Головна
Медицина || Психологія
Патологічна фізіологія / Оториноларингологія / Організація системи охорони здоров'я / Онкологія / Неврологія та нейрохірургія / Спадкові, генні хвороби / Шкірні та венеричні хвороби / Історія медицини / Інфекційні захворювання / Імунологія та алергологія / Гематологія / Валеологія / Інтенсивна терапія, анестезіологія та реанімація, перша допомога / Гігієна та санепідконтроль / Кардіологія / Ветеринарія / Вірусологія / Внутрішні хвороби / Акушерство та гінекологія
ГоловнаМедицинаГігієна і санепідконтроль
« Попередня Наступна »
Е.И . Гончарук. Комунальна гігієна, 2006 - перейти до змісту підручника

Закономірності поширення в атмосферному повітрі забруднюючих речовин

В управлінні якістю повітряного басейну велике значення має знання закономірностей поширення шкідливих речовин в атмосферному повітрі .

Дані про умови перенесення і розподілу домішок в атмосферному повітрі необхідні для:

1) державного планування заходів у галузі охорони атмосферного повітря;

2) проектування і будівництва населених пунктів;

3) розвитку зон рекреації;

4) раціонального розміщення житлових районів і промислових підприємств, розташування територій різного призначення по відношенню один до одного;

5) розробки найбільш інформативних і адекватних критеріїв оцінки забруднення атмосферного повітря;

6) встановлення внесків, внесених джерелами, розташованими в певному районі, в загальне забруднення атмосферного повітря;

7) розробки карт розрахункових концентрацій для різних атмосферних забруднень;

8) прогнозування якості атмосферного повітря;

9) побудови модельних систем моніторингу стану атмосферного повітря;

10) попередження несприятливого впливу шкідливих речовин на здоров'я населення.

Для гігієнічної оцінки тенденцій у зміні стану атмосферного повітря необхідно крім складу шкідливих речовин, що обумовлюють специфіку їх дії на організм людини, знати їх концентрацію, визначальну інтенсивність впливу того чи іншого інгредієнта. Концентрація атмосферних забруднень залежить від ряду факторів, а саме: величини викиду, висоти викиду, відстані від джерела викиду, метеорологічних умов (напрямок, швидкість вітру, вологість, атмосферний тиск, температурна інверсія, сонячна радіація).

Обсяг шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря, неоднаковий в різних районах залежить від виду та інтенсивності антропогенної діяльності, а також заходів, що вживаються для скорочення. На підставі багаторічних спостережень встановлено, що чим більше викид за одиницю часу, тим більше шкідливих речовин надходить у повітряний басейн. Ця залежність підтверджується даними, наведеними в табл. 72.

ТАБЛИЦЯ 72 Залежність концентрації сірки діоксиду від величини викиду при спалюванні вугілля



При зміні величини викиду в діапазоні від 8 до 102 г / кг палива концентрація сірки діоксиду збільшується в 31 разів. Технологія, режим експлуатації виробництва, наявність та ефективність роботи пилогазоочисних установок обумовлюють сезонні і добові зміни величини викиду. Так,

ТЕС, котельні в теплу пору року працюють з меншою потужністю і тому витрачають менше палива. Отже, викиди золи, сажі та сірки діоксиду зменшуються (табл. 73).

ТАБЛИЦЯ 73 Сезонні коливання концентрації сажі та сірки діоксиду в атмосферному повітрі



Якщо взимку фактична концентрація сажі становила 0,141 мг/м3, а сірки діоксиду - 1,500 мг/м3, то влітку їх вміст в атмосферному повітрі зменшилася в 2 і 11 разів відповідно. Встановлено, що в холодну пору року в дальній перенесення втягується більше сполук сірки, ніж у теплу. Тривалість перебування їх взимку зростає в 1,5 рази, а швидкість трансформації збільшується влітку в 2,5 рази. Величина викиду атмосферних забруднень змінюється і протягом доби. Концентрація їх вночі нижче, ніж вранці, в 5-10 разів. Те, що максимальна концентрація вуглецю оксиду, діоксиду та інших найбільш поширених в повітряному середовищі населених місць інгредієнтів спостерігається саме днем, пояснюється збільшенням інтенсивності викидів промисловими підприємствами та транспортом в цей час доби. Різко відображаються на абсолютній величині викиду і зміни в роботі пилогазоочисних установок.

Так, при зниженні коефіцієнта очищення з 99,8 до 99,2 викид збільшується в 4 рази. Обсяг викиду може змінюватися також ри переході на інший вид палива і технологію спалювання. Використання многозольного і багатосірнисті палива призводить до збільшення викидів золи, сірки діоксиду та інших інгредієнтів (табл. 74, 75).

ТАБЛИЦЯ 74 Зміна величини викиду в атмосферу забруднюючих речовин при спалюванні природного газу і нафти



ТАБЛИЦЯ 75 Зміна величини викиду шкідливих речовин в залежності від технології спалювання бітумінозного вугілля, кг / т



Отже, при спалюванні природного газу викид аерозолів в порівнянні з викидом твердих частинок під час спалювання паливної нафти менше в 4 рази, сірки діоксиду - в 1570 разів, вуглеводнів - в 6,25 разів.

Порівняльна характеристика величини викиду зазначених вище інгредієнтів в залежності від технології спалювання палива свідчить про найбільшу екологічної безпеки конвеєрної решітки. У Києві на Дарницькій та Київській ТЕС із зміною паливної структури (збільшення використання природного газу до 98,5%) викид золи зменшився в 3 рази, а сірки діоксиду - в 5 разів.

При однаковому абсолютному викиді ступінь забруднення атмосферного повітря в населених пунктах може значно змінюватися залежно від висоти викиду. Розрізняють високі (Н> 50 м), середні (Н=10-50 м), низькі (Н=2-10 м) і наземні (Н < 2 м) джерела викидів. На підставі фундаментальних досліджень, виконаних гигиенистами школи В.О. Рязанова, було встановлено: чим вище джерело викиду, тим більше перетин димового факела в точці дотику його поверхні землі і у всіх точках, більше швидкість вітру, інтенсивніше процеси турбулентності, а також менше концентрація домішок. Зміна перерізу димового факела визначається величиною розкриття його кута. За даними Г.В. Шелейховского (1949), кут розкриття факела коливається в межах 10-60 ° (рис. 79).

Дані, наведені в табл. 76, підтверджують цю залежність.

Так, при зміні висоти викиду газоповітряної суміші (ГВП) від 2 до 36 м, тобто при збільшенні її в 18 разів, концентрація пилу зменшується в 416 разів, а сірки діоксиду - в 159 раз при V=210 м3 / с, МПШ1І=0,225 г / с,



Рис. 79. Зміна перерізу димового факела при різній висоті викиду (а, б, в)

ТАБЛИЦЯ 76 Вплив висоти викиду на рівень забруднення атмосферного повітря пилом і сірки діоксидом



Mso=0,074 г / с. ГВП при цьому переноситься на великі відстані. Вважають, що при високих "гарячих" викидах зона максимального забруднення знаходиться в межах 10-40-кратної висоти цих викидів, а при "холодних" низьких - в межах 5-20-кратної висоти.

Ступінь розведення викиду атмосферним повітрям залежить і від відстані, яку проходить ГВП до певної точки. Чим далі відноситься дим від місця викиду, тим більше перетин факела. Дані, наведені в табл. 77, дають можливість проаналізувати динаміку зміни вмісту пестицидів в атмосферному повітрі в залежності від видалення неорганізованих джерел забруднення повітряного басейну. Хлорорганічні пестициди поширюються в радіусі 600 м від складів зберігання. Їх концентрація зменшується в атмосферному повітрі в міру віддалення (з 3,65 до 0,25 мг/м3). При збільшенні відстані в 6 разів максимальний вміст цих речовин в атмосферному повітрі зменшується в 11 разів, а на відстані 700 - 1000 м вони не визначаються. Така ж закономірність характерна і для розсіювання фосфорорганічних пестицидів. Але, на відміну від хлорорганічес-ких пестицидів, вони поширюються в радіусі 900 м. На підставі проведених досліджень була рекомендована СЗЗ для таких складів розміром не менше 1000 м.

ТАБЛИЦЯ 77 Поширення пестицидів в атмосферному повітрі в Залежно від оасположенія складів



У реальних умовах концентрація речовин, що забруднюють атмосферне повітря, знижується повільніше, так як димовою факел, торкаючись землі, деформується, перетин його збільшується меншою мірою, ніж квадрат відстані. Значення цієї поправки зростає в міру видалення ГВП від джерела викиду. Ось чому концентрація атмосферних забруднень у повітрі знижується повільно. Ці дані мають важливе значення для обгрунтування розміру СЗЗ промислових підприємств. Експериментально встановлено, що від підприємств будівельної промисловості і машинобудування найбільші концентрації домішок в атмосферному повітрі спостерігаються на відстані до 1 км. Великі хімічні та металургійні підприємства створюють максимум забруднення в радіусі 2-4 км.

Численні газові та димові факели на території міста можуть перекриватися, утворюючи великі зони підвищеного забруднення повітря. Це необхідно враховувати при обгрунтуванні фонових концентрацій. Характер емісії шкідливих домішок, що викидаються промисловими підприємствами, проілюстрований на рис. 80-84.



Рис. 80. Конусоподібний факел



Рис. 81. Хвилеподібний факел



Рис. 82. Ниткоподібний факел



Рис. 83. Задимлюють факел



Рис. 84. Піднесений факел

Конусоподібний факел спостерігається при байдужою стійкості атмосфери, коли превалює механічна турбулентність, а небо затягнуте хмарами вдень і вночі. Половина кута факела становить майже 10 °. Велика частина забруднень переноситься вітром на значні відстані, перш ніж досягне рівня землі.

Хвилеподібний факел спостерігається в умовах сильної конвективної турбулентності і є наслідком сверхадіабатіческого вертикального градієнта температури, який призводить до значної нестійкості атмосфери. Характерний для ясних днів, коли земна поверхня нагрівається сонячними променями. Теплові вихори можуть бути досить сильними, щоб переносити викиди вниз до рівня землі за короткий час. Хоча тут спостерігається тенденція до розсіювання домішок у великому обсязі, в окремих ділянках приземного шару концентрація їх може бути значною.

Нитковидний факел спостерігається за умови великого негативного градієнта температури, утворення інверсії над трубою. Механічна турбулентність виражена слабо. Якщо щільність ГВП незначно відрізняється від щільності повітря, домішки переміщаються в напрямку вітру приблизно на однаковій висоті. Частіше буває в ясні ночі, коли земля охолоджується, випромінюючи тепло. Земної поверхні досягає лише невелика кількість летких речовин.

Задимлюють факел спостерігається в тому випадку, якщо стійкий шар повітря знаходиться на невеликій відстані, над точкою викиду, а нестійкий - нижче викиду. Температурний профіль, що сприяє утворенню задимлення, формується рано вранці. Ранкове сонце нагріває землю, розвивається негативний температурний градієнт у напрямку від поверхні землі. Коли нестійкий шар сягає висоти труби, великі обсяги викиду з неї переносяться в напрямку вітру до поверхні землі. Це триває не більше півгодини. Але протягом цього часу приземна концентрація може досягати відносно високих значень. Задимлення сприяють ясне небо і слабкий вітер. Найчастіше такі умови створюються влітку.

Піднесений факел з'являється в той час, коли шар інверсії знаходиться нижче викиду. Формується опівдні і на світанку при ясному небі. Протягом доби під дією сонячних променів негативний температурний градієнт розвивається в усьому нижньому шарі атмосфери. Тепло, випромінюване поверхнею землі після полудня, сприяє утворенню приземної інверсії. Коли шар інверсії поглиблюється, піднесена струмінь ГВП переходить в ниткоподібний факел. При таких умовах забруднення розсіюються під час переміщення домішок у напрямку вітру, і значної приземної концентрації не спостерігається.

Розсіювання шкідливих речовин в атмосфері є наслідком трьох основних механізмів: 1) усередненого руху мас повітря, що переносить забруднення в напрямку вітру; 2) турбулентних флуктуації, що розсіюють домішки у всіх напрямках; 3) масової дифузії, пов'язаної з градієнтом концентрації. Разом з тим такі загальні аеродинамічні характеристики, як розмір, форма і маса твердих аерозольних часток, впливають на процес їх перенесення і седиментації.

Велике значення у формуванні забруднення повітряного басейну в місті має напрямок вітру. При відносно рівномірному розміщенні промислових об'єктів на території населеного пункту зона підвищеного вмісту інгредієнтів зміщується в підвітряний сторону. Будівництво промислових об'єктів навіть за межею міста по відношенню до житлових кварталах без урахування рози вітрів може призвести до того, що викиди будуть переноситися в бік міста. Особливо велику роль грає напрям вітру в містах, які мають витягнуту форму. Якщо витягнутість міста збігається з переважаючим напрямком вітру, то має місце накладення факелів викидів від різних джерел з утворенням зони підвищеного забруднення в підвітряного частині міста. Тому при здійсненні попереджувального державного санітарного нагляду промислові об'єкти необхідно розміщувати в напрямку, що виключає можливість створення несприятливої екологічної ситуації.

Встановлено, що для одиночних джерел викидів максимум концентрації атмосферних забруднень спостерігається при напрямку вітру, уздовж цих джерел, а якщо є група паралельно розташованих джерел, та несприятливим виявляється вітер, спрямований перпендикулярно до них. Поряд з цим необхідно враховувати, що під впливом сезонних і добових змін напрямку вітру в районах з бризової або мусонної циркуляцією переміщуються найбільші концентрації домішок. Так, в Лос-Анджелесі висока концентрація речовин переміщається на відстань до 16 км. Вранці, коли вітер дме з моря, область найбільшого забруднення збігається з центром міста, а ввечері, коли він змінює напрямок, центр максимального вмісту домішок зміщується до узбережжя. Отримані дані дають можливість раціонально розміщувати підприємства по відношенню до житлових масивів і оцінити достатність розмірів їх СЗЗ.

  Якби рівень забруднення атмосферного повітря залежав тільки від величини викиду і напряму вітру, то він не змінювався б при постійному викиді і одному і тому ж напрямку вітру. Однак у реальних умовах атмосферне цикл починається з викиду домішок у повітря, після чого вони переносяться вітром і розбавляються повітрям. У цьому процесі відіграє роль швидкість вітру. Встановлено, що найбільша концентрація домішок в приземному шарі атмосферного повітря утворюється при певній швидкості вітру, яку називають небезпечною. Значення її залежить від типу джерела викидів і визначається за формулою:



  де H - висота труби (м); V - обсяг викидається ГВП (м3 / с); AT - різниця температур ГВП та атмосферного повітря (° С).

  По температурі виходить ГВП викиди поділяють на: дуже нагріті (ЛТ=Твиб - Татмвозд> 100 ° С), помірковано нагріті (20 ° С ДТ < 100 ° С), слабо нагріті (0 ° С
  Спадний рух потоку від горловини труби буде мінімальним, якщо швидкість викиду ГВП буде вдвічі перевищувати швидкість вітру на рівні горловини труби. Поряд з цим встановлено, що при низьких викидах підвищений рівень забруднення повітря визначається при слабкому вітрі (0-1 м / с) за рахунок накопичення домішок в приземному шарі атмосферного повітря. При такій швидкості вітру концентрація домішок на 30-70% вище, ніж при інших його швидкостях. При високих викидах підвищений рівень забруднення повітря визначається при швидкості вітру в межах 4-6 м / с. У сучасних промислових центрах спостерігається два піки концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі в залежності від швидкості вітру. Перший пік характерний для низьких викидів і обумовлений вихлопними газами автотранспорту.

  Другий пік характерний для високих викидів. Він обумовлений викидами великих промислових підприємств. При штилі викид ГВП призводить до зростання концентрації твердих аерозольних часток і щільних газів поблизу труби, так як загасає турбулентний обмін і коефіцієнт розсіювання домішок зведений до нуля. У табл. 78 показана зворотний зв'язок між концентрацією шкідливих речовин і швидкістю вітру.

  ТАБЛИЦЯ 78 Залежність концентрації сажі та сірки діоксиду від швидкості вітру



  Якщо швидкість вітру змінюється від О до 5 м / с, фактична концентрація сажі зменшується від 0,147 до 0,099 мг/м3, а сірки діоксиду - від 0,32 до 0,10 мг/м3, тобто на 33 і 69% відповідно .

  Штильове стану спостерігаються в багатьох районах, але особливо вони характерні для районів з континентальним кліматом в періоди впливу антициклону. Ослаблення вітру для більшої території країни спостерігається лише до 20 м по вертикалі. Тому на такій території основне значення у підвищенні концентрації атмосферних забруднень будуть мати низькі викиди промислових підприємств і вихлопні гази автотранспорту. Штилі спостерігають зазвичай в ранкові години, максимум їх повторюваності припадає на зимовий період року.

  Наступним фактором, який відіграє певну роль в розсіюванні домішок в атмосферному повітрі, є температурна стратифікація, або розподіл температури по висоті. Атмосфера - це термодинамічна система, в якій вертикальне переміщення повітряних мас при певних умовах може розглядатися як адіабатичний процес. При цьому кожна маса, що піднімається вгору, буде охолоджуватися, а опускаючись, - нагріватися. Під час підйому маси повітря атмосферний тиск зменшується, обсяг маси повітря збільшується, а температура знижується. Під час опускання маси повітря її обсяг зменшується, а температура підвищується.

  Зміна температури повітря на кожні 100 м підйому, вираженої в градусах Цельсія, називається вертикальним температурним градієнтом. Величина вертикального температурного градієнта коливається. У літній період вона наближається до 1 ° С, а в холодний - знижується до десятих часток і мінусових величин. Міжнародна стандартна атмосфера визначена на підставі усереднених метеорологічних даних. Усереднена температура в середніх широтах зменшується лінійно на висоті до ~ 10,8 км. При цьому середня температура на висоті 10,8 км складає 288 К. Стандартний, або нормальний, температурний градієнт дорівнює 0,66 ° С/100 м.

  Зміна температури повітря на 1 ° С на кожні 100 м вертикального шару повітря відповідає сухоадіабатіческому градієнту. Сухоадіабатіческій вертикальний температурний градієнт (мінусовий температурний градієнт) є індикатором стійкості атмосфери (здатності атмосфери перешкоджати вертикальним рухам і стримувати турбулентність). Виходячи з уявлення про сухоадіабатіческом температурному градієнті і фактичних змінах температури по вертикалі, визначають три типових стану атмосфери: байдуже (рис. 85), неусточівое (рис. 86) і стійке (рис. 87).



  Рис. 85. Байдуже стан атмосфери



  Рис. 86. Нестійкий стан атмосфери: 1 - сверхадіабатіческій градієнт; 2 - сухоадіабатіческій градієнт



  Рис. 87. Сталий стан атмосфери: 1 - нижче адіабатичного градієнта; 2 - сухоадіабатіческій градієнт

  При байдужому (нейтральному) стані атмосфери вертикальний температурний градієнт приблизно дорівнює сухоадіабатіческому вертикального. І будь-який об'єм повітря, що переміщається вгору або вниз, буде мати такі ж властивості (щільність, температуру в ° С), як і маса повітря, його навколишнє.

  При нестійкому стані атмосфери (конвективном, сверхадіабатіческом) вертикальний температурний градієнт більше сухоадіабатіческого.
 Це означає, що вертикальний температурний градієнт більш негативний, ніж сухоадіабатіческій вертикальний температурний градієнт. Такий стан буває в тому випадку, якщо поверхня грунту сильно нагріта сонцем. Нагріті конвективні потоки піднімаються на значну висоту, а холодні щільні маси опускаються вниз. У цьому випадку кожен об'єм повітря, що опускається, буде холодніше і важче, ніж навколишня його середовище, і тому продовжуватиметься його рух вниз. І, навпаки, піднімаючись, повітря стає тепліше й легше навколишнього його середовища, і тому продовжуватиметься його рух вгору.

  При стійкому стані атмосфери вертикальний градієнт атмосферного повітря менше сухоадіабатіческого вертикального градієнта. При цьому об'єм повітря, що переміщається у вертикальному напрямку, намагатиметься повернутися в початкове положення і навпаки. Коли із збільшенням висоти температура підвищується, градієнт температури негативний і атмосферні умови визначаються як інверсія. Наявність інверсії зменшує вертикальне перемішування забруднень, що призводить до збільшення їх концентрації в приземному шарі атмосферного повітря. Найчастіше зустрічаються інверсія осідання (приземна) та радіаційна (піднесена) інверсія. Інверсія осідання формується шляхом адіабатичного стиснення і нагрівання шару повітря (за рахунок позитивного градієнта температури в шарі) в процесі його опускання, в області центру високого тиску. Таким чином, повітряна маса, яка опускається, на зразок величезної даху розміщується нижче шару інверсії.

  Інверсія осідання з'являється над джерелами викидів. Якщо вона існує неколько доби, то призводить до накопичення забруднень.

  Радіаційна інверсія утворюється при втраті радіаційного тепла земною поверхнею. У цьому випадку поверхневі шари атмосфери протягом доби нагріваються за рахунок теплопровідності, конвекції і випромінювання земною поверхнею. Це відбивається на температурному профілі нижньої атмосфери, який характеризується негативним температурним градієнтом. Якщо потім настає ясна ніч, то земна поверхня випромінює тепло і швидко остигає. Шари повітря, прилеглі до неї, охолоджуються. Шар атмосфери, прилеглий до земної поверхні, прикривається стійким інверсійним шаром. Цей тип інверсії спостерігається в ранкові години, періоди ясного неба і несильних вітрів. Інверсія руйнується після нагрівання землі променями ранкового сонця, що призводить до підйому потоків теплого повітря.

  Радіаційна інверсія відіграє важливу роль у забрудненні атмосфери, так як знаходиться всередині того шару атмосфери, який містить джерела забруднення (на відміну від інверсії осідання) і перешкоджає розсіюванню забруднень у вертикальному напрямку. Викид поширюється в напрямку вітру між двома поверхнями - землею і підставою шару піднятою інверсії. Радіаційна інверсія найчастіше спостерігається в безхмарні і безвітряні ночі. Інверсія осідання та радіаційна інверсія можуть спостерігатися в атмосфері одночасно. Це до явище називається обмеженим потоком.

  Головними характеристиками інверсій температури є їх повторюваність, потужність і інтенсивність. Потужність інверсії визначають за різницею між верхньою і нижньою межами інверсії, вираженої в кілометрах. Інтенсивність інверсії - це різниця температур на її кордонах (° С). Повторюваність приземних інверсій і слабкого вітру в континентальних районах визначає можливість застою повітря в цих районах. В результаті частого застою повітря будівництво підприємств з низькими і холодними викидами на цій території обумовлює накопичення шкідливих речовин у приземному шарі атмосфери. Середня за рік потужність приземних інверсій на більшій частині території знаходиться в межах 0,3-0,5 км, а середня за рік інтенсивність приземних інверсій - в діапазоні 1,5-10 ° С.

  Максимальні потужності і інтенсивність інверсій спостерігаються взимку. Утворюється як би велика дах, що перешкоджає підняттю забрудненого повітря підніматися у верхній шар атмосфери. Місцеві кліматичні умови, рельєф місцевості можуть сприяти поширенню викидів від джерела забруднення за межі населеного пункту на десятки і сотні кілометрів. Тому при проектуванні промислових підприємств повинні бути передбачені такі умови, при яких максимальна приземна концентрація шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря з викидами, була б нижчою їх ГДК. В Україні взимку спостерігається значна повторюваність піднятою інверсії, що охоплює більшу територію. Інверсія посилюється в глибоких западинах, улоговинах, обривах, долинах річок. Холодне повітря опускає і підтікає під теплий, утворюючи "озеро холоду".

  У таких долинах за наявності джерел шкідливих викидів концентрація забруднень в атмосферному повітрі значно підвищується. Їм властива висока стійкість стану повітряних мас, яка порушується лише над кромкою.

  На ступінь забруднення атмосферного повітря впливають хмарність, тумани, радіаційний режим і опади. Так, хмарність, особливо низька, перешкоджає турбулентному обміну в атмосфері і сприяє появі тривалої інверсії, при якій кількість домішок у повітрі збільшується від 10 до 60%. При поглинанні домішок вологою можуть утворитися більш токсичні речовини. Наприклад, відбувається окислення сірки діоксиду до сірчаної кислоти. При цьому зростає масова концентрація домішки, так як замість 1 г сірки діоксиду утворюється 1,5 г сірчаної кислоти. Під час туману концентрація забруднень збільшується на 40-110% порівняно з спостерігається до туману.

  Під впливом сонячної радіації відбуваються фотохімічні реакції і утворюються вторинні продукти забруднення атмосфери, які можуть бути більш токсична речовин, що надходять із джерел викиду. Фотохімічні реакції, що протікають в атмосфері, були б неможливими, якби від джерела не надходила необхідна енергія. Наприклад, молекулярний кисень дисоціює при енергії 500 кДж / моль. Така енергія не може бути отримана від газів при низькій температурі в атмосфері. Її забезпечує сонячна радіація. Інфрачервона область спектра охоплює від 1 до 100 мкм (1 мкм=10 "6 м=104 В). Фотони, що випромінюються Сонцем (X=1 мкм), мають енергію 125 кДж / моль. Очевидно, що при X.=100 мкм, енергія кванта

  світла становить 1,25 кДж / моль. Фотони цього діапазону енергії можуть нагріти газ або привести його молекули в збуджений обертальний або коливальний стан. Однак вони не обумовлюють переміщення електронів. Для розриву зв'язку С-С або С-H необхідна енергія майже в 350 і 420 кДж / моль відповідно. В УФ-діапазоні спектра від 0,4 до 0,2 мкм енергія фотонів становить від 290 до 580 кДж / моль. Тому більшість фотохімічних реакцій відбувається в близькому ультрафіолетовому випромінюванні або в нижній області видимого спектра. Фотохимическую дисоціацію молекул можна розглядати як двоступінчастий процес: 1) поглинання молекулою кванта енергії, що приводить їх у стан збудження; 2) дисоціація молекули з утворенням продуктів реакції. Так, у верхній атмосфері (більше 80 км) фотони А.=0,2 мкм атакують молекулярний кисень, внаслідок чого утворюється атомарний кисень. І в цій області кисень існує у вигляді одноатомних молекул кисню:

  02 + hu=20 *,

  де hu - енергія фотона: і - частота, h - постійна Планка (6,62 - 10 "34 Дж - с). У нижній атмосфері висотах атомарний кисень бере участь у реакції рекомбінації з утворенням молекулярного кисню - реакції приєднання 02 з утворенням озону:

  О * + 02=03.

  Під дією фотонів А,=0,2-0,29 мкм відбувається фотохімічна дисоціація озону:

  03 + hu=02 + О *.

  Внаслідок цієї реакції над поверхнею землі утворюється шар озону з найбільшою концентрацією на висоті між 16 і 32 км. У нижній атмосфері (тропосфері) озон утворюється при фотохімічному циклі азоту діоксиду. При випромінюванні А. 0,38 мкм азоту діоксид дисоціює за реакцією:

  N02 + hu -> NO + О *.

  Це одна з найбільш важливих фотохімічних реакцій в нижній атмосфері, оскільки в ній утворюється високоактивний атомарний кисень. Атомарний кисень з'єднується з молекулярним киснем, утворюючи озон. Озон взаємодіє з азоту оксидом, утворюючи азоту діоксид і молекулярний кисень:

  03 + NO=N02 + 02.

  Можливі й інші реакції за участю речовин, що містять азот і кисень. Азоту діоксид може знову вступати в реакції, поки не перетвориться в кислоту або не прореагує з органічними сполуками з утворенням нітросполук. Наприклад, у присутності крапель водяної пари:

  4 N02 + 2Н20 + 02=4HN03

  або під час гідролізу в газовій фазі:

  3N02 + Н20=2HN03 + NO.

  Встановлено, що концентрація озону в атмосфері зростає пропорційно кількості азоту оксиду, окисленого до азоту діоксиду. Озон та атомарний кисень, який утворюється внаслідок дисоціації азоту діоксиду, реагує з різними здатними до реакції органічними речовинами (особливо з олефінами з розгалуженими і прямими ланцюжками і внутрішніми подвійними зв'язками, три-, тетраалкілбензоламі і олефинами з кінцевими подвійними зв'язками, діалкілбензоламі, альдегідами, етиленом , толуолом, вуглеводнями парафінового ряду, ацетиленом, бензолом та ін.) з утворенням органічних і неорганічних вільних радикалів:

  03 + RCH=CHR=RCHO + RO '+ НСО \

  де RO *, НСО * - вільні радикали. Альдегід RCHO, який утворюється в цій реакції, забруднює атмосферне повітря. Потім відбувається реакція взаємодії вільного радикала з молекулярним киснем з утворенням перекисних радикалів (ROO *):

  R * + 02=ROO \

  Ці перекисні радикали здатні окисляти N0 в N02:

  ROO * + NO=N02 + RO *.

  Таким чином, за рахунок реакцій вуглеводнів цього типу збільшується кількість азоту діоксиду і озону. Додатковим джерелом утворення озону може бути також реакція перекисних радикалів з молекулярним киснем:

  R00 '+ 02=R0' + 03.

  Часто один і той же радикал, який є продуктом однієї реакції, виступає як реагент в іншої реакції. Тому відносно невелика кількість різних вільних радикалів може бути відповідальним за утворення таких речовин, як альдегіди, кетони, вуглецю оксид, діоксид, сполуки за типом пероксіацетілнітратов, перекисних, гідроперекісних з'єднань, пероксиду водню:

  RC0'2 + N0 *=RCO '+ N02;

  RCO'2 + 02=R0'2 + С02;

  RO '+ NO-=RONO;

  RO * + RH=ROH + R *;

  RC0'3 + N02=RC03N02.

  В атмосфері населених пунктів можуть відбуватися й інші реакції утворення вільних радикалів. При цьому атомарний кисень реагує з водою, утворюючи гідроксильні радикали (ПЗ *). Гідроксильний радикал ініціює ланцюжок реакцій з озоном і вуглецю оксидом:

  АЛЕ '+ 03=Н0'2 +02;

  ПЗ * + СО=С02 + Н \

  Атом водню реагує з молекулярним киснем з утворенням гідропероксільного радикала (ПЗ * 2):

  Н * + 02=ПЗ * 2.

  Реакція закінчується окисленням азоту оксиду гідропероксільним радикалом до азоту діоксиду:

  ПЗ * 2 + NO=N02 + HO '. Реакції, обривали ланцюжок, включають:

  АЛЕ '+ ПЗ *=Н20 + О *; ПЗ * 2 + ПЗ *=Н20 + 02.

  Слід зазначити, що в описаних реакціях не тільки окислюється азоту оксид до азоту діоксиду, а й утворюється формальдегід за рахунок реакції гід-роксільних радикалів з метаном. Поряд із зазначеними вище реакціями фотохімічного окислення в атмосфері відбуваються також реакції окислення сірки діоксиду, оскільки в забрудненому атмосферному повітрі NOx, вуглеводні і сірки діоксид містяться одночасно:

  S02 + О '=S03.

  У свою чергу, опромінення олефінів і ароматичних сполук в присутності NOx і сірки діоксиду призводить до утворення значної кількості аерозолів, що знижують видимість атмосфери за рахунок розсіювання і поглинання сонячної радіації.

  Атмосферні домішки, що надходять від різних антропогенних джерел, і продукти їх трансформації можуть поширюватися на значні відстані (табл. 79).

  ТАБЛИЦЯ 79 Масштаб емісії деяких речовин в атмосфері



  Умовно виділяють три масштабні градації поширення домішок а атмосфері:

  1) локальний перенесення (до 10 км) - характерний для забруднення атмосферного повітря в приміській зоні;

  2) мезомасштабної перенесення (до 100 км), характерний для забруднення атмосферного повітря в межах району;

  3) дальній перенесення (більше 100 км), в межах країни (від джерела викиду).

  Наприклад, значна концентрація сірки діоксиду у викидах з труб висотою 380 м нікелевого заводу в Канаді визначалася на відстані 400 км, а концентрація 41Аг з труб Брукхейвен-ського реактора в Нью-Йорку - на відстані 150 км. Ще далі поширюються викиди від джерел великих промислових центрів. Наприклад, був зареєстрований перенесення вуглецю оксиду від індустріальних районів США поблизу Великих Озер до Гренландії.

  Відстань, на яку переносяться домішки, в глобальному масштабі невеликі, проте в густонаселених районах викиди одних країн завдають шкоди іншим країнам. В атмосфері немає меж. Так, 80% сполук сірки надходить до Швеції з країн Західної Європи. У Скандинавських країнах "імпорт" шкідливих промислових викидів у вигляді "кислих" дощів перетворив чисті озера в мляві водойми.

  Німеччина є одним з пріоритетних "експортерів" атмосферних забруднень. Встановлено, що 3 тис. т щорічного промислового виробництва ртуті з Німеччини переноситься атмосферним повітрям. Для попередження далекого переносу атмосферних домішок у листопаді 1979 р. на нараді в рамках Європейської економічної комісії (ЄЕК) з охорони навколишнього середовища в Женеві 34 країни підписали Конвенцію про транскордонне забруднення повітря на великі відстані.

  Конвенція є першим міжнародним документом, спрямованим на вирішення проблеми забруднення повітряного басейну з посиланням на принцип 21-й декларації Конференції ООН з проблем навколишнього середовища (Стокгольм, 1972), який підтверджує відповідальність держав за забезпечення діяльності в рамках їх юрисдикції. Конвенція про транскордонне забруднення повітря на великі відстані вступила в дію 16 березня 1983 Вона ратифікована 31 учасником Наради і є основою для обмеження, поступового скорочення і попередження забруднення атмосферного повітря на великі відстані. На першому етапі її здійснення першочергову увагу звертали на зменшення забруднення атмосферного повітря сполуками сірки. У зв'язку з цим в 1985 р. в Гельсінкі був підписаний Протокол про скорочення до 1993 р. викидів сірки та зменшенні їх транскордонних потоків на 30% порівняно з рівнем 1980 р., а в 1988 р. - Протокол щодо обмеження викидів азоту оксидів .

  Основними напрямками діяльності ЄЕК є:

  1) проведення спостережень та оцінка розповсюдження атмосферних забруднень на великі відстані в Європі;

  2) вивчення впливу основних атмосферних забруднень на здоров'я людини;

  3) впровадження новітніх технологій, методів пило-та газоочищення;

  4) аналіз витрат в галузі боротьби з викидами шкідливих речовин в атмосферне повітря;

  5) сприяння обміну інформацією.

  Створена в 1977 р. мережа цілодобового вибіркового контролю, що здійснюється у відповідності з програмою спостережень та оцінки розповсюдження шкідливих речовин на великі відстані в Європі, і її міжнародні центри (більше 90 станцій, розташованих уздовж кордонів країн-учасниць, на яких проводять вертикальне зондування до висоти 3-5 км через інтервали 300-600 м) характеризують внесок кожної країни у забруднення повітряного басейну інших країн і регіону в цілому, є фундаментом для контролю виконання міжнародних угод з охорони навколишнього середовища і вироблення стратегії по зменшенню забруднення повітряного басейну в Європейському регіоні.

  Самоочищення атмосфери. В основі самоочищення атмосфери лежать фізичні та фізико-хімічні процеси (адгезія, адсорбція, абсорбція, окислювально-відновні хімічні реакції), які обумовлюють седиментацію, вимивання атмосферних домішок. При цьому мають значення агрегатний стан, розчинність, розмір часток атмосферних домішок. За агрегатним станом розрізняють тверді аерозольні, газо-і пароподібні атмосферні забруднення. Атмосферне повітря з домішками являє собою аеродісперсную систему, в якій атмосферне повітря є дисперсійним середовищем, а домішки - дисперсною фазою. Запропоновано декілька класифікацій аеродисперсних систем, серед них - класифікації Джібса і О.В. Рязанова. Відповідно до класифікації Джібса, що грунтується на розмірі домішок, частинки домішок величиною від 10 до 100 мкм складають власне пил, від 0,1 до 10 мкм - хмари і тумани і до 0,1 мкм - дими.

  Відповідно до класифікації В.О. Рязанова, якої дотримуються в нашій країні, аеродісперсние системи залежно від ступеня дисперсності домішок поділяють на три групи:

  1) аерозолі з величиною частинок 0,001-0,1 мкм (дими з твердою фазою і тумани з рідкою фазою), які найбільш активні, здатні до молекулярної дифузії, осідають тільки після коагуляції; для частинок розміром 0,01 мкм і менш швидкість дифузії перевищує швидкість осідання в 1000 разів;

  2) тонкі аеросуспензіі з розміром частинок 0,1-10 мкм (тонка пил), які осідають згідно закону Стокса;

  3) грубі аеросуспензіі з розміром частинок 10-100 мкм (груба пил), які випадають з повітря.

  Аерозольні частки несприятливо впливають на здоров'я населення, інтенсифікують хімічні реакції в атмосфері, знижують її прозорість, збільшують ймовірність опадів, туманів, хмар, зменшують потік сонячної радіації, що обумовлює зміну температури атмосферного повітря та росту зелених насаджень. Основна питома вага становлять частинки розміром від 0,1 до 10 мкм. Частки розміром до 0,1 мкм мають властивості молекул і характеризуються безладним переміщенням, викликаним зіткненням з молекулами газу. Частинки розміром більше 1 мкм, але не менше 20 мкм, переміщаються з потоком газоповітряної суміші. Частинки розміром більше 20 мкм швидко осідають, в результаті чого знаходяться в повітрі відносно недовго (табл. 80).

  ТАБЛИЦЯ 80 Вплив розміру частинок на швидкість їх осідання



  ТАБЛИЦЯ 81 Розподіл часток за кількістю та об'ємному відсотку як функція розміру для типової проби атмосферного повітря



  * Кількість частинок всіх розмірів береться щодо часток із середнім розміром 20 мкм.

  ** При незмінному питомій вазі частинок об'ємний відсоток аналогічний масового відсотку.

  Велике значення має також розподіл часток за розміром і обсягом. Дані, наведені в табл. 81, свідчать про те, що частинки розміром від 0 до 1 мкм становлять лише 3% від маси (або об'єму). У той же час кількість частинок такого розміру найбільшу порівняно з кількістю частинок розміром більше 1-30 мкм. З точки зору охорони здоров'я, велике значення має зменшення кількості частинок малих розмірів в повітрі.

  Частки розміром менше 1 мкм утворюються в атмосферному повітрі в результаті конденсації, в той час як великі частки - за рахунок подрібнення (розпилення) різних матеріалів або згоряння. Серед всіх частинок, що утворюються під час експлуатації стаціонарних джерел забруднення атмосферного повітря, майже 85-90% надходять від енергетичних установок, особливо тих, які спалюють бітумінозний і лігнітовий вугілля. У процесі згоряння можуть утворюватися частинки розміром 0,1-1 мкм за рахунок випаровування матеріалу при нагріванні з подальшої конденсацією, менше 0,1 мкм - хімічних реакцій в процесі згоряння, 1 мкм і більше (частки золи) - механічних процесів. До складу частинок входять елементарний вуглець (у вигляді сажі або графіту), а також вуглеводні (в процесі згоряння палива і кисневмісних органічних сполук) - продукти фотоокислення летючих органічних сполук при участі азоту оксидів, олефіни з числом атомів вуглецю більше 7, цикло-олефіни.


  На аерозольних частинках сорбируются нітрати і сульфати, що утворюються внаслідок нейтралізації азотної та сірчаної кислот під дією аміаку або карбонатної пилу. Газоподібні забруднення не підпадають під дію сили тяжіння, рух же твердих частинок залежить від дії як маси, так і середовища - носія, пов'язаного з переміщенням повітряних мас. Дія сили тяжіння на розсіювання частинок полягає в тому, що осьова лінія викиду з перенесенням забруднення вітром відхиляється вниз. Осадження атмосферних домішок призводить до накопичення їх у грунті, підвищенню рівня забруднення джерел водопостачання, погіршення санітарно-побутових умов проживання населення. Так, за даними ВООЗ (Женева, 1980 р.), кількість ПХБ, що випадають щороку на території північноамериканського континенту, досягає 2 тис. т.

  Зелені насадження виконують роль своєрідних "фільтрів" атмосферних домішок. Рослини очищають повітря від пилу. Під кронами дерев на поверхні грунту осідає в 5-10 разів більше пилу, ніж на відкритій місцевості. Наприклад, сосновий древостой здатний затримувати на 1 га до 36 т пилу. Навіть взимку дерева мають пилозахисні значення. За осінньо-зимовий період середня концентрація пилу в повітрі під деревами знижується до 37%, влітку - до 42%. Здатність різних видів рослин затримувати пил обумовлена будовою їх листових пластинок. Найбільш ефективні в цьому відношенні чагарники з клейкими шорсткими листям. Так, в'яз затримує пилу в 6 разів більше, ніж тополя, а 1 га березових насаджень - 1100-2300 кг за вегетаційний період. Встановлено, що найкращу "фільтруючу здатність" мають в'яз періветвістий, клен ясенелистого, бузок звичайна.

  Пил, що осідає на поверхні рослин, містить велику кількість частинок важких металів. Тому дерева і чагарник сприяють зниженню забруднення атмосферного повітря важкими металами, акумулюючи їх у своїх органах (листках, кореневій системі). Зелені насадження також поглинають і нейтралізують токсичні гази. Фітонциди, що виділяються в навколишнє середовище рослинами, можуть брати в облогу, окисляти і нейтралізувати леткі речовини. Фітонциди чагарникових насаджень, що містять ліналілацетат, знижують концентрацію вуглецю оксиду на 10-30%, сірки діоксиду - на 50-74%, азоту оксидів - на 15-35%. Найефективніше поглинають і нейтралізують гази наступні породи зелених насаджень: клен ясенелистий, клен гостролистий, липа дрібнолиста, айлант високий, ялина колюча, береза повисла, граб звичайний, явір.

  Активність зелених насаджень змінюється протягом року. Починаючи з жовтня листяні дерева не впливають на зміст атмосферних забруднень, а хвойні породи дерев і чагарників у цей період виявляють активність. Таким чином, у складі зелених насаджень необхідно передбачати і хвойні породи дерев і чагарників. Хімічні речовини, що потрапляють з атмосфери в тканини рослин, локалізуються в хлоропластах - органелах, які містять фотосинтетичні пігменти рослин, тобто хлорофіл і каротиноїди.

  Хлоропласти і відновлюють кофактори, що утворюються під час фотохімічних реакцій фотосинтезу, окислюють і нейтралізують атмосферні забруднення. Метаболізаторами вуглецю оксиду, NOx є тис ягідний, граб звичайний, самшит вічнозелений, кизил криваво-червоний, клен, а також липа шерстолістая, дуб кам'яний, горобина звичайна, черемха звичайна, сосна Веймутова, вільха чорна і сіра, жовта акація, бузина. Максимальна кількість свинцю концентрують листя кінського каштана звичайного: 1 кг сухої речовини листя за добу затримує 1-3 мг свинцю. Їх можна рекомендувати для озеленення прима-гістральної територій. Концентрація атмосферних забруднень знижується в міру збільшення ширини і щільності смуги зелених насаджень (табл. 82).

  ТАБЛИЦЯ 82 газозахисних властивості зелених насаджень бульварів



  Різні речовини вимиваються з атмосфери під час випадання опадів у вигляді кислотних дощів. Існує точка зору, що кислотні дощі не є породженням індустріалізації. Вони спостерігалися здавна. Внаслідок зіткнення нашої планети з кометою в атмосфері утворилася велика кількість азоту оксидів, що випадали у вигляді дощів з високим вмістом азотної кислоти. У 1661 р., за свідченнями очевидців, в Лондоні був небувалий за силою зміг. Житель Лондона Дж. Евелін так описав ситуацію, яка відбувається в місті внаслідок забруднення повітря і випадання кислих дощів: "Усюди згубний дим, який затінює красу міста, покриває всі нальотом кіптяви, руйнує вози, залишає іржу на посуді, прикрасах, домашнього начиння, роз'їдає навіть балки з чистого заліза і найміцніший камінь ". Термін "кислотні дощі" з'явився в 1872 р.

  Його ввів англійський інженер Роберт Сміт, який вивчав хімізм опадів у районі Манчестера і результати досліджень опублікував у монографії "Повітря і дощ: початку хімічної кліматології". У перші роки розвитку промисловості виявляли зміни хімічного складу дощів, які випадали поблизу промислових центрів. У 1911 р. було повідомлення про випадання дощів з кислою реакцією в районі Лідса (Великобританія). У середині 50-х років XX в. визначили вогнище закислення опадів у північно-східній та південно-західній частині США. У наш час половина території США піддається впливу кислотних опадів з pH 4,1 і менше. Так, вчені Інституту досліджень екосистеми і Єльського університету виявили, що в опадах, які випадають на території від штату Аляска до острова Пуерто-Ріко міститься в 3-7 разів більше кислоти, ніж у звичайній дощовій воді, а на вершині гори Мохонк вміст кислоти більше , ніж в оцті.

  Тумани, паморозь і дощі в гірських районах штату Нью-Йорк в 90% випадків мають pH в межах 2,66-4,66. Найбільша кислотність туманів зафіксована в Лос-Анджелесі (pH 1,7-4,0). Гостра ситуація склалася в Європі, особливо в Скандинавських країнах. Тут pH опадів становить 4,1-4,3. У Японії зниження pH опадів спостерігається з початку 60-х років. У 1973 р. в префектурах Сідзуока і Яманасі дощ був причиною появи у місцевих жителів різі в очах, першіння в горлі, кашлю. Постраждали 30 тис. чоловік. Динаміка зміни pH опадів починаючи з 1960 р. до нашого часу свідчить про збільшення вмісту іонів водню в дощовій воді в 100 разів. Одночасно з закислением опадів було встановлено закислення води озер, річок. Вперше це явище в широких масштабах виявлено у Швеції та Норвегії, а потім - у США і Канаді.

  Окислення природних водойм кислотними атмосферними опадами викликає значні зміни в екосистемах цих водойм. Зменшується кількість різновидів організмів, порушуються трофічні ланцюжки. Доведено, що pH 5,6 є граничним значенням. Зниження його може привести до необоротних біологічних наслідків для водних екосистем. Вже на ранніх стадіях закислення водойм порушуються мікробіологічні процеси, а у водоймах з pH 5,0 пригнічуються бактеріальна активність і специфічні біохімічні процеси, зменшуються кількість і видове різноманіття водоростей, зоопланктону, молюсків, риби, раків, слимаків і жаб. Репродуктивність риби припиняється при pH водного середовища менше 4,5. У Канаді в результаті випадання частих кислотних дощів стали екологічно мертвими майже 4000 озер, а 12 тис. озер знаходяться на межі загибелі.

  У Швеції закислена 20 тис. озер, з них в 18 тис. озер порушено біологічну рівновагу. У Норвегії майже половина озер екологічно мертві. У Шотландії в більшості підкислених малих річок скоротилася кількість видів безхребетних, бентосу, а також ацидофільних водоростей і водяного моху. При pH 3 грунту практично не плодоносять. Закисление грунту знижує швидкість розпаду органічних речовин, круговороту в системі грунт - рослина, а також продуктивність азотфіксуючих бактерій. Це призводить до обмеження надходження пов'язаного азоту в організм рослин, пригнічення процесів синтезу в коренях і надземній зеленій масі, порушення вуглеводно-білкового обміну та уповільнення їх зростання. Зростає поглинання рослинами Mn, Co, Zn, Fe, К, Mg і знижується поглинання Ca, Mo, що істотно затримує ріст кореневої системи.

  Зниження pH грунтового розчину призводить до звільнення з грунтового комплексу розчинної форми AI, який пригнічує клітинний розподіл в корінні, блокує ферменти, що розкладають полісахариди, зменшує клітинне дихання, порушує поглинання, транспорт Ca, Mg, Р і води. При надлишку S042 ~ в грунті виникає дефіцит доступного Ca через зв'язування його в важкорозчинні сіль CaS04. Разом з тим змінюється фізична структура грунту. Вона ущільнюється, повітропроникність її знижується, що негативно впливає на життєдіяльність рослин. У 1985 р. на Міжнародній конференції в Осло, присвяченій охороні навколишнього середовища, було відзначено, що в майбутньому окислення грунту може привести до виникнення більш складної проблеми, ніж безпосередня дія кислотних дощів на рослинність. Кислотні дощі завдають великої шкоди і лісах.

  У деяких районах Швейцарії загинула третина ялин. У гірничо-лісових районах Баварії, Шварцвальда, Бадена постраждала майже половина лісових угідь. В останні десятиліття швидкість росту багатьох вічнозелених рослин сповільнилася в середньому на 20-30%. У Баден-Вюртемберзі в результаті забруднення атмосферного повітря постраждали 100% ялин і 70% сосен. Ліси втрачають водоохоронне і рекреаційне значення. Встановлено, що сірки діоксид надає фітотоксичної дію: призводить до некрозу і хлорозу листя рослин, зміни клітинної проникності та іонного балансу, втрати незв'язаної води, зниження pH і буферної ємності цитоплазми, передчасного обпадання, зменшенню маси сухої речовини, загальної площі та кількості листя, зниження приросту деревини, зміни співвідношення коріння / листя. Викид великих обсягів сірки діоксиду в атмосферу може привести до знищення рослинності поблизу джерела викиду.

  Так, в 30 км від заводу чорної металургії в Садбері (штат Онтаріо, США), де викидається цілодобово 6 тис. т сірки діоксиду, відсутня рослинність. За цією "мертвою зоною" зникли мохи, лишайники, хвойні породи дерев. Лишайники гинуть від впливу сірчаної кислоти, яка утворюється в результаті перетворення сірки діоксиду при її концентрації в атмосфері 28,6-76,8 мкг/м3, хвойні дерева - при концентрації 200-2288 мкг/м3. В Англії та Уельсі, де середня концентрація сірки діоксиду взимку перевищувала 71,4 мкг/м3, практично зникли майже 100 видів лишайників. У США через постійної дії фітотоксичної газів всихання соснового деревостану в національному лісі Сан-Бернардіно збільшилася на 10%.

  Ураження рослин кислотними дощами відбувається внаслідок порушення метаболізму клітин, блокування активності ферментів, що каталізують синтез жирних кислот або ацетилкоензимакарбоксилазы, галактоліпідів мембран хлоропластів. Кислотні дощі руйнують будівлі та пам'ятники архітектури. У Лондоні постраждали Вестмінстерське абатство, фортеця Тауер. У Голландії на соборі св. Іоанна статуї, за словами мешканців, "тануть, немов льодяники". У Римі руйнуються рельєфні зображення на колоні Трояна. Знаменитий Акрополь в Греції за останні кілька десятиліть постраждав від забруднень більше, ніж за весь період існування.

  У чому ж полягає механізм утворення кислотних дощів? Процес вимивання домішок з атмосфери розділяють на дві стадії. У першій стадії речовина, яка вимивається або бере участь в утворенні краплі хмари і є ядром конденсації, або захоплюється краплями хмар на етапі їх розвитку, коли вони ще не перетворилися на падаючі дощові краплі. Ця стадія визначається як Внутрішньохмарні вимивання. У другій стадії речовина захоплює крапля падаючого дощу на всьому шляху польоту до контакту з поверхнею, що підстилає. Це стадія підхмарного вимивання.

  Існують п'ять механізмів залучення молекул газу або частинок в краплю:

  1) діффузофорез;

  2) броунівський дифузія;

  3) зіткнення і загарбання;

  4) розчинення газу;

  5) утворення крапель на ядрах конденсації.

  Під час діффузофореза аерозольні частинки рухаються в напрямку середнього потоку молекул в повітрі. Явище діффузофореза характерно лише для частинок діаметром менше 0,1 мкм. Загальний внесок такого механізму в вимивання частинок дощовими краплями незначний. Випадкове переміщення дрібних частинок, викликане зіткненням з молекулами газу, також може сприяти перенесенню частинки до поверхні краплі. Швидкість броунівської дифузії визначається переважно розміром частинок, і її вплив стає відчутним для частинок діаметром менше 0,1 мкм. На відміну від дифузії частинок, дифузія молекул газу є головним механізмом їх переміщення до поверхні краплі. Механізм інерційного зіткнення і загарбання характерний лише для підхмарного вимивання. Молекули газу завдяки своїй легкості обходять падаючу краплю, в той час як частки зі значно більшою масою чинять опір змінам руху.

  Чим масивніше частка, тим меншою мірою вона зазнає такі зміни. Інерційне співудар притаманне відносно великим часткам. При контакті частинки з поверхнею краплі відбувається її загарбання, а сульфати і нітрати переходять у рідку фазу. Ефективність вимивання шляхом інерційного зіткнення і загарбання залежить від швидкості падаючої краплі, а також від маси і розміру часток, які вимиваються. Цей механізм характерний для вимивання частинок діаметром більше 1 мкм. Сірки діоксид, азоту діоксид добре розчиняються у воді. Розчинення газів підкоряється закону Генрі, тобто триває до тих пір, поки не настане рівновага між рідкою і газовою фазами. Для крапель діаметром 100 мкм рівновагу між газовою

  і рідкої фазами для сірки діоксиду встановлюється протягом декількох секунд. У рідкій фазі сірки діоксид швидко окислюється. Крім того, аміак, що знаходиться в повітрі, також розчиняється у краплі і вступає в хімічну реакцію з кислотою, що призводить до порушення рівноваги в системі газ - рідина і накопиченню сірки за рахунок розчинення та окислення сірки діоксиду. Такі ж процеси відбуваються при розчиненні оксидів азоту та азотної кислоти. Основна частина сірки та азоту в аерозольній формі представлена такими сполуками, як NH4HS04 і NH4N03. Завдяки гігроскопічної природі частки сполук сірки та азоту є високоефективними ядрами конденсації хмар. Цей механізм вимивання сполук сірки та азоту може мати дуже велике значення. У джерел викиду, де сірка та азот переважно мають вигляд газоподібних оксидів, а не часток, механізм розчинення газів може бути провідним. На великих відстанях вимивання за рахунок ядер конденсації хмар сягає 80%.

  Атмосферу можна розглядати як окислительную систему з високим вмістом основного окислювача - кисню. Сполуки, що містять атоми С, H, S і N природного та антропогенного походження, потрапляючи в атмосферу, перетворюються на сполуки, які беруть участь в процесах утворення кислот з виділенням їх з атмосферними опадами. У цих процесах, крім кисню, беруть участь озон, гідроксильний радикал НО ", гід-ропероксідний радикал ПЗ *, органічні пероксидні радикали (ROO") пероксіацетілнітрат (ПАН), пероксид водню (Н202).

  Найбільш реакционноспособним є гідроксильний радикал НО ", який бере участь в окисленні азоту і сірки оксидів в азотну і сірчану кислоти. Наступними за активності є озон і ПАН. При фотовозбужденіі озону світлом відбувається реакція з утворенням атомарного і молекулярного кисню:

  03 -? * -> Про '+ 02.

  Приблизно 1% атомарного кисню реагує з парою води, утворюючи гідроксильний радикал вступає в реакцію, а водень - з молекулярним киснем з утворенням гідропероксідного радикала:

  Про '+ Н20=2НО \

  Н '+ 02=HOY

  При фотовозбужденіі азоту діоксиду світлом відбувається реакція з утворенням азоту оксиду та атомарного кисню:

  N02 hv) NO + О '.

  Атомарний кисень взаємодіє з молекулярним киснем з утворенням озону:

  Про '+ 02=03.

  Азоту оксид вступає в реакцію з озоном з утворенням азоту діоксиду і молекулярного кисню:

  NO + 03=N02 + 02.

  У денні години гідроксильний радикал АЛЕ "вступає в реакцію з азоту діоксидом з утворенням азотної кислоти:

  ПЗ * + N02=HNO3.

  Азоту діоксид утворюється також при взаємодії азоту оксиду з гідро-пероксидним радикалом з подальшим випаданням у вигляді азотної кислоти:

  NO + HO'2=N02 + HO \

  3N02 + НХ>=2HN03 + NO.

  Під час протікання гетерогенних реакцій азоту діоксид, досить легко розчинний у воді або краплях водних плівок, може окислюватися:

  2N02 + Н202=2HN03.

  Пероксид водню утворюється при реакції:

  Н0'2 + Н0'2=Н202 + 02.

  Крім газофазних реакцій, досить ефективним механізмом виведення сірки діоксиду з атмосфери є гетерогенні реакції, які відбуваються на поверхні аерозольних частинок. На поверхні частинок летючої золи і сажі адсорбуються молекули сірки діоксиду і радикали окислювальних агентів. При досить високій відносній вологості поверхню частинок покривається шаром молекул води. Утворена в результаті окислення сірки діоксиду сірчана кислота з часом частково або повністю нейтралізується аміаком. Реакція нейтралізації відбувається зазвичай в рідкій фазі або на поверхні напіврідких частинок. Крім зазначених вище кислот, можуть утворюватися органічні кислоти.

  Формування кислотного дощу залежить від швидкості поглинання домішок аерозольними частками, обумовленої їх розмірами та хімічної природою. Важливу роль у цьому процесі відіграють середні [(0,2-2,0) | 10 ~ 3 мм] аерозольні частинки, що складаються переважно з сульфатів і нітратів. Великі частинки, які переносяться масами повітря, являють собою мелкодисперсную сажу, кіптяву і продукти неповного згоряння палива. Поведінка аерозолів в повітряному потоці визначається коефіцієнтом дифузії і швидкістю осадження (табл. 83).

  Частинки аерозолю діаметром менше 0,1 - 10 "3 мм приєднуються до крапель рідини внаслідок броунівського руху, а частинки розміром 1 - 10 ~ 3мм завдяки інерційному механічному взаємодії. Оскільки аерозольні частинки гігроскопічні, пар води швидко конденсується у вигляді плівки на їх поверхні. Сірки та азоту діоксиди поглинаються краплями вологи. Саме в цій стадії починається складний комплекс жидкофазная реакцій.

  ТАБЛИЦЯ 84 Кислотність і склад дощів в різних регіонах світу, хмкг-екв/дм3



  Сірки діоксид добре розчиняється у воді [% (мае.)]: 13,34 (10 ° С), 9,61 (20 ° С), 5,25 (40 ° С). При переході з газової фази в рідку сірки діоксид може існувати в розчинній формі, а також взаємодіяти з водою з утворенням бісульфіт-і сульфіт-іонів:

  S02 (ra3) ^ 802 (жід.),

  S02 (жід.) + Н20=HS03 + Н \

  HS03 ^ SO / "+ Н +.

  У кислотних дощах і туманах сірка присутня у вигляді як четирехвалентних, так і шестивалентного сполук. Розчинність сірки діоксиду залежить від pH водяних крапель і наявності органічних комплексоутворюючих агентів (наприклад, формальдегіду), які знижують швидкість жидкофазного окислення S4 + і S6 +. Сполуки шестивалентній сірки (переважно сульфат-аніон) утворюються при окисленні четирехвалентних сполук. Влітку майже 55-70% розчинної сірки діоксиду переходить в сульфат-аніон в результаті окислювальних реакцій. Взимку з опадами випадає 3fr-35% сульфатів.

  У табл. 84 наведено дані про склад дощів в період росту рослин для різних регіонів світу. 
« Попередня Наступна »
= Перейти до змісту підручника =
Інформація, релевантна "Закономірності поширення в атмосферному повітрі забруднюючих речовин"
  1. В
      + + + Вагіна штучна (лат. vagina - піхва), прилад для отримання сперми від виробників сільськогосподарських тварин. Метод застосування В. і. заснований на використанні подразників статевого члена, замінюють природні подразники піхви самки, для нормального прояви рефлексу еякуляції. Такими подразниками в В. і. служать певна температура (40-42 {{?}} C) її стінок,
  2. И
      + + + Голкотерапія, акупунктура, чжень-цзю-терапія, метод лікування уколами за допомогою голок. Сутність І. полягає в рефлекторному впливі на функції органів з лікувальною метою різними за силою, характером і тривалості уколами. Кожна точка уколу пов'язана каналами (лініями) з певним органом. У тварин таких каналів 14 (рис. 1). Для І. користуються спеціальними голками (рис. 2).
  3. М
      + + + Магнезія біла, те ж, що магнію карбонат основний. + + + Магнезія палена, те ж, що магнію окис. магнію карбонат основний (Magnesii subcarbonas; ФГ), магнезія біла, в'яжучий і антацидний засіб. Білий легкий порошок без запаху. Практично не розчиняється у воді, що не містить вуглекислоти, розчинний у розведених мінеральних кислотах. Застосовують зовнішньо як присипку, всередину -
  4. П
      + + + Падевий токсикоз бджіл незаразна хвороба, що виникає при харчуванні бджіл (падевим медом і супроводжується загибеллю дорослих бджіл, личинок, а в зимовий час і бджолиних сімей. Токсичність падевого меду залежить від наявності в ньому неперетравних вуглеводів, алкалоїдів, глікозидів, сапонінів, дубильних речовин, мінеральних солей і токсинів, що виділяються бактеріями і грибами. Потрапляючи в середню
  5. С
      + + + Сабур (тур. sabur), висушений сік листя рослини алое (Aloe arborescens) сімейства лілійних; проносний засіб. Темно-бурі шматки або порошок. Добре розчинний у гарячій воді, спирті, розчинах лугів. Діючі початку - антрагликозиди (алоин). У малих дозах діє як гіркота, покращуючи апетит і посилюючи травлення, желчегонно. Місцево чинить слабку подразнюючу,
  6. Історія розвитку санітарної охорони поверхневих водойм. Джерела забруднення. Заходи по санітарній охороні водних об'єктів
      Під санітарної охороною водних об'єктів увазі комплекс заходів (законодавчих, організаційних, економічних, планувальних, наукових, технологічних, санітарно-технічних), що забезпечують такий стан водних ресурсів, яке дає можливість використовувати їх для господарсько-питного водопостачання населення, купання, фізичної культури, лікувально -оздоровчих цілей, а також
  7. Історія розвитку санітарної охорони грунту. Показники, що характеризують основні властивості грунту, їх гігієнічне значення
      В історії гігієни найдавнішими профілактичними заходами з охорони здоров'я людей були заходи, спрямовані на санітарну охорону грунту. У той час люди ходили босоніж, спали на землі або в земляних укриттях, дихали грунтовим повітрям, пили грунтову воду і, нарешті, харчувалися продуктами, вирощеними на грунті. Проблема впливу грунту на здоров'я людей цікавила людство з
  8. Гігієнічне значення атмосферного повітря
      Атмосфера - це газова оболонка Землі масою майже 5,157 х 1015 т, а маса нашої планети становить 5,98 х 1021 т. В атмосфері розрізняють кілька шарів: тропосферу і стратосферу, розділені перехідним шаром - тропопаузою, а також мезосферу (від стратосфери відділяється стратопаузой) , іоносферу та термосферу. Зовнішня частина термосфери називається магнітосферою. У ній частинки газів (іони) утримуються
  9. ПРИНЦИПИ ВІРУСОЛОГІЇ
      Кеннет Л. Тайлер, Бернард Н. Філдс (Kenneth L. Tyier, Bernard N. Fields) Структура і класифікація вірусів. Типова вірусна частка (вирион) містить ядро, що складається з нуклеїнової кислоти - ДНК або РНК. Існує значна варіабельність структур і розмірів вірусних нуклеїнових кислот (табл. 128-1). Геноми з мінімальною мовляв. масою, як, наприклад, у парвовирусов, налічують 3-4
  10. ХРОНІЧНІ Обструктивні захворювання легень / хронічний бронхіт та емфізема легень /
      Хронічна обструктивна хвороба легень - патологічний стан, що характеризується формуванням хронічної обструкції повітроносних шляхів внаслідок хронічного бронхіту / ХБ / та / або емфіземи легень / ЕЛ /. Хронічні обструктивні захворювання легень широко поширені. Підраховано, що ХБ страждає приблизно 14-20% чоловічого і близько 3-8% жіночого дорослого населення, проте тільки у
© 2014-2022  medbib.in.ua - Медична Бібліотека