Химические и геологические источники загрязнения атмосферы


Химические источники загрязнения

Чем же вызвано столь серьезные изменения? Появились различные гипотезы происхождения этого уникального природного явления. Некоторые ученые считают, что причину надо искать в системе "Океан - Атмосфера". Изменения циркуляции атмосферы вызваны стационарными планетарными волнами, которые проникают в стратосферу в зимний-весенний период, сильно влияя на распределение озона и других ее составляющих в средних и высоких широтах. Один из источников этих волн - разные температуры над поверхностями континентов и океанов, поэтому изменение температуры океанской поверхности сказывается на волновой активности. При длительном же ослаблении волновой активности усиливаются западные ветры в стратосфере, охлаждается ее нижняя часть, формируя полярные стратосферные облака и тем самым условия для разрушения озона.

Циркуляция в стратосфере за последние двадцать лет могла сильно изменится. Так что основной причиной появления озоновой дыры в Антарктике вполне может быть длительное ослабление волновой активности стратосферы, связанное с очень медленными процессами в Мировом океане.

Сопоставив изменения волновой активности стратосферы и содержание озона в 1979-1992 гг., специалисты заключили, что ослаблению активности отвечает снижение концентрации озона в средних и высоких широтах из-за меньшего межширотного обмена.

По мнению многих исследователей, образование озоновых дыр вызвано влиянием попадающих на эти высоты антропогенных загрязнений.

После многочисленных международных экспедиций в Антарктиде было установлено, что помимо различных физико-географических факторов (циркуляция атмосферы, распределение давления и др.) все же главным является наличие в атмосфере значительного количества синтезированных человеком химических веществ - хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны, поднимаясь в верхние слои атмосферы, подвергаются фотохимическому разложению с образование окиси хлора, интенсивно разрушающий озон. Продолжительность пребывания хлорфторуглеродов в атмосфере в среднем составляет пятьдесят-двести лет. Они получили широкое распространение в баллончиках с аэрозолями различного назначения, охлаждающей жидкости в холодильниках и кондиционерах, в растворителях (бромистый метил). Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров, применяется в качестве добавки к автомобильному топливу. Следует заметить, что из бромистого метила высвобождается бром, который в тридцать-шестьдесят раз разрушительнее для озона, чем хлор.

К разрушению озонового слоя причастны и окислы азота, которые образуются при ядерных взрывах. Но окислы азота образуются и в камерах сгорания турбореактивных двигателей самолетов. Окислы азота образуются из азота и кислорода, которые там находятся. Скорость образования окислов азота тем больше, чем выше температура, то есть чем больше мощность двигателя. Важна не только мощность двигателя самолета, но и высота, на которой он летает и выпускает разрушающий озон окислы азота. Чем выше образуется окись или закись азота, тем он губительнее для озона.

Общее количество окиси азота, которое выбрасывается в атмосферу в год, оценивается в один миллиард тонн. Примерно треть этого количества выбрасывается самолетами выше среднего уровня тропопаузы (11 км). Что касается самолетов, то наиболее вредными являются выбросы военных самолетов, количество которых исчисляется десятками тысяч. Они летают преимущественно на высотах озонового слоя. Особенно разрушителен для молекул озона свободный хлор. Каждый его атом способен уничтожить 100 тыс. молекул озона. А ведь фреоны, которые широко используются в качестве растворителей для красок и лаков и различного рода аэрозолях, попав в атмосферу, могут существовать там сто лет.

Итак, активную роль в процессах образования и разрушения озона играют фтор, хлор, бром, а также окислы азота, тяжелых металлов. Максимальное производство озоноразрушающих веществ отмечено в 1988 г. Основными производителями явились США - 35 % производимого объема, 40 % - страны ЕЭС, 12 % - Япония, 10 % - Россия. В 1995 г.13,7 мировых озоновых повреждений принадлежало американской компании "Дюпон".

Геологические источники загрязнения

При составлении глобального баланса органической составляющей атмосферы вклад геологических источников обычно не учитывался. Между тем процессы дегазации мантии Земли сопровождаются выделением широкого спектра органических соединений. Так, в пробах газов вулканов о-ва Кунашир и Камчатки идентифицировано около ста органических соединений с длиной цепи до двенадцати углеродных атомов. Источников богатых углеводородами газов являются грязевые вулканы, чаще всего встречающиеся в нефтеносных областях.

Земная кора содержит различные газы в свободном состоянии, сорбированные разными породами и растворённые в воде. Часть этих газов по глубинным разломам и трещинам достигают поверхности Земли и диффундирует в атмосферу. О существовании углеводородного дыхания земной коры говорит повышенное по сравнению с глобальным фоновым содержанием метана в приземном слое воздуха над нефтегазоносными бассейнами.

Можно предположить, что дегазация недр планеты происходит по всей ее поверхности, но наиболее интенсивно по бесчисленным разломам коры. В связи с этим большой интерес представляет изучение спонтанных газов гидротермальных источников в районах сейсмической активности. В результате таких исследований в пробах газов было идентифицировано более шестидесяти неорганических и органических соединений. Последние представлены углеводородами, легколетучими карбонильными соединениями и спиртами, галогенуглеводородами.

Впервые получены данные о присутствии в геологических выделениях летучих галогенуглеводородов представляют наибольший интерес. Они показывают, что концентрации CFCL3 в вулканических газах в 2,5-15 раз больше их содержания в морском воздухе. Для хлороформа и CCl4 эта разница достигла 1,5-2 порядка величины. К сожалению, пока ещё отсутствует надежные данные об этих масштабах геологической эмиссии галогеноуглеводородов, равно как и других ЛОС, включая метан.

Проведенные исследования показали, что в газах вулканов Никарагуа содержится заметные количества HF. Анализ проб воздуха, отобранных из кратера вулкана Масайя, также показали наличие в них фреонов наряду с другими органическими соединениями. Присутствуют галогенуглеводороды и в газах гидротермальных источниках. Эти данные потребовали доказательств того, что обнаруженные фторуглеводороды не имеют антропогенного происхождения. И такие доказательства были получены. Фреоны были обнаружены в пузырьках воздуха антарктического льда возрастом две тысячи лет. Специалистами НАСА было предпринято уникальное исследование воздуха из герметично запаянного свинцового гроба, обнаруженного в штате Мериленд и достоверно датированного семнадцатым веком. В нем также были обнаружены фреоны. Ещё одно подтверждение существования природного источника фреонов было “поднято” c морского дна. CFCL3 обнаружен в воде, извлеченной в 1982 году с глубины более четырех тысяч метров в экваториальной части Атлантического океана, у дна Алеутской впадины и на глубине четыре тысячи пятьсот метров у берегов Антарктиды.

Южнополярный район, весной 1998 г. озонная дыра достигла рекордной площади - примерно двадцать шесть миллионов квадратных километров, что приблизительно втрое превышает территорию Австралии. В середине августа началось резкое истощение озоносферы, максимум которого наступил 21 сентября. По данным, полученным с зондов, почти полное разрушение озона отмечалось на высотах 14-22 км.

Исследуя это явление совместно с австралийскими коллегами, одна из его первооткрывателей С. Соломон установила, что химические реакции, разрушающие озон, происходят на поверхности ледяных кристаллов и любых иных частиц, попавших в высокие стратосферные слои над полярными районами.

Так, до сих пор способствуют образованию озонных дыр твердые частицы, попавшие в стратосферу еще в 1991 г. при извержении вулкана Пинатубо на Филиппинских о-вах. Эти частицы вулканического происхождения придают хлору, поступающему в атмосферу с аэрозолями хлорфторуглеводородов, большую эффективность в процессах разрушения ими озоносферы. Химические реакции с участием сульфатных частиц, извергнутых вулканом, значительно ускоряют истощение озона над Южным полушарием Земли: согласно наблюдениям, реакции ускорялись почти на 3 %, и только теперь данный эффект начал исчезать.

По мнению исследовательницы, антарктическая озонная дыра и круглогодичное общее истощение земной озоносферы будут продолжаться, пока концентрация хлорфторуглеводородов и галогенов в атмосфере не снизится до уровня 70-х годов. И это может случиться лишь в середине следующего столетия.

Источники загрязнения атмосферы
Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
Уровень загрязнения воздуха
Озоновый слой Земли
Фоновое загрязнение атмосферы
Кислотность атмосферных осадков
Средства защиты атмосферы от загрязнения, способность к самоочищению
Экологические функции атмосферы
Антропогенные источники загрязнения атмосферы, показатели



Реклама