8.2.7. Газовые смеси

Общее количество газовых смесей в биосфере за последние сто­летия практически не менялось. Однако, по мнению ряда иссле­дователей, техногенные процессы, связанные с началом форми­рования ноосферы, уже вызвали и некоторые глобальные изме­нения состава всей атмосферы, и изменения, получившие разви­тие только в отдельных районах.

Ориентировочно можно считать, что в городе с населением не­сколько миллионов жителей за сутки в атмосферу выделяется, т: углеводородных паров и газов — свыше 1300, ацетальдегидов — свыше 60, оксидов азота 600-650, оксидов серы — около 500, ок­сида углерода (СО) — свыше 5000.

Содержание кислорода в составе выхлопных газов автомоби­лей резко уменьшается по сравнению с атмосферным воздухом (в среднем с 20,9 до 4% при бензиновых двигателях и до 9% при дизельных). Однако значительно увеличивается содержание СО, (с 0,03 до 13%), СО (в среднем от бензиновых двигателей 4%, от Дизельных двигателей 0,1%), углеводородов (от n∙10^-6 в атмосфе­ре до 4% от бензиновых двигателей). Это позволяет считать, что при парковке автомобилей во дворах-колодцах, окруженных многоэтажными домами и плохо проветриваемых, состав воздуха рез­ко отличается от обычного атмосферного.

Специальные исследования (Р. Lemaigre) показали, что при раз­ом режиме работы автомобильных двигателей состав выхлопных азов существенно меняется. Так, максимальное количество СО выделяют при малой скорости машины с бензиновым двигателем при ускорении — с дизельным. Количество углеводородов и формальдегидов в выхлопных газах возрастает в десятки раз при замедлении, а оксидов азота — при ускорении.

Существенно меняется состав атмосферного воздуха при сжигании различного топлива. Об этом можно судить по данным

451

табл. 8.4, составленной по опубликованным материалам исслевателей из США.

Д овольно много газов выделяется при сжигании бытового му­сора. Обычно в зависимости от типа мусоросжигающих устано­вок при переработке 1 т мусора выделяется, кг: СО — от 0,35 до 150; углеводородов — от 0,15 до 50; NH₃ — от 0,01 до 1,4; (N₂О+NО+NО₂) — от 0,05 до 1,0; оксидов серы — от 0,2 до 1.

Состав преобладающей массы так называемых «загрязняю­щих» газов, поступающих в атмосферу от различных промышлен­ных предприятий, в целом аналогичен. Это оксид углерода (СО), оксиды серы (SO₂, SOз), диоксид углерода (СО₂), аммиак (NH₃). Кроме них лишь иногда в значительных количествах поступают от литейных предприятий акролеин (СН₂-СН-С^=O_-H ), имеющий запах подгоревших жиров, от предприятий химической промыш­ленности — пары различных кислот и сероуглерода, меркаптаны (имеют неприятный запах), хлор, фтор, фторид кислорода (ОF₂) и некоторые другие газообразные соединения и пары.

Органические поллютанты в атмосфере. Часто в отдельную проблему органической геохимии выделяют распределение орга­нических веществ в атмосфере (В.А. Исидоров, 1992; К.Н.Зеленин, 1988 и др.). Основные природные источники этих веществ мож­но объединить в две группы: биогенные и геологические.

К геологическим источникам углеводородов в атмосфере сле­дует в первую очередь отнести многочисленные и еще недостаточ­но изученные процессы дегазации верхней мантии. Значительное количество углеводородов, в том числе и метана, поступает в атмосферу от месторождений нефти и природного газа. При биогенных процессах органические вещества выделяются в атмосфе-

452

ру в результате жизнедеятельности всех организмов (от одноклеточных бактерий до высших животных). При этом только углеводов (без учета метана) выделяется за год около 1,5 • 10⁹ т, а общее число выделяемых органических веществ насчитывает тыся-^й наименований. Особо следует отметить биогенное метанообразование в аквальных и переувлажненных ландшафтах континен­те характеризующееся цифрой 0,6 • 10⁹ т/год.

Несмотря на крайне низкое содержание метана в атмосфере Земли он играет существенную роль в создании «парникового эфекта» — повышении температуры у земной поверхности. Роль мно­гочисленных углеводородов, выделяемых организмами, выяснена пока не до конца. К настоящему времени установлено, что часть из них (в частности, изопрен и этилен) способствуют выживанию определенных видов растений при возникновении неблагоприят­ных условий: терпены ограничивают проникновение в ткани рас­тений ряда микроорганизмов и т.д. Следовательно, изменение обычной (очень низкой) концентрации в атмосфере углеводоро­дов может привести ко многим еще недостаточно ясным послед­ствиям в развитии биосферы.

Точного подсчета количества органических соединений, посту­пающих в атмосферу вследствие антропогенной деятельности, на данный момент нет. Ориентировочно считается, что их поступа­ет в 10 раз меньше, чем в результате жизнедеятельности организ­мов. Такое, пока относительно небольшое количество техногенных органических соединений не может оказать решающего воз­действия на всю биосферу. Однако в случае больших поступлений органических веществ уже сейчас в отдельных районах можно ожи­дать различных изменений в развитии организмов. В связи с этим рассмотрим основные техногенные источники органических веществ, поступающих в атмосферу.

В первую очередь следует отметить автотранспорт, который, например, в США дает 63% выбросов углеводородов в окружающую среду (К.Н. Зеленин, 1998). На втором месте по объему выбрасываемьх органических загрязнителей стоят промышленные предпрития. Среди них особо опасными являются предприятия химической нефтехимической, лесохимической промышленности. Значительное количество органических поллютантов поступает в селитебных ландшафтах и от жилищно-коммунальных хозяйств. Так, к настоящему времени только в выбросах из вентиляционных систем жилых зданий установлено более 40 токсичных и дурнопахнущих веществ, из которых более 20 образуются при сжигании газов.

453

Довольно большое количество органических соединений ступает в атмосферу из различных зон утилизации отходов. Считается, что 1 т захороненных на свалке бытовых отходов за 25 лет выделяет до 30 м³ только одного метана, 70% газа выделяется в пер вые 10 лет после захоронения.

Как видно из изложенного, основное количество органических поллютантов поступает в биосферу в пределах селитебных ландшафтов, т.е. в зонах с наибольшей плотностью населения Увеличение содержания органических соединений в атмосфере городов (считается, что техногенная составляющая органических соединений по отношению ко всем таким соединениям в атмо­сфере Земли составляет 10%) может и, вероятно, уже сказыва­ется на состоянии здоровья людей и всех других организмов жи­вущих в ландшафтах населенных пунктов. Для изучения этой про­блемы необходимо скорейшее проведение специальных исследо­ваний.

Техногенез и взаимодействие паров и газов в атмосфере. Особо следует отметить, что поступающие в атмосферу от различных техногенных источников пары и газы часто вступают в реакции между собой. В больших городах этому способствуют совместное нахождение на небольшой площади различных предприятий и оби­лие автотранспорта. В результате таких реакций могут образовы­ваться новые токсичные соединения. За исключением частных слу­чаев, этот процесс пока еще слабо изучен. Как пример можно рас­смотреть ряд реакций взаимодействия газов во время «лос-андже­лесского смога», описанных Хааген-Смитом (1962).

Сернистый газ, диоксид азота и альдегиды техногенного про­исхождения под воздействием ультрафиолетового излучения солн­ца начинают взаимодействовать с молекулярным природным кис­лородом, образуя атомарный кислород и оксид азота (О и NО). Реакция эта считается необратимой и ограничивается содержани­ем перечисленных выше техногенных соединений. В результате вза­имодействия О и NО с молекулярным кислородом образуется озон (Оз) и восстанавливается диоксид азота. Весь ход реакции мож­но представить так:

Таким образом, из трех молекул кислорода образуются две молекулы озона, раздражающего слизистые оболочки у людей, не-

454

понятно воздействующего на растения (ожоги листьев и т.п.) и ухудшаюшего видимость на дорогах. В дальнейшем озон может взаимодействовать с олефинами (С_nН_2n), практически всегда писутствующими в атмосфере селитебных ландшафтов государственного значения. Конечными продуктами этой реакции являются формальдегид, высшие альдегиды и различные по­лимеры.

• результатом взаимодействия техногенных паров и газов в атсфере теоретически может стать и преобразование вредных газобразных веществ в безвредные. В связи с этим изучение особенностей подобных реакций чрезвычайно важно, поскольку по­зволит в будущем планировать рациональное совместное разме­щение различных предприятий.

Подводя итог краткому рассмотрению изменения масс хими­ческих элементов, находящихся и мигрирующих в различных формах в начальный период формирования ноосферы, можно сделать следующие основные выводы:

• Переход биосферы в ноосферу сопровождается существен­ным увеличением массы химических элементов, мигрирующих в коллоидной форме, в виде техногенных соединений и отчасти в минеральной форме.

• В этот же период масса химических элементов, находящих­ся в биогенной форме в биосфере, в целом пока существенно не изменилась. Однако на отдельных участках годовая продукция возрасла до 3 т/га, а на других — уменьшилась на 1—5 т/га.

• Практически без изменений остается масса химических эле­ментов, находящихся в виде водных растворов и газовых смесей. Однако в их составе на отдельных участках биосферы происходят существенные изменения.

• В целом соотношение между химическими элементами, со­ставляющими каждую из наиболее распространенных форм их нахождения, после начала интенсивной антропогенной деятельности изменяется. Возрастает роль металлов — Fе, Мn, Со, Рb, Zn, Cu, Ni, а также С1, S, С, Н.

• Резко увеличивается масса химических элементов, образую­щих техногенные соединения, не имеющие природных аналогов.

• В процессе миграции еще большую роль, чем до начала интенсивной антропогенной деятельности, на относительно небольших Участках начинает играть третий тип миграции, при котором - перемещение элементов сопровождается изменением форм их нахождения. Это во многом связано с техногенным появлением

455

элементов в формах, не характерных для конкретной приооп обстановки на отдельных участках биосферы. Такие формы нахождения в этих условиях обычно неустойчивы, распадаются и вступают в реакции с различными соединениями. Продукты этих реакций часто токсичны.