загрузка...
загрузка...
На головну

Аерозольна забруднення атмосфери

  1. Антропогенний перетворення і забруднення атмосфери
  2. Розподіл атмосфери в залежності від розташування шарів
  3. Забруднення біосфери автотранспортним комплексом
  4. Забруднення вод важкими металами
  5. Забруднення водойм у зв'язку з їх використанням
  6. Забруднення повітря

Аерозолі - це тверді або рідкі частинки, що знаходяться в підвішеному стані в повітрі. Тверді компоненти аерозолів у ряді випадків особливо небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, імли або серпанку. Значна частина аерозолів утворюється в атмосфері при взаємодії твердих і рідких частинок між собою або з водяною парою. Середній розмір аерозольних часток становить 11-51мкм. В атмосферу Землі щорічно надходить близько 11 куб. км. 0пилевіднихчастіц штучного походження. Велика кількість пилових частинок утворюється також в ході виробничої діяльності людей.

Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, які споживають вугілля високої зольності, збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові і сажеві заводи. Аерозольні частинки від цих джерел відрізняються більшою розмаїтістю хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше - оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш'яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбест. Ще більша розмаїтість властива органічному пилу включає аліфатичні і ароматичні вуглеводні, солі кислот. Вона утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, у процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах.

Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи з перевідкладеного матеріалу, переважно розкривних порід, утворених при видобутку корисних копалин або ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС.

Прозорість атмосфери залежить головним чином від вмісту в ній аерозолів (пил, дим, туман). Погіршення прозорості сприяє створенню перешкод авіації, судноплавству, нерідко є причиною великих транспортних аварій.

Пил - один з найбільш поширених забруднювачів атмосфери. Вона погано впливає на живі організми, рослинний світ, прискорює руйнування металоконструкцій, будівель, споруд і має ряд інших негативних наслідків. Пил включає в себе тверді аерозолі, які утворюються в процесі вивітрювання земної породи, лісових пожеж, вулканічних вивержень, промислових викидів. Промислова пил - одна з основних складових. Її зміст в повітрі визначається станом індустрії і транспорту. Вже зараз у багатьох містах світу склалася небезпечна ситуація, яка прямим чином впливає на людину та її здоров'я.

 Взаємодія аерозолів з об'єктами техносфери. Залежно від агрегатного стану дисперсної фази розрізняють: тумани - аерозолі з рідкою дисперсною фазою, дими, пилу - аерозолі з твердою дисперсною фазою; смоги - аерозолі зі змішаною дисперсною фазою.

Розміри частинок дисперсної фази аерозолів відповідно до класифікації дисперсних систем коливаються в межах від 10-7 до 10-9м. Але дуже часто до аерозолів відносять і Грубодисперсні системи з розмірами частинок від 10-4 до 10-6 м.

Як і інші дисперсні системи, аерозолі отримують двома методами: конденсаційними і диспергационними. У конденсаційному методі дисперсную фазу отримують з парообразной шляхом фізичного процесу конденсації молекул до частинок колоїдного розміру. Наприклад, пар високої концентрації охолоджується при розведенні його холодним газом або при швидкому розширенні. Деякі аерозолі можуть бути отримані в результаті хімічних реакцій:

НСl (г) + NН3 (г)> NН4Сl (г) (40)

Н2О (г) + SО3 (г)> Н2SО4 (ж) (41)

Дуже часто конденсаційним методом отримують аерозолі в результаті реакцій горіння (наприклад, використовувані в медицині «курильні збори»).

Аерозолі мають здатність розсіювати світло. У них спостерігається конус Тиндаля. Через більшу різниці в показниках заломлення дисперсної фази і дисперсійного середовища інтенсивність світлорозсіювання в аерозолях більше, ніж у ліозолей (ліозолі - дисперсна система, в якій тверді частинки з розміром 10-5 ... 10-7 см розподілені в рідкому безперервному середовищі) . Цей факт використовують для утворення маскувальних димових завіс.

Аерозолі можна класифікувати за походженням на дві великі групи: природні і антропогенні.

Аерозолі природного походження утворюються в процесі вулканічної діяльності, при згорянні метеоритів у верхніх шарах атмосфери, в результаті пилових і піщаних бур, лісових пожеж, розбризкування морської води (морської аерозоль), за рахунок життєдіяльності рослинного і тваринного світу.

Виникнення аерозолів антропогенного походження обумовлено промислової і господарською діяльністю людини.

Аерозольні частинки класифікують також і за розміром частинок:

- Частинки розміром близько 10-7 см називають частками (або ядрами) Айткена. Такі частинки в значній мірі схильні до броунівському русі. Частинки настільки малих розмірів дуже швидко коагулюють з частинками великих розмірів. Ядра Айткена формують електричні поля в атмосфері;

- Частинки розміром порядку 10-6 см стабільніші, для них коагуляція при атмосферних умовах протікає досить повільно;

- Частинки розміром близько 10-5 см називають «великими». На такі аерозолі однаково слабке вплив надають як броунівський рух, так і гравітаційне осадження. Частинки таких розмірів характеризуються найбільшим часом життя в атмосфері;

- Частинки розміром близько 10-4 см осідають під дією сили тяжіння з середньою швидкістю 0,02 см / с, що становить більше 17 м на добу. Швидкість осідання частинок таких розмірів зростає пропорційно квадрату радіусу частинки;

- Частинки розміром близько 10-3 см беруть участь в утворенні хмар; швидкість осідання такої частки при нормальних умовах становить 2 см / с. Частинки таких розмірів можна побачити неозброєним оком на контрастною поверхні;

- Розмір 10-2 см відповідає розміру крапель мряки. Такі частинки осідають зі швидкістю 100 см / с. Частинки такого розміру характерні також і для морських аерозолів, але з високою швидкістю осідання практично не спостерігаються далеко від джерела освіти. У гарну погоду частки таких розмірів в атмосфері присутні вкрай рідко і в незначних кількостях;

- Розмір 10-1 см відповідає розміру дощових крапель. В атмосфері в рік утворюється приблизно 4 • 1022 дощових крапель, що становить 10 крапель на 1 см2 поверхні Землі;

- Рідких аерозолів розміром 1 см не спостерігається, оскільки великі краплі дощу через гідродинамічних ефектів розбиваються до діаметра 0,5 см. Проте, град і сніжинки можуть досягати таких розмірів;

- 10 см - верхня межа розмірів атмосферних частинок, хоча деякі з них (наприклад, частки попелу при виверженні вулканів) можуть досягати й більших розмірів.

Хімічний склад атмосферних аерозолів досить різноманітний: вони утворюються органічними і неорганічними речовинами, як гігроскопічними, так і нерозчинними в воді. Більшу частину аерозольного речовини (70 ... 80%) складають нерозчинні в воді мінеральні та органічні сполуки. Органічні речовини в своїй більшості є продуктами неповного згоряння вуглеводневого палива. Їх зміст оцінюється в 20 ... 25 мкг / м3, але існує і їх природний фон (3 ... 6 мкг / м3) за рахунок речовин, що виділяються рослинами. Деякі хімічні елементи в атмосферних аерозолях, такі як Si, Са, Аl, Fе, Мg можуть мати як природне, так і антропогенне походження, в той час як РЬ, Мn, Zn і деякі інші є типовими продуктами виробничої діяльності людини

2.10 "Кислотні дощі"

Терміном "кислотні дощі" називають усі види метеорологічних опадів - дощ, сніг, град, туман, дощ зі снігом, - рН яких менше, ніж середнє значення рН дощової води (середній рН для дощової води дорівнює 5.6). Виділяються в процесі людської діяльності двоокис сірки (SO2) і оксиди азоту (NОx) трансформуються в атмосфері землі в кислотообразующие частки. Ці частинки вступають в реакцію з водою атмосфери, перетворюючи її в розчини кислот, які і знижують рН дощової води. Вперше термін «кислотний дощ» був введений в 1872 році англійським дослідником Ангус Смітом. Кислотні дощі руйнують будівлі і пам'ятники культури, трубопроводи, виводять з ладу автомобілі, знижують родючість грунтів і можуть призводити до просочування токсичних металів у водоносні шари ґрунту.

Вода звичайного дощу теж є слабокислий розчин. Це відбувається внаслідок того, що природні речовини атмосфери, такі як двоокис вуглецю (СО2), вступають в реакцію з дощовою водою. При цьому утворюється слабка вугільна кислота (CO2 + H2O -> H2CO3). Тоді як в ідеалі рН дощової води дорівнює 5.6 -5.7, в реальному житті показник кислотності (рН) дощової води в одній місцевості може відрізнятися від показника кислотності дощової води в іншій місцевості. Це, перш за все, залежить від складу газів, що містяться в атмосфері тієї чи іншої місцевості, таких як оксид сірки і оксиди азоту.

Механізм утворення кислотних дощів. Коли електростанції і промислові підприємства спалюють вугілля і нафту, з їх димових труб викидаються величезні кількості діоксиду сірки, зважених часток і оксидів азоту. У міру того як викиди діоксиду сірки та оксиду азоту з стаціонарних джерел переносяться вітром на великі відстані, з них утворюються вторинні забруднювачі, такі, як діоксид азоту, пари азотної кислоти і крапельки, що містять розчини сірчаної кислоти, сульфатних і нітратних солей. Ці хімічні речовини потрапляють на земну поверхню у вигляді кислотних дощів або снігу, а також у вигляді газів, туману, роси або твердих частинок. Ці гази можуть безпосередньо поглинатися листям. Комбінація сухих і мокрих осаджень і поглинання кислот ікислотоутворюючих речовин поблизу земної поверхні або на ній називаються кислотними опадами, або кислотними дощами (рис. 21).

18 - Схема освіти кислотних опадів

Ще однією причиною кислотних опадів є викиди оксиду азоту великим числом автомобілів в крупних містах. Такий вид забруднення становить небезпеку як для міських, так і для сільських районів. Так як краплі води і більшість твердих частинок досить швидко видаляються з атмосфери, кислотні опади є скоріше регіональної або континентальної, ніж глобальною проблемою.

Різні рівні кислотності і лужності водних розчинів зазвичай виражаються в одиницях рН (рис. 4-7, с. 105, т. 2). У нейтральних розчинах рН = 7; в лужних, або основних, рН> 7, а в кислих рН <7. Чим менше величина рН, тим більш кислий розчин. Зниження рН на кожну одиницю відповідає десятикратному зростанню кислотності.

Кислотні дощі утворюється в результаті реакції між водою і такими забруднюючими речовинами, як оксид сірки (SO2) і різними оксидами азоту (NOх). Ці речовини викидаються в атмосферу автомобільним транспортом, в результаті діяльності металургійних підприємств і електростанцій, а також при спалюванні вугілля і деревини. Вступаючи в реакцію з водою атмосфери, вони перетворюються в розчини кислот - сірчаної, сірчистої, азотистої і азотної. Потім, разом зі снігом або дощем, вони випадають на землю.

Сухе і вологе осадження кислот. В принципі є два альтернативних варіанти підходу до проблеми кислотних дощів. Один з них базується на твердженнях, що антропогенна діяльність є причиною випадання кислотних дощів. Ця проблема виникла у другій половині XX ст. і обумовлена ??головним чином надмірним викидом в атмосферу оксидів азоту і сірчистого газу. Кислотні дощі екологічно небезпечні в силу їх негативного впливу на будь-які екосистеми.

Другий варіант базується на твердженнях, що дослідження історичних даних не виявляють тенденцій їх зміни, що взаємозв'язок між викидами, а також NOх і ступенем кислотності атмосферних опадів значно слабкіше передбачуваної і що взаємозв'язок між кислотними дощами і екологічними збитками проявляється в значно меншому ступені або навіть майже відсутня .

Розглянемо перший варіант. Приймемо наступні чотири вихідних положення:

- Великі кількості атмосферних забруднень, що виділяються за рахунок згорання палива, промислового виробництва і широкого застосування хімікатів, визначають великі потоки первинних кислих домішок, які можуть вносити суттєвий вклад в кислотність атмосфери;

- Середній час існування забруднень залежить від багатьох факторів, зокрема від стабільності атмосфери, частоти випадання опадів, присутності індивідуальних компонентів атмосфери і т. Д .;

- Більшість забруднень залишається в межах нижньої частини тропосфери і відносно рівномірно розподілено всередині перемішують шару;

- Збільшення потоків кислотності до поверхні землі виникає за рахунок атмосферних опадів з підвищеною кислотністю ( "мокре осадження") і за рахунок адсорбції і випадання в осад газів і аерозолів ( "сухе осадження").

Газові викиди від виробничих процесів, широкомасштабне застосування мінеральних добрив, пестицидів, розчинників, фреонів, використання викопних видів палива для виробництва тепла та енергії, включаючи двигун внутрішнього згоряння, є основними джерелами забруднення атмосфери. При цьому і NOх вважаються головними попередниками кислотних дощів після перетворення в сірчану і азотну кислоти. Треба сказати, що з'ясування механізму окислення первинних забруднень -, NOх, HCl - вельми складна фізико-хімічна завдання, хоча і є найбільш цікавий аспект атмосферної кислотності. Досить вказати на те, що процес перетворення діоксиду сірки в сульфат в атмосфері протікає різними шляхами і призводить до утворення різних продуктів окислення: і т. Д.

Нарешті, третій процес пов'язаний з переносом сильних кислот і їх солей до поверхні землі за допомогою сухого або мокрого осадження.

Сухе осадження - це пряме перенесення з подальшою адсорбцією газів і частинок природними поверхнями (рослинністю, водою, грунтом).

Мокре осадження - непрямий перенос деяких частинок з атмосфери до поверхні землі з дощем, снігом або градом всередині або на поверхні частинок відповідних видів опадів. Загальна картина для кислих і основних компонентів, які беруть участь в хімічних равновесиях, що реалізуються в краплях дощу, наведена на рис. 19.

Переходячи до розгляду результатів впливу кислотних дощів на якість навколишнього середовища, необхідно, перш за все, вказати на багатоплановість цього впливу. Однак якщо навіть обмежитися лише декількома конкретними прикладами, то, очевидно, і цього буде достатньо, щоб отримати цілком певне уявлення про характер впливу. Одним з таких прикладів може служити вплив кислотних дощів на вміст алюмінію в грунті.

Малюнок 19 - Схема моделі виникнення кислотних дощів в атмосфері

Численні дослідження вказують на значне зростання геохимической рухливості алюмінію в грунтах і водоймах, які зазнали випадання кислотних дощів. Результатом цього є неухильне зростання концентрації алюмінію, яке спільно зі зниженням рН становить серйозну небезпеку для риби та інших форм аквафлори.

Переходячи до розгляду результатів впливу кислотних дощів на якість навколишнього середовища, необхідно, перш за все, вказати на багатоплановість цього впливу. Однак якщо навіть обмежитися лише декількома конкретними прикладами, то, очевидно, і цього буде достатньо, щоб отримати цілком певне уявлення про характер впливу. Одним з таких прикладів може служити вплив кислотних дощів на вміст алюмінію в грунті.

Численні дослідження вказують на значне зростання геохимической рухливості алюмінію в грунтах і водоймах, які зазнали випадання кислотних дощів. Результатом цього є неухильне зростання концентрації алюмінію, яке спільно зі зниженням рН становить серйозну небезпеку для риби та інших форм аквафлори.

Алюміній як один з поширених елементів зазвичай пов'язаний в недоступною формі в фазі ґрунтових мінералів. За допомогою експерименту з моделювання кислотного дощу можна довести, що підкислення переводить Аl з твердого грунту в фазу розчину, причому збільшення геохимической рухливості залежить від кількості і природи присутніх в грунті органічних лігандів (наприклад, гумінових і фульвових кислот).

Результати експерименту з моделювання кислотного дощу показують, що підкислення може вивільнити Аl з твердої грунтової фази в фазу розчину (К> K '), і збільшення мобільності залежить від кількості і природи органічних лігандів в грунті.

ліганди (Від лат. Ligo - пов'язую), нейтральні молекули, іони або радикали, пов'язані з центр. атомом комплексної сполуки. Ними можуть бути іони (Н-, НАL-, NO3-, NCS- і ін.), неорганічні молекули (Н2, Зn, N2, Рn, Про2, Sn, СО, СО2, NH3, NO, SO2, NO2, COS та ін.), Органічні сполуки, що містять елементи головних підгруп V, VI, VII гр. періодичної системи.

   

Як свідчать результати експериментів і літературні дані, чим більше кількість сільносвязивающіх лігандів, тим більше збільшується рухливість Аl. Такі ліганди поширені у верхніх горизонтах більше, ніж в нижніх. В даний час незаперечно доведено, що алюміній - це реальний токсичний агент в озерній воді і підкислених водозбірних площах, причому цей метал вилуговується в великих кількостях з грунтів при підкисленні. Алюминийсодержащих буферна система може заміщати звичайну гідрокарбонатну буферну систему, коли озера підкислити, і при рН, близьких до 5, максимальна токсичність алюмінію призводить до високої смертності риб.

Кислотні дощі негативно впливає на водойми - озера, річки, затоки, ставки - підвищуючи їх кислотність до такого рівня, що в них гине флора і фауна. Водяні рослини найкраще ростуть у воді зі значеннями рН між 7 і 9.2. Зі збільшенням кислотності (показники рН видаляються вліво від точки відліку 7) водяні рослини починають гинути, позбавляючи інших тварин водойми їжі. При кислотності рН 6 гинуть прісноводні креветки. Коли кислотність підвищується до рН 5.5, гинуть донні бактерії, які розкладають органічні речовини і листя, і органічне сміття починає накопичуватися на дні. Потім гине планктон - крихітне тварина, яке становить основу харчового ланцюга водойми і харчується речовинами, що утворюються при розкладанні бактеріями органічних речовин. Коли кислотність досягає рН 4.5, гине вся риба, більшість жаб і комах.

Кислотні дощі завдає шкоди не тільки водної флори і фауни. Він також знищує рослинність на суші. Вчені вважають, що хоча до сьогоднішнього дня механізм до кінця ще не вивчений, складна суміш забруднюючих речовин, що включає кислотні опади, озон, і важкі метали в сукупності призводять до деградації лісів.

Імітаційна модель виникнення кислотних дощів в атмосфері описує різні джерела викидів сполук сірки та азоту в атмосферу, хімічні реакції, в результаті яких в атмосфері утворюються сірчана і азотна кислоти і вплив кислотних опадів на природні екосистеми і людини. Також розглядається ряд заходів щодо зниження освіти кислотних дощів в атмосфері. На вході моделі розглядаються різні джерела надходження окислів сірки та азоту. Ці джерела можуть мати як природне, так і антропогенне походження. Внесок антропогенних джерел в освіту кислотних дощів у багато разів перевищує внесок природних джерел. Тому необхідне застосування заходів щодо зниження саме антропогенних викидів окислів сірки і азоту в атмосферу. Дивитися малюнок-схему нижче.

Показником впливу кислотних дощів є підкислення води. Є переконливі докази зменшення величини рН прісної води за останні десятиліття; причому підкислення, що спостерігається на різних водних ділянках, добре узгоджується зі змінами складу опадів. Помічено, що у великій кількості кислих річок і озер відбувається інтенсивний ріст водоростей і мохів. Багато водорості в процесі фотосинтезу неактивні. Накопичення водоростей при низьких значеннях рН, ймовірно, обумовлено меншим розкладанням і зменшенням поїдання безхребетними тваринами. Мінералізація водних організмів в кислих розчинах сповільнюється, що призводить до накопичення речовини на дні озер і збільшення швидкості утворення мохів. Щільні драглисті грибкові підстилки зменшують кількість кисню, необхідного для аеробного розкладання. В кінцевому рахунку зменшується повернення в цикл фосфору, який має велике значення для продуктивності озер. Не можна не відзначити, що при цьому має місце також зміна донних безхребетних, що становлять їжу для риб і вельми чутливих індикаторів зміни рН. Так, при рН нижче 4,5 не виявляються жодні ракоподібні, равлики, мідії, і при цьому не може жити ніяка що має промислове значення прісноводна риба.

Нарешті, показовим прикладом може служити вплив кислотних дощів на архітектурні споруди та пам'ятники. Звичайні матеріали для кам'яної кладки - це вапняк, мармур, пісковики, базальт, граніт. Крім того, використовуються і штучні матеріали, такі, як цегла, бетон, різні вапняні розчини. Добре відомо, що ці матеріали в основному складаються з карбонатів і силікатів, все мають високу чутливість до впливу кислих осаджень і до присутності атмосферного. Так, наприклад, якщо взяти мармур, то під дією зазначених хімічних агентів протікають реакції. Основний реакцією, відповідальної за руйнування мармуру та пошкодження пам'ятників, є утворення сульфату, яке відбувається на поверхні цих матеріалів. При цьому окислення до відбувається за рахунок каталітичного дії таких поверхневих домішок, як, кіптява, волога, а також завдяки окислюючими сірку бактерій. Узагальнення великий інформації, в тому числі і розглянутої вище, дозволяє зробити ряд далекосяжних висновків про вплив кислотних дощів на навколишнє середовище. Зокрема, можна стверджувати, що:

- Кислотний дощ змінює величину рН річок і озер і може викликати їх біологічну смерть;

- При поглинанні ґрунтами кислотний дощ вилуговує основні природні мінерали (калій, кальцій, магній) і, несучи їх в шар підгрунтя, позбавляє дерева і рослини поживних речовин;

- Під впливом кислотних дощів зростає геохимическая рухливість алюмінію, яка веде одночасно зі зниженням рН до зростання його концентрацій і зміни його токсичних форм;

- Кислотні дощі сприяють руйнуванню кам'яної кладки, а також архітектурних споруд і пам'ятників.

Як вже зазначалося, до проблеми кислотних дощів є два протилежні підходи. Переходячи до розгляду варіанта, альтернативного попереднього, необхідно підкреслити, що, за твердженням деяких американських вчених, цей варіант представляє новий погляд на проблему кислотних дощів. Відповідно до нього загальноприйняту думку про те, що причиною кислотного дощу, а отже і екологічних збитків, є підвищений вміст і NOx в газових викидах, засноване на обмеженому відборі даних і не підкріплено доказами з залученням більш широких доступних відомостей. Щоб зрозуміти суть даного підходу, доцільно простежити взаємозв'язок між викидами і кислотністю дощів в будь-якій частині планети. Коли вся увага зосереджена на змісті викидів і сульфатів в атмосферних опадах, то здається можливим прийняти, що сульфат є основною ознакою кислотності в атмосферних опадах і виразником концентрації водневих іонів. Тим часом насправді для коректного визначення кислотності дощу за допомогою хімічних методів потрібно облік щонайменше восьми видів іонів: трьох аніонів, що активують кислоту (сульфату, нітрату, хлориду), і п'яти катіонів, що нейтралізують кислоту (калію, натрію, кальцію, магнію, амонію). Виражена в мікроеквівалентах на 1 л різниця між сумами аніонів та катіонів визначається як концентрація водневих іонів або кислотність:

Озон в атмосфері. Озоновий шар планети

Контроль за рівнями озону в тропосфері. Рівень озону в тропосфері залежить насамперед від викидів оксидів азоту і вуглеводнів в поєднанні с. сонячним світлом (рис.). Таким чином, зниження рівня озону вимагає комплексного застосування методів контролю на вході і на виході, вже обговорювалися стосовно оксидів азоту і автотранспорту.

Це вимагає також зменшення викидів вуглеводнів. У 1989 р Окружна рада з управління якістю повітря узбережжя Південної Каліфорнії запропонував радикальну програму зменшення вмісту озону і фотохімічного смогу в районі Лос-Анджелеса. Федеральним агентством охорони навколишнього середовища, потрібно:

- Строгий контроль за переробкою нафти, сухим чищенням одягу, забарвленням автомобілів, друкарнями, пекарнями, сміттєспалювальні заводи й іншими ^ промисловими виробництвами, які викидають велику кількість вуглеводнів та інших забруднювачів, або переміщення цих підприємств; повинні бути заборонені типи шин, що виділяють тверді частинки;

- Заборона використання аерозольних розпилювачів, фарб, домашніх очищувачів, рідин для розпалювання шашличних, а також інших продуктів, службовців джерелом вуглеводнів, або знаходження їм заміни;

- Поступова заміна бензинових двигунів протягом двох десятиліть шляхом переведення до 1998 р 40% легкових автомобілів і 70% вантажівок, автобусів і газонокосарок на альтернативні види палива - метанол, етанол, природний газ або електрику. Автобусний парк повинен здійснити це до 1991 року, таксі і прокат машин ~ до 1993 р .; до 2009 році повинні бути заборонені всі види машин і суден, що працюють на бензині;

- Використання систем переробки парів вуглеводнів на бензоколонках і продаж альтернативних видів палива;

- Підвищення вартості паркування, для скорочення використання автомобілів і заохочення маршрутних перевезень і громадського транспорту;

- Заборона 70% парку вантажівок виїжджати на вулиці в ранкові та вечірні години пік в робочі дні.

Здійснення цього плану обійдеться в 2,8-15 млрд. Доларів на рік, причому він може бути похований під впливом громадської думки, коли жителі почнуть відчувати незручність від таких радикальних змін. Однак прихильники цього плану доводять, що альтернатива, яка полягає у подальшому погіршенні якості повітря в самому забрудненому місті країни, обійдеться споживачам і підприємцям набагато дорожче.

Виснаження озону в стратосфері. У 1974 р хіміки Шервуд Роланд і Маріо Моліна теоретично припустили, що хлорфторвуглеці (ХФВ) - більш відомі як фреони - знижують середню концентрацію озону в стратосфері. У 1930 р, коли були винайдені хлорфторвуглеці, припустити про це їх властивості ніхто не міг.

Стійкі, без запаху, не займисті, неотруйні, що не викликають корозію речовини були мрією хіміків. Скоро їх стали широко використовувати в якості охолоджувачів в кондиціонерах повітря і холодильниках, а також в аерозольних балончиках. ХФУ застосовують для чищення електронних деталей, як стерилізаторів в лікарнях, для виготовлення пінополістиролу та інших пінопластів для ізоляції та упаковки. Після 1945 року різко зросла використання чотирьох основних типів ХФУ. Широко використовувалися також сполуки, що містять бром, - Халонен, головним чином в вогнегасниках. На частку індустріальних країн припадає 84% усіх вироблених у світі хлорфторуглеродов, причому лідируюча роль належить Сполученим Штатам, за якими слідують Японія і західноєвропейські країни.

З 1978 р використання ХФУ в аерозольних балончиках заборонено в США, Канаді і в більшості скандинавських країн. Однак у всьому світі різко зросла їх використання в інших цілях, а в країнах Західної Європи і в аерозолях, на частку яких все ще припадає 25% глобального споживання ХФУ. Основним джерелом надходження ХФУ в атмосферу є аерозольні балончики, викинуті або протікають холодильники і кондиціонери, а також спалювання пінопластів. Залежно від типу ХФУ зберігаються в атмосфері від 22 до 111 років.

 Малюнок 20 - Руйнування озону оксидами азоту

Протягом декількох десятиліть хлорфторвуглеці поступово переміщуються в стратосферу. Там під впливом високоенергетичної УФ-радіації вони розпадаються з вивільненням атомів хлору, що прискорює перетворення озону в кисень. Згодом один-єдиний атом хлору може перетворити до 100 тис. Молекул О3 в молекули О2. Атоми брому, що виділяються в стратосфері з Халонен, також перетворюють озон на кисень. ХФУ належать до парникових газів і вносять свій внесок в глобальне потепління.

У 1988 р Національне управління з аеронавтики і дослідженню космічного простору (НАСА) опублікувало дослідження, яке показало, що кількість стратосферного озону над найбільш густонаселеними районами Північної Америки, Європи, Китаю і Японії зменшилася після 1969 року на 3%. Над Скандинавією і Аляскою середнє скорочення озону взимку становить 6%.

У 1980-х роках вчені були вражені, виявивши, що щорічно з вересня по листопад руйнується до 50% озону у верхній стратосфері над Антарктикою. У 1987 р. ця озонова діра покривала територію, рівну площі Сполучених Штатів. Дослідження свідчать, що щорічне зменшення кількості озону над Південним полюсом викликане наявністю крижаних хмар, які активізують руйнують озон ХФУ. У 1989 р присутність хлорфторуглеродов було виявлено і в стратосфері над Північним полюсом. Таким чином, найближчим часом щорічно протягом кількох місяців над Арктикою буде, мабуть, спостерігатиметься ще одна озонова діра.

На озоновий шар в стратосфері можуть вплинути сильні виверження вулканів і природні кліматичні процеси, такі, як циклічні зміни сонячної активності. Однак є переконливі і все міцніючі свідоцтва того, що ХФУ, галогени та інші містять хлор речовини (такі, як тетрахлорид вуглецю і метиловий хлороформ, використовувані як кошти для очищення і видалення жирів) є головною причиною виснаження озонового шару стратосфери.

Наслідки виснаження озону. Чим менше буде озону в стратосфері, тим більше ультрафіолетової радіації буде надходити на землю. Зменшення кількості стратосферного озону на 5% викличе такі наслідки, наприклад, для Сполучених Штатів:

- Щорічно додатково буде реєструватися 940 тис. Випадків раку шкіри в базальних і сквамозних клітинах, що спотворюють, але не фатальних при своєчасному лікуванні видів раку;

- Щорічно реєструються випадки, як правило, смертельного меланомного раку шкіри, який в даний час вбиває 9000 американців / в рік, зростуть на 30 тис .;

- Різко почастішають випадки катаракти очей і сильних сонячних опіків у людей, а також частіше будуть відзначатися випадки раку очей у худоби;

- Імунна система людини буде порушуватися, що зменшить опірність різноманітним інфекційним хворобам;

- Збільшиться вміст вкрай шкідливого озону в зухвалій подразнення очей фотохімічному смог і кислотних опадів в тропосфері;

- Скоротяться врожаї важливих харчових культур, таких, як кукурудза, рис, соя, пшениця;

- Буде завдано шкоди деяким видам водних рослині, що є важливими елементами харчових ланцюгів в океані;

- Щорічний збиток від руйнування пластиків і інших полімерів складе 2 млрд. Доларів;

- Відбудеться глобальне потепління (парниковий ефект), яке призведе до зміни клімату, продуктивності сільського господарства і лісів і вплине на виживання диких тварин.

Захист озонового шару. Моделі атмосферних процесів показують, що для: підтримання кількості ХФУ, в атмосфері на рівні 1987 р необхідно негайно знизити величину їх викидів у всьому світі на 85%. Аналітики вважають, що першим кроком на шляху до цієї мети має бути негайне глобальне заборона використання ХФУ, яким вже є доступні за ціною замінники, в аерозольних розпилювачах і в виробництві пінопластів. Слід також вимагати від станцій обслуговування автомобілів повторно використовувати ХФУ з автомобільних кондиціонерів, а продаж невеликих балончиків, що містять ХФУ, які використовуються споживачами для підзарядки протікають автомобільних кондиціонерів, повинна бути заборонена до 2002 р

Наступним кроком мало б бути заборона будь-якого використання хлорфторвуглеців, галогенів, метилового хлороформу і тетрахлорида вуглецю до 1995 р Замінники охолоджувачів в холодильниках і повітряних кондиціонерах будуть, мабуть, більш дорогими.

Однак навіть якщо б всі хлорфторвуглеці були заборонені завтра, планеті буде потрібно близько 100 років, щоб ліквідувати наслідки сучасного виснаження озону і, отже, убезпечити ХФУ і галогени, вже знаходяться в атмосфері. Ключове питання полягає в тому, чи можуть країни, що розвиваються погодитися пожертвувати короткочасної економічною вигодою, відмовившись від використання ХФУ і галогенів заради захисту життя на Землі в майбутні десятиліття.

 Озоновий шар. Озоновий слойчасть стратосфери на висоті від 12 до 50 км (в тропічних широтах 25-30 км, в помірних 20-25, в полярних 15-20), в якій під впливом ультрафіолетового випромінювання Сонця молекулярний кисень (О2) дисоціюють на атоми, які потім з'єднуються з іншими молекулами О2, утворюючи озон (О3). Відносно висока концентрація озону (близько 8 мл / м?) поглинає небезпечні ультрафіолетові промені і захищає все живе на суші від згубного випромінювання. Більш того, якщо б не озоновий шар, то життя не змогла б взагалі вибратися з океанів і високорозвинені форми життя типу ссавців, включаючи людину, не виникли б. Найбільша щільність озону зустрічається на висоті близько 20-25 км, найбільша частина в загальному обсязі - на висоті 40 км. Якби можна було витягти весь озон, що знаходиться в атмосфері, і стиснути під нормальним тиском, то в результаті вийшов би шар, що покриває поверхню Землі товщиною всього 3 мм. Для порівняння, вся стиснута під нормальним тиском атмосфера становила б шар в 8 км.

Малюнок 21 - Озоновий шар в атмосфері

Механізм утворення, а також витрачання озону був запропонований Сідні Чепменом. Реакції утворення озону:

О2 + h? > 2О. О2 + O > О3. (42)

Фотоліз молекулярного кисню відбувається в стратосфері під впливом ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі 175-200 нм і до 242 нм.

Озон витрачається в реакціях фотолізу і взаємодії з атомарним киснем:

О3 + h? > О2 + О. О3 + O > 2О2.

Крім реакцій, що входять в механізм Чепмена, є цілий ряд інших реакцій, що призводять до загибелі озону. Їх все об'єднують у кілька сімейств, головними з яких є азотне, кисневе (з механізму Чепмена), водневе і галогенове. Ці реакції є каталітичні цикли, тому їх також називають відповідними циклами.

Азотний цикл (NOx):

N2O + O (1D) > NO + NO, (43)

О3 + NO > NO2 + О2, (44)

NO2 + Про > NO + О2. (45)

Глобальне потепління в результаті парникового ефекту. Надходження одного або декількох парникових газів в атмосферу викликало б підвищення середньої температури її нижнього шару в результаті парниковий ефект (рис. 5-5, с. 180, т. 1) .. Мабуть, саме це і сталося головним чином з- за антропогенних емісій газів в атмосферу (рис. 4-14). За період з 1860 по 1988 р середній рівень діоксиду вуглецю в атмосфері Землі виріс на 25%, різкий стрибок відзначався після 1958 р (рис. 4-14а). На 80% такий підйом обумовлений спалюванням викопного палива, причому 75% діоксиду вуглецю надходить з країн, що розвиваються. Близько 22% світових викидів діоксиду вуглецю припадає на Сполучені Штати, де частка спалювання викопного палива в промисловості становить 29%, на електростанціях - 28, на транспорті - 27, в житлових і службових приміщеннях - 16%. Палаючі ліси також є джерелом надходження в атмосферу СО2, в той час як ліси в цілому поглинають вуглекислий газ. В середньому за рік на одного американця припадає 4,5 метричних тонни (5 тонн) емісій СО2, більше, ніж будь-де в світі. Зведення лісів, особливо масова рубка і випалювання тропічних лісів, зумовило приблизно 20% зростання концентрації діоксиду вуглецю.

 




Кларки хімічних елементів в біосфері, атмосфері, гідросфері, літосфері і космосі | Біофільность і Технофільность хімічного елемента. Тупиковий характер потоків Технофільность елементів в біосфері | Система параметрів, що характеризують кордон гранично допустимого рівня забруднення навколишнього середовища | Загальні відомості про атмосферу | Радіоактивні речовини. Радон-222, йод-131, стронцій-90, плуто-ний-239 та інші радіоізотопи, що потрапляють в атмосферу в формі газів або зважених часток. | Тепловий баланс і тепловий режим земної поверхні і атмосфери | Інсоляція. Віддзеркалення і поглинання світла | іоносфера | Хімічні перетворення в атмосферному повітрі | Радіаційний та теплової баланси поверхні Землі |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати