Природные и техногенные источники загрязнения и их воздействие на атмосферу
Существует два главных источника загрязнения атмосферы: естественный и антропогенный.
Естественный источник - это вулканы, пыльные бури, выветривание, лесные пожары, процессы разложения растений и животных.
Антропогенные, в основном делят на три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем, загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места.
Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнения - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы.
Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов. По данным ученых (1990 е.), ежегодно в мире в результате деятельности человека в атмосферу поступает 25,5 млрд т оксидов углерода, 190 млн т оксидов серы, 65 млн т оксидов азота, 1,4 млн т хлорфторуглеродов (фреонов), органические соединения свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные (вызывающие заболевание раком). Наиболее распространенные загрязнители атмосферы поступают в нее в основном в двух видах: либо в виде взвешенных частиц (аэрозолей), либо в виде газов. По массе львиную долю — 80—90 процентов — всех выбросов в атмосферу
из-за деятельности человека составляют газообразные выбросы. Существуют 3 основных источника образования газообразных загрязнений: сжигание горючих материалов, промышленные производственные процессы и природные источники. Рассмотрим основные вредные примеси антропогенного происхождения.
Þ Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
Þ Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 170 млн. т. В год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах. Только в США общее количество выброшенного в атмосферу сернистого ангидрида составило 65 % от общемирового выброса.
Парниковый эффект
Парниковый эффект (оранжерейный эффект) атмосферы, свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землёй. Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновую солнечную радиацию, которая почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь за счёт поглощения солнечной радиации, земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового, излучения, прозрачность атмосферы для которого мала и которое почти полностью поглощается в атмосфере. При ясном небе только 10—20% земного излучения может, проникая сквозь атмосферу, уходить в космическое пространство.
Атмосфера Земли выполняет функцию пленки (стекла) в парнике: воздух пропускает солнечную энергию, не давая ей при этом рассеяться обратно в космос. Солнце нагревает поверхность Земли. Как и всякое нагретое тело, Земля испускает невидимые глазом инфракрасные лучи, а так как главные газы атмосферы – кислород и азот – не поглощают их, они рассеиваются в космическом пространстве. Но в атмосфере в малых концентрациях содержатся водяные пары, углекислый газ (диоксид углерода), метан, оксиды азота и т.д. – парниковые газы, способные поглощать инфракрасное излучение. В результате такого поглощения часть энергии Солнца аккумулируется в атмосфере, что способствуют повышению ее средней температуры. Если бы этого не происходило, Земля была бы примерно на 30ºС холоднее, чем сейчас, и жизнь бы на ней в современных формах не существовала. Парниковый эффект – повышение средней температуры за счет поглощения атмосферой инфракрасного излучения нагретой Солнцем Земли
Озоновая дыра
Озоновая дыра — это локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли.
Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году в Южном полушарии над Антарктидой группой британских ученых во главе с Джорджем Фарманом. Она появлялась каждый год в августе и прекращала свое существование в декабре—январе. В 2008 году размер озоновой дыры над Антарктикой достиг рекордных размеров в 27 млн. км2. В 1992 году было обнаружено, что над Северным полушарием в Арктике также образовывалась озоновая дыра, но меньших размеров.
Установлено, что на содержание озона оказывают влияние азотсодержащие загрязнители воздушной среды, которые появляются как в результате естественных процессов, так и в результате антропогенных загрязнений.
NО образуется в двигателях внутреннего сгорания. Соответственно запуск ракет и сверх звуковых самолетов приводит к разрушению озонового слоя. Источником NО в стратосфере служит также газ N2О, который устойчив в тропосфере, а в стратосфере распадается под действием жесткого ультрафиолетового излучения.
Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в атмосферу больших масс различных химических соединений. Большинство антропогенных источников сконцентрировано в городах, занимающих лишь небольшую часть территории нашей планеты. В результате движения воздушных масс с подветренной стороны больших городов образуется многокилометровый шлейф загрязнений.
Процессы дегазации мантии Земли сопровождаются выделением широкого спектра органических соединений. Так, в пробах газов вулканов острова Кунашир и Камчатки идентифицировано около 100 органических соединений с длиной цепи до 12 углеродных атомов. Источников богатых углеводородами газов являются грязевые вулканы, чаще всего встречающиеся в нефтеносных областях.
Кислотные дожди
К кислотным дождям обычно относят все виды осадков, которые отличаются повышенным содержанием оксидов азота и оксидов серы. Почему это происходит и что вообще представляют собой кислотные дожди?
Повышается содержание кислотных оксидов в результате промышленных выбросов, которые насыщены вредными испарениями. Кислоты обладают низким удельным весом, вследствие чего они легко поднимаются на высоту 1,5 - 2 км от поверхности земли и, сконцентрировавшись в слоях атмосферы, выпадают обратно на поверхность земли в виде осадков (чаще всего, в виде дождя).
К определенного рода выбросам можно отнести также выхлопные газы автомобилей. Их концентрация происходит ниже, иногда на высоте 10 м от земли, образуя своеобразный слой. Обыкновенный дождь, проходя через такой слой, приобретает свойства кислотного дождя.
Как распознать такой дождь? Если вы попадаете под него, то, как утверждают знающие люди, у вас появляется кислый привкус во рту. В этом случае обязательно промывание носоглотки подсоленной водой.
СМОГ
Смог – термин, широко используемый для обозначения видимого загрязнения воздуха любого характера. Интенсивный смог вызывает удушье, приступы бронхиальной астмы, аллергические реакции, раздражение глаз, повреждение растительности, зданий и сооружений (особенно сильно страдают покрытия и скульптурные элементы). Печально знаменит смог 1952 г. в Лондоне, когда он стал причиной смерти 4 тыс. человек. Существует несколько видов смога:
Ледяной смог (аляскинского типа) – сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда, возникающих при замерзании капель тумана и пара отопительных систем.
Влажный смог (лондонского типа) - сочетание газообразных загрязнителей (в основном сернистого ангилрида), пылевых частиц и капель тумана.
Фотохимический смог (лос-анджелеского типа, сухой) – вторичное загрязнение воздуха, возникающее в результате разложения загрязняющих веществ солнечными лучами, особенно ультрафиолетовыми. Главный ядовитый компонент фотохимического смога – озон, дополнительными его составляющими служат угарный газ, окислы азота, азотная кислота и др.