Последствия загрязнения и нарушения газового баланса атмосферы
План
1.Атмосфера, её значение и состав
2. Загрязнения атмосферы
3. Меры по охране атмосферы
1.Атмосфера – воздушная оболочка, окружающая землю и вращающаяся вместе с ней.
Химический состав воздуха атмосферы (объемные %):
-Азот – 78,08;
-Кислород – 20,9
-Аргон – 0,93;
-Вода –0,001.
А также: неон, гелий, ксенон, радон, метан и др.
Строение атмосферы:
— 0 –12 км – тропосфера, содержит 80% всей массы воздуха, основное количество водяных паров, определяет климат и погоду,
— 12 – 50 км – стратосфера, содержит достаточно большую массу воздуха + озоновый слой в интервале 20-30 км.
— 50 – 80 км – мезосфера, в ней воздух сильно разряжен.
— 80 – 400 км – ионосфера, газы в ней находятся в ионизированном состоянии, между ионами идут химические реакции (с участием ионизирующего излучения).
— До 1500 – 3000км – экзосфера лишь отдельные молекулы, ионы и атомы газов
Значение атмосферы для биосферы:
1. Является источником жизненно важных для живых организмов: кислорода, углекислого газа, водяных паров.
2.Регулирует количество солнечного и космического излучения, попадающего на поверхность земли:
– существенно понижает суточные перепады температуры;
– озоновый слой и ионосфера защищают поверхность земли от избыточного жесткого и УФ излучений.
3.Защищает поверхность земли от метеоритов, других мелких космических объектов;
4.Является основным климатообразующим фактором и средой обитания многих живых организмов.
Среди слагаемых современного экологического кризиса наибольший вес имеют 5 компонентов:
– кислотные дожди;
– парниковый эффект;
– озоновые дыры;
– загрязнение планеты особо токсичными веществами;
– радиоактивное загрязнение.
Все эти компоненты оказывают комплексное влияние на биосферу в целом, но первые 3 возникают исключительно в результате загрязнения атмосферы (первоначально), а два других слагаемых – также распространяются на атмосферную часть биосферы.
2.Большая часть техногенных выбросов в атмосферу – нетоксичные углекислый газ и вода, хотя с СО2 связаны другие экологические проблемы, не связанные с токсичностью. В атмосферу выбрасываются десятки тысяч различных веществ, однако наиболее распространенные (многотоннажные) немногочисленны. Их делят на 5 групп:
| Загрязнитель | Воздействие на человека | Воздействие на биосферу |
| 1. Твердые частицы, пыль, сажа | Зависит от химического состава: нетоксичная, токсичная, канцерогенная (SiO2, асбест). | Снижение прозрачности воздуха, смог. |
| 2. СО2 СО | Существенное воздействие только в больших концентрациях | Парниковый эффект |
| Необратимо связывает гемоглобин крови, вызывает удушье, нарушение обмена веществ. | Малые концентрации не оказывают заметного влияния. | |
| 3. SO2, SO3 | Раздражение кожи, слизистых, нарушение деятельности дыхательных и сердечно-сосудистых систем. | Смог, кислотные дожди и их последствия – угнетение земной растительности, особенно хвойных. |
| 4. Оксиды азота | Раздражение кожи, слизистых, нарушение деятельности дыхательных и сердечно-сосудистых систем, понижение содержания гемоглобина (NO). Оксиды азота более опасны, чем оксиды серы, их действие нельзя смягчить нейтрализующими средствами. | Смог, кислотные дожди и их последствия, разрушение озонового слоя. |
| 5. Углеводороды (в т.ч. бензапирен) | В зависимости от химического состава могут быть раздражающими или канцерогенными. | Понижение прозрачности воздуха, смог. |
Основные загрязнители атмосферы:
1.ТЭС
2.Автотранспорт
3.промышленность (металлургия и др.)
В среднем в топливной теплоэнергетике на 1 т условного топлива выбрасывается ~ 150 кг загрязнителей (кроме того присутствует тепловое загрязнение окружающей среды).
Загрязнители атмосферы №2 (1?) – ДВС – автомобильный транспорт.
Один из основных (после ТЭС) источников загрязнения атмосферы (50% загрязнений в воздухе капиталистических стран исходит от автомобилей). Число ДВС в мире давно превысило 1 млрд., из них 670 млн. – автомобили, остальное – другие виды транспорта, сельхозмашины, военная техника, малая моторная техника, стационарные ДВС. 80% автомобилей составляют легковые автомобили.
Из ~ 3,3 млрд. т нефти, добываемой сейчас в мире, ~ 1,5 млрд. т (45%) используется всеми видами транспорта, в том числе ~ 1,2 млрд. т – легковыми автомобилями.
Было время, когда регулировщик в Лондоне за день получал дозу вредных веществ, эквивалентную 100 выкуренным сигаретам.
Обмен веществ «среднего» легкового автомобиля с карбюраторным двигателем, при расходе горючего 8л на 100 км включает:
– сжигание 1 кг бензина, что требует потребления 13,5 кг воздуха;
– выброс 14,5 кг отработанных веществ (соответствующий выброс дизельного двигателя несколько меньше).
Выхлоп ДВС содержит более 170 вредных компонентов, из которых 160 – углеводороды. Общая масса загрязнителей – 270г на 1 кг сжигаемого бензина (340 млн. т выбрасывают все легковые автомобили мира, грузовые автомобили, автобусы – доводят количество выбросов до 400 млн. т).
Кроме этого:
– 1 автомобиль дает за 1 год ~10 кг резиновой пыли;
– окружающую среду загрязняют утечки горючего, масла;
– образуется металлическая и асфальтовая пыль;
– при сжигании этилированных бензинов в атмосферу выбрасывается синец, так как в качестве антидетонатора в них используется тетраэтилсвинец.
Наибольшая загрязненность атмосферы приурочена к индустриальным регионам. Около 90% выбросов приходятся на 10% территории суши и сосредоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Это крупные промышленные города, сопровождаемые такими явлениями как пылевые купола, смог. В России это Норильск (2300 тыс.т./ год), Магнитогорск (770), Липецк (640), Череповец (600), Новокузнецк (570), Нижний Тагил (550).
Россия в целом в настоящее время не является поставщиком вредных выбросов в атмосферу планеты, количество выбросов на одного жителя и на единицу площади значительно ниже, чем в США и Западной Европе. Зато значительно выше на единицу ВНП, что говорит об устаревших технологиях низкой эффективности средств очистки.
Вклад различных отраслей промышленности России в загрязнение атмосферы (1998):
– электроэнергетика –29,1%;
– цветная металлургия – 22%;
– черная металлургия –14,6%;
– нефтедобыча –9,3%;
– нефтепереработка – 5,1%;
– угольная –3,6%;
– машиностроение – 3,1%;
– стройматериалы – 2,7%;
– химическая – 2,6%;
– деревообработка – 2,4%;
– пищевая – 1,3%;
– атомная – 0,7%;
– легкая – 0,3%.
Нарушение озонового слоя атмосферы (озоновые дыры)
В 80-х годах появились первые сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. В сезонно пульсирующей «озоновой дыре» над Антарктидой (площадью около 10 млн. км2) содержание озона упало на 50%
Позднее «блуждающие» озоновые дыры, меньшие по масштабам, обнаружены в Северном полушарии в местах устойчивых антициклонов – в Гренландии, Северной Канаде, Якутии. Средняя скорость глобального уменьшения содержания озона за период 1980-1995 гг оценивается в 0,5-0,7% в год.
Ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всего живого на Земле, поэтому эти факты привлекли пристальное внимание ученых, экологов.
Среди гипотез, возможных причин нарушения озонового слоя выделяют:
– попадание в верхние слои техногенного хлора, фтора, хлорфторуглеродов (фреонов) – распадающихся под воздействием ультрафиолетового излучения. Хлор вызывает распад молекул озона, присоединяет атомарный кислород, конкурируя с реакцией O+O2 > O3 (природной реакцией создания и поддержания озонового слоя атмосферы);
– технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, выбросы высотных сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и кораблей многоразового использования (особенно вредны с этой точки зрения твердотопливные ускорители).
Однако не исключено, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана земли связана с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата. Один из факторов – выделение водорода в районах повышенной вулканической активности.
Парниковый эффект и изменения климата
С конца 19 века по настоящее время наблюдается повышение средней глобальной температуры атмосферы. За последние 50 лет средняя температура атмосферы повысилась на 0,60С.
Это потепление в 20 веке относится к спонтанным вековым колебаниям средней температуры и не может быть целиком приписано влиянию человека. Однако это влияние возрастает, последнее десятилетие 20 века – самое теплое не только в столетии, но и во всем тысячелетии.
Ведущим фактором глобального потепления климата считают парниковый эффект – уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для теплового излучения от поверхности земли, создаваемый в атмосфере парами воды и рядом газов: CO2, CO, CH4, NOx, фреонами и другими – так называемыми парниковыми газами.
Несмотря на однозначно зафиксированное повышение содержания в атмосфере парниковых газов, повышение температуры намного меньше ожидаемого – расчетного (на настоящий момент). Это «противодействие» возможно обусловлено:
– снижением прозрачности атмосферы – снижением солнечной радиации, достигающей земли;
– высокой замкнутостью биосферного круговорота углерода, огромной буферной емкостью биосферы и океана по связыванию атмосферного СО2.
Таким образом, реализация модельных расчетов потепления климата под воздействием выброса парниковых газов остаются возможными сценариями и предположениями, с вероятностью реализации оцениваемой в 60%
Однако опасность представляется реальной, поскольку фактическаие данные говорят о том, что круговорот углерода уже нарушен:
– на 7-8% увеличен планетарный обмен углерода за счет техногенных выбросов и выделений СО2 из почвы (из карбонатов и при эрозии почвы);
– содержание СО2 в атмосфере в последние десятилетия неуклонно увеличивается – буферные системы биосферы и океана не справляются с регулированием равновесия потоков СО2.
Предыдущая12345678910111213141516Следующая
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 2296;
ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:
Экологические последствия локального и глобального загрязнения атмосферы.
К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:
1) возможное потепление климата («парниковый эффект»);
2) нарушение озонового слоя;
3) выпадение кислотных дождей.
Возможное потепление климата
Наблюдаемое в настоящее время изменение климата, которое выражается в постепенном повышении среднегодовой температуры, начиная со второй половины прошлого века, большинство ученых связывают с накоплениями в атмосфере так называемых «парниковых газов» — диоксида углерода (СO2), метана (CH4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (O3), оксида азота и др.
Парниковые газы, и в первую очередь CO2, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По Г. Хефлингу, атмосфера, насыщенная парниковыми газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны, пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой — почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.
В связи с сжиганием человеком все большего количества ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более 9 млрд т условного топлива) — концентрация CO2 в атмосфере постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при промышленном производстве и в быту растет содержание фреонов (хлорфторуглеродов). На 1-1,5% в год увеличивается содержание метана (выбросы из подземных горных выработок, сжигание биомассы, выделения крупным рогатым скотом и др.). В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида азота (на 0,3% ежегодно).
Нарушение озонового слоя
Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной концентрацией озона на высоте 20-25 км. Насыщенность атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты, достигая максимума весной в приполярной области.
Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой было обнаружено пространство с пониженным (до 50%) содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор результаты измерений подтверждают повсеместное уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так, например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя снизилась на 4-6% в зимнее время и на 3% — в летнее. В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др. Так например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно шесть миллионов человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д. Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушения жизнедеятельности планктона приводят к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем и т. д.
Наука еще до конца не установила, каковы же основные процессы, нарушающие озоновый слой.
Предполагается как естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более вероятно и связано с повышенным содержанием хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители, распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора, губительно действующего на молекулы озона. По данным международной экологической организации «Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов (фреонов) являются США — 30,85%, Япония — 12,42%, Великобритания — 8,62% и Россия — 8,0%. США пробили в озоновом слое «дыру» площадью 7 млн. км2, Япония — 3 млн км2, что в семь раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в США и ряде западных стран построены заводы по производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с низким потенциалом разрушения озонового слоя.
Согласно протоколу Монреальской конференции, пересмотренному затем в Лондоне и Копенгагене, предусматривалось значительное снижение выбросов хлорфторуглерода.
В соответсвии с Законом РФ «Об охране окружающей среды» охрана озонового слоя атмосферы от экологически опасных изменений обеспечивается посредством регулирования производства и использования веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе международных договоров Российской Федерации и ее законодательства. В будущем необходимо продолжать решать проблему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из хлорфторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет. Ряд ученых продолжают настаивать на естественном происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения они видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогенезом и дегазацией Земли, т. е. с прорывом глубинных газов (водород, метан, азот и др.) через рифтовые разломы земной коры.
^ Кислотные дожди, их причины и методы устранения.
Кислотными дождями называют все виды метеорологических осадков (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6. Впервые термин “кислотный дождь” был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом при изучении викторианского смога в Манчестере.
Показатель кислотности воды рН = – lg[CH+], где [CH+] – концентрация ионов водорода. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении кислот в воде концентрация ионов Н+ возрастает, а показатель рН снижается. Для кислых растворов рН< 7, для щелочных pH> 7.
Вода “нормального” дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что двуокись углерода вступает в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2OH2CO3). Теоретическое значение рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7. В реальной жизни показатель ее кислотности в разных местах может сильно различаться, что, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности (оксид серы, оксиды азота).
Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю.
В настоящее время последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются практически во всех странах Земного шара. Он оказывает отрицательное воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.
По мере повышения кислотности воды становится возможным растворение из донных отложений и почв токсичных тяжелых и легких металлов: кадмия, ртути, свинца, алюминия и др. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу, перенасыщенную ртутью, могут приобрести серьезные заболевания. Возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг/л летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся недоступными для усвоения.
Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне, но также уничтожает растительность на суше. Хотя до сегодняшнего дня механизм этого процесса до конца не изучен, ученые считают, что “сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы…в совокупности приводят к деградации лесов”. Особенно чувствительны к кислотным дождям хвойные леса – с них опадает хвоя. Воздействие кислотных дождей также снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженному их ухудшению как природных экосистем.
Они разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, снижают плодородие почв и т.п. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему – это снизить количество кислотообразующих выбросов в атмосферу. В теплоэнергетике это может быть достигнуто за счет перехода с угля на газовое топливо, поскольку содержание серы в газе существенно меньше, чем в углях. Для устранения образования оксидов азота следует понизить температуру горения газа или мазута до 500 – 600ОС, этого можно достичь, применяя так называемые каталитические генераторы тепла, в которых сжигание топлива происходит не в факеле (форсунке), а в слое катализатора путем окисления.
Для снижения выбросов оксидов азота (и оксида углерода СО – угарного газа) автомобильного транспорта следует применять каталитические дожигатели, которые монтируются на выхлопную трубу автомобиля. Проходя через слой катализатора в дожигателе (это платиновые металлы, нанесенные на инертный носитель), выхлопные газы очищаются: СО превращается в СО2 – углекислый газ, а оксиды азота – в азот.
Дата добавления: 2017-02-28; просмотров: 258 | Нарушение авторских прав
Похожая информация:
Поиск на сайте: