V. Химическая характеристика возмущающих процессов в атмосфере

5.1. Пыль и аэрозоли

К вредным выбросам, загрязняющим атмосферу, относятся атмосферная пыль, газы и пары, которые прямо или косвенно отражаются на условиях жизни живых существ. Находящиеся в воздухе пыль и аэрозоли, как правило, не вступают в какие-либо особые химические реакции, но в сочетании с другими факторами могут нанести существенный ущерб жизни на земле.

5.1.1. Характеристика загрязнений

Под атмосферной пылью понимают взвешенные в воздухе твёрдые частицы с диаметром более 1 мкм. Эти частицы трудно классифицировать химически, так как они могут представлять собой как частицы кварца, так и органические материалы самого различного происхождения, в том числе и цветочную пыльцу растений. Если говорить о составе атмосферной пыли в глобальном масштабе, то следует считать, что она в основном имеет минеральное происхождение, но в отдельных районах состав может меняться с изменением источников образования атмосферной пыли: здесь могут преобладать соединения щелочных и щелочноземельных металлов, тяжёлые металлы, углеводороды и, наконец, споры растений.

Аэрозоли представляют собой коллоидные системы, в которых дисперсионной средой служит, как правило, воздух. Диаметр диспергированных частиц, согласно определению коллоидных систем, лежит в пределах 0,1 – 0,001 мкм. В отличие от атмосферной пыли аэрозоли содержат не только твёрдые, но и жидкие частицы, образованные при конденсации паров или при взаимодействии газов. Жидкие капельки могут содержать и растворённые в них вещества. Обычно к аэрозолям относят и капельки диаметром 0,1 – 1 мкм, тогда как твёрдые частицы того же размера относят к аэрозолям реже, часто их характеризуют как тончайшую пыль.

В физиологическом отношении особое внимание следует уделить частицам менее 5 мкм, так как с уменьшением частиц их поведение становится всё более характерным для поведения газообразного состояния, т.е. они не задерживаются в бронхах при дыхании (не отфильтровываются из воздуха), а также не вымываются из воздуха дождями. Это увеличивает время их пребывания в атмосфере по сравнению с более крупными частицами – обстоятельство, играющее особо важную роль при распространении пыли и аэрозолей в атмосфере.

5.1.2. Возникновение и время пребывания в атмосфере

Атмосферная пыль и аэрозоли могут иметь как природное, так и антропогенное происхождение (производственные и бытовые выбросы). В результате природных процессов частицы солей попадают в воздух из морской воды, минеральная пыль – из сухой почвы, пыль и зола – при вулканических извержениях, твёрдые частицы дымов – при лесных пожарах и, наконец, такие твёрдые продукты, как нитраты и сульфаты, образуются в результате газовых реакций.

Атмосферная пыль и дымы антропогенного происхождения образуются в результате промышленных выбросов; зола и дымы – при сжигании топлива в промышленных, бытовых и транспортных котельных установках, ряд химических продуктов – при взаимодействии газов, среди этих продуктов особую роль играют сульфаты.

При образовании частиц пыли из почвы не всегда ясно, является ли бесплодная земля результатом природных или антропогенных процессов, поэтому нужно с осторожностью судить об источнике происхождения этой пыли и давать этим процессам количественную оценку. Но, несмотря на неопределённость при установлении первоначального источника образования пыли, можно всё же считать, что из 1670 мегатонн пыли и аэрозолей, ежегодно выносимых в атмосферу, значительно больше половины приходится на долю природных процессов.

Время пребывания частиц в атмосфере и, следовательно, их распространение по земной поверхности зависит как от их величины и плотности, так и от скорости распространения ветров, а также от того, на какую высоту частицы были подняты первоначально. Крупные частицы обычно оседают в течение часов или суток, тем не менее они могут переноситься на сотни километров, если в начале оказались на достаточной высоте. Так, например, пыль пустыни Сахара можно обнаружить на юге США, в Центральной и Латинской Америке. Частицы этой пыли имели в поперечнике 12 мкм и выше, средняя плотность составляла 2,5 г/см³. При этом речь идёт не о следовых количествах: ежегодная масса атмосферной пыли, выносимой из Сахары, по приблизительным оценкам составляет от 100 до 400 Мт. При этом пыль частично остаётся сухой, частично прибивается к земле дождями.

Те частицы, которые по своему поведению сходны с частицами газов (диаметр 1 мкм и меньше), в значительно меньшей степени подвержены действию атмосферных осадков, время их пребывания в нижних слоях атмосферы составляет 10 – 20 суток. Этого времени бывает достаточно для распространения частиц по всему полушарию. Однако переход из северного полушария в южное в течение 20 суток не представляется возможным, поскольку экваториальная зона низкого давления вокруг земли значительно затрудняет обмен воздушными массами между двумя полушариями.

Если пыль и аэрозоли достигают верхних слоёв тропосферы, то они могут проникнуть и в стратосферу с помощью горизонтальных воздушных потоков между тропосферой и стратосферой с завихрениями на флангах.

При вулканических извержениях частицы золы и пыли могут подниматься на высоту до 20 км и выше, как это наблюдалось на о. Кракатау в 1883 г. и о. Святой Елены в 1980 г. Продолжительность существования пыли и аэрозолей в стратосфере составляет 1 – 3 года.

Атмосферные пыль и аэрозоли, накапливающиеся над городами и промышленными зонами, имеют лишь региональное значение. Они образуют сгущения над первоначальными источниками, но при сильном движении воздушных масс эти загрязнения могут разноситься в подветренную сторону.

В областях с умеренным климатом выделение пыли в атмосферу заметно зависит от времени года; её образование по естественным причинам достигает максимума в жаркие летние месяцы, а выделение пыли антропогенного происхождения над городами и густо населёнными районами максимально в отопительный зимний период. Главной причиной в последнем случае являются продукты, образующиеся при работе промышленных и бытовых котельных.

Область распространения пыли и аэрозолей, образующихся в закрытых помещениях, имеет чётко ограниченный местный характер. При отсутствии вентиляции и вытяжных устройств концентрация загрязнений может приобрести такие размеры, что станет опасной для организма. Это особенно характерно для загрязнений, вызывающих аллергию.