Влияние на биосферу

Попавший в атмосферу CO₂ остается в ней в среднем 2 – 4 года. За это время он распространяется по всей земной поверхности, входя в состав атмосферы. Влияние CO₂ выражается не столько в токсическом действии на живые организмы, как в способности поглощать инфракрасные лучи. Более подробно последствия этого эффекта будут рассмотрены далее в специальной главе.

Монооксид углерода Источники и механизм образования

Монооксид углерода (СО) или угарный газ образуется в природе в результате вулканической деятельности, пожаров и окислении метана, который в свою очередь является результатом микробиологических процессов окисления органики. Суммарное ежегодное поступление природного СО в атмосферу оценивается в 3800 млн.т. [Error: Reference source not found]. К естественным источникам поступления СО добавляются антропогенные выбросы (500 млн.т/год), которые в первую очередь связаны с автотранспортом. Монооксид углерода является продуктом неполного сгорания углеводородного топлива в ДВС.

Стехиометрическое (теоретически необходимое) количество сухого воздуха (кг), необходимое для полного окисления 1 кг топлива можно рассчитать по формуле^:

,

(2)

где H, C, O, S, N - элементарный состав топлива, % массы. Когда действительное воздухо-топливное соотношение смеси, поступающей в ДВС выше стехиометрического, то такая смесь обладает избытком воздуха и называется "бедной". Наоборот, когда действительное соотношение ниже стехиометрического, сгорание топлива неполное и смесь "богатая". В этом случае в ОГ будут содержаться продукты неполного сгорания, основным из которых является CO. Однако даже при сгорании бедных смесей со значительным избытком воздуха (в дизелях) вследствие локальных различий в составе смеси образуется СО. Тем не менее, в концентрация СО в отработавших газах дизелей на порядок меньше, чем у бензиновых ДВС.

Наиболее вероятными реакциями образования СО в камере сгорания являются следующие:

С + Н₂О  СО + Н₂, С + СО₂  2СО.

Указанные реакции протекают в восстановительных зонах - у стенок камеры сгорания, на периферии факела, в зазорах между поршнем и цилиндром.

Поскольку СО – продукт неполного сгорания топлива, увеличению его эмиссии способствует работа на богатых смесях, низкая температура окружающей среды, образование отложений на деталях двигателя и топливной системы. При холодном пуске ДВС образование СО идет в 2 – 5 раз интенсивней, чем при работе прогретого двигателя [Error: Reference source not found].

Влияние на биосферу

Монооксид углерода представляет опасность для человека прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови, а также тем, что он участвует в образовании смога.

Сродство гемоглобина (Hb) к СО в 300 раз выше, чем к кислороду. Реакция гемоглобина с О₂ , как и реакция с СО, подчиняется закону действующих масс, поэтому можно записать:

,

(3)

где [Hb][CO] – количество гемоглобина, соединившегося с СО;

[Hb][O₂] – количество гемоглобина, соединившегося с О₂;

С_СО, С_О2 – концентрации СО и О₂ во вдыхаемом воздухе.

Подставляя в уравнение одинаковые количества [Hb][CO] и [Hb][O₂], и учитывая, что концентрация кислорода в воздухе составляет около 20%, находим концентрацию СО:

%,

(4)

необходимую для того, чтобы связать столько же гемоглобина, сколько связывает и атмосферный кислород. Иначе говоря, концентрация СО = 0,066% (об.) в атмосфере достаточна для того, чтобы связать половину гемоглобина. В этом случае уже могут наблюдаться серьезные нарушения здоровья (табл. 2).

Непрерывное выделение СО наряду с его относительно длительным нахождением в атмосфере (до 3 лет [⁶]) должно было бы привести к большому увеличению концентрации СО в воздухе, чем это наблюдается фактически. Такому накоплению СО препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы почвы. Растения связывают СО с помощью аминокислоты серина, а почвенные микроорганизмы либо переводят его в органические соединения, либо окисляют до СО₂.

Таблица 2

Признаки отравления при различном содержании комплекса [Hb][CO] в крови

Концентрация СО в воздухе, % (об.)	Содержание [Hb][CO] в крови, %	Клинические симптомы
0,006	10	Ослабление зрения, легкая головная боль
0,013	20	Боли в голове и теле, утомляемость, временная потеря сознания
0,02	30	Потеря сознания, паралич, нарушение дыхания и жизнедеятельности
0,066	50	Полная потеря сознания, паралич, прекращение дыхания
0,075	60	В течение часа наступает летальный исход