Атмосфера - загрязнения и борьба с ними

В последнем пункте определяются Знаки, в которых стоят сильные Планеты, как мотивы, от которых зависит реализация личности, а также перечисляются все возможные сферы реализации личности, связанные с сильными (заполненными) Знаками. Все это рассматривается с точки зрения инициации внутренних ресурсов.

Атмосфера - загрязнения и борьба с ними

1. Атмосфера - защитная оболочка Земли.

2. Загрязнение атмосферы - кислотные осадки

3. Разрушение озонового слоя

4. Парниковый эффект

5. Радиоактивное, электромагнитное, шумовое з-я

6. Меры по охране атмосферы

 

 

1 Атмосфера – газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли (99% составляют О₂, N₂).

Имеет слоистое строение: 1) тропосфера (Н= от 10 до 15 км). Здесь протекает большинство метеорологических процессов, происходит конвективный перенос влаги и формируются облака. Содержит 80% влаги. 2) стратосфера (до Н=40 - 55 км) содержит озоновый слой. 3) ионосфера (Н до 1300 км) обладает повышенной ионизацией молекул газа. 4) экзосфера (Н до 10000км) плотность воздуха с увеличением высоты (Н) убывает, приближаясь к разреженности вещества, в максимальном пространстве.

Атмосфера является защитной оболочкой Земли и необходимым условием поддержания многих биосферных процессов. О₂ и СО₂ активно участвуют в обмене веществ живых организмов. N₂ воздуха фиксируется азотфиксирующими бактериями и возвращается в атмосферу при денитрификации в процессе разложении органических остатков. Для жизнедеятельности человека воздух – самый главный ресурс. Даже незначительное изменение в составе воздуха грозят тяжелыми последствиями. Например, содержание СО₂ в воздухе> 0,07 % оказывает угнетающее действие на дыхательную функцию, а (4%) вызывает смертельный исход. Критическим пределом для человека в содержании атмосферного О₂ является его снижение с 23,3% до 17% (по массе).

Происходящими в атмосфере процессами обуславливаются климатические явления, что имеет особое значение для определения агроклиматического потенциала территории. Для хорошего самочувствия животных и человека важно определённое соотношение тепла и влажности. Так «зона комфорта» при соотношении t и влажности: 20° - 85%; 25° - 60%; 30° - 44%; 35° - 33%.

Атмосфера играет фундаментальную роль в производственных процессах, требующих затрат энергии. Эта энергия черпается за счет сжигания атмосферного О₂. О₂, хотя и относится к возобновляемым ресурсам, но способен легко истощаться.

Образование и разложение озона связано с поглощением ультрафиолетовой радиацией Солнца, которая губительна для живых организмов. О₃ задерживает 20% инфракрасного излучения Земли, повышая утепляющее действие воздушного покрывала. Основная масса О₃ находится на h=20 – 24 км. Ионосфера так же оберегает все живое от вредного воздействия космической радиации, влияет на поглощение и отражение радиоволн.

2. Загрязнение атмосферы имеет естественное и искусственное происхождение 1) естественное: а) загрязнение космической пылью и космическим излучением; б) земное загрязнение при извержении вулканов, выветривании горных пород, пыльных бурях, лесных пожарах, выносе морских солей и др. 2) искусственное вызывается промышленными, транспортными, бытовыми выбросами. В атмосферу в следствие деятельности человека поступают СО₂, СО, диоксид серы - SO₂, метан, оксиды N: NO₂, NO, N₂O, хлоруглеводороды, тяжелые МЕ (Pb и др.).

В городах России на долю автотранспорта приходится около 40% общих загрязнений атмосферы. Примерно столько же на долю ТЭС. Только за 1ч работы ТЭС средней мощности сжигается более 80 т угля и выбрасывается в атмосферу около 5 т. SO₂ (сернистого газа) и 16 – 17 т. золы. Наиболее экологически чистым сегодня является газ, при сжигании которого выброс оксидов N оказывается примерно на 20% меньше, чем при сжигании угля. Каждый автомобиль в среднем потребляет около 2 т. топлива в год и выбрасывает в атмосферу 700 кг оксида С, 230 кг различных углеводородов, 40 кг окислов N, 2 - 5 т твердых веществ. Особо опасные вещества тетраэтилсвинец и бенз(а)пирен, обладающие канцерогенными свойствами. Всего в выхлопных газах присутствует около 200 веществ. Автомобили сжигают О₂ в 3 - 4 раза >,чем требуется всему человечеству для дыхания.

Много разнообразных выбросов дают предприятия цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, производство строительных материалов. В результате атмосфера становится ареной сотен химических реакций, и некоторые из них способны вызвать довольно масштабные явления, существенно влияющие на состояние наземных и водных экосистем. Таким явлением оказываются кислотные осадки. Обычная кислотность осадков в центральной Европе и на северо-востоке США находится в пределах ph=3,0 - 5,5. Случай с наибольшим значением кислотности ph=2,25 был отмечен в 1981 г. в Китае, в районе с сильным загрязнением воздуха. Под действием солнечного света, окислителей О₂ и О₃ из смеси газов (главным образов оксидов N, S, углеводородов) и паров Н₂О образуются соединения кислой природы, среди которых: 30% - HNO₃; 60% - H₂SO₄; 2% - H₂CO₃; 5% - HCl. Другие кислоты содержатся в осадках в малых и следовых количествах. Картина кислотных загрязнений над регионами, зависит от характера производства. Так, в Братске, где расположен алюминиевый комбинат, усыхание сосновых лесов обусловлено, прежде всего, действием плавиковой кислоты (HF), которая образуется при производстве Al из криолита (Na₃AlF₆). Выпадение кислотных осадков на поверхность Земли может происходить 2 путями: 1) вымывание кислотных соединений – влажная седиментация; 2) осаждение веществ - сухая седиментация, которая не имеет существенного значения. Однако, обнаруженное недавно в районе северного полюса выпадение сульфатов и H₂SO₄ произошли, скорее всего этим способом.

Наиболее значимо воздействие кислотных осадков на почвы и водоемы. Снижается активность почв, микроорганизмов, падает продуктивность почв. В водоемах снижается видовое разнообразие фитопланктона при ph < 6,0, а при ph = 5,0 зоопланктона. Репродуктивность рыб резко падает при ph <5,5, а при ph <4,5 прекращается (оптимальные условия 6,5 - 8,5). В условиях подкисления развиваются сфагновые мхи и сине-зеленые водоросли. Кислотные дожди могут вызывать коррозию металлов и разрушение зданий.

При большом количестве пыли и газов, выбрасываемых в воздух городов и при антициклонных условиях погоды, когда загрязнители скапливаются в приземном слое атмосферы, образуется ядовитый туман – смог. Для него характерно образование О₃ и формальдегида. Смог крайне вреден для живых организмов. Ухудшает самочувствие людей, резко увеличивается число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.

Смог бывает нескольких типов: 1) влажный (Лондонского типа) характерен для стран с морским климатом, где очень часты туманы и высока влажность воздуха. Основной компонент SO₂ (сернист. газ) вызывает катар верхних дыхательных путей. Появляется в осенне-зимнее время года. Представляет собой ядовитый густой желто-грязный туман. Печально знаменитый смог в 1952 г. унес за несколько дней > 4 тыс. жизней.

2) сухой – смог Лос-анджелесского типа, наблюдается в теплое время года в сухом климате в виде синеватой дымки, например в Нью-Йорке, Бостоне, Детройте, Чикаго, Мадриде, Милане. Возникает в воздухе, загрязненном в основном выбросами автотранспорта в результате фотохимических реакций. Этот смог более опасен, вызывает раздражение глаз, слизистых оболочек носа и горла, обострения хронических заболеваний, болезни и гибель животных и растений. Вызывает коррозию МЕ, растрескивание красок, резиновых и синтетических изделий, порчу одежды.

3) ледяной – смог Аляскинского типа. Возникает в Арктике и субарктике при низких температурах в антициклоне. Выбросы даже небольшого количества загрязняющих веществ, приводят к возникновению густого тумана, состоящего из мельчайших кристалликов льда и, например, серной кислоты.

В России смоги бывают например, в городах, расположенных как правило в горных котловинах, где застаивается воздух: Кемерово, Братск, Новокузнецк.

3. С антропогенными изменениями состава атмосферы связано разрушение озонового слоя. Наиболее интенсивно происходит над полюсами планеты, где появляются так называемые «озоновые дыры». Этот термин не самый удачный (с легкой руки журналистов) – никаких дыр в буквальном смысле слова в озоновом слое нет – есть области с пониженным содержанием О₃. Темпы их расширения в Антарктиде составляют около 4% в год. Каждый процент потери атмосферного озона приводит к росту раковых заболеваний кожи на 2%. Наибольшая потеря озона прогнозируется в полосе 20 - 5 градусов северной широты. Не может успокаивать и то обстоятельство, что уменьшение концентрации О₃ в конце зимы связано с сезонными изменениями в состоянии стратосферы и носит временный характер, поскольку атмосфера – самая динамичная оболочка биосферы. Замечено, что в северном полушарии происходит зимнее и весеннее падение концентрации О_3, в средних и высоких широтах потери О₃ составляет 2 - 10%. В 1995 г. отмечено, что озоновый слой над Сибирью сократился на 25% и сохранялся на этом уровне в течение первой половины февраля.

В целом возникновение и рассасывание «дыр» не обнаруживает пока твердо установленных закономерностей (об этом можно говорить лишь к арктической зоне в пределах 60 параллели)

Механизмов разрушения озонового слоя существует несколько:

1) водородный каталитический цикл:

H+O₃=OH+O₂; O+OH=H+O₂

 

2) гидроксильный каталитический цикл:

OH+O₃=HO₂+O₂; HO₂+O₃=OH+O₂

пергидроксил

Оба цикла происходят, если в стратосферу попадают молекулы воды в достаточно большом количестве.

Антропогенным источником могут быть запуски космических ракет и полеты стратосферной авиации. Американскому кораблю многоразового использования «Шатл», который работает на твердом топливе, достаточно сто раз за 4 - 5 лет слетать в космос, чтобы озоновый слой полностью исчез. Наш ракетоноситель «Е» работает на углеводородном топливе, H₂ и в несколько тысяч раз слабее воздействует на озоновый слой чем «Шатл».

3) Азотный каталитический цикл: NO+O₃=NO₂+O₂, NO₂+O=NO+O₂

Источником оксидов N является закись азота (N₂O), которая химически инертна, может проникать в верхние слои атмосферы. Поставщиком азота в атмосферу являются азотные удобрения, применяемые в с/х и почва, обнаженная после сведения лесов.

4) Хлорный каталитический цикл: Cl+O₃ = ClO + O₂ ClO + O = Cl+O₂

Cl попадает в стратосферу в составе фреонов, точнее подгруппа фреонов (хлорфторуглеродов). Наиболее известны ХФУ-11 (CFCl₃) и ХФУ-12 (CF₂Cl₂). Они широко используются в качестве хладагентов в холодильных установках, при производстве распылителей (аэрозольных баллончиков, растворителей, при производстве пен). Продуцирование активного Cl происходит в результате фотодиссоциации молекул фреонов.

В настоящее время содержание хлорсодержащих соединений в стратосфере в 4 - 5 р. превышает естественный фон и продолжает увеличиваться со скоростью 5 % в год.

Монреальским протоколом (сент. 1987 г.) предусматривалось сокращение использования ХФУ к 1998 году в 2 раза. Россия из-за тяжёлого финансового экономического положения попросила отсрочку на 4 - 5 лет. Химики всего мира интенсивно ищут заменители ХФУ. Был предложен ХФУ-22 вместо 11-го и 12-го. В нём один атом галогена заменён на водород, поэтому ХФУ-22 относительно быстро разлагается в атмосфере, не достигая озонового слоя. Для полного отказа от применения фреонов в холодильной технике необходимы инвестиции в размере 600 – 700 $ млн. в год.

4. Очень быстрыми темпами растет в атмосфере содержание CH₄ и CO₂. Эти газы обуславливают так называемый парниковый эффект. Они как стекла теплицы пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью земли, что способствует общему потеплению климата. Увеличение в атмосфере пыли, напротив, способствует его похолоданию, т.к. атмосферный аэрозоль приводит к снижению прозрачности воздуха. Осаждение пыли на поверхность земли, особенно в зоне ледников, ведет к снижению альбедо и может повлиять на климат в сторону его потепления.

За последние 100 лет концентрация СО₂ в атмосфере выросла на 25 %, метана – на 100%, что сопровождалось глобальным повышением температуры на 0,5° - 0,6°. Из расчета следует, что удвоение концентрации СО₂ влечет изменение средней температуры на 2 - 3 градуса.

На конференции ООН по мировому климату в Женеве в ноябре 1990 г.все участники согласились с тем, что к 2100 г. ожидается потепление в среднем на 3 градуса. Считается, что СО₂ вносит в развитие парникового эффекта 50%; метан - 15%; хлорфторуглероды - 13%; озон - 10%; NO - 9%.

Первый зримый эффект от глобального потепления климата связывают с подъемом уровня Мирового океана, за последние 100 лет – на 15 см. В ближайшие 100 лет прогнозируется дальнейший подъем на 70 см, температура атмосферы наиболее повысится в средних широтах северного полушария. Зона тайги сдвинется к северу на 100 – 200 км, местами этот сдвиг гораздо меньше или его не будет вовсе. В целом региональная картина климатических изменений обещает быть очень сложенной и запутанной. Уже сейчас мы являемся свидетелями участившихся стихийных бедствий. Общее потепление означает неуклонное накопление энергии в системе Земля – атмосфера. Её распределение вряд ли будет равномерным в пространстве и во времени. Бури и ураганы стали более частыми гостями. При общем увеличении количества осадков в центральных районах материков климат может стать более засушливым. Необходимо наряду с ограничением выбросов в атмосферу парниковых газов развивать фитомелиорацию и ресурсосберегающие технологии.

5. Самое опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. Все острее встает проблема складирования и захоронения радиоактивных отходов военной промышленности, атомных электростанций, хранения химического оружия. С каждым годом они представляют все большую опасность для окружающей среды. Скорость накопления РАО явно опережает технические возможности по их утилизации.

Трагедия 1957 г. на производственном объединении «Маяк» (Челябинск - 40) случилось из за взрыва одной из 80-х металлических цистерных емкостей. Радиационному воздействию за прошедшие годы подверглось 0,5 миллиона человек. На территории бывшего СССР непригодны для проживания из-за повышенного уровня радиации 4 млн. км. В настоящее время ярославские ученые предлагают захоронение отходов в глубоких скважинах 4 - 5 км с d = 400 - 600 мм. Они могут быть построены в течение 2 - 3 лет (Минатом не выделяет средств).

Современное промышленное производство загрязняет атмосферу также физическими факторами, как тепловыми выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми излучениями.

6. Меры по охране атмосферного воздуха

1) Заводская труба.

2) Самый эффективный путь снижения вредных выбросов в атмосферу –внедрение малоотходных производств и технологических процессов, повышение эффективности действующих установок очистки воздуха, внедрение замкнутых воздушных циклов с частичной рециркуляцией воздуха. Промышленные агрегаты должны быть оборудованы пыле- и газоулавливающими средствами.

Пылеулавливающие системы:

1) сухие; 2) мокрые; 3) тканевые фильтры, 4) электрофильтры

Выбор зависит от вида пыли, свойств, состава, содержания в воздухе.

От характера протекания физико-химических процессов методы очистки промышленных отходов делят на группы:

1) промывка выбросов растворителями примесей (метод абсорбции)

2) промывка выбросов растворителями реагентов, связывающих примеси химически

3) поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами

4) поглощение примесей с применением катализаторов.

Более эффективно применять полностью или частично замкнутые воздушные циклы – загрязненный воздух удаляется от оборудования и из зоны дыхания рабочих. Пройдя через пылеуловители, он частично выбрасывается в атмосферу. Эффективность схем и методов очистки воздуха возрастает, если они являются составной частью технологического оборудования. Улавливание вредных веществ позволяет сохранить ценные готовые продукты для многих отраслей промышленности. Например, улавливание серы из отходящих газов Магнитогорского комбината обеспечивает санитарную очистку и одновременно даёт возможность получить многие тысячи тонн H₂SO₄ в год по сравнительно дешёвой цене.

Загрязнение воздуха городов, крупных посёлков выхлопными газами автотранспорта – серьёзная проблема. Частичное решение – установка фильтров и дожигающих устройств, замена содержащих свинец добавок, чёткая организация движения, исключающая смену режимов работы двигателей. Кардинальное решение – замена двигателя внутреннего сгорания (электромобиль).

В улучшении воздушной среды большее значение имеют архитектурные и планировочные мероприятия.