Лекция 2 - Техногенное воздействие на атмосферу. Последствия загрязнения

Атмосфера – газовая оболочка Земли. Она имеет следующее строение. Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит название тропосферы. Толщина ее в средних широтах составляет 10-12 км над уровнем моря, на полюсах – 7-10, над экватором – 16-18 км. Температура воздуха в тропосфере по высоте уменьшается на 0.6˚ на каждые 100 м и колеблется от 40-50˚С. Выше тропосферы находится стратосфера. Между ними находится тропопауза. Стратосфера имеет протяженность около 40 км. Воздух в ней разряжен, влажность невысокая, температура воздуха от-50˚С до 10˚С. В стратосфере под воздействием космического излучения молекулы воздуха ионизируются, в результате образуется озон. Озоновый слой находится на высоте 25-40 км. Стратопауза отделяет стратосферу от лежащей выше мезосферы. В нем количество озона уменьшается, поэтому средняя температура там значительно ниже. В слое мезосферы наблюдаются серебристые облака. Выше мезосферы расположена ионосфера, между которой находится мезопауза. Для термосферы характерно непрерывное повышение температуры с увеличением высоты. Наиболее удалена от Земли экзосфера (от 800и до 1600 км). Атмосфера выполняет следующие функции:

- содержит кислород, необходимый для дыхания живых организмов;

- является источником углекислого газа для фотосинтеза растений:

- защищает живые организмы от космического излучения;

- сохраняет тепло Земли и регулирует климат;

- трансформирует газообразные продукты обмена веществ;

- переносит водяные пары по планете;

- является средой обитания летающих форм организмов;

- служит источником химического сырья и энергии;

- принимает и трансформирует газообразные и пылевые отходы.

Состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого такими климатическими факторами, как перемещения воздушных масс и атмосферные осадки, жизнедеятельность животного и растительного миров, особенно лесов и планктона мирового океана, а также в результате космических процессов, геохимических явлений и хозяйственной деятельности человека.

Атмосферный воздух необходим для дыхания живых организмов (существ), используется в технологических процессах горения и плавки как сырье для получения кислорода, азота, инертных газов, оксида углерода. Атмосфера является средой для размещения газообразных отходов производства, Под воздействием атмосферных осадков, солнечной радиации и в результате переноса воздушных масс атмосферный воздух избавляется от посторонних примесей. Этот процесс называется самоочищением атмосферы.

Примесь в атмосфере – это рассеянное в атмосфере вещество, не содержащееся в постоянном составе.

Загрязняющее воздух вещество – примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное воздействие на окружающую среду и здоровье населения.

Первичная примесь – примесь сохранившееся за рассматриваемый интервал времени свои физические и химические свойства.

Вторичная примесь – это примесь в атмосфере, образовавшаяся в результате превращения первичных примесей.

Загрязнение атмосферы – поступление в нее химических соединений, которые прямо или косвенно оказывают или могут оказывать в будущем отрицательное воздействие на атмосферу. Техногенные источники загрязнения атмосферы нарушают сложившиеся природные равновесия и вызывают экологический стресс, т.к. техногенная эмиссия загрязняющих веществ осуществляется на 5% суши, где она в 5-20 раз превышает естественную. В насыщенных промышленными предприятиями регионах экосистемы уже не могут выдерживать стрессовые нагрузки («ассимиляционный потенциал территории»). Наиболее распространены (многотонажные) загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода, диоксид серы, окислы азота, различные летучие углеводы, соединения фосфора, сероводород, аммиак, хлор, фтористый водород. Наиболее распространенный и значительный по массе загрязнитель – СО (угарный газ), содержание которого в атмосфере крупных городов колеблется от 1-250 млн^-1 при среднем значении около 20^-1. Очень токсичный газ, который блокирует дыхательную функцию гемоглобина и развитием в последствии кислородной недостаточности. Диоксид серы обладает общесоматическим токсическим действием. Оксиды азота образуются при высокотемпературном окислении азота воздуха кислородом. Во влажном среде в присутствии кислорода превращаются в азотную кислоту. Основным техногенным источником образования оксидом азота является сжигание органического топлива, в том числе автотранспортом. Поступившие из различных источников загрязняющие вещества переносятся в атмосфере упорядоченными воздушными потоками, выпадают на поверхность с атмосферными осадками и вступают в различные химические взаимодействия.

Время, в течение которого в среднем молекула загрязнителя находится в атмосфере, называется временем пребывания. По времени пребывания все загрязнители делят на кратковременные и долговременные. Кратковременные загрязняющие вещества (кислород, окислы азота, ртути и др.) обычно образуют локальные, реже региональные области загрязнения. Долговременные загрязнители (фреоны, оксид углерода и др.) прогрессивно накапливаются в атмосфере. Вертикальные перемещение загрязняющих веществ в атмосфере происходит посредством конвекции, вызванной градиентом температуры.

Горизонтальное распределение загрязняющего вещества зависит от его времени пребывания и от направления и скорости ветра. При средней скорости западных потоков, наблюдаемых в верхней и нижней стратосфере умеренных широт, загрязнители успевают за 10-12 суток обогнуть земной шар. Скорость движения воздуха в меридиональном направлении значительно меньше зональной скорости.

Под действием солнечной радиации находящиеся в атмосфере загрязнители вступают в фотохимические реакции. В этих превращениях участвуют кислород, озон, оксиды азота, серы, углерода. Продукты фотохимических трансформаций, претерпеваемых загрязняющими веществами в окислительной среде атмосферы под действием солнечной радиации, могут оказаться еще более опасными, чем исходные соединения. Особенно опасен фотохимический смог, образующийся в крупных городах вследствие скопления выхлопных газов автотранспорта. В условиях сильной солнечной радиации из них образуется вещества, значительно превосходящие исходные по своей токсичности: озон, пероксиацетилнитрат, пероксибензоилнитрат и др. Компоненты фотохимического смога раздражают слизистые глаз и дыхательных путей, приводят к спазмам в грудной клетке, а при высоких концентрациях вызывают сильный кашель и нейрофизиологические отклонения.

В мире численность автомобилей превышает 400 млн. единиц 80% из которых приходится на легковые, 15-17% - на грузовые и автобусы. По подсчетам, в автомобильных двигателях внутреннего сгорания ежегодно сгорает около 2 млрд. т. нефтяного топлива, а если учитывать, что коэффициент полезного действия двигателя не превышает 23%, то остаток топлива используется не только на обогрев, но и загрязнение окружающей среды. В местах с развитой промышленностью до 80% всех загрязнений дает автотранспорт.

Факторами загрязнения атмосферы автотранспортом являются:

- отработанные газы, выбрасываемые через выхлопную трубу;

- картерные газы;

- углеводородные газы с бака, карбюратора и трубопроводов вследствие испарения и протекания.

Выбросы автотранспорта содержат до 200 химических соединений, некоторые из них чрезвычайно токсичны (CO, CO₂, свинец, бенз(а)пирен). Только один грузовой автомобиль, работающий на бензине, при сгорании 1т. топлива выбрасывает в воздух до 0.6т. CO (угарного газа), а за год это составляет 8-10 тонн. В двигателях внутреннего сгорания на сжигание 1т. бензина расходуется около 15т. воздуха или 2000л. О₂ что в 2.5 раза больше суточного потребления О₂ человеком. При сгорании 1000л. топлива карбюраторный двигатель выбрасывает в атмосферу: 200кг. СО₂, 25кг. углеводородов, 20кг. оксидов азота, 1кг. оксидов серы, 1кг. сажи.

Для уменьшения негативного влияния транспорта на окружающую среду существует несколько путей:

- установление в городах скорости автомобильного транспорта 60км/час, при которой количество выхлопных газов наименьшее;

- проектирование объездных путей для транзитного транспорта;

- создание дорожных развязок на двух или трех уровнях с целью уменьшения количества остановок перед светофорами, когда резко увеличивается выброс газов;

- расширение сети электротранспорта и метрополитена;

- перевод автотранспорта на экологически чистое топливо или природный газ;

- замена антидетонационной добавки к бензину (этиловым спиртом);

- снижение затрат топлива и др.

Высокие концентрации примесей и их миграция в атмосферном воздухе приводят к образованию более токсичных веществ (смог, кислоты) или к таким явлениям как парниковый эффект и разрушение озонового слоя.

Дата добавления: 2014-10-15