Превращения вредных веществ в атмосфере

В атмосфере Земли продукты сгорания газа подвергаются физическим и химическим изменениям. Последствия загрязнения атмосферы условно разделяют на две группы: первичные и вторичные. Первичные последствия – это воздействие загрязнителей в их исходном виде. Вторичные последствия – результат последовательности химических реакций, приводящих к образованию новых, зачастую еще более опасных веществ. В качестве последствий загрязнения атмосферы обычно рассматриваются: парниковый эффект, кислотные дожди, смог и озоновые дыры.

Парниковый эффект вызывается в основном диоксидом углерода. Гипотеза парникового эффекта основана на представлениях о высокой чувствительности климата Земли к изменениям концентрации диоксида углерода в атмосфере. Повышение содержания диоксид углерода в атмосфере усиливает парниковый эффект и поэтому оказывает глобальное воздействие на климат Земли. В результате климат теплеет, происходит таяние ледников Гренландии и Антарктиды.

Сущность парникового эффекта: солнечная энергия достигает земной поверхности практически беспрепятственно (поскольку двуокись углерода прозрачна для видимого света), и поверхность Земли нагревается. Однако длинноволновое инфракрасное излучение, уходящее от Земли, поглощается двуокисью углерода. В результате атмосфера разогревается. Помимо двуокиси углерода развитию парникового эффекта способствуют водяной пар и другие газы, такие как метан и фреоны. Последствия глобального потепления плохо предсказуемы. Мировым сообществом принимаются различные межгосударственные меры по сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу Земли.

В последние годы появилась новая гипотеза, согласно которой потепление климата Земли является следствием не парникового эффекта, а следствием изменения интенсивности солнечного излучения. По этой гипотезе сейчас начался период уменьшения интенсивности солнечного излучения, минимум которого наступит через 40 – 60 лет. Следовательно, в ближайшие годы следует ожидать похолодания климата Земли. Поэтому действия Киотского протокола по спасению планеты от парникового эффекта следует отложить лет на 150.

Кислотные дожди – это результат присутствия в атмосфере оксидов серы и оксидов азота. В атмосфере двуокись серы окисляется до трехокиси, которая затем растворяется в капельках воды с образованием серной кислоты. Оксид азота окисляется до диоксида, который тоже растворяется в капельках воды с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли этих кислот и обусловливают выпадение кислотных дождей.

Рис. 12.4. Схема образования кислотных дождей

Кислотные дожди отрицательно воздействуют на растения, а также на рыб и на животных. Самый яркий пример этого воздействия – деградация лесов: замедление роста деревьев или даже их гибель. Сейчас площадь лесов, поврежденных кислотными дождями, исчисляется миллионами гектаров.

Большой вред кислотные дожди наносят сельскому хозяйству. В результате выпадения кислотных осадков часть посевов погибает, снижается продуктивность почв.

Кислотные дожди повреждают строительные растворы и камень, реагируя с кальцием и магнием, входящими в состав этих материалов. Особому риску подвергаются скульптуры. Строительные конструкции из железа и других металлов очень восприимчивы к коррозии, вызываемой кислотными дождями.

Смог (англ. smoke + fog) представляет собой смесь газов и аэрозольных частиц. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, углеводороды (олефины). Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при наличии в атмосфере высокой концентрации загрязнителей и устойчивой безветренной погоды. Солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.

Озоновыми дырами называют уменьшение толщины озонового слоя Земли. Озоновый слой – это слой атмосферы на высоте 20 – 25 км от поверхности Земли, отличающийся повышенной концентрацией озона. Озоновый слой отражает жесткое космическое излучение, гибельное для всего живого на Земле. Глобальное загрязнение атмосферы фреонами, оксидами азота и другими веществами нарушает функционирование озонового слоя Земли. Рост воздействия ультрафиолетового излучения вызывает деградацию экосистем и генофонда флоры и фауны, снижает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность Мирового океана. Ультрафиолетовые лучи вызывают рак кожи и одновременно подавляют иммунную систему, что приводит к возникновениюдругих заболеваний. Десятки миллионов жителей планеты полностью или частично потеряли зрение из-за катаракты – болезни, которая возникает в результате повышенной солнечной радиации.

Как уже отмечено выше в атмосфере оксид азота окисляется до диоксида и растворяется в капельках воды. При этом образуется азотная кислота, которая реагирует с минеральными частицами. В результате образуются нитраты – соли азотной кислоты, являющиеся удобрениями. Попадание их в водоемы способствует бурному развитию водорослей, содержание кислорода в воде уменьшается, и это может привести к гибели рыб. Время жизни (существования) диоксида азота в атмосфере составляет 4 – 8 дней.

Часть диоксида углерода растворяется в воде морей и океанов. Образовавшаяся угольная кислота взаимодействует с ионами кальция, образуя нерастворимый карбонат кальция, который оседает на дно. Часть диоксида углерода усваивается растениями в результате протекания реакций фотосинтеза в листьях. Тем не менее, содержание диоксида углерода в атмосфере Земли увеличивается.

В атмосфере оксид углерода окисляется до диоксида.

Углеводороды окисляются до конечных продуктов: воды и диоксида углерода.

Контрольные вопросы к разделу 12

1. Перечислите вредные вещества, образующиеся при сжигании газа.

2. Напишите реакции образования оксидов азота.

3. От каких факторов зависит выход оксидов азота?

4. При каких условиях образуется оксид углерода?

5. Дайте характеристику токсичности веществ, содержащихся в продуктах сгорания.

6. Перечислите способы снижения образования оксидов азота.

7. Каковы последствия загрязнения атмосферы?

8. Каковы последствия загрязнения окружающей природной среды?

9. Объясните причину появления парникового эффекта.

10. Дайте пояснение термина «кислотные дожди».

11. Что представляет собой смог?

12. Каковы причины появления «озоновых дыр»?

13. Какие происходят превращения вредных веществ