слой обязан деятельности
фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород
ультрафиолетовых лучей. Он защищает все живое на Земле от губительного
действия этих лучей.
Предполагается, что глобальное загрязнение атмосферы некоторыми
веществами (фреонами, оксидами азота и др.) может нарушить функционирование
озонового слоя Земли.
Главную опасность для атмосферного озона составляет группа химических
веществ, объединенных термином «хлор-фторуглероды» (ХФУ), называемых также
фреонами. В течение полувека эти химикаты, впервые полученные в 1928 г.,
считались чудо - веществами. Они нетоксичны, инертны, чрезвычайно
стабильны, не горят, не растворяются в воде, удобны в производстве и
хранении. И поэтому сфера применения ХФУ динамично расширялась. В массовых
масштабах их начали использовать в качестве хладагентов при изготовлении
холодильников. Затем они стали применяться в системах кондиционирования
воздуха, а с началом всемирного аэрозольного бума получили самое широкое
распространение. Фреоны оказались очень эффективны при промывке деталей в
электронной промышленности, а также нашли широкое применение в производстве
пенополиуретанов. Пик их мирового производства пришелся на 1987 – 1988 гг.
и составил около 1,2 – 1,4 млн., т. в год, из которых на долю США
приходилось около 35%.
Механизм действия фреонов следующий. Попадая в верхние слои атмосферы,
эти инертные у поверхности Земли вещества становятся активными. Под
воздействием ультрафиолетового излучения химические связи в их молекулах
нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с
молекулой озона «вышибает» из нее один атом. Озон перестает быть озоном,
превращаясь в кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, опять
оказывается свободным и «пускается в погоню» за новой «жертвой». Его
активности и агрессивности хватает на то, чтобы разрушить десятки тысяч
молекул озона.
Активную роль в образовании и разрушении озона играют также оксиды
азота, тяжелых металлов (меди, железа, марганца), хлор, бром, фтор. Поэтому
общий баланс озона в стратосфере регулируется сложным комплексом процессов,
в которых значительными являются около 100 химических и фотохимических
реакций. С учетом сложившегося в настоящее время газового состава
стратосферы в порядке оценки можно говорить, что около 70 % озона
разрушается по азотному циклу, 17 – по кислородному, 10 – по водородному,
около 2 – по хлорному и другим и около 1,2 % поступает в тропосферу.
В этом балансе азот, хлор, кислород, водород и другие компоненты
участвуют как бы в виде катализаторов, не меняя своего «содержания»,
поэтому процессы, приводящие к их накоплению в стратосфере или удалению из
нее, существенно сказываются на содержании озона. В связи с этим попадание
в верхние слои атмосферы даже относительно небольших количеств таких
веществ может устойчиво и долгосрочно влиять на установившийся баланс,
связанный с образованием и разрушением озона.
Нарушить экологический баланс, как показывает жизнь, совсем несложно.
Неизмеримо сложнее восстановить его. Озоноразрушающие вещества на редкость
стойки. Различные виды фреонов, попав в атмосферу, могут существовать в ней
и творить свое разрушительное дело от 75 до 100 лет.
Малозаметные поначалу, но накапливающиеся изменения озонового слоя
привели к тому, что в Северном полушарии в зоне от 30 до 64-го градуса
северной широты с 1970 г. общее содержание озона сократилось на 4% зимой и
на 1% летом. Над Антарктидой – а именно здесь впервые была обнаружена
«пробоина» в озоновом слое – каждую полярную весну открывается огромная
«дыра», с каждым годом все увеличивающаяся. Если в 1990 – 1991 гг. размеры
озоновой «дыры» не превышали 10,1 млн. км2, то в 1996 г., как сообщает
бюллетень Всемирной метеорологической организации (ВМО), ее площадь уже
составляла 22 млн. км2. Эта площадь в 2 раза больше площади Европы.
Количество озона над шестым континентом было вполовину ниже нормативного.
Более 40 лет ВМО наблюдает за озоновым слоем над Антарктидой. Феномен
регулярного образования «дыр» именно над ней и Арктикой объясняется тем,
что озон особенно легко уничтожается при низких температурах.
Впервые беспрецедентная по своим масштабам озоновая аномалия в Северном
полушарии, «накрывшая» гигантскую площадь от побережья Ледовитого океана до
Крыма, была зафиксирована в 1994 г. Озоновый слой угасал на 10 – 15%, а в
отдельные месяцы – на 20 &n
| |  скачать работу |
Загрязнение атмосферы |
