Оценка искусственных источников СО в масштабе биосферы

Газообразные вещества и пары

К газообразным загрязняющим веществам относят вещества, которые при температурах и давлениях, обычных для приземного слоя атмосферы, находятся в газообразном состоянии. Основными газообразными загрязнениями являются оксиды серы SO₂ , SO₃, сероводород H₂S, оксиды азота NO, NO₂, оксиды углерода СО, СO₂, аммиак NH₃.

СО - это самый распространенный загрязнитель атмосферы. В естественных условиях СО встречается в воздухе в очень малых концентрациях, в среднем от 0.1 до 0.2 млн-1. Вулканическая деятельность, некоторые виды брожения в анаэробной среде (природные илы болот), электрические разряды в тропосфере, лесные пожары являются основными источниками СО. Кроме того, живые морские организмы весьма активно участвуют в производстве окиси углерода. Действительно, этот газ могут вырабатывать бурые водоросли (фукусы). По некоторым оценкам, океан производит 9. 106 т этого газа в год, что составляет ~5% количества окиси углерода, поступающей из различных промышленных источников.
Несмотря на эти естественные источники, большинство экологов считают, что горение является основной причиной загрязнения атмосферы СО. В качестве примера: 80% СО бензиновый мотор выбрасывает в первые две минуты при 23-минутном пробеге. Объем этого газа может достигать 11% объема всех выхлопных газов автомобиля. Средняя концентрация СО в больших городах на уровне земли обычно составляет 20 млн-1. Хотя этот газ легко распространяется в атмосфере, уже на уровне третьего этажа его концентрация значительно ниже. Опасная концентрация СО наблюдается на городских перекрестках в оживленные часы, она может подняться до 100 млн-1.

Источник	Потребление, т/год	Выброс СО, т/год
Бензин	379. 106	193. 106
Уголь	3074. 106	12. 106
Дрова	466. 106	16. 106
Сжигание отходов	500. 106	25. 106
Лесные пожары	выжигаемая площадь 7. 106 га	11. 106
Всего		257. 106

Окисление СО не может происходить на высотах более 100 м. Однако роль живых существ в изъятии СО из воздуха является основной причиной поддержания постоянства концентрации СО в атмосфере. Различные почвенные бактерии очень эффективно адсорбируют окись углерода и превращают ее в СО2 или СН4. Дыхание растений также может быть потенциально важным фактором удаления СО из воздуха. Безопасная для растений при обычных концентрациях, она взаимодействует с азотным циклом обмена веществ и представляет серьезную фитотоксичную угрозу при более высоком ее содержании. В частности, СО затормаживает дыхательные процессы.

Растения представляют собой природный источник терпенных углеводородов, дающий 109 т этих веществ в год. Искусственными источниками являются двигатели внутреннего сгорания, всевозможные печи и баки автомобилей. Однако большинство углеводородов поступает в атмосферу в процессе неполного сгорания топлива в двигателях и в горелках печей (до 12.5% несгоревшего топлива). Неполное сгорание также синтезирует углеводороды. Эти продукты являются главным образом олеинами (ненасыщенными углеводородами), которые образуются при крекинг-процессе алифатических соединений и участвуют в образовании пероксилацилнитратов в атмосфере некоторых сильно загрязненных городов (фотохимические смоги). При неполном сгорании происходит также синтез канцерогенных циклических углеводородов: бензо-3,4-пирен, бензантрацен и т.д.

В атмосфере загрязняющие вещества могут взаимодействовать с кислородом, водой, между собой с образованием опасных для биосферы продуктов. В частности, такое явление, как кислотные дожди (кислотные осадки), обусловлено присутствием в атмосфере главным образом оксидов серы и азота. Болезни и усыхания лесов при воздействии кислотных дождей наблюдались еще в 1841 году в районе промышленного центра Германии – города Рура. Термин «кислотные дожди» впервые применил в 1872 году английский химик Смит, изучавший выбросы промышленных предприятий в районе Манчестера. В настоящее время более широким является термин «кислотные осадки».

В отсутствие любых загрязнений у дождевой воды обычно слабо кислая реакция (рН=5,6), что обусловлено растворением в ней углекислого газа из воздуха с образованием слабой угольной кислоты:

СO₂ + Н₂О = Н₂СО₃

Оксиды серы и азота в загрязненной атмосфере постепенно реагируют с парами воды, образуя кислоты, которые выпадают на поверхность земли в виде кислотных осадков:

4NO₂ + O₂ + 2Н₂О = 4НNO₃

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

SO₃ + Н₂О = Н₂ SO₄

Кислотными называют любые осадки – дожди, туманы, снег, рН которых имеет значение 5,5 и менее. Обычно кислотность осадков на две трети обусловлена серной кислотой и на одну треть – азотной кислотой. Значение рН осадков зависит от количества как кислот, так и воды, в которой они растворены. Туман и роса могут быть более кислыми, чем дождь. В туманах кислоты растворены в относительно небольшом количестве влаги. К кислотным осадкам относят также выпадение из атмосферы сухих кислых частиц. Так кислоты могут адсорбироваться на частицах оседающей пыли. Если такие сухие отложения накапливаются на поверхности растений, то при смачивании небольшим количеством влаги, например при выпадении росы, на загрязненной поверхности образуются сильные кислоты. Потому к кислотным осадкам можно отнести и кислотную росу.

Присутствие в атмосфере аммиака приводит к подщелачиванию осадков вследствие образования слабого основания – гидроксида аммония:

NH₃ + Н₂О = NH₄ОН

Продукты реакций, образующиеся при взаимодействия загрязнений в атмосфере (вторичные загрязнения), в результате течения различных биосферных процессов переносятся в другие природные среды, воздействуют на живые организмы, являются часто причиной экологических кризисов. Загрязненный атмосферный воздух является значимым экологическим фактором, оказывающим глубокое влияние на состояние растительных организмов. Исследования разных авторов позволяют расположить некоторые из изученных газообразных загрязнений в следующий ряд по мере увеличения их негативного воздействия на растения: СО₂ < СО < N_xO_y < SO₂ < CI₂ < F₂.

Газообразные загрязняющие вещества и пары ряда органических веществ при попадании в атмосферу могут вызывать разрушение озонового экрана – тонкого слоя озона, находящегося в стратосфере на высоте около 25 км от поверхности земли. Озоновый экран защищает поверхность земли от воздействия ультрафиолетового излучения. Если бы все ультрафиолетовое излучение, падающее на верхние слои атмосферы, достигало поверхности Земли, то вряд ли на ней сохранилась бы жизнь. К азоноразрушающим загрязнениям относится оксид азота NO:

Дата добавления: 2014-01-07