Реферат: Измерение осаждения загрязнителей из воздуха. Мониторинг кислотных осадков
Загрязнение воздуха оксидами углерода. При неполном окислении углерода образуется бесцветный, не имеющий запаха газ – окись углерода (угарный газ). В городском воздухе окись углерода содержится в большей концентрации, чем любой другой загрязнитель. Однако, поскольку этот газ не имеет не цвета, ни запаха, наши органы чувств не в состоянии обнаружить его.
Самым крупным источником окиси углерода в наших городах является автотранспорт. Свыше 90% окиси углерода попадает в воздух вследствие неполного сгорания углерода в моторном топливе. Соответствующая реакция такова:
C + ½ O2 = CO.
Имеется и другой источник окиси углерода, с которым, правда, сталкиваются только курящие люди и их ближайшее окружение – это сигаретный дым.
Пагубное влияние окиси углерода на здоровье человека заключается в ее способности связывать гемоглобин – белок крови, приносящий кислород к тканям человеческого организма.
Содержание двуокиси углерода (углекислого газа) в атмосфере увеличивается самыми разными путями. При вырубке лесов уничтожаются деревья, которые усваивают углекислый газ в процессе фотосинтеза. При производстве бетона из известняка образуется некоторое количество CO2 . Но наиболее существенная часть углекислого газа образуется при сжигании топлива на воздухе. Установлено, что количество углекислого газа в атмосфере с каждым годом увеличивается.
Двуокись углерода в отличие от окиси не представляет прямой угрозы здоровью человека. Однако чрезмерное поступление в атмосферу углекислого газа грозит парниковым эффектом, последствием которого станет глобальное повышение температуры.
Загрязнение воздуха оксидами азота. Окись азота может образовываться в природе при лесных пожарах, однако высокие концентрации оксидов азота в городах и в окрестностях промышленных предприятий связаны с деятельностью человека. При высокотемпературном сгорании ископаемых видов топлива происходит реакции двух типов, в результате которых образуются оксиды азота. К первому типу реакций относится реакция между кислородом воздуха и азотом, содержащимся в топливе; при этом образуются оксиды азота. В угле содержание азота обычно составляет около 1%. В нефти и газе – всего лишь 0,2 – 0,3%; именно этот азот окисляется кислородом воздуха.
Ко второму типу реакций относятся реакции между кислородом воздуха и азотом, содержащимся в воздухе; при этом также образуются оксиды азота. Поэтому, даже если в исследуемом топливе вообще не содержится азот, все равно при его горении образуются оксиды азота. Оксиды азота образуются при сгорании любых видов топлива – природного газа, угля, бензина или мазута. Приблизительно 95% годового выброса оксидов азота в атмосферу – это результат сжигания ископаемого топлива. Около 40% общего объема выбросов приходится на автомобили и другие виды моторного транспорта. Примерно 30% приходится на сжигание природного газа, нефти и угля в топках электростанций. Сжигание ископаемого топлива для осуществления различных производственных процессов в промышленности добавляет еще 20%. Производство взрывчатых веществ и азотной кислоты – еще два источника выбросов оксидов азота в атмосферу, правда, не связанные со сжиганием топлива. Приведенные данные можно представить в виде следующей диаграммы:
Диаграмма 2.Источники выбросов в атмосферу оксидов азота, %
При использовании трех основных видов ископаемого топлива сжигание природного газа (во всех видах применения) дает примерно 20% общего объема выбросов оксидов азота, сжигание угля – 25%, а нефти – 47%.
Примерно 90% оксидов азота образуется в форме окиси азота (NO). Оставшиеся 10% приходится на двуокись азота (NO2 ).
Большая часть данных о влиянии оксидов азота на здоровье человека относится к двуокиси азота. Исходно двуокись азота составляет лишь 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу; однако в ходе сложной последовательности химических реакций в воздухе значительная часть окиси азота превращается в двуокись азота – гораздо более опасное соединение.
Помимо прямого воздействия на организм человека, оксиды азота способны вступать в фотохимические реакции, в результате которых образуются новые загрязнители воздуха, в том числе озон, альдегиды, а также необычные органические соединения. Двуокись азота также способна реагировать с водой с образованием азотной кислоты. В результате выпадают кислотные осадки.
Загрязнение воздуха частицами. Частицы, взвешенные в воздухе, – еще одно серьезное загрязнение атмосферы. В отличие от других загрязнений частицы очень разнородны по своему химическому составу. В воздухе находятся в виде взвеси многие твердые и жидкие компоненты, весьма различные по происхождению. Движение транспорта, сжигание топлива, промышленные процессы и выбросы твердых отходов – все эти источники дают вклад в загрязнение атмосферы твердыми частицами.
При сгорании угля образуются твердые частицы, диспергированные в воздухе, причем не только частицы золы (силиката кальция) и частицы углерода (сажа), но также частицы оксидов металлов, таких, как оксиды кальция и железа.
Количество частиц, поступающих в атмосферу при сгорании угля, чудовищно велико. Однако большая часть этих частиц удаляется вместе с отходящими дымовыми газами. При сжигании нефти в качестве топлива образуется лишь незначительное количество частиц.
При сгорании бензина и дизельного топлива в воздух попадают капли жидкого горючего. Жидкие углеводороды (соединения углерода с водородом) и жидкие производные углеводородов попадают в атмосферу из-за неполного сгорания в двигателях бензина и дизельного топлива. Еще один тип загрязнений появляется в результате происходящих в воздухе фотохимических реакций между окисью азота и углеводородами. Продукты этих фотохимических реакций представляют собой жидкие органические соединения, которые рассеиваются в воздухе в виде мельчайших капелек. Огромные скопления в воздухе твердых частиц и мельчайших капелек называют смогом.
Открытые разработки угля и других полезных ископаемых загрязняют воздух огромными количествами частиц. Обогащение и обработка руд и выплавка металлов – дополнительные примеры промышленных процессов, при которых в воздух выделяется большое количество частиц. Различные процессы обработки материалов (дробление, размалывание, резание, сверление и т.п.) также служат источниками загрязняющих воздух частиц. Все эти производственные процессы, вместе взятые, могут привести к большим выбросам частиц в атмосферу, чем сжигание угля.
В недавнем прошлом при строительстве зданий в воздух попало много частиц асбеста, который широко применялся для изоляции швов и обычно наносился путем распыления. Асбест и сейчас продолжает загрязнять атмосферу, когда сносятся старые постройки.
Наконец, сжигание мусора и отходов в некоторых городах оказывается серьезным источником частиц, особенно в том случае, если установки для сжигания сосредоточены в одном месте.
К особому типу частиц следует отнести соединения тяжелых металлов, особенно свинца. Свинец особо опасен для здоровья человека, так как является кумулятивным ядом (постепенно накапливается в организме). При этом для свинцового отравления необходимо очень небольшое количество свинца. Более подробно воздействие свинца и других частиц на здоровье человека и состояние окружающей среды будет рассмотрено в следующей главе.
Радиоактивное загрязнение. Главными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются испытания ядерного оружия, аварии на атомных электростанциях и на предприятиях, а также радиоактивные отходы. Естественная радиоактивность, включая радон, также вносит вклад в уровень радиоактивного загрязнения.
Ядерные взрывы по общепринятой классификации подразделяют на наземные (на поверхности Земли или небольшой высоте), воздушные, высотные, космические, подводные и подземные. Наиболее опасными в настоящее время стали наземные взрывы большой мощности, поскольку радиоактивные продукты выбрасываются в тропосферу в значительных количествах и оседают на поверхности Земли. В результате огромные территории суши и океана подверглись антропогенному радиоактивному загрязнению, уровень которого в ряде районов значительно превышает природный фоновый уровень.
По некоторым данным СССР произвел 715 ядерных взрывов, а США – 1032. Помимо СССР и США ядерные взрывы производили Великобритания (совместно с США), Китай, Франция, Индия и Пакистан.
Новым явлением, атрибутом XX века, стали аварии на атомных электростанциях (АЭС). Первые и на АЭС и на атомных предприятиях произошли в 1957 г.: в Уиндскейле (Великобритания) и на Южном Урале (предприятие «Маяк», СССР). В 1967 г. снова случилась авария на предприятии «Маяк», а в 1983 г. авария на атомной станции в Три-Майл-Айленде (США). Крупнейшей аварией XX столетия считают Чернобыльскую (1986 г.). Она не только привела к радиоактивному загрязнению огромных территорий, облучению многих миллионов людей, но и нанесла огромный моральный вред обществу, которое потеряло веру в надежность атомной энергетики в целом.
Немалую роль в радиоактивном загрязнении играет естественный радиоактивный фон. Он воздействует на каждого человека, даже на того, который не соприкасается в работе с АЭС или ядерным оружием. Все мы за свою жизнь получаем определенную дозу радиации, 73% которой приходится на излучения природных тел (например, гранита в памятниках, облицовке домов и пр.), 13% – на медицинские процедуры (в первую очередь от посещения рентгеновского кабинета) и 14% – на космические лучи.
Загрязнение воздуха фреонами. Когда фреон был впервые синтезирован (в конце 20-х гг.), его применение казалось особо перспективным: безвредный, нетоксичный, инертный, дешевый газ. Однако уже во второй половине 70-х гг. была высказана идея о том, что фреоны представляют огромную опасность для озонового слоя земли. Через некоторое время эта предположение было полностью подтверждено.
Фреоны (хлорфторметаны) широко применяются в химии и быту: холодильниках, кондиционерах, аэрозольных упаковках. Сами по себе они не токсичны, но весьма стойки и рано или поздно за счет турбулентных движений воздуха попадают в стратосферу. Там, на высоте 20 – 25 км, где содержание озона максимальное, фреоны распадаются под действием солнечного ультрафиолета с образованием свободного хлора. Последний усиливает процесс естественного разрушения озона. Часто говорят, что одной молекулы хлора достаточно, чтобы уничтожить до 10 тыс. молекул озона (по другим оценкам – до 100 тыс.). Тем более что фреоны, попавшие в атмосферу, могут существовать в ней очень длительное время.
Кроме уничтожения озона фреоны оказывают влияние на развитие парникового эффекта. Так каждая молекула фреона (состоящая из атомов хлора, фтора и углерода), по данным американских ученых, в 20 тыс. раз более эффективна в удержании тепла, чем двуокись углерода.
§3. Последствия загрязнения атмосферы. Влияние загрязнителей на окружающую среду и здоровье человека.
В предыдущей главе были рассмотрены основные загрязнители атмосферы. Теперь рассмотрим последствия, которыми угрожает нам загрязнение атмосферы.