Вопрос 10. Воздействие на атмосферу. Выбросы в приземный слой атмосферы. Фотохимический смог. Кислотные осадки. Парниковый эффект. Разрушение озонового слоя.

1. Источники загрязнения атмосферы

Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровня естественного содержания.

Загрязняющее вещество - примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье человека, объекты растительного и животного мира и другие компоненты окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным ценностям.

В последние годы содержание в атмосферном воздухе российских городов и промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества, диоксид серы, существенно уменьшилось, так как со значительным спадом производства сократилось число промышленных выбросов, а концентрации оксида углерода и диоксида азота выросли в связи с ростом парка автомобилей.

Наиболее значимое влияние на состав атмосферы оказывают предприятия черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность, стройиндустрия, энергетические предприятия, целлюлозно-бумажная промышленность, автотранспорт, а в некоторых городах и котельные.

Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете на 1 т предельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа - 2,7 кг, марганца - 0,1-0,6 кг.

Источником загрязнения воздуха сернистым газом являются агломерационные фабрики. Во время агломерации руды происходит выгорание серы из пиритов. Сульфидные руды содержат до 10% серы, а после агломерации ее остается 0,2-0,8%. Выброс сернистого газа при этом может составить до 190 кг на 1 т руды (т.е. работа одной ленточной машины дает около 700 т сернистого газа в сутки).

Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конвертерных сталеплавильных цехов. Плавление стали сопровождается выгоранием некоторых количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг сернистого газа в расчете на 1 т выплавляемой стали.

Цветная металлургия. Вредные вещества образуются при производстве глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и других металлов в печах на дробильно-размольном оборудовании, в конвертерах, местах погрузки, выгрузки и пересылки материалов, в сушильных агрегатах, на открытых складах. В основном предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воздух сернистым ангидридом (SO2) (75% суммарного выброса в атмосферу), окисью углерода (10,5%) и пылью (10,4%).

Химическая и нефтехимическая промышленность. Выбросы в атмосферу в химической промышленности происходят при производстве кислот, резинотехнических изделий, фосфора, пластических масс, красителей и моющих средств, искусственного каучука, минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола), крекинге нефти.

Разнообразием исходного сырья для производства определяется состав загрязняющих веществ - в основном окись углерода (28% суммарного выброса в атмосферу), сернистый ангидрид (16,3%), окислы азота (6,8%) и др. В выбросах содержится аммиак (3,7%), бензин (3,3%), сероуглерод (2,5%), сероводород (0,6%), толуол (1,2%), ацетон (0,95%), бензол (0,7%), ксилол (0,3%), дихлорэтан (0,6%), этилацетат (0,5%), серная кислота (0,3%).

Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности, концентрация которых особенно велика в Башкортостане, Самарской, Ярославской и Омской областях, загрязняют атмосферу выбросами углеводородов (23% от суммарного выброса), сернистого газа (16,6%), окиси углерода (7,3%), окислов азота (2%).

Особую экологическую опасность представляет разработка месторождений нефти и газа с повышенным содержанием сероводорода.

Промышленность строительных материалов. Производство цемента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло - и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ (57,1% от суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого ангидрида (10,8%) и окислов азота (9%). Кроме того, в выбросах присутствует сероводород (0,03%).

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Наиболее крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточно-Сибирском, Северном, Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской области.

Среди наиболее крупных загрязнителей атмосферы можно выделить Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат (7,5% общего выброса по отрасли). Характерные загрязняющие вещества, производимые этими предприятиями, - твердые вещества (29,8% суммарного выброса в атмосферу), окись углерода (28,2%), сернистый ангидрид (26,7%), окислы азота (7,9%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%).

В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику, энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие дурнопахнущие газы.

2. Парниковый эффект

Возникновение глобального парников

ого эффекта также связано с поступлением в атмосферу

различных газовых примесеЙ.

Суть парникового эффекта заключается в том, что Земля

поглощает солнечное излучение (преимущественно в видимом

диапазоне) и испускает теплоту в инфракрасном диапазоне.

Главными поглотителями теплового излучения от

земной поверхности служат диоксид углерода, метан и некоторые

другие атмосферные примеси. Эти атмосферные примеси

действуют подобно прозрачной крыше парника, пропуская

к Земле коротковолновую часть спектра и задерживая

у Земли длинноволновое тепловое излучение. Отсюда и их

название - парниковые газы. Чем выше их концентрация

в атмосфере, тем выше парниковый эффект.

Рост содержания С02 в атмосфере обусловлен потреблением

углеводородных топлив - газа, нефти, угля.

атомам хлора:

Озоновым слоем называют

область атмосферы, расположенную на высотах от 18 км

(в полярных областях - от 1 О км) до 45 км и характеризующуюся

повышенным содержанием озона. Поглощение озоновым

слоем большей части биологически активного ультрафиолетового

излучения Солнца с длиной волны л. < 310 нм

и перевод его в теплоту играет важнейшую роль в сохранении

жизни на Земле. Во-первых , озон является единственным

компонентом атмосферного воздуха, защищающим все

живое на суше от губительных доз ультрафиолетового облучения

в диапазоне длин волн л. = 240- 310 нм. Во-вторых,

нагревая атмосферу , озоновый слой ограничивает глобальные

циркуляции воздуха тропосферой, принимая тем самым

непосредственное участие в формировании погоды

и климата на Земле. Равновесие между процессами образования

и разрушения озона нарушается при изменении солнечной

активности, а также при появлении в озоновом слое веществ

- катализаторов разложения озона. Среди таких катализаторов

важt!ейшая роль принадлежит оксидам азота:

NO + Оз -+ 0 2 + 02

0 2 + О -+ NO + 0 2,

СI + Оз -+ СЮ + 0 2,

а также НО'-радикалам:

НО' + Оз -+ 0 2 + Н02 (гидропероксидный радикал).

По теоретическим оценкам, в результате протекания

цепных каталитических реакций одна молекула NO разрушает

до 10- 12 молекул Оз. Однако антропогенные выбросы

NO в приземном слое существенной опасности для озонового

слоя не представляют, так как за время, необходимое

для подъема молекул NO на высоту 25- 35 км, составляющее

, по оценкам, от 30 до 120 лет, оксид азота разрушается,

вступая в химические реакции с другими веществами. Более

опасна эмиссия оксида азота непосредственно в озоновом

слое или в близлежащих областях из двигательных установок

баллистических ракет и высотных реактивных

самолетов.

Однако несравнимо большую опасность для озона представляет

атомарный хлор. Согласно расчетам, один атом

хлора по цепной каталитической реакции разрушает до 105 молекул

Оз. В настоящее время выявлено два основных источника

поступления атомарного хлора в стратосферу. Первый

из них связан с непосредственной эмиссией хлора в озоновый

слой при запусках твердотопливных баллистических ракет

и космических аппаратов типа американского «lliаттла»,

использующих смесевые топлива на основе перхлоратов,

например перхлората аммония NH4C10 4, Суммарные выбросы

хлора в атмосферу при эпизодических запусках ракет

и космических аппаратов невелики и оцениваются сотнями

тонн в год.

Фотохимический смог – это многокомпонентная смесь газов и аэрозольных частиц. Основными компонентами смога являются озон, оксиды серы и азота, а также многочисленные органические соединения перекисной природы, которые в совокупности называются фотооксидантами. Смог возникает, когда молекулярный кислород и оксиды азота, которые накапливаются в атмосфере во время устойчивой безветренной погоды, поглощают энергию ультрафиолетового излучения Солнца, от этого молекулы переходят в возбужденное электронное состояние. Такое состояние характеризуется способностью быстро вступать в химические реакции, то есть оксиды азота и молекулярный кислород моментально окисляют продукты сгорания автомобильного топлива – остатки углеводородов, которые выбрасываются в атмосферу огромным количеством транспорта, в результате образуются новые органические соединения. Таким образом, благоприятной погодой для образования фотохимического тумана является ясная безветренная погода, которая чаще всего стоит с июня по сентябрь.

Различают несколько видов смога, описанный выше – сухой смог, для Лондона характерен влажный смог, т.е. в атмосфере из-за высокой влажности накапливаются капельки, которые образуют густые облака, а вот на Аляске зафиксирован смог, в котором из-за холода вместо капелек в атмосфере скапливают мелкие льдинки. Проблема фотохимического смога особенно остро стоит для таких стран как США, Япония, Канада, Великобритания, Мексика, Аргентина. Впервые фотохимический туман был зафиксирован в 1944 году в Лос-Анджелесе. Город находится во впадине, окруженной горами и морем, что приводит к застаиванию воздушных масс, накоплению загрязнителей атмосферы и в результате возникновению благоприятных условий для образования этого вида смога. При высокой концентрации загрязнителей фотохимический смог можно наблюдать в виде голубоватой дымки, которая приводит к ухудшению видимости, что нарушает работу транспорта. При более низкой концентрации смог представляет собой сизую или желто-зеленую дымку, а не сплошной туман.