Неорганические компоненты атмосферы

Сернистый газ. Сернистый газ (сернистый ангидрид, диоксид серы) представляет собой соединение серы с кислородом и имеет формулу SO₂. Сера в этом соединении положительно четырехвалентная. SO₂ встречается в природе в составе газообразных продуктов вулканических извержений, лесных пожаров, морской пены, микробиологических превращений серусодержащих соединений. Антропогенными источниками загрязнения окружающей среды SO₂ являются процессы обжига и плавления сернистых руд, работы в кузнечных, литейных, плавильных, прокатных и других цехах металлургического производства, химические процессы производства серной кислоты, получения сульфитов, при отбеливании шерсти, очистка нефтепродуктов, изготовление резины, производство удобрений, получение доменного, коксового, светильного газов и др промышленные процессы. Образуется SO₂ при горении серы, при обжиге железного колчедана и сульфидов цветных металлов по следующим формулам:

S+O₂ = SO₂ + Q

4FeS₂ + 11 O₂ = 2Fe₂O₃ +8 SO₂

Молекула SO₂ полярна: она представляет собой равнобедренный треугольник с атомом серы в вершине. Время пребывания в атмосфере – 2 недели, легко растворим в воде, переносится воздухом. Страны импортеры SO₂ (получают больше, чем производят) – Норвегия, Швеция, Финляндия, Австрия, Швейцария, страны экспортеры SO₂ (выпускают больше) – Дания, Нидерланды, Бельгия, Великобритания, Германия, Франция. Во время переноса SO₂ и другие кислотные выбросы лишь в очень малой степени теряют свою активность. Нейтрализация происходит только в том случае, если в воздухе одновременно находится и пыль, содержащая гидроксиды щелочных и щелочноземельных элементов. Атмосфера очищается главным образом при вымывании кислых газов водой или снегом, а также при их «сухом» осаждении, т.е. в виде самого газа или адсорбированного на мельчайших частицах пули.

Оксид углерода (СО) – вещество очень токсичное, попадая в легкие вытесняет кислород из его соединения с гемоглобином крови и дает карбоксигемоглобин. Склонность к реакции присоединения СО у гемоглобина Hb в 300 раз выше склонности к реакции присоединения кислорода. Эта реакция обратима.

СО + HbО₂ ↔ СОHb + О₂

При повышении концентрации или парциального давления СО равновесие смещается вправо.

СО является низшим оксидом углерода и при нормальных условиях представляет собой газ без цвета и запаха. СО – горючий газ и может давать с воздухом взрывоопасные смеси, При сгорании превращается в СО₂, выделяя при этом тепло.

2 СО + О₂ = 2СО₂ + Q

СО присуща восстановительная функция. При высоких температурах этот газ может отнимать от других веществ кислород и тем самым восстанавливать другие элементы в их соединениях с кислородом.

Природными источниками поступления СО в окружающую среду являются: вулканизм, процессы окисления метана (с помощью ОН- радикала). Антропогенными источниками – неполное сгорание топлива, получение искусственного топлива, генераторного, водяного газа, газа переработки сланцев, газа подземной газификации, выхлопные газы автомобилей, углеобогатительные фабрики, заводы по нефтепереработке, металлургическая промышленность.

Одним из главных источников загрязнения атмосферного воздуха СО является сжигание топлива как в промышленности, так и в быту. В печи при сжигании угля или других твердых и жидких топлив протекают поочередно процессы:

С + О₂ = СО₂ + Q

СО₂ + С = 2 СО – Q

2 СО + О₂ = 2 СО₂ + Q

Считается, что при сжигании 1 т топлива в окружающую среду выделяется около 20 кг СО. Во многих видах искусственно получаемых топливных газов содержится СО. К ним относится генераторный газ, газ полученный от подземной газификации угля, водяной газ, газ от переработки сланцев. Генераторный газ получают в специальных печах при неполном сжигании угля по реакции 2С + О₂ = 2 СО. Его состав в среднем характеризуется содержанием горючей части, то есть СО (от 25 до 34 %), а остальное – негорючие составляющие (азот, углекислый газ). Водяной газ получают пропуская водяной пар через слой накаленного угля. Протекает реакция С + Н₂О = СО + Н₂. Водяной газ нередко используется как топливо, а на заводах синтеза аммиака из него получают водород. Он служит сырьем для получения синтетического бензина, для этого осуществляется процесс гидрирования СО

2Н₂ + 2СО = СН₂ + Н₂О + СО или

2Н₂ + 2 СО = СН₂ + Н₂ + СО₂

с последующей полимеризацией метиленовой группы при участии катализаторов.

В металлургической промышленности многочисленны процессы, при которых выделяется СО: доменный процесс; литейное и кузнечное производства. СО загрязняет воздух при обжиге кирпича, извести, шихты для производства цемента. Особо необходимо отметить загрязнение воздуха СО при работе двигателей внутреннего сгорания на автомобилях, тепловозах, тракторах. Всего в отработавших газах автомобиля обнаружено более 200 компонентов, из которых явно неядовиты только 5. До 1% СО содержит табачный дым. Так у горожанина курильщика в крови содержится 5% карбоксигемоглобина, а у некурящих рабочих – 1,5 %.

Диоксид углерода (СО₂ ). В отличие от монооксида углерода диоксид углерода образуется при полном окислении углеродсодержащего топлива, Атмосферный СО₂ находится в состоянии постоянного обмена с почвой, водами и живыми организмами, в результате чего создается постоянный кругооборот его в природе. Природными источниками поступления СО₂ в атмосферу являются – вулканические извержения, выветривание содержащих углерод горных пород, микробиологический распад органических соединений над почвой и в почве, дыхание животных и растений, лесные пожары. Выбросу СО₂ противостоят процессы его фиксации из атмосферы: фотосинтез растений, растворение в морской воде, накопление соединений, богатых углеродом и отложение богатых углеродом залежей горючих ископаемых.

Увеличение количества сжигаемого природного топлива с развитием индустриализации, особенно в течение последних 100-200 лет, привело к заметному повышению содержания СО₂ в атмосфере. В результате интенсивной обработки земли и создания новых пашен идет быстрое разрушение слоя гумуса почвы и ускоренный переход углерода в атмосферу. К этому добавляется вырубка лесов, особенно ликвидация тропической растительности, в которой издавна накопились огромные запасы углерода. Эти вырубки в значительной мере способствуют нарушению равновесия между связыванием и выбросом углерода.

Попавший в атмосферу СО₂ остается в ней в среднем 2-4 года. За это время СО₂ повсеместно распространяется, входя в состав атмосферы. Влияние СО₂ выражается не только в токсичном действии на живые организмы, но и в способности поглощать ИК- лучи (вызывать «парниковый эффект»). Согласно такой модели при удвоении содержания СО₂ в атмосфере среднее глобальное увеличение температуры составляет 0,8- 2,9 ⁰С. В тропиках потепление меньше среднего глобального, в полярных зонах – больше. При удвоении содержания СО₂ в тропосфере изменение климата с повышением температуры становится вполне вероятным, если не происходит никаких компенсирующих процессов – усиленное поглощение и рассеяние излучения в стратосфере из-за загрязнений в виде пыли и аэрозолей.

Оксиды азота. Природные поступления оксидов азота в атмосферу связаны в основном с электрическими разрядами, при которых образуется NO, а в последствии – NO₂. В очень небольших количествах NO₂ может выделяться в процессе ферментации силоса. Основная часть NO_х перерабатывается в почве микроорганизмами, причем образуется N₂O.

Постоянный выброс NO_х за последние годы связан главным образом с развитием автотранспорта. Кроме того, тенденция к более полному использованию топлива также приводит к увеличению выбросов NO_х, так как повышение эффективности работы мотора связано сростом температуры.

Образующийся главным образом естественным путем N₂O безвреден для человека, что позволяет использовать его для наркоза. Его роль в загрязнении воздуха заключается в способности его при химических изменениях в стратосфере способствовать разрушению озона.

Роль NO и NO₂ оценивается совместно, так как в атмосфере эти газы встречаются только вместе. Эти газы в дальнейшем приходят в равновесие с N₂O₃ и N₂O₄. NO не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек может его не чувствовать. При вдыхании NO образует с гемоглобином нестойкое нитрозосоединение, которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Fe²⁺ переходит в Fe³⁺. Ион Fe³⁺не может обратимо связывать О₂ и, таким образом, выходит из процесса переноса О₂.

По мере удаления от источника выброса все большее количество NO переходит в NO₂. Этот последний желто-коричневый газ особенно сильно раздражает слизистые оболочки. При контакте с влагой в организме образуется азотистая и азотная кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких, подобно многим другим кислотам.

Аэроионы

Под влиянием р/а излучения и космических лучей происходит ионизация части молекул газов, находящихся в воздухе. В результате образуются группы молекул, несущих отрицательный или положительный заряд, это легкие ионы, их размер около 10^-7 см. Электрический заряд может быть связан также со взвешенными частицами воды или пыли, имеющими размер около 10-5 см, это тяжелые ионы. Как легкие так и тяжелые аэроионы могут иметь отрицательный и положительный заряд, с чем связано их движение в электрическом поле атмосферы – положительные ионы двигаются к поверхности земли, а отрицательные от нее. В результате возникает электрический ток. Расчеты и наблюдения показывают, что за счет р/а излучения в 1 см³ атмосферы в секунду образуется около 10 пар легких ионов. Концентрация легких ионов колеблется от нескольких десятков до 1000 в 1см³.Тяжелых ионы в ландшафте обычно больше, чем легких, их число колеблется от сотен до сотен тысяч.

Установлено, что аэроионы влияют на здоровье человека, причем отрицательно заряженные легкие ионы оказывают благотворное действие. Особенно много таких ионов образуется на морском берегу во время прибоя, вблизи водопадов и фонтанов, на берегах бурных горных рек. Наоборот, в сильно запыленном воздухе число легких ионов уменьшается. Имеются данные, что повышенное содержание положительно заряженных легких ионов на горных вершинах благоприятствуют горной болезни, что эти же ионы, образующиеся при фенах, ухудшают самочувствие людей.

Т.о. ионизация воздуха является важным гигиеническим фактором, и должна стать составной частью геохимической характеристики ландшафта.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: