Практичне заняття № 6

Тема: Екологічна хімія атмосфери (2 год.)

Мета: Поглибити знання студентів про атмосферу. Показати як природні процеси впливають на стан атмосфери. Розглянути поняття «озоновий шар», визначити його роль, та причини руйнування. Обговорити процеси, що відбуваються в атмосфері під дією антропогенних факторів.

Питання до теми

1. Атмосфера як газоподібний гомогенний розчин.

2. Природні процеси, що впливають на склад атмосфери.

3. Утворення озонового шару.

4. Причини руйнування озонового шару.

5. Утворення речовин техногенного походження, які забруднюють повітря.

1. Антропогенні фактори впливу на атмосферу.

Методичні поради

Атмосфера є найменшим з геологічних резервуарів Землі. В порівнянні з іншими земними оболонками атмосфера має ряд властивих тільки їй особливостей – високу рухомість, мінливість її компонентів, своєрідність фізико-хімічних процесів.

Головними компонентами атмосфери є азот, кисень і аргон. На їх частку в приземному шарі припадає відповідно 78, 21 і 0,9% (об.). На долю всіх інших компонентів припадає менше 0,1% (об.), але їх роль надзвичайна велика, оскільки вони, незважаючи на низькі концентрації, істотним чином впливають на фізичні властивості атмосфери. Вміст домішок в атмосфері змінюється залежно від пори року, географічного положення і висоти над рівнем моря.

Зміна складу атмосфери з висотою визначається двома причинами. По-перше, вона зумовлена дифузійним розділенням: більш легкі молекули і атоми слабше притягуються до Землі. За тривалий час це призвело до того, що на висоті 500-1000 км елемент Гелій є основним компонентом атмосфери. Гелієва корона Землі простягається приблизно до 1600 км, а вище 2000-3000 км переважає Гідроген.

По-друге, зміна складу атмосфери з висотою викликається хімічними реакціями під впливом сонячної радіації. До висоти 100 км склад атмосфери значно не змінюється. Вище 90-100 км під дією ультрафіолетової сонячної радіації молекули кисню розпадаються на атоми, на висоті 400-500 км склад атмосфери атомарний.

Завдяки нерівномірному нагріванню сонячними променями у різних широтах, атмосферне повітря інтенсивно циркулює. Циркуляція повітря усереднює склад компонентів у ньому та сприяє переміщенню як водяної пари з океанів у континентальні райони, так і забруднень на великі відстані.

Атмосфера поблизу поверхні Землі містить не тільки гази, а й дрібнодисперсні рідки і тверді частинки у зваженому стані – аерозолі. В аерозолях міститься основна маса хімічних інгредієнтів, які випадають на поверхню Землі з атмосферними опадами або в результаті процесів седиментації.

Атмосферне повітря ніколи не буває абсолютно чистим, що зумовлено як господарською діяльністю людини, так і процесами, що відбуваються в природі. Частина домішок під впливом сили тяжіння і інших факторів випадає на земну поверхню. Більшість хімічних сполук зазнає серйозних змін під дією УФ-радіації, вологи, озону і кисню повітря. Вихідні сполуки, які безпосередньо викинути в атмосферу (первинні забрудники), взаємодіють між собою, а також з компонентами атмосфери й утворюють іноді ще більш токсичні і небезпечні сполуки (вторинні забруднювачі).

Під впливом атмосферних опадів, сонячної радіації, перенесення повітряних мас, взаємодії з гідросферою й літосферою та діяльності мікроорганізмів атмосферне повітря позбавлюється від сторонніх домішок. Цей процес називається самоочищенням атмосфери. Проте, в деяких випадках в атмосфері переважають процеси накопичення забруднюючих речовин.

Завдяки наявності в атмосфері озону, що утворює “озоновий шар”, розміщений на висоті 20-30 км, земна поверхня захищена від жорсткого ультрафіолетового проміння Сонця. Озон відіграє роль своєрідного фільтра, що поглинає ультрафіолетову радіацію, але ж сам при цьому руйнується, тому всі біооб’єкти Землі не зазнають руйнації від УФ-проміння.

Озон взаємодіє з речовинами, які потрапляють в атмосферу. Тому при підвищених концентраціях в атмосфері нітроген оксиду, хлорорганічних сполук, таких як фреони, пестициди вміст озону знижується. Озон також розпадається під дією жорсткого ультрафіолетового випромінювання:

О₃ → О₂ + О

В атмосфері з’являються “озонові діри”, місця де ультрафіолетова радіація не затримується й поступає на земну поверхню. Це може викликати ріст ракових захворювань, зменшити ефективність імунної системи людини, може також негативно вплинути на врожай, рослинність, живі ресурси моря, навіть, на планктон. У випадку повної руйнації озонового шару все живе на Землі загине.

Руйнування озонового шару обумовлює антропогенне забруднення атмосфери:

- ядерні вибухи (1 мт при вибуху утворює 1000 -12000 т нітроген оксидів);

- сверхзвукові літаки та ракети ( 1 кг томлива дає 18 г NO, за рік викидається до 1 млн т нітроген оксидів двигунами літаків);

- використання мінеральних азотних добрив;

- спалювання топлива дає до 3 млн т нітроген оксидів за рік.

На Землі щорічно спалюється біля 2 млрд. т вугілля, білля 1 млрд. т нафти та газу, при цьому в атмосферу викидається 500 млн. т СО₂, 120 млн. т попелу, 60 млн. т сульфур діоксиду SО₂. Спалювання великої кількості палива і забруднення атмосфери зумовило виникнення такого явища, як парниковий ефект – підвищення загальної температури на Землі. Ріст середньої температури на 0,5º за сто років пов'язують саме накопиченням карбон діоксиду в атмосфері. Карбон діоксид не поглинає сонячних променів і пропускає їх до поверхні Землі. Земна поверхня нагрівається й випромінює інфрачервоні промені. Вони добре поглинаються карбон діоксидом. Результатом цього процесу є підвищення температури в нижніх шарах атмосфери.

Джерелом радіоактивного забруднення атмосфери є атомна енергетика і атомна промисловість, особливо при аварійних ситуаціях. Радіоактивні елементи потрапляють в атмосферу, переносяться на далекі відстані і стають джерелом довготривалого випромінювання.

Значного впливу атмосфера зазнає від військово-промислового комплексу і війн. Вибух забруднює атмосферу пилом ґрунту, продуктами реакцій окиснення пороху і т.д. Вибух атомної бомби спричинює вихід в атмосферу радіоактивних елементів, які поширюються на далекі відстані; у результаті в атмосфері посилюються радіаційно-хімічні процеси.

Теми рефератів та доповідей (до самостійної роботи):

1. Прогнозування змін хімічного складу та якості атмосферного повітря.

2. Методи знешкодження газових викидів.

3. Вплив забруднення атмосфери на живі організми.