24. Атмосфера как фактор окружающей среды. Ее структура, состав и характеристика
Химический состав воздуха
Воздушная сфера, составляющая земную атмосферу, представляет собой смесь газов.
Сухой атмосферный воздух содержит 20,95 % кислорода, 78,09 % азота, 0,03 % диоксида углерода.
В атмосферном воздухе содержатся аргон, гелий, неон, криптон, водород, ксенон.
Постоянное содержание кислорода поддерживается за счет непрерывных процессов обмена его в природе. Кислород потребляется при дыхании человека и животных, расходуется на поддержание процессов горения и окисления, а поступает в атмосферу за счет процессов фотосинтеза растений.
В результате интенсивного перемешивания воздушных масс концентрация кислорода в воздухе остается практически постоянной.
Биологическая активность кислорода зависит от его парциального давления. Благодаря разности парциального давления кислород поступает в организм и транспортируется к клеткам.
Под влиянием коротковолнового УФ-излучения с длиной волны менее 200 нм молекулы кислорода. Одновременно с образованием озона происходит его распад. Общебиологическое значение озона велико, он поглощает коротковолновое УФ-излучение Солнца, оказывающее губительное действие на биологические объекты. Одновременно озон поглощает длинноволновое ИК-излучение, исходящее от Земли, и тем самым предотвращает чрезмерное охлаждение ее поверхности.
Азот по количественному содержанию является наиболее существенной составной частью атмосферного воздуха. Азот воздуха усваивается азотфикси-рующими бактериями почвы, синезелеными водорослями, под влиянием электрических разрядов превращается в оксиды азота, которые, выпадая с атмосферными осадками, обогащают почву солями азотистой и азотной кислот. Соли азотной кислоты служат для синтеза белка.
Важным составным элементом атмосферного воздуха является диоксид углерода – углекислый газ (СО2). Основная масса его (до 70 %) находится в растворенном состоянии в воде морей и океанов. В состав некоторых минеральных соединений, известняков и доломитов входит около 22 % общего количества СО2. Остальное количество приходится на животный и растительный мир, каменный уголь, нефть и гумус.
В природных условиях происходят непрерывные процессы выделения и поглощения СО2. В атмосферу он выделяется за счет дыхания человека и животных, процессов горения, гниения и брожения, при промышленном обжиге известняков и доломитов. Одновременно в природе идут процессы ассимиляции углекислого газа, который поглощается растениями в процессе фотосинтеза.
За последнее время отмечается увеличение его концентраций в воздухе промышленных городов в результате интенсивности загрязнения продуктами сгорания топлива. Поэтому среднегодовое содержание СО2 в воздухе городов может повышаться до 0,037 %. В литературе обсуждается вопрос о роли СО2 в создании парникового эффекта, приводящего к повышению температуры приземного воздуха.
25. Атмосферные загрязнения и их классификация
Загрязнение окружающей среды, и в особенности воздуха, выбросами промышленных предприятий, автомобильного транспорта вызывает в последние годы все большее беспокойство во многих странах.
Значительная часть этих выбросов, соединяясь в атмосфере с водяными парами, выпадает затем на землю в виде так называемых кислотных дождей.
Под атмосферными загрязнениями мы условно понимаем те примеси к атмосферному воздуху, которые образуются не в результате стихийных процессов природы, а в результате деятельности человека.
Атмосферные загрязнения разделяются на 2 группы:
1) земные;
2) внеземные.
Однако искусственные загрязнения антропогенного происхождения в настоящее время приобрели приоритетный характер. Они делятся на радиоактивные и нерадиоактивные.
Нерадиоактивные, или прочие, загрязнения – тема сегодняшней лекции. Они представляют в настоящее время экологическую проблему. Выхлопные газы автотранспорта, составляющие около половины атмосферных загрязнений антропогенного происхождения, продуктов износа механических частей, покрышек и дорожного покрытия.
В состав выхлопных газов, помимо азота, кислорода, углекислого газа и воды, входят окись углерода, углеводороды, окислы азота и серы, а также твердые частицы. Состав отработанных газов зависит от рода применяемого топлива, присадок и масел, режимов работы двигателя, его технического состояния, условий движения автомобиля и др. Токсичность отработанных газов карбюраторных двигателей обусловливается главным образом содержанием окиси углерода и окислов азота, а дизельных двигателей – окислами азота и сажей.
Годовой выхлоп одного автомобиля – это в среднем 800 кг окиси углерода, 40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе окись углерода наиболее коварна. Легковой автомобиль с двигателем 50 л. с. выбрасывает в атмосферу 60 л оксида углерода в минуту.
Токсичность оксида углерода обусловлена высоким сродством c гемоглобином, в 300 раз большим, чем с кислородом. В нормальных условиях в крови человека находится в среднем 0,5 % карбоксигемогло-бина. Содержание карбоксигемоглобина более 2 % считается вредным для здоровья человека.
Существуют хроническое и острое отравление оксидом углерода. Острое отравление часто отмечается в гаражах автолюбителей. Действие оксида углерода усиливается в присутствии углеводородов в выхлопных газах, которые также являются канцерогенами (циклические углеводороды, 3,4 – бензпирен), алифатические углеводороды обладают раздражающим слизистые действием (слезоточивый смог). Содержание углеводородов на перекрестках у светофоров в 3 раза больше, чем в середине квартала.
В условиях высокого давления и температуры (что имеет место в двигателях внутреннего сгорания) образуются окислы азота (NO)n. Они являются метгемо-глобинобразователями и обладают раздражающим действием. Под воздействием УФ-излучения (NO)n подвергаются фотохимическим превращениям.
26. Атмосферные загрязнения и их классификация. (продолжение)
Окислы азота и озон – окислители, вступая в реакции с органическими веществами атмосферы, образуют фотооксиданты – ПАН (пероксиацилнитраты) – белый смог. Смог появляется в солнечные дни, после полудня, при большом скоплении автомобилей, когда концентрация ПАН достигает 0,21 мг/л. ПАН обладают метгемоглобинобразующей активностью.
Основными симптомами хронического отравления свинцом являются свинцовая кайма на деснах (его соединение с уксусной кислотой), свинцовый цвет кожи (золотисто-серая окраска), базофильная зернистость эритроцитов, гематопорфирин в моче, повышенное выведение свинца с мочой, изменения со стороны центральной нервной системы и желудочно-кишечного тракта (свинцовый колит).
Второе место по объему выбросов в атмосферу занимают промышленные предприятия. Среди них наибольшую значимость имеют предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, предприятия нефтехимии, сжигание отходов – полимеров. В течение нескольких столетий увеличивались проблемы, связанные с загрязнением атмосферного воздуха продуктами сжигания топлива, наибольшим проявлением которых стали густые желтые туманы, присущие пейзажам Лондона и других больших городских агломераций. Событием, которое привлекло к себе мировое внимание, явился печально известный лондонский туман в декабре 1952 г., который продолжался несколько дней и унес 4000 жизней, так как имел чрезвычайно высокую концентрацию дыма, двуокиси серы и других загрязнений.
Черная металлургия. Выброс пыли в расчете на 1 т передельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа – 2,7 кг и марганца 0,1–0,6 кг. Вместе с доменным газом в атмосферу выбрасываются в небольших количествах также соединения мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, пары ртути и редких металлов, цианистый водород и смолистые вещества.
Выбросы цветной металлургии содержат в себе токсические пылевидные вещества, мышьяк, свинец. При получении металлического алюминия путем электролиза в атмосферный воздух выделяется значительное количество газообразных и пылевидных фтористых соединений. При получении 1 т алюминия в зависимости от типа и мощности электролиза расходуется 38–47 кг фтора, при этом около 65 % его попадает в атмосферный воздух.
Установлен патогенетический аспект влияния загрязнения атмосферного воздуха – системный мем-
