21.3.2. Виды загрязнений воздуха

Для того чтобы возникла опасность для человеческого здоровья, концентрация загрязняющих веществ в воздухе должна достигнуть довольно высокого уровня. Многие природные процессы производят вещества, способные стать загрязнителями воздуха, но в большинстве случаев они распределены по такой большой территории, что мы не замечаем этого. Более того. окружающая среда, как правило, разлагает или преобразует эти вещества раньше, чем они накопятся до опасного уровня.

Деятельность человека происходит на небольшой площади, создавая высокие концентрации загрязняющих веществ. Эти вещества не успевают нейтрализоваться или равномерно распределиться.

Таблица 21.8.

Годовые мировые выбросы загрязнителей воздуха

(10¹² г/год или 10⁶ т/год)

Загрязнитель	Искусственный источник	Количество	Природный источник	Количество
СО2	Сгорание древесины и природного топлива	22 000	Биологический распад; выделение из океана; лесные пожары, дыхание	1 000 000
СО	Неполное сгорание (особенно в автомобилях)	700	Лесные пожары, фотохимические реакции	2 100
SO2	Сгорание угля и нефти; плавка руд	212	Вулканические и биологические процессы	20
CH4	Сгорание, утечка природного газа	160	Анаэробный биологический распад и деятельность термитов	1050
NOx	Высокотемпературное сгорание NOx NO + NO2	75	Грозовые разряды, деятельность бактерий почвы	180
Углеводороды	Неполное сгорание	40	Биологические процессы	20 000
NH3	Обработка почвы и удобрения	6	Анаэробный биологический распад	260
H2S	Перегонка нефти и обработка почв	3	Вулканы и анаэробный биологический распад	84

Перечисленные вещества являются первичными загрязнителями воздуха.

Вещества. которые образуются в атмосфере при химических реакциях между первичными загрязнителями и компонентами воздуха называются вторичными загрязнителями. Например, в атмосфере протекает реакция

2SO₂ + O₂  2SO₃, поэтому в атмосфере обычно присутствует смесь двух оксидов серы.

Вторичными загрязнителями являются также кислоты (серная, азотная, азотистая), образующиеся из кислотных оксидов. Эти кислоты, главным образом, ответственны за кислотные дожди.

Пыль – еще один загрязнитель воздуха. Пыль включает в себя твердые частицы, выбрасываемые в воздух. Это происходит в результате деятельности человека при сжигании топлива, строительстве, работе теплоэлектростанций, добыче ископаемых.

Большие выбросы пыли наблюдаются и в результате природных процессов (лесные пожары, эрозия почв, вулканическая деятельность).

Существуют и искусственные загрязнители – вещества, которые в природе не возникают, а производятся только человеком. К ним относятся, например, хладоны (фреоны).

Загрязнение воздуха – побочный продукт производства товаров, энергии и эксплуатации транспорта.

Таблица 21.9.

Источники загрязнения воздуха в городской атмосфере

Источник загрязнения	Относительная интенсивность, %
Транспорт	44
Отопление	20
Промышленность	14
Сжигание мусора	5
Прочие	17

Как видно из таблицы, наибольший вклад в загрязнение воздуха вносит транспорт. Типичные загрязнители городского воздуха также находятся, главным образом, в автомобильных выхлопах.

В среднем один автомобиль выбрасывает в атмосферу в год оксида углерода (II) – 135 кг, оксидов азота – 25 кг, углеводородов – 20 кг, оксидов серы – 4 кг, твердых частиц – 1,2 кг.

Таблица 21.10.

Основные загрязнения городского воздуха

Загрязнение	Содержание, %
СО	48,5
NOx	15,0
Углеводороды	8,0
SOx	14,9
Пыль	13,7

Наличие в атмосфере городов пыли, оксидов серы и азота может привести к такому явлению как смог (от smoke – дым и fog – туман).

Классическим примером является так называемый лондонский смог.

Причиной образования его являются топливные дымы и высокая влажность. Процесс его образования можно представить следующим образом: диоксид серы, попадая в воздух, образует капельки сернистой кислоты

SO₂ + H₂O  H₂SO₃.

Капельки сернистой кислоты вместе с твердыми частицами дыма - продуктами неполного сгорания – образуют в воздухе коллоидную дисперсию. Система очень устойчива. В результате подобного загрязнения в декабре 1952 года в Лондоне погибло 3200 человек.

В настоящее время основную угрозу представляет фотохимический смог. Причиной его образования является солнечный свет и температурная инверсия, когда холодный нижний слой прикрыт сверху теплым слоем. Подобные условия часто возникают в городских районах, расположенных в долинах вблизи источников холодного воздуха.

Фотохимический смог возникает в результате протекания сложной последовательной реакции, в которой участвуют свободные радикалы. На первой стадии необходимо наличие ультрафиолетового излучения

NO₂  NO + O

Затем радикал кислорода реагирует с молекулами кислорода, образуя озон: O + О₂  О₃.

Озон – токсичный газ для живых организмов. Он представляет собой вторичный загрязнитель атмосферы. Если в атмосфере присутствуют углеводороды, то озон реагирует с ними, в результате чего образуются органические радикалы, например, СН₃О и НС = О .

Эти радикалы, соединяясь с оксидами азота, образуют соединения, которые раздражающе действуют на живые организмы.

СН₃ – С – O – O – NO₂ С₆Н₅ – С – O – O – NO₂

ll ll

О О

Если лондонский смог вызывает раздражение бронхов, то фотохимический смог действует на глаза, вызывая слезотечение. Кроме того, городские растения увядают и гибнут.

Фотохимический смог сопровождается образованием в атмосфере инверсионного слоя. Он представляет собой слой нагретого воздуха, который располагается над городом и не дает выхода нижнему слою более холодного воздуха. Это нагретый слой обычно не содержит влаги и обладает максимальной прозрачностью для солнечного излучения. В результате происходит накопление описанных выше веществ в нижнем слое воздуха. Возникающий в таких условиях фотохимический смог нередко можно наблюдать как дымку, висящую над городом. Эта дымка обусловлена частицами смога.