Проблема сохранения озонового слоя озаботила весь мир. И в 1987г. Правительства развитых стран подписали «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой». Они договорились не увеличивать потребление веществ, угрожающих озоновому слою Земли, в первую очередь фреонов.
Парниковый эффект.
Та часть солнечного излучения, которая, пройдя сквозь озоновый слой, достигает поверхности Земли, представлена мягким ультрафиолетом, видимым светом, а также инфракрасными лучами. Инфракрасное излучение называют ещё тепловым: ИК-волны воздействуют на молекулы, как бы раскачивая их, усиливают в них колебательные движения атомов, что приводит к повышению температуры вещества. Нагретая земная поверхность тоже становится источником длинноволнового ИК-излучения (с максимумом около 10км). Такое излучение поглощают пары воды, углекислый газ, метан и другие компоненты атмосферы, создавая так называемый парниковый эффект.
Без парникового эффекта Земля была бы безжизненной пустыней: поскольку всё испускаемое ею тепло уходило бы в космос, температура у её поверхности составляла бы
-15С, а не +18С, как сейчас. Однако увеличение промышленных выбросов и рост концентрации СО2 в атмосфере может привести к глобальному потеплению климата. Тогда за счёт таяния полярных льдов поднимется уровень Мирового океана, и часть суши окажется затоплена. Рост концентрации CO2в атмосфере на 20% в течении последних 100 лет-строго доказанный факт. Основные источники «дополнительного» углекислого газа - это топки тепловых электростанций, автомобильные двигатели, лесные пожары, то есть источники, так или иначе связанные с техногенной деятельностью человека.
Кислотные дожди.
Кислотные дожди - это атмосферные осадки, рН которых ниже чем 5,5. Закисление осадков происходит вследствие попадания в атмосферу оксидов серы и азота. Источники SO2 в основном связаны с процессами сгорания каменного угля, нефти и природного газа, содержащих в своём составе сераорганические соединения. Часть SO2 в результате фотохимического окисления в атмосфере превращается в серный ангидрид, образующий с атмосферной влагой серную кислоту. Важным источником SO2 является цветная металлургия: производство меди, никеля, кобальта, цинка, и других металлов включает стадию обжига сульфидов. Оксиды азота - предшественники азотной кислоты - попадают в атмосферу главным образом в составе дымовых газов котлов тепловых электростанций и выхлопов двигателей внутреннего сгорания. При высоких температурах, развиващихся в этих устройствах, азот воздуха частично окисляется, давая смесь моно- и диоксида азота. Кислотные осадки (их рН иногда достигает 2,5) губительно действуют на биоту, технические сооружения, произведения искусства. Твёрдо установлено, что под действием кислотных дождей и снегов сильно понизился водородный показатель тысяч озёр, а это, в свою очередь, привело к резкому обеднению их фауны и гибели многих видов организмов. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. При понижении рН резко усиливается эрозия почвы и увеличивается подвижность токсичных металлов.
ГЛАВА 1. Основные источники загрязнения атмосферы.
Изменения в составе атмосферы могут происходить под влиянием природных катастроф, например извержения вулканов. Но основные изменения происходят под влиянием хозяйственной деятельности человека: большинство современных технологических процессов, работа транспорта связаны с потреблением кислорода и выбросом пыли, газа, живой и неживой органики, электромагнитным излучением.
Промышленные выбросы увеличиваются в среднем на 2 - 5 % в год.
Воздух большого города сильно отличается от чистого лесного воздуха. Причина этого - выбросы автотранспорта, котельных и промышленных предприятий. Автомобили и котельные выбрасывают стандартный набор газов: сернистый газ SO2, оксиды азота NOи NO2, угарный газCO, Aформальдегид HCOH, а также сажу.
Металлургические предприятия выбрасывают в воздух сернистый газ, угарный газ, формальдегид и циановодород HCN. В окрестностях алюминиевых заводов атмосфера обычно загрязнена фтороводородом. Целлюлозно - бумажные комбинаты «обогащают» окружающий воздух сероводородом, хлором, фенолом C6H5OH и формальдегидом. Такие предприятия сильно ухудшают качество воздуха.
Основными вредными примесями пирогенного происхождения являются следующие.
· Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух
он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 1250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.
· Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработке сернистых руд (до 170 млн. т. в год)
· Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который поднимает почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадения аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км от таких
предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии, а также ТЭС ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки тонн серного ангидрида.
· Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.
· Оксилы азота. Основным источником выброса являются предприятия, производящие азотные удобрения, азотную кислоту, нитранты, анилиновые красители, нитросоединения, вискозный шелк, целлулоид. Количество оксилов азота, поступающих в атмосферу, составляют 20 млн. тонн в год.
· Содинения фтора. Источниками загрязнения являются предприятия по производству алюминия, эмалей, стекла, керамики, стали, фосфорных удобрений. Фторосодержащие вещества поступают в атмосферу в виде газообразных соединений - фтороводорода или пыли фторида натрия и кальция. Соединения характеризуются токсичным эффектом. Производные фтора являются сильными инсектицидами.
· Соединения хлора. Поступают в атмосферу от химических предприятий, производящих соляную кислоту, хлоросодержащие пестициды, органические красители, гидролизный спирт, хлорную известь, соду. В атмосфере встречаются как примесь молекулы хлора и паров соляной кислоты. Токсичность хлора, определяется видом соединений и их концентрацией. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на 1 тонну передельного чугуна выделяется кроме 12,7 кг. сернистого газа и 14,5 кг. пылевых частиц, определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов,смоляных веществ и цианистого водорода.
В нашем городе находится большое количество промышленных предприятий, которые сильно загрязняют атмосферу. Большинство этих предприятий сконцентрировано в Выборгском, Калининском, Красногвардейском и Невском районах.
Производство цемента и других строительных материалов является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка полуфабрикатов и получаемых продуктов горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнениям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы, часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления.
Сильное загрязнение воздуха в больших городах называется смогом (от греч. "smoke" - дым и "fog" - туман). При отсутствии ветра над городом верхние слои воздуха прогреваются сильнее, чем нижние, тогда все вырабатываемые газы не могут идти из приземного слоя, и над городом повисает едкая пелена. Под действием солнечного света в таком смоге образуются различные неустойчивые, но весьма токсичные продукты.
Фотохимический туман представляет собой многокомпанентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате химических реакций при определённых условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течении не менее суток инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона.