--6-05~2

слое (привести к нормальным условиям: 0,1 МПа (760 мм. рт. ст), 0 ºC), то его толщина не превысит 3 мм. Среднее время жизни молекул озона в атмосфере – около 50 суток.

У поверхности земли озон появляется только во время грозовых разрядов.

Слой озона поглощает коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца (в диапазоне 200 – 300 нм) и таким образом определяет температурный режим стратосферы и защищает от жесткого (короче 280 HM) ультрафиолетового излучения, губительного для всего живого на Земле. В связи с этим его называют озоновым экраном (щитом).

Значительное пространство в озоносфере планеты было зафиксировано впервые над Антарктидой и это явление получило название озоновой дыры. Имея большую массу, молекулы озона опускаются к поверхности Земли и разрушаются, так как неустойчивы при нормальном давлении. Озоновые дыры имеют тенденцию изменять свои размеры. Аналогичные явления отмечены и в Арктике (с весны 1986 г.), но размеры озоновой дыры в 2 раза меньше, чем над Антарктидой. В феврале 1993 г. над Арктикой наблюдалось уменьшение содержания озона на 10 – 40 %, при чем «мини–дыры» фиксировались над северными районами Канады, Скандинавским полуостровом и Великобританией. В 1998 г. впервые зафиксирована озоновая дыра в районе экватора, ее площадь составляет примерно 4 тыс. км2.

Поглощение озоном солнечной энергии определяет нагрев атмосферы на высотах 30 – 60 км, что, в свою очередь, через сложнейшие механизмы взаимодействия формирует сложившиеся в атмосфере Земли динамические и тепловые процессы, определяет в конечном счёте особенности циркуляции атмосферы и специфику климата нашей планеты.

Существует несколько гипотез образования озоновой дыры. Первая гипотеза связывает ее формирование с 11-летним циклом солнечной активности. В годы максимума солнечной активности под влиянием излучений Солнца увеличивается содержание оксидов азота в стратосфере на 50 – 60 % по сравнению со средними условиями, что приводит к уменьшению содержания озона.

Вторая гипотеза связывает образование озоновой дыры с общей циркуляцией атмосферы. Если при этом увеличивается поток

91

оксидов азота, хлора, брома и других веществ антропогенного происхождения из низких и умеренных широт в высокие, это и вызывает уменьшение содержания озона.

Установлено существенное влияние на разрушение озонового слоя различных факторов естественного и антропогенного происхождения (вулканические извержения, содержащие хлор; разложение минеральных удобрений, выделяющих оксиды азота; ядерные взрывы, при которых образуется большое количество оксидов азота; ежедневные полеты реактивных и сверхзвуковых самолетов; уничтожение природного озона – вырубка миллионов гектаров лесов). Выбросы сверхзвуковых самолетов (оксиды азота) приводят к разрушению 10 % озонового слоя.

Наиболее сильное воздействие на озоновый экран оказывают хлорфторуглероды (фреоны), широко применяемые в качестве хладореагентов (холодильники, кондиционеры, рефрижераторы), пенообазователей и распылителей в аэрозольных упаковках. Фреоны – высоколетучие химически инертные у земной поверхности, негорючие, неядовитые вещества. Продолжительность пребывания фреонов в атмосфере составляет 50 –200 лет. Фреоны, поднимаясь в верхнем слое атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образованием оксида хлора, который при столкновении с молекулой озона выбивает из нее один атом. Озон при этом превращается в обычный кислород. Разрушителем озона также является бромистый метил, используемый в качестве дезинфицирующего вещества для почв, товаров и в качестве добавки к автомобильному топливу. Из бромистого метила высвобождается бром, который в 30 – 60 раз разрушительнее для озона, чем хлор.

Всего в мире производится около 1,4 млн тон озоноразрушающих веществ, при этом 1,5 кг фреонов на душу населения в западноевропейских странах, а в странах СНГ – менее 0,5 кг.

Рост интенсивности ультрафиолетового излучения может привести к снижению урожайности сельскохозяйственных культур, к гибели фитопланктона в океане, к нарушению глобального баланса диоксида углерода и кислорода и т. д.

Кислотный дождь – это осадки, содержащие кислые компоненты, такие как серная или азотная кислота, которые выпадают на Землю из атмосферы во влажной или сухой форме.

92

Кислотность той или иной среды обусловлена наличием свободных ионов водорода Н+. Концентрацию свободных ионов водорода принято обозначать символом, представляющий собой отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода (моль/л). Величина pH называется водородным показателем. pH химически чистой воды при 20 ºC равен 7,5 ([H+] =10 –7 моль/л). Это значение принято за отправную точку: раствор с pH < 7,2 будут кислотными, a с pH ≥ 7,5 – щелочными. На основании этого все вещества, способствующие образованию свободных ионов водорода и соответственно снижению рH, называются кислотообразующими. Принято считать, что незагрязнённые атмосферные осадки в отсутствие других примесей имеют значения рH = 5,6. Кислотный дождь имеет рH < 5,6 из–за растворения атмосферной влаги промышленных выбросов (SO2, NO2, HCI и др.). Максимальная зарегистрированная в Западной Европе кислотность осадков рН = 2,3 (кислотность сока лимона).

В естественных условиях дождевые осадки всегда содержат различные примеси, влияющие на рH. Количество и состав примесей зависят от характеристик района, где формируются облачные системы и выпадают осадки. Над океаном наибольший вклад в минерализацию дождевых осадков вносит морская соль, при этом pH дождевой воды повышается (для морской воды pH> 8). В это же время в загрязнённой атмосфере может присутствовать ряд кислотообразующих веществ естественного происхождения: диоксид углерода, сероводород, диоксид серы, соляная кислота, оксиды азота, азотная кислота, органические кислоты. Их концентрация в незагрязненная атмосфере весьма мала.

Выпадение кислотных дождей или кислых осадков в первую очередь связаны с антропогенным загрязнением атмосферы диоксидом серы SO2, и оксидами азота NOx.

Oсновными природными источниками SO2 в мировом масштабе являются вулканы, геотермальные источники, разложение организма и пр. Антропогенными источниками поступления диоксида серы SO2 является сжигание органического топлива (уголь, горючий сланец, природный газ), выплавка чугуна, стали, производство меди, свинца, цинка из сульфидных руд, процессы очистки нефтепродуктов, работа автомобильного транспорта. При сжигании высокосерни-

93

стого угля и нефтепродуктов (мазута) образуется около 80% от общего количества SO2, поступающего в атмосферу во всём мире, которое составляет 1,5 млрд т.

При контакте SO2 с атмосферным водяным паром образуется сернистая кислота

SO3 + H2O → H2SO3 + Q.

Эта реакция довольно медленная, однако в загрязненной атмосфере она обычно ускоряется под влиянием пыли из железа или марганца.

В процессе сжигания около 3% SO2 окисляется до триоксида серы SO3, которые при взаимодействии с водяным паром образует серную кислоту Н2SO4

SO3 + H2O → H2SO3.

Оксиды азота поступают в атмосферу с выхлопными газами при работе двигателей внутреннего сгорания автомобилей и турбореактивных самолетов. В выбросах основная доля приходится на два оксида: оксид азота NO и диоксид азота NO2. При этом абсолютные количества и их соотношение зависят от режима горения и температуры пламени. Обычно определяют суммарные концентрации NO и NО2 в атмосфере, обозначая их как NОx.

В результате взаимодействия оксидов азота атмосферным водяным паром образуется азотная кислота HNO3 по реакциям в несколько ступеней.

Заключительные реакция следующие:

NO3 + H2O → 2HNO3 + NO;

N2O5 + H2O → 2HNO3;

NO2 + OH → HNO3.

Кислоты диссоциируют ступенчато. Например, диссоциация серной кислоты происходит в 2 ступени:

H2SO4 → H+ + HSO−4 ; HSO−4 → H+ + SO24−.

Суммарная диссоциация:

94

H2SO4 → 2H+ + SO24−.

Проблема кислотных дождей усугубляется распространением загрязняющих веществ на большие расстояния (трансграничные примеси). За 5 суток оксиды серы и азота могут распространяться на расстояния до 1000 км.

Негативные экологические последствия кислотных дождей: подкисление почв и пресноводных водоёмов, что приводит к гибели водных организмов; резкое снижение прироста, повреждение и гибель лесов; нарушение экологического равновесия в Мировом океане; снижение урожайности некоторых сельскохозяйственных культур; ускорение коррозии металлических конструкций; серьёзный ущерб памятникам мировой архитектуры. Очевидна опасность кислотных дождей и для человека. Являясь одним из главных ядовитым загрязнителем воды и почвы, отравляющим все виды культивируемых растений, кислотные дожди загрязняют пищу и питьевую воду кислотными и ядовитыми металлами

Для решения проблемы кислотных дождей необходимы разработка и внедрение технологических процессов, а также развитие атомной энергетики, использование нетрадиционных источников энергии (энергии Солнца, ветра, геотермальных источников).

Но кроме вреда кислотные дожди имеют полезное действие. Кислоты, содержащиеся в облаках над океаном, могут разрушать крупные частицы пыли, содержащие железо, на мелкие и растворимые наночастицы.

Смог. Туман в атмосфере – скопление водяных капелек, ледяных кристаллов, твердых частиц (0,001 – 10 мкм) в приземном слое. Сам по себе туман не опасен для человеческого организма. Он становится вредным, когда загрязнен токсическими примесями. Появление смогов связано с температурными инверсиями. Когда непосредственно у земли или на некоторой высоте, обычно 200 – 300 м, образуется слой инверсии – холодный воздух распологается над теплым, в этом случае температура растет с высотой. При наличии температурной инверсии дым и газы, образующиеся при сгорании, не поднимаются вверх и не могут рассеяться в атмосфере. Это продолжается до тех пор, пока метеорологические условия не изменятся.

95

Смог (от английского smoke – дым и fog – туман) – чрезмерное загрязнение воздуха вредными веществами, выделенными в результате работы промышленных производств, транспортом при определённых погодных условиях. Это явление возникает при взаимодействии теплых лучей солнца и вредных веществ в нижних слоях атмосферы. Именно безветренная погода способствует скоплению вредных частиц в определенной местности. Также причиной может быть температурная инверсия – климатическая аномалия, при которой теплый воздух не может подняться из–за давления сверху холодных воздушных масс. Именно поэтому и загрязнители не могут покинуть место, где образовались.

Типичные причины возникновения смога в разных городах мира: интенсивное движение автомобилей, сжигание угля, испарения от лакокрасочных материалов, пожары и другие.

Помутнение воздуха природными частицами пыли, снега или дыма от природных пожаров называется мглой.

Первоначально под смогом подразумевалась дымка, образованная сжиганием большого количества угля (смешение дыма и диоксида серы).

Существует три типа смога – ледяной, лондонский и фотохимический.

Ледяной смог – сочетание газообразных загрязнителей, пылевых частиц и кристаллов льда (3 – 10 мкм), возникающих при замерзании водяных капель тумана и пара отопительных систем. Ледяной смогнаблядается в арктических и субарктических широтах.

Смог лондонского типа (влажный) – сочетание газообразных загрязнителей (в основном диоксида серы), пылевых частиц и капель тумана, т.е. смесь дыма и тумана. Возникает смог в результате сжигания больших количеств топлива (угля и мазута) и надлюдается ( с октября по февраль) в умеренных широтах с влажным климатом, в осенне–зимний период, при малых скоростях ветра, туманах. При туманах вредное воздействие сернистого газа, превращающегося в аэрозоль серной кислоты, сильнее, чем при других погодных условиях. В смоге лондонского типа новых веществ не образуется, а его токсичность зависит от исходных загрязнителей.

Смог фотохимический лос–анжелевского типа(сухой туман с влажностью около 70 %) – вторичное (кумулятивное) загрязнение воздуха, возникающее в результате фотохимических реакций

96

(разложение загрязняющих веществ солнечными лучами) при наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов, интенсивной солнечной реакции и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое примощной и в течении не менее суток повышенной инверсии. Фотохимический смог наблюдается в южных районах умеренного пояса и субтропиках в теплое время года, летом и ранней осенью, в жаркие дни. Основной причиной данного типа смога являются выхлопные газы автомобилей и прежде всего выбросы оксидов азота. Отличительной особенностью смога является коричневый оттенок, который придают ему оксиды азота.

Фотохимический смог образуется при значетельно меньших выбросах в атмосферу по сравнению с лондонским смогом. В ходе фотохимических реакций образуются новые вещества – альдегиты, кетоны, угарный газ (СО), углекислый газ (СО2), азотная кислота (HNO3), которые по своей токсичности значительно превышают исходные атмосферные загрязнения.

Продолжительность смогов – от одного до нескольких дней, но интенсивность настолько велика, что как при фотохимическом смоге, так и при лондонском, появляется неприятный запах, резко ухудшается видимость, у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и различных хронических заболеваний, аллергических реакций. Смоги также вызывают коррозию металлов, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, портят одежду, нарушают работу транспорта.

Загрязнение гидросферы. Гидросфера простирается от верхней границы распространения воды в атмосфере до нижней границы залегания подземных вод в литосфере. Гидросферу принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные воды. Также в гидросферу входят водяной пар атмосферы, почвенная влага и вода, содержащаяся в живых организмах.

Основными источниками загрязнения гидросферы являются недостаточное очищение сточных вод промышленных и коммунальных предприятий, утечки нефти, автотранспорт, крупные животноводческие комплексы, отходы производства при разработке рудных

97

ископаемых; воды шахт, рудников; сбросы водного и железнодорожного транспорта; пестециды и т. д.

Загрязнение вод (водных объектов) – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов.

Последствия загрязнения:

–проблема пресной воды, органическое загрязнение водоёмов, ухудшение качества питьевой воды.

–гибель растений и животных.

–неконтролируемое развитие водорослей.

–гибель водных экосистем с непроточной водой.

–заболевание местности.

Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые проявляются в изменении химического состава воды, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

Типы, источники и последствия загрязнения водных ресурсов: Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду

различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое

и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим и неорганическим, токсичным и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества собираются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит.

Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.

Радиоактивное загрязнение весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (уран, цезий и др.).

Тепловое загрязнение – выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных электростанций.

98

Нефтяное загрязнение относится к числу наиболее опасных и распространенных загрязнений. В воды ежегодно попадает от 30 до 50 млн. тонн нефти, а каждая тонна её способна покрыть океан плёнкой до 12 км2. Нефтяная плёнка является причиной изменения теплового баланса и глобальных тепло- и влагопереносов. Она изменяет состав спектра и интенсивность проникновения в воду света. Пропускание 60 –70 % (400 нм). Пленка толщиной 30 – 40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - «нефть в воде» и обратную – «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефтей, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно.

Содержание нефти даже в количестве 0,05 мг/л делает воду непригодной для питья, а при концентрации 0,5 мг/л погибают многие виды организмов.

Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг). Многие страны, имеющие выход к морю, производят морское захоронение различных материалов и веществ, в частности грунта, вынутого при дноуглубительных работах, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора и др.

Основанием для дампинга в море служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба. Однако эта способность не беспредельна.

Во время сброса при прохождении толщи воды, часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды, другая сорбируется частицами взвеси и переходит в донные отложения.

Загрязнение литосферы. Основными источниками загрязнения литосферы являются отходы промышленности и сельского хозяйства, избыточное использование удобрений.

Отходы подразделяются на отходы производства и отходы потребления. Отходы производства – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, химических соединений, образовавшиеся при производстве продукции или выполнения работ и полностью или частично утратившие исходные потребительские свойства.

99

Вотдельную категорию следует выделить, получаемые в виде шламов, которые нельзя причислить ни к жидким, ни к твердым отходам. Шламы представляют собой аморфные или мелкокристаллические массы, содержащие от 20 до 80 % воды по массе и плохо подающиеся транспортированию без предварительной обработки (сушка, вымораживание и т.д.). К ним относятся смолы, кислые или вязкие гудроны, остаточные нефтепродукты, получаемые при органическом синтезе.

Отходы потребления – изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа, восстановление которых экономически нецелесообразно. Например, изношенные или морально устаревшие машины, изделия производственного назначения (отходы производственного потребления), а также пришедшие в негодность или устаревшие изделия домашнего обихода и личного потребления (отходы бытового потребления).

Все виды отходов производства и потребления по возможности использования можно разделить на вторичные материальные ресурсы, пригодные для переработки, и на неизбежные безвозвратные потери (отбросы).

Отходы классифицируют по токсичности. Токсичные (опасные) отходы – отходы, содержащие или загрязненные материалами такого рода, в таких количествах или в таких концентрациях, что они представляют потенциальную опасность для здоровья человека или окружающей среды.

Промышленные отходы по степени опасности подразделяются на четыре класса опасности: первый – чрезвычайно опасные; второй

–высокоопасные; третий – умеренно опасные; четвертый – малоопасные.

Отходы можно подразделить на металлические и неметаллические, а также комбинированные. К неметаллическим отходам относят химические инертные (отвалы пустой породы, золы и т.д.) и химически активные (отходы пластмассы, резины и т.д.). К комбинированным отходам относятся промышленный и строительный мусор.

Вобщем объеме твердых отходов большая доля принадлежит металлическим, которые складываются из лома (40 – 45 %) и отходов

(55 – 60 %).

100