Экологические последствия загрязнения биосферы

1. Образование смога

Смог – ядовитая смесь дыма, тумана, пыли. Различают три типа смога: лондонский, лос-анджелесский и ледяной.

Лондонский (зимний) смог образуется зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных условиях: отсутствии ветра и температурной инверсии. Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой (в слое 300-400 м) вместо обычного понижения. В результате дым и загрязняющие вещества (пыль, оксиды серы и углерода) не могут подняться вверх и рассеяться, а образуют туманную завесу. В лондонском типе решающее участие принимает SO₂ и O₃.^[1]

Разрушение SO₂ в атмосфере происходит в результате воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации, которая способствует образованию сернистого ангидрида (SO₃) по реакции

2SO₂ +О₂ = 2SO_{3 +}185 кДж.

При контакте с водяным паром образуется сернистая кислота

SO₂ +Н₂О = H₂SO₃ +76 кДж.

В загрязненной влажной атмосфере происходит также реакция

SO₂ +NO₂ +Н₂О =H₂SO₄ + NO,

приводящая к образованию серной кислоты. В атмосферу поступает еще одно соединение серы – сероводород (H₂S), антропогенная эмиссия которого невелика; большая же часть его производится микроорганизмами в почве и морской среде (около 100 Мт/год).

Лос-анджелесский (летний, фотохимический) смог возникает летом также при отсутствии ветра и температурной инверсии, но обязательно в солнечную погоду. Он образуется при воздействии солнечной радиации на оксиды азота и углеводорода, поступающие в воздух в составе выхлопных газов автомобилей и выбросов предприятий. В результате образуются высокотоксичные загрязнители – фотооксиданты, состоящие из озона, органических пероксидов, пероксида водорода, альдегидов и т.д. Главную роль играют NO и O₃.

В условиях высокой температуры, при которой происходит сжигание топлива в двигателе автомобиля, начинается взаимодействие между кислородом и азотом, входящими в состав атмосферного воздуха. Образующийся при диссоциации молекул O2 атомарный кислород:

О₂ + hv (=240 нм) → О + О,

расщепляет молекулу сравнительно инертного N₂, инициируя цепную реакцию:

O + N2 = NO + N

N + O2 = NO + O

В результате в выхлопных газах появляется NO, который, попав в атмосферу, окисляется до NO₂, который проявляя фотохимическую активность, на свет диссоциирует:

NO2 (hv)→ NO +O

Таким образом, в воздухе появляется реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакции с образованием озона:

O + O2 = O3

СРАВНЕНИЕ СМОГОВ ЛОС-АНДЖЕЛЕСА И ЛОНДОНА
Характеристика	Лос-Анджелес	Лондон
Температура воздуха	От 24 до 32° С	От –1 до 4° С
Относительная влажность	<70%	85% (+ туман)
Инверсия температуры	На высоте 1000 м	На высоте нескольких сотен метров
Скорость ветра	< 3м/с	Безветренно
Видимость	<0,8–1,6 км	<30 м
Месяцы наиболее частого появления	Август – сентябрь	Декабрь – январь
Основные топлива	Бензин	Уголь (и бензин)
Основные составляющие	O3, NO, NO2, CO, органические вещества	Мелкие частицы, СО, соединения серы
Тип химических реакций	Окисление	Восстановление
Время максимального сгущения	Полдень	Раннее утро
Основное воздействие на здоровье	Раздражение глаз, нарушение дыхание	Раздражение дыхательных путей
Наиболее повреждаемые материалы	Резина	Железо, бетон

Присутствие озона – наиболее характерный признак фотохимического смога. Он не образуется при сгорании топлива, а является вторичным загрязнителем. Обладая сильнейшими окислительными свойствами, O3 оказывает вредное действие на здоровье людей и разрушает многие материалы, в первую очередь, резину. Далее озон вступает в реакцию с олефинами, в атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты.

Ледяной (аляскинский) смог возникает в Арктике и Субарктике при низких температурах воздуха и при наличии приземного слоя инверсии. В этом случае выбросы пара и даже небольшого количества загрязняющих веществ приводят к образованию густого тумана, состоящего из мельчайших кристаллов льда и серной кислоты.

Смог вызывает обострение респираторных заболеваний, раздражение глаз, ухудшение физического состояния вплоть до летального исхода. В 1952 г. в Лондоне от смога за две недели погибло более 4000 человек.

Рассеять смог может только ветер, а бороться с ним можно путем сокращения выбросов загрязнителей в атмосферу.