Тема 1. Атмосфера. Структура, состав и свойства. Классификация и основные характеристики загрязнителей.

1. Атмосфера. Структура, состав и свойства.

Воздушная, самая лёгкая оболочка земного шара – атмосфера – состоит из механической смеси газов (%): азота – 78,09, кислорода – 20,95, аргона – 0,93, углекислого газа – от 0,02, а также гелия, неона, ксенона, криптона, водорода, озона, аммиака, йода и других, на долю которых приходится около 0,01 % всего её объёма.

Основные части атмосферы подразделяют:

1.Постоянные компоненты (азот, кислород, аргон и другие благородные газы).

2.Переменные компоненты. Их концентрация меняется в зависимости от места, времени года, времени суток и от многих других факторов (углекислый газ и водяной пар).

3.Случайные компоненты определяются местными условиями, концентрация их непостоянна (метан, диоксид серы, оксиды азота, водород, озон, аммиак и огромное количество техногенных примесей (жидких, твердых и газообразных)).

Современная атмосфера планеты по составу относится к азотно-кислородному типу и этим качественно разнится от газовых оболочек всех известных ныне небесных тел, включая планеты Солнечной системы. Атмосфера подразделяется на несколько зон: тропосферу, стратосферу, мезосферу, ионосферу и экзосферу.

1.Тропосфера - нижняя часть атмосферы. В ней сосредоточено более 80% всей массы воздуха. Ее высота определяется интенсивностью вертикальных (восходящих и нисходящих) потоков воздуха, вызванных нагреванием земной поверхности (на экваторе до высоты 16-18 км, в умеренных широтах 10-11км, на полюсах до 8 км). Тропосфера характеризуется понижением температуры воздуха с высотой, в среднем на 0,6 К через каждые 100 м.

2.Стратосфера располагается выше тропосферы, до высоты 50-55 км, и отличается повышением температуры у ее верхней границы. Это связано с наличием здесь пояса озона, интенсивно поглощающего световое излучение ультрафиолетового спектра. Одновременно озоновый слой защищает поверхность Земли от губительного воздействия этой части излучения Солнца.

3.Мезосфера простирается до высоты 80 км. В ней наблюдается резкое понижение температуры (до -75-90°С) и образование серебристых облаков, состоящих из ледяных кристаллов.

4.Ионосфера (термосфера) достигает высоты 800 км. Для нее характерно значительное повышение температуры (до 1000°С и более). Под прямым воздействием ультрафиолетового излучения газ здесь присутствует в ионизированном состоянии, что способствует многократному отражению радиоволн, обеспечивающих дальнюю радиосвязь на Земле.

5.Экзосфера находится на высоте от 800 до 2000-3000 км и имеет температуру свыше 2000°С. Скорость движения газов в ней приближается к критической (11,2 км/с). Они представлены в основном водородом и гелием, образующими вокруг Земли корону, простирающуюся до высоты 20 тыс. км.

2. Естественные и антропогенные источники загрязнения атмосферы.

Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение её химического состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. К естественным источникам загрязнения относятся:

а) внеземное загрязнение воздуха пылью космического происхождения и космическим излучением;

б) земное загрязнение атмосферы при извержениях вулканов, пыльных бурях, лесных и степных пожарах, пылью эрозии почв, частицами морской соли, продуктами растительного, животного и микробиологического происхождения.

Антропогенное загрязнение атмосферы разделяют на радио­активное, электромагнитное, шумовое, дисперсное и газообразное, а также по отраслям промышленности и видам технологи­ческих процессов. Главными и наиболее опасными источниками загрязнения ат­мосферы являются промышленные, транспортные и быто­вые выбросы.

Автомобильный транспорт относится к наиболее значимым источникам загрязнения окружающей среды в большинстве крупных городов, при этом на 90 % воздействие на атмосферу связано с работой автотранспортных средств на линии, остальной вклад вносят стационарные источники (цехи, участки, станции техобслуживания и стоянки). Это происходит по двум причинам:

-во-первых, автомобильный двигатель в процессе работы выделяет в атмосферу целый комплекс веществ: соединения серы и свинца, оксиды азота и углерода, альдегиды, ароматические углеводороды, сажа, бенз(а)пирен и так далее. Отработавшие газы автомобильных двигателей содержат около двухсот веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, в выбросах дизельных двигателей - на оксиды азота и сажу;

-во-вторых, автомобиль при движении взаимодействует с поверхностью дороги и результатом этого взаимодействия является аэрозоль, количество которого зависит от многих специфических факторов, характеризующих состояние дороги.

Сейчас на Земле эксплуатируется около 900 млн. автомобилей, в настоящее время на долю транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26-30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека.

К промышленным источникам загрязнения атмосферы следует отнести:

1.Сжигание горючих ископаемых, которое сопровождается выбросом 5 млрд. тонн углекислого газа в год. В результате этого за последние 100 лет содержание СО₂ в атмосфере увеличилось на 20%.

2.Работа тепловых электростанций, когда при сжигании высокосернистых углей в результате выделения сернистого газа и мазута образуются кислотные дожди.

3.Выхлопы современных турбореактивных самолетов с оксидами азота и газообразными фторуглеводородами из аэрозолей, которые могут привести к повреждению озонового слоя атмосферы.

4.Загрязнение взвешенными частицами (при измельчении, фасовке и загрузке, от котельных, электростанций, карьеров и при сжигании мусора).

5.Выбросы предприятиями различных газов.

6.Сжигание топлива в промышленных котлах, сопровождающееся образованием оксидов азота, которые вызывают смог.

7.Вентиляционные выбросы с чрезмерной концентрацией озона из помещений с установками высоких энергий (ускорители, ультрафиолетовые источники и атомные реакторы). В больших количествах озон является высокотоксичным газом.

Масштабы загрязнения атмосферного воздуха связаны с мощностью выбросов и динамикой воздушных потоков.