Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Основные и малые компоненты атмосферного воздуха




Лекция 8. Роль основных антропогенных примесей в загрязнении атмосферы.

Основные постоянные и переменные примеси в нижней атмосфере. Время выведения примесей из атмосферы. Долгоживущие и короткоживущие примеси. Понятие о глобальных загрязнителях. Диоксид серы. Монооксид углерода. Углеводороды и их производные. Роль автотранспорта в загрязнении воздуха. Озон и оксиды азота в фотохимическом смоге. Структура выбросов в регионе. Оценка токсичности выбросов.

На основные компоненты воздуха азот, кислород и аргон (таб. 1) приходится 99,96% объема сухого воздуха. Основные компоненты непрерывно связываются и возвращаются в биосферный круговорот (круговорот кислорода и азота), т.е. непрерывно выводятся и вводятся в атмосферу. Например постоянство концентрация aргона, который непрерывно появляется при распаде радиоактивного изотопа калия 40 К, поддерживается абсорбцией пористыми веществами литосферы.

Кроме основных в атмосфере постоянно присутствуют другие малые фоновые компоненты инертных газов, каждая из которых привносит менее сотых долей процента. Соотношение основных компонент и инертных газов в атмосфере практически неизменно. В таблице, малые компоненты выражены в часто употребляемых в зарубежной литературе единицах части на миллион (parts per million - рpm)=млн-1=объем примеси/106 объемов воздуха=10-4об.% объемных процентов. Эта единица легко переводится в привычные нам 1мг/м3 =1 ррm (млн-1)´Молекулярная масса газа/(объем в литрах моля газа при нормальных условиях=22,4 л).

Существуют однако, и компоненты, всегда присутствующие в сухом воздухе, концентрация, которых сильно меняется во времени. Среди переменных компонент сухого воздуха наибольший объемный процент приходится на углекислый газ. Что касается реальной атмосферы, то в ней всегда есть водяной пар: его содержание сильно варьирует как в широтном направлении, так и по высоте. Так, в тропических районах под пологом вечнозеленых лесов оно достигает 3 %, тогда как в Антарктиде может быть на уровне 2 млн-1.

Таблица 1. Основные и малые фоновые компоненты приземного и тропосферного воздуха.

  Вещество Объемное содержание, к сухому воздуху %   Среднее время t выведения
Азот 78,08 Непрерывное возобновление и удаление (НВУ)
Кислород 20,946 НВУ
Аргон 0,934 НВУ
Всего основных компонент 99,96% Соотношение не меняется
Неон 18,18 ррm=млн-1 НВУ
Гелий 5,24 ррm 2 млн. лет
Криптон 1,14 ррm НВУ
Ксенон 0,086 ррm НВУ
Всего малых инертных газов 25,266 ppm Соотношение не меняется
Углекислый газ* 0,033%=330 ррm 2-4 года (НВУ)
Водяной пар 0-4% НВУ (7 дней)
Водород 0,58 ррm Несколько дней
Озон* 0,07ррm летом, 0,02 -зимой 2 месяца (НВУ)
Метан 1,5 ррm 4-7 лет
Окись углерода До 0,1 ррm 0,5 лет
Оксид азота (N2O) 0,5 ррm до 100 лет
Сернистый газ 0,0004 ррm=0,4ррв (млрд-1) 4 дня
Двуокись азота До 0,002 ррm От недели до 4 лет
Фтористый водород До 0,2ррв Несколько дней
Хлор До 1,5 ррв Несколько дней
Йод До 4 ррв Несколько дней
Cероводород 0,2ррв 2 дня
Аммиак До 0,2 ррв неделя

 

Одной из важных характеристик, влияющих на степень загрязнения тем или иным веществом является время уменьшения начальной концентрации С(0) в е раз, или среднее время жизни τ.

(1)

Как видим из таб.1 характерное время необходимое для химического превращения, абсорбции малых компонент колеблется от дней для сернистого газа до нескольких лет для метана. Сравнивая среднее время выведения малых компонент из атмосферы, становится понятно, что практические масштабы мониторинга источников каждого из веществ могут быть как локальные, так и региональные и глобальные. Представим себе что, если было бы возможно пометить краской молекулы бесцветных газов таких как сероводород Н2S, сернистый газ, аммиака NH3 и СО выбрасываемые трубами Карабаша (~600 в.д., φ~550 с.ш.) в среднюю часть тропосферы (4 км) то при скорости западного переноса 10 м/с (36 км/ч), и отсутствии турбулентной диффузии можно было бы заметить «окрашенные» молекулы в концентрации всего в ~ 3 раза меньшей начальной:

1) сероводород примерно над Новосибирском (расстояния до ~ 1700 км),;

2) сернистый газ в Красноярске (~ 3500 км),

3) аммиак в такой концентрации обнаружится даже в Хабаровске.

Однако обогнув широтную окружность 2πR3cosφ=25000 км (Rз радиус Земли) за 700 часов, т.е. через месяц концентрации «возвратившихся» сернистого газа и аммиака будет равна всего e-7, e-4 от начальной (см. формулу 1).

4) Более долгоживущие загрязнители такие как молекулы угарного газа обогнут планету вдоль круга широты и пролетят над Уралом почти в неизменном количестве.

Известно, что зональный перенос в атмосфере намного слабее широтного. Например, время обмена воздухом между полушариями на уровне стратосферы оценивается как полгода, следовательно, с точки зрения времен жизни глобальными загрязнителями являются лишь СО2, CH4, NO2 (см. таб.1) и ряд фреонов, имеющих времена, жизни более одного года.

Большое время жизни метана определяет то, что метан довольно равномерно распределен во всей толще тропосферы, его концентрации характеризуются сравнительно небольшим широтным градиентом, умеренными сезонными колебаниями и некоторым локальным превышением фонового уровня в атмосфере городов. Впрочем, содержание метана в воздухе крупных городов ненамного превосходит фоновое. В воздухе городов содержание метана обычно до 2,0 ppm в отдельных случаях достигая 7 ppm. Картина пространственно временного распределения метана во многом характерна и для других малых газовых составляющих атмосферы, имеющих относительно большое время жизни.

Вместе с тем под глобальными загрязнителями, часто подразумевают не только долгоживущие примеси, но и примеси выбрасываемые в большом количестве (см. Таб.2), учитывается возможность участия их производных в дальнейшей миграции. Так диоксид серы, выбрасываемый в количествах сопоставимых с естественными источниками, трансформируется при присутствии водяного пара в аэрозоль серной кислоты. Аэрозоль долгое время способна живет в стратосфере (см. далее), в тропосфере же служит ядрами конденсации и подкисляет частицы осадков. С другой стороны, прямых антропогенных источников тропосферного озона нет, но он является производным продуктом фотохимических реакций в присутствии оксидов азота и углеводородов, угарного газа. Важным фактором является и степень опасности веществ. В сравнении с оксидом углерода антропогенная эмиссия ртути в 70 тысяч раз меньше, но и ПДКсс ртути 0,0003 мг/м3 в 10 тыс. раз меньше, чем ПДКсс угарного газа 3 мг/м3, т.е. в эквивалентах ПДК выбросы ртути всего в 7 раз меньше. Начальное действие СО и пары ртути сходно- это нарушение работы центральной нервной системы и почек. Однако СО выводится через некоторое время, а ртуть накапливается в организме человека и в конечном итоге ее воздействие приводит к расстройству умственных способностей. В виде соединений ртуть не теряет своей токсичности может поступать в пищу человека с продуктами животного и растительного происхождения, тогда как СО достаточно легко трансформируется в безобидные вещества.

Таблица 2. Масса (т/год) загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу (Владимиров и др., 1991, с изменениями)

Вещество Естественные поступления Антропогенные выбросы
Оксид углерода (СО) мало, нет точных данных 3,5 ×108
Диоксид серы (SО2) 1,4× 108 1,45×108
Оксиды азота (NOx) 1,4× 109 (1, 5-2,0) ×107
Аэрозоль (твердые частицы) (0,8-2,2) ×1011 (1-2,6) ×1011
Полихлорвинилы, фреоны   фреоны не поступает 2,0 ×106
Озон (О3) 2,0 ×109 образуется в смоге
Углеводороды 1,0× 109 1,0 ×106
Свинец (Рb) очень мало 2,0 ×105
Ртуть (Hg) очень мало 5,0 ×103

 

Далее кратко рассмотрим основные газовые примеси, выбрасываемые или образующиеся в результате антропогенной эмиссии в атмосфере городов.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 1299; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.