Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
- Заходите к нам массаж камнями в Санкт-Петербурге
-

М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология

Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

Предыдущая

15. Загрязнение атмосферы

Состав, структура и функции атмосферы

Атмосфера - наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космосом. Через атмосферу осуществляется обмен веществом и энергией с космосом, в этом состоит ее биосферная функция. Земля получает метеоритный материал и космическую пыль и теряет легкие газы - водород и гелий. Атмосфера Земли пронизана солнечным излучением, которое определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул газов и ионизацию атомов.

Химический состав атмосферы Земли указан в табл.15.1. Азотно-кислородный состав атмосферы Земли отражает ее вторую биосферную функцию - дыхание организмов. В этом состоит отличие атмосферы Земли от атмосфер других планет.

Таблица 15.1.

Химический состав атмосферы Земли

Элемент

Объемная доля,%

Весовая доля, %

N2

O2

Ar

CO2

Ne

He

CH4

Kr

N2O

H2

Xe

O3

78,8

20,95

0,93

0,03

1,8 • 10-3

5,2 • 10-4

2,2 • 10-4

10-4

10-4

5 • 10-5

8 • 10-6

10-6

 

75,51

23,15

1,28

0,046

1,25 • 10-3

0,72 • 10-4

1,2 • 10-4

2,9 • 10-4

1,5 • 10-4

0,3 • 10-5

3,6 • 10-5

3,6 • 10-5

Строение атмосферы отражено на рис.15.1. Наша планета окружена несколькими концентрическими оболочками с разными давлениями, температурами, химическим составом.

Тропосфера представляет собой зону вертикальной циркуляции воздушных масс, что связано с интенсивностью солнечной радиации на разных широтах. Поэтому толщина тропосферы в полярных странах 5-8 км, в экваториальных - 16-18 км. С увеличением высоты понижаются температура и давление.

Рис. 15.1. Структура атмосферы и зависимость температуры от высоты

Верхняя граница тропосферы называется тропопаузой, температура здесь –55 оС. Через тропосферу происходит круговорот воды, что определяет облачность и осадки. Выше, до высоты 55 км, находится стратосфера. В стратосфере происходит турбулентное перемешивание воздуха, температура у верхней границы повышается до 0 оС - стратопауза - озоновый слой. 

Выше, до 85 км, находится мезосфера. Температура понижается до –90 оС, в верхнем слое происходит ионизация атомов азота и кислорода. Выше мезосферы, до 800 км, находится ионосфера. Характеризуется усилением ионизации, что приводит совместно с магнитным полем к полярным сияниям, и повышением температуры до 1500 оС (нагревание Солнцем).

В атмосфере можно выделить постоянные и переменные компоненты. Постоянные перечислены в табл.15.1, переменные - это легко распадающиеся и вступающие в химические реакции - озон, SО2, СО, Н2О.

Загрязнение атмосферы. Последствия для биосферы

Атмосферные загрязнители разделяются по агрегатному состоянию:

1.  Твердые, в том числе пыли.

2.  Жидкие, в том числе аэрозоли.

3.  Газообразные, в том числе пары.

4.  Смешанные.

А также они различаются по происхождению:

1. Естественные земного (вулканы, пожары, выветривание) и неземного (метеориты, кометы) происхождения. Не угрожают состоянию атмосферы.

2. Антропогенные:        теплоэнергетические, атомной энергетики, промышленные, транспортные. Угрожают состоянию атмосферы как природной среды.

Наибольшее загрязнение атмосферы вызывают пыль, углеводороды, окислы углерода, серы, азота. Меньше загрязняют пары тяжелых металлов (ртуть, свинец), радиоактивные выбросы.

Загрязнение атмосферы  имеет следующие глобальные последствия для биосферы Земли:

1. ПАРНИКОВЫЙИ ЭФФЕКТ. Заключается в том, что воздух с повышенным содержанием СО2 прозрачен для солнечного излучения в видимом диапазоне и поглощает тепловое инфракрасное излучение Земли. При этом солнечное излучение беспрепятственно нагревает поверхность Земли, а инфракрасное излучение Земли поглощается в приземном слое и не может уйти в космос. Глобальным последствием увеличения концентрации СО2 в атмосфере будет потепление климата Земли, что приведет к массовому таянию льдов, подъему уровня воды в океанах, затоплению обширных территорий суши, исчезновению части животного и растительного мира.

2. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ. Природа явления не выяснена. Наиболее распространена теория разрушения озона (О3 ) выбрасываемыми в атмосферу фтор- хлор- углеродами, которые используются в компрессионных холодильных установках и для вытеснения жидкостей из аэрозольных упаковок. Большинство развитых стран подписали конвенцию о недопустимости выбросов фтор- хлор- углеродов в атмосферу.

Озоновый слой выполняет защитную функцию, поглощая высокочастотное ультрафиолетовое излучение Солнца, смертельное для живых организмов. Поскольку количество О3 убывает, слой утончается, и все большая часть ультрафиолетовых лучей высокой частоты проходит к поверхности Земли. По прогнозам, в ближайшие годы концентрация О3 в атмосфере снизится на 10 %.

3. КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ. Возникают в результате химических реакций продуктов сгорания с атмосферной водой. Считают, что 2/3 кислотных осадков вызваны реакцией SО22О=Н23, а 1/3 - реакцией 2NО22О+О=2НNО3. В первом случае атмосферные осадки содержат серную кислоту, во втором - азотную. Окислы серы образуются в воздухе при сжигании содержащих серу органических веществ, таких как уголь и нефть. Окислы азота являются результатом химической реакции между атмосферными азотом и кислородом при высоких температурах, возникающих на границе пламени при сжигании в воздухе любых видов топлив. Кислотные осадки разрушают хлорофилл в листьях растений, снижают их урожайность, повышают кислотность почв, вызывают коррозию металлов, отрицательно действуют на человека, растения и животных.

4. СМОГ. Это локальное загрязнение, при котором газообразные загрязнители не рассеиваются, а под действием солнечного излучения образуют NО2 - газ коричневого цвета, О2 и О3. Эти продукты соединяются с аэрозолями и пылью, вступают в реакции с другими загрязнителями, и процесс идет непрерывно, захватывая новые загрязнители.

Методы защиты атмосферы

Допустимое содержание загрязнителей в воздухе определено количественно и нормировано показателями ПДК - предельно допустимых концентраций. Величины ПДК для различных загрязнителей разные. Концентрации газообразных загрязнителей определяются с помощью приборов - газоанализаторов.

Различают несколько видов ПДК:

1. ПДКРЗ (предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны) - это такая концентрация вредных веществ в воздухе, при которой ежедневная работа в течение 8 часов на протяжении всего рабочего стажа не может вызывать у трудящихся отклонений в состоянии здоровья. Устанавливается для промышленных зон.

2. ПДКСС (среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в атмосфере) – устанавливается для жилых зон и биосферы в целом. В условиях концентраций загрязнителей воздуха не превышающих ПДКСС, можно находиться неограниченно длительное время без вреда для здоровья.

Современное производство часто связано с дроблением, измельчением, транспортировкой сыпучих веществ. Это приводит к образованию пыли и поступлению ее в атмосферу. Для очистки воздуха от пыли применяют специальные аппараты.

1. Механические осадители пыли:

а) использующие центробежные силы для отделения пыли от воздуха, называемые циклонами и изобра-женные на рис. 15.2. В данных аппаратах загрязненный воздух совершает спирале-образное движение. Частицы пыли центро-бежными силами отжимаются к стенкам циклона и под действием сил тяжести оседают на дно аппарата;

б) использующие силы инерции и силу тяжести, включающие лабиринты и осадительные камеры. Пример осадительного лабиринта приведен на рис. 15.3.

2. Мокрые инерционные пылеуловители:

а) барботажные и пенные аппараты, в которых очищаемый воздух пропускается через жидкость (как это изображено на рис. 15.4а). Загрязненный воздух подается в жидкость через перфорированную трубку. При снижении размера пузырьков воздуха степень очистки возрастает. Разбиение воздушных пузырьков на более мелкие осуществляется расположением на их пути мелкоячеистой сетки;

б) брызгальные скрубберы, в которых жидкость разбрызгивается в очищаемом воздухе. Пример конструкции скруббера дан на рис. 15.4б;

в) пленочные с осаждением пыли гравитационными, центробежными и инерционными силами при направлении загрязненного воздушного потока на поверхность жидкости.

3.Фильтры тканевые, волокнистые и т.д., задерживающие пыль в мелких порах применяе-мого материала.

4. Электрофильтры (Рис.15.5), где за счет высоковольтного разряда частицы пыли приобре-тают статический заряд и осаждаются на электроде.

          Проблема газовых выбросов вредных ве-ществ в атмосферу связана с химическими, энергети-ческими и другими предприятиями, с автомобильным транспортом. Это проблема современных больших городов, где воздух становится непригодным для дыхания людей из-за наличия примесей NО, NО2, СО, СО2, SО, SО2, СН4 и других газов в концентрациях, превышающих ПДК в десятки и сотни раз. Полицейские города Токио работают в противогазах.

Применяемые методы очистки воздуха от вредных газов зависят от концентрации примесей, степени очистки, цены, и т.д. Основные методы следующие:

1.  Абсорбция - поглощение загрязнителей жидким сорбентом. Аппаратура, реализующая данный метод очистки, аналогична барботажным, пенным аппаратам или брызгательным скрубберам, в которых в качестве жидкости используется сорбент.

2.  Адсорбция - поглощение загрязнителей твердыми пористыми веществами. Наиболее распространенный сорбент - активированный уголь. Метод обладает высокой степенью очистки, но достаточно дорог, поэтому рекомендуется для очистки газов от малых концентраций примесей.

3.  Конденсация - осуществляется переводом вредных газов и паров в жидкую фазу путем охлаждения выбросов в теплообменном устройстве до температуры ниже точки росы. Основным недостатком метода является возможность очистки воздушных выбросов только от веществ с достаточно низкой температурой кипения.

4.  Дожигание углеводородов и других органических соединений до более простых, в идеале - до состояния СО2 и Н2О. Метод достаточно варварский, но из-за простоты технической реализации широко распространен в России. Например, при добыче нефти  в  Томской  области  из–за отсутствия газопроводов большую часть попутного природного газа приходится сжигать.

5.  Химические методы очистки, при которых в результате химических реакций газообразные вещества превращаются в безвредные газы либо в твердые или жидкие вещества, которые затем удаляются осаждением. Наиболее просто методы реализуются при жидком или твердом состоянии расходуемых на обезвреживание химических реактивов.

Тест

1. Выберите верхнюю границу тропосферы:

1. До 8 км.                     2. До 18 км.                            3. Оба ответа правильны.

2. Выберите верхнюю границу стратосферы:

1. До 55 км.                            2. До 35 км.                            3. До 45 км.

3. Выберите верхнюю границу мезосферы:

1. До 75 км.                                      2. До 85 км.                   3. До 100 км.

4. Выберите верхнюю границу ионосферы:

1. До 500 км.                          2. До 1000 км.               3. До 800 км.

5. Выберите правильную реакцию распада озона:

1. О3 + NО = О2 + NО2 

2. О3 + СО = СО2

3. О3 + SО2 = 5SО

6. Выберите правильную реакцию распада озона:

1. О3 + Cl = О2 + СlО 

2. О3 + 2Cl = О2 + СlО2

3. О3 + Cl = О2 + СlО3

Предыдущая