Основные соединения азота и их концентрации

(по И.Е.Саратову, 1998 г.)

Табл. 2

Наименование соединения азота	Химичес кая формула	концентрация, N/м3
		Город	Регион	океан
Оксиды озота
Оксид азота I (геми оксид)	N2O
Оксид азота II (моно окид )	NO	50-5	5-0,05	0,05
Оксид азота III (сескви оксид)	N 2O3	-	-	-
Оксид азота IV (диоксид)	NO2	50-5	2-0,2	0,2
Оксид азота V	N2O5	-	-	-
Другие соединения азота
Азотистая кислота	НNO2	2	2-0,2	0,2
Аммиак	NН3	-	10-0,1	0,3
Ион нитрата	NO3-	2	0,4-0,1	0,02
Ион аммония	NН4	-	2,0-1,0	0,4

Основной естественный источник азота - почвенная эммисия оксидов азота. На втором месте естественного поступления азота являются грозы, от них образуются 8 млн. тонн в год оксидов азота. Третий источник - горения биомассы (лесные пожары, горение саванны, торфяников - около 12 млн. тонн в год)

Среди антропогенных источников выделяется, прежде всего, горение ископаемого топлива (азот и кислород соединяются в результате высокой температуры). От сжигания топлива образуются 12 млн. тонн оксидов, от двигателей образуется 8 млн. тонн. Промышленность выбрасывает значительно меньше по сравнению с энергетикой, отоплением и транспортом - чуть больше 1 млн. тонн в год. Следующий источник - химические удобрения. Из почвы они попадают в воздух. Производство удобрений непрерывно растет. С 1955 по 1975 гг.отмечен их рост более чем в 10 раз. К 2000 году оно вырастет вдвое. Расчет показывает, что за счет удобрений в атмосферу поступает около 10 мегатонн N₂О, а это 40% естественного поступления, т.е. антропогенные источники меньше природных.

На Украине выбросы распределяются следующим образом: энергетика - 52%, металлургия около 18%, коксохимия - около 9%, химическая и нефтехимическая около 3%.

В ЛОС (летучие органические соединения) входят:

- около 50% алканов или парафинов (метан, этан, бутан и их производные);

- около 20 % алкенов или олефинов (этилен, пропилен, бутилен и их производные);

- около 18% аренов, т.е. различных ароматических углеводородов;

- около 1% различных органических кислот (муравьиная, уксусная и др.)

ЛОС поступает в основном от природных источников - это растения, в результате жизнедеятельности которых образуются терпеновые углеводороды и их производные. Но растет и антропогенная составляющая: это транспортные средства - около 8,2 млн. тонн, сжигание топлива - около 25 млн. тонн и т.д. В атмосфере ЛОС под влиянием УФ облучения и взаимодействия с кислородом, озоном и гидроксильными радикалами образуют множество продуктов, способных влиять на рН атмосферных осадков.

Кроме серной и азотной кислоты - основы кислотных дождей, кое-где существенную часть их составляют хлорид и фторид водорода, образуемые от сжигания угля, производства пропиленоксида, фторида водорода, металлического алюминия и фосфорных удобрений.

Несложно рассчитать, что загрязнитель, выбрасываемой в атмосферу, может быть перенесен за сутки при скорости ветра 10 м \ с на 864000 м от места его эмиссии, за 2 суток двуокись серы может быть перемещена на расстояние 1,5-2,0 тыс. км Значит, одно государство может загрязнять другое.

Таким образом, сера и азот, попадая в атмосферу, в значительной степени подвергаются физическим и химическим превращениям под действием окислительной среды атмосферы и переходят из малоопасных в агрессивные вредные соединения, которые в виде жидких или твердых аэрозолей влияет на формирование облаков и туманов, а затем оседают на Землю.

При этом на кислотность осадков влияют щелочные выбросы, которые нейтрализуют их. Основным источником катионов щелочных и щелочноземельных металлов является почва (это пыль с полей).

Самым мощным нейтрализатором оксидов серы и азота в атмосфере является атмосферный аммиак, который поставляет почва (результат разрушения бактериями органических веществ). Другим источником аммиака является процесс распада мочи домашних животных и человека. Последний даже превышает в Европе поступления из почвы. Поскольку образование аммиака зависит от температуры и влажности почвы, то зона выпадения сильных кислотных дождей смещена в сторону северных районов Европы, хотя основные источники эмиссии соединений серы и азота расположены южнее. [Примечание: рН-7 среда нейтральная, рН ниже 7 - кислая, рН выше 7-щелочная. Кислым считается вещество, которое отдает ион водорода, а щелочью - вещество, которое принимает ион водорода.]

Необходимо подчеркнуть, что дождевая вода не является дистиллированной. Промывая атмосферу, капли воды присоединяют микроэлементы, а капля дождя (если бы не было примесей) имеет рН = 5,6 т.е. в 25 раза выше, чем дистиллированная вода (рН = 7). В результате деятельности человека рН воды осадков в Европе колеблется от 4 до 5,6 со среднемноголетними значениями рН = 4,5.

В последние годы наблюдаются осадки с рН = 3, что значит 400-кратное увеличение концентрации водородных ионов по сравнению с точкой нейтрализации (рН = 7). Максимально зарегистрированная в Западной Европе кислотность осадков рН = 2,3. Наибольшее в мире значение кислотности дождей (рН=2,25) зафиксировано в Китае. В каждом литре такой воды больше кислоты, чем в обычном уксусе, где рН = 2,8.

Воздействие кислотных дождей на живую и неживую материю есть прямое и косвенное. Прямое- разрушение памятников, зданий, сооружений, закисление почв и водоемов, воздействует на человека, животных, растения (даже ожоги). Косвенное - влияют не сами осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Например, изменяется растворимость отдельных, т.н. тяжелых металлов, которые с питьевой водой могут попасть в организм. Другой пример - изменяется характеристика почвы, ее биология и химия. Результат этих изменений - угнетение или гибель растений. Осадки, содержащие соединения азота, некоторое время способствуют росту деревьев, т.к. дают питательные вещества. Далее происходят перенасыщение и закисление почвы. Поскольку растворимость тяжёлых металлов зависит от рН ,то, попадая в кислую среду, они, растворившись, как яд поглощаются растениями что ведет к их гибели.

Алюминий, растворимый в сильнокислой среде, ядовит для почвенных организмов, т.е. идет преобразование среды микроорганизмов. Поэтому исследователи считают, что гибель лесов происходит в результате отравления тяжелыми металлами. Например, дубы гибнут от гибели грибка Mikozzhira ,который имеется в корневой системе и находится в симбиозной связи с растением. Грибок очень чувствителен к кислотности.

В городах разрушение строительных обьектов в 3 раза выше, чем в сельской местности. Скорость поверхностной эрозии исторических памятников за период с 1718-1980 гг. оценена английскими учеными - 0,078 мм \ год.

У хвойных появляется общее увядание хвои, омертвление участков коры, появление рыже-коричневого цвета, сначала на остриях, а затем по всей хвое. Идет опадание хвои. Развивается процесс усыхания с верхушки, от наружи кроны внутрь. У лиственных - частичное усыхание листа, отслаивание коры, большое количество вредителей.

Изменение происходят на клеточном уровне и ведет к ухудшению обменных процессов. Водные системы имеют рН = 6-8, а в засушливые годы - до 9. Главное, что обуславливает формирование кислотности, чем сложены берега водоемов, водосборные территории. Например, при условии, что водосборное пространство сложено доломитовыми породами , кислотность не сильно меняется, а при сложении диабазом, нефритом и др ,.кислотность увеличивается существенно.

Исчезает рыба в водоемах. Озера Скандинавии особенно интенсивно увеличивают кислотность, т.к. ложе у них гранитное и, соответственно, бедное на известняксодержащие породы, т.е. нет нейтрализации. Дело в том, что известняки обеспечивают щелочную среду. В среде с рН = 4,5 могут жить только немногие виды насекомых, растений. Многие организмы гибнут уже при рН меньше 6.

Влияние на почву, в частности, на скорость ее закисления, резко повышается в результате выщелачивания питательных веществ под действием кислотной седиментации. Процесс сопровождается переводом нерастворимых соединений алюминия в растворимые, которые участвуют в замещении ионообменных центров. Как было отмечено выше, сейчас доказана высокая токсичность алюминия для корневой системы. Алюминий является компонентом глинистых почв: при средних значениях рН он находится в малорастворимых нетоксичных формах. При повышении кислотности на 1 единицу рН содержание растворимого железа увеличивается в 100 раз. Как результат - снижается активность микроорганизмов. Закисление почв идет за счет кислотных дождей и за счет удобрений. Например, суперфосфаты содержат несколько % свободной серной кислоты. Азотистые удобрения содержат много нитратов и соединения аммония. Чтобы нейтрализовать удобрения, необходимо внести на 1 га 300-400 кг карбоната кальция ( СаСО₃) в год, в то время как для нейтрализации воздействия кислотных осадков достаточно около 10 кг СаСО₃ на 1-га. Таким образом, становится очевидным- главный "вредитель" не осадки, а удобрения.

Отмечая прямое и косвенное влияние на людей, необходимо подчеркнуть, что человек, вдыхая аэрозоли носоглоткой может задерживать только 25-40% их. В легкие попадает 20-25% исходных частиц. Особенно опасна копоть. На ее частицах собирается большое количество кислотных газов. Диоксид азота поражает легочные ткани.

В дальнейшем к вышеизложенному, приведём некоторые сведения о влиянии свинца, ртути и асбеста.

СВИНЕЦ. Влияние свинца изучено наиболее тщательно. Падение Римской империи предрешил свинец. Древние римляне потребляли свинец в 6 раз больше, чем это допустимо. Были свинцовые водопроводные трубы, свинцовая посуда (от кастрюль до кубков), в свинцовых бутылях хранилось вино и варились сиропы. А соединения свинца нарушают обмен веществ. Результат влияния - умственная отсталость и хронические заболевания мозга. Одной из мер, предпринятых в настоящее время явилось то, что изготовление свинцовые белил заменили титановыми.

РТУТЬ. В районе залива Минамато в Японии гибли люди. Болезнь назвали "МИНАМАТА", а причина ртуть, которая попадала в залив с заводскими сточными водами.

КАДМИЙ входит в большую тройку, т.е. после свинца и ртути. Это спутник цинка. Основной источник - промышленность и удобрения. Он усваивается овощами и табаком.

В результате внесения ртути нарушается работа почек, легких, печени и поджелудочной железы, повышает кровяное давление, возникает болезнь "ИТАН-ИТАН" - это размягчение костей.

АСБЕСТ - соль кремневой кислоты (силикат). Асбестные волокна попадают в организм и вызывают рак. Растворение шифера связано с кислотностью осадков.