Учебно-методический комплекс дисциплины. СД. Ф.7 Геоэкология и природопользование. Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) (стр. 19 )

Кроме основного газового состава воздушная оболочка Земли содержит некоторое количество различных нежелательных примесей – загрязнений. Под загрязнением природной среды понимают поступление в природные системы любых твердых или газообразных веществ или видов энергии (тепловой, элекромагнитной, ядерной и др.), превышающее допустимые уровни, которые не одинаковы для человека, животных и растений, т. к. они обладают различной устойчивостью к загрязнениям.  По происхождению их разделяют на искусственные и естественные. Основные вещества делят на 2 группы – газы (90%) и твердые частицы (10%).

К природным источникам загрязнения относят – пыльные (или черные) бури, вулканические извержения, космическую пыль. Они на ѕ состоят из неорганических веществ. Обычно они не ядовиты. Прижизненные выделения микроорганизмов и растений, фитонциды. Эруптивные газы (при извержении вулканов) – углекислый газ, сероводород, серный газ, соединения хлора и фтора. В спокойном состоянии вулканы выбрасывают фумарольные газы – сернистый, сероводород, углекислый газ, метан. Газ гейзеров и геотермальных источников.

       Искусствен загрязн атмосферы (производ-бытовое загрязн). От промышл. предприятий, электростанции, Первичные и вторичные, пирогенные загрязнители, соединения серы, фтора, хлора, транспорт.

       Аэрозольные загрязнения – аллергические реакции.

       

       Критерии загрязнения: ПДК, разработанные для тех или иных веществ. Различают максимальные разовые (за 20-минутный временной интервал) и среднесуточные (ПДК). Наиболее чувствительны к загрязнению сернистым газом.

       

Состав  загрязнителей атмосферы.

       Аэрозоли – пыль, сажа, зола. Это твердые или жидкие частицы в атмосфере, обладающие малыми скоростями осаждения. Естественная эмиссия твердых частиц превышает антропогенную (вулканы, лесные пожары, эоловый перенос с пустынь и п/пустынь, эрозия солончаковая и почвенная) и носит глобальный характер. Антропогенная эмиссия носит локальный характер. В человеке происходит нарушение функции органов дыхания и кровообращения (астма, аллергические болезни). 

       Газы. Важнейшие из них диоксид серы и оксиды азота.  Кислотные дожди влияют на здоровье человека, на растения, почвы и водныые объекты. (Вулканы, сжигание топлива, “Печенганикель” и др.). Удобрения.

       Трансгрессивный перенос загрязнений воздухом и водой. Реки для орошения, Гольфстрим, стоки из удобряемых полей, бытовые и промышленные стоки.

       Твердые и радиоактивныые отходы.  При переработке полезных ископаемых, карьеры, бытовые отходы. Опасные отходы (химические вещества, удобрения, токсиканты, канцерогены). Захоронение отходов.

Антропогенные изменения атмосферы

Кислотные осадки.

       К кислотныым осадкам относят дожди, туманы, снег, которые имеют рН  7 из-за содержащихся в них соединений, образующих серную и азотную кислоту, что связано с выбросами в атмосферу диоксида серы и оксидов азота. Основными источниками таких выбросов являются продукты сгорания топлива (уголь, мазут, бензин) в энергетических установках предприятий, наземного и воздушного транспорта, выбросы химических и металлургических предприятий.

       SO2 в атмосфере пребывает около 15 дней. Из химических превращений главным  является - окисление и образование серной кислоты. Окисление происходит различными  путями. Напр., действие УФ-излучения Солнца может привести молекулу SO2 в возбужденное состояние. Во влажной атмосфере облаков, насыщенными парами воды, SO2  сначала образует сернистую кислоту, которая с озоном и пероксидом водорода дает серную кислоту. 

       Оксиды азота поступают в атмосферу в количестве более 900 млн. т/г, 6.3% составляют выбросы от сжигания топлива транспорта, промышленные NO и NO2  служат источниками образования атмосферной азотной кислоты.  Она плохо конденсируется, поэтому может долго держаться в атмосфере в газообразном состоянии. Поглощается  капельками влаги и аэрозолями. Значение рН окружающей среды сильно изменилось за последние 150 тыс. лет. Причем изменений со стороны природы не происходило.

       Самоочищение атмосферы происходит за счет выпадения кислотных дождей и снега, наносящих серьезный ущерб флоре, фауне (химические ожоги), вызывающих коррозию и разрушение элементов зданий и сооружений.

       Самоочищение происходит и при “сухом” осаждении кислых осадков, т. е. в виде самого газа SO2  или газа, адсорбированного на пылеватых частицах. Часто оксиды азота и серы  растворяются в мельчайших каплях тумана, в котором медленно образуется аэрозоль серной кислоты, что типично для атмосферы с высоким содержанием  диспергированной влаги, мелкодисперсной пыли и мощных выбросов SO2 . Такое явление  впервые обнаружено в ХХ в. в Лондоне и получило название смога (дым +туман). В настоящее время это бич в зонах концентрации предприятий и автотранспорта.        

       Смог (фотохимический туман) может возникать в результате фотохимических реакций при наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, серы, углеводородов и др. загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое и в течении не менее суток повышенной инверсии – расположения слоя более холодного воздуха над теплым, что препятствует перемешиванию воздушных масс и задерживает перенос примесей вверх.

       Смоги нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и др. городами Америки и Европы. Они крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причиной смерти жителей с ослабленным здоровьем.

Значение рН с экологической т. зр.

       Процессы в живых организмах, связаны с действием ферментов, гормонов, регулирующих обмен веществ, рост и развитие. Особенно это сказывается на обитателях водоемов и рек, где организмы адаптированы к среде с рН 6-7.  В подкисленной среде яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей гибнут. Эти изменения затрагивают и пищевые цепи. Сокращается сначала популяция птиц и животных, питающихся обитателями вод, а затем и хищников.

       Кислотные осадки вызывают деградацию лесов, особенно хвойных. Кислоты разрушают восковой покров листьев, что делает их более уязвимыми для патогенных организмов, снижает их сопротивляемость болезням, способствует большему испарению влаги.

        В почве  усиливается выщелачивание биогенов. Резко снижается активность редуцентов и азотфиксаторов, обстряется дефицит питатательных веществ: почвы теряют плодородие. При фильтрации в почве выщелачиваются алюминий и тяжелые металлы, находящиеся ранее в нерастворенном состоянии. Среда при выносе в реки становится ядовитой (токсичной) для рыб. Алюминий связывается с фосфатами, снижая их запасы.

       Под действием кислотных осадков ускоряется коррозия металлов, нарушается целостность лакокрасочных покрытий, стекол, разрушаются здания и памятники архитектуры. Серная кислота + мрамор - “шелушение” изделий из мрамора. Выщелачиваются карбонаты и силикаты. При рН менее 3 ионы алюминия вымываются из кристаллической решетки.

Парниковый эффект.

       Парниковый эффект атмосферы (оранжерейный эффект) – это свойство атмосферы пропускать коротковолновую солнечную радиацию (УФ-излуч.), которая почти полностью поглощается земной поверхностью, т. к. альбедо (отражательная способность) Земли поверхности в общем мало. Нагреваясь за счет Солнечного тепла, Земная поверхность становится источником земного, в основном длинноволнового (ИК) излучения, которое почти полностью поглощается в атмосфере. Для него прозрачная атмосфера мала. Благодаря чему при ясном небе только 10-20% земного излучения уходит в космос.

       Это специфическое явление. Солнечная радиация, падающая на Землю, частично поглощается поверхностью суши и океана, а 30% ее отражается в космическое пространство. Поглощенная энергия солнечной радиации преобразуется в теплоту и излучается в космос в диапазоне длин волн инфракрасного излучения. Чистая атмосфера прозрачна для ИК-излучения, а атмосфера, содержащая пары трехатомных (парниковых) газов (воды, углекисл. газа, оксидов серы), поглощает ИК лучи, благодаря чему происходит разогрев воздуха. Поэтому парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия в обычных садовых парниках.

       Основным парниковым газом являются водяные пары. За ними следует СО2, дающий сегодня по сравнению с началом ХХ в. прирост парникового эффекта на 49%, метан (18%), фреоны (14%), закись азота - N2O (6%). На остальные газы приходится около 13% прироста.

       Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры на поверхности Земли на 30єС. При его отсутствии средняя температура поверхности Земли, составляющая в настоящее время 15є, понизилась бы до -15єс, т. е. началось глобальное оледенение.

       Прирост температуры на 0.1є считается значительным, а на 3.5єС - критическим. Нарушится атмосферная циркуляция, ухудшится перенос тепла и влаги, т. е. произойдет глобальное изменение климата: в умеренном поясе станет значительно суше, в жарком климате увеличится количество осадков. Таяние льдов приведет к повышению уровня Мирового океана.

       Природное равновесие содержания в атмосфере парниковых газов претерпевает серьезные нарушения. За 250 лет содержание метана увеличилось в 3 раза вследствие  антропогенного влияния (добыча ископаемых видов топлива, рисовые поля, биохимические процессы разложения бытовых отходов).

       Рост концентрации СО2 происходит из-за массовой вырубки лесов, не используется  углекислый газ для синтеза биомассы растений. Выбросы с продуктами сгорания ископаемого топлива, технологических и попутных газов. Предприятия энергетики и металлургии. Биологический вклад - аэробное дыхание, разложение органических  остатков, рост населения. Постоянно увеличивается применение на 3.4% в год. Возрастает дополнительный вклад в парниковый эффект таких газов как N2O, SO2, NH3, CH4, фреонов и др. органических веществ. За последние 90 лет (более 20%) производство  и применение удобрений дает прирост NO2 .