Состав атмосферного воздуха.
Атмосфера – мощная газовая оболочка Земли, характеризирующаяся резко выраженной неоднородностью строения и состава (табл. 1). Масса атмосферы составляет 5*1015т.
По особенностям строения атмосферу делят на 4 сферы: тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу. Мощность тропосферы 8-10км в полярных областях и 16-18км у экватора. Это самая плотная часть атмосферы и она непосредственно граничит с поверхностью океана и суши. Температура здесь понижается с высотой (до 6°С на каждый километр). Стратосфера распределена на две зоны: нижнюю, достигающую высоты 25 км, и верхнюю, которая простирается до высоты 50 км. В стратосфере, на высоте 25км расположен озоновый слой. Выше стратосферы располагается мезосфера, достигающая 80км от уровня моря и характеризующаяся мощностью 25км. В мезосфере происходит понижение температуры с высотой. Далее идет термосфера (ионосфера). Верхней оболочкой атмосферы является экзосфера, область диспозиции атмосферных газов (преодоление атомами и ионами поля Земли), в результате которой Земля теряет то или иное количество атмосферных газов.
Атмосфера нашей планеты состоит в основном из азота и кислорода. Кроме того, в состав атмосферы входят углекислый газ, озон, аргон, водород, гелий и некоторые другие газы, а также водяной пар, содержание которого в среднем составляет 2,4 г/см3.
Газовая среда, содержащая необходимые компоненты воздуха, является одним из важнейших экологических факторов. Кислород необходим всем живым организмам для дыхания, а другой компонент воздуха - углекислый газ – обеспечивает воздушное питание зеленых растений – фотосинтез (Акимова, Хаскин, 2001).
Временное изменение содержания кислорода на 2-3% не оказывает заметного физиологического действия, но в почве и глубоких норах животных его содержание может опускаться значительно ниже.
Таблица 1. Состав земной атмосферы
| Составляющая | Объемное соотношение, % | Массовое содержание, % |
| Азот | 78,1 | 75,53 |
| Аргон | 0,93 | 1,28 |
| Гелий | 5,24*10-4 | 7,24*10-5 |
| Оксид азота (I) | 5,0*10-5 | 7,6*10-5 |
| Кислород | 20,95 | 23,14 |
| Криптон | 1,14*10-4 | 3,3*10-4 |
| Метан | 1,4*10-4 | 7,75*10-5 |
| Неон | 1,8*10-3 | 1,25*10-3 |
| Углекислый газ | 0,032 | 0,046 |
Атмосферный воздух в последние десятилетия интенсивно загрязняется путем привнесения в него или образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих нормативы качества или уровень естественного содержания. Таким образом, под загрязнением атмосферы понимается привнесение в атмосферу веществ в виде газа, пара или пыли в степени, оказывающей вредное воздействие на организмы, неживую природу или технические устройства. Это одно из наиболее опасных последствий НТР и использования человеком ископаемого топлива.
Атмосфера обладает мощной способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. Движение воздуха приводит к рассеиванию примесей. Пылевые частицы выпадают из воздуха на земную поверхность под действием силы тяжести и дождевых потоков. Многие газы растворяются во влаге облаков и с дождями также достигают почвы. Под воздействием солнечного света в атмосфере погибают болезнетворные микроорганизмы. Но в настоящее время объем ежегодно выбрасываемых в атмосферу вредных веществ резко возрос, составляет многие миллионы тонн и превышает пределы способности атмосферы к самоочищению.
Загрязнения любого масштаба по многочисленным цепям природных связей переходит из одной среды в другую. На этом пути первым оказываются автотрофные организмы – растения. Газы, пыль, содержащие различные компоненты, легко проникают в ткани растения через устьица и могут непосредственно влиять на обмен веществ в клетках, вступая в химические взаимодействия на уровне клеточных стенок и мембран.
Пыль, оседая на поверхности листьев, затрудняет поглощение света, нарушает водный обмен. Под действием загрязняющих веществ происходит подавление фотосинтеза, нарушение водообмена, многих биохимических процессов, снижение транспирации, общее угнетение роста и развития растений. Это приводит к изменению окраски листьев, некрозу, опадению листьев, изменению формы роста и т.д.
Загрязняющие вещества атмосферного воздуха.
Для оценки степени загрязнения атмосферного воздуха населенных мест используют ПДК – предельно допустимых концентраций и ОБУВ – ориентировочно безопасные уровни воздействия. Всего в России разработано более 600 ПДК и 1300 ОБУВ (табл. 2).
Загрязнение среды и организмов – реально осуществляющийся процесс изменения их химических констант, в результате которого количественное значение и качественные характеристики последних выходят за пределы периодических и апериодических отклонений, происходит нарушение естественного массоэнергообмена.
Загрязнение можно разделить на 4 категории: химические, биологические, физические и механические.
Источниками антропогенного загрязнения атмосферного воздуха являются все виды хозяйственной или иной деятельности человечества.
Таблица 2. ПДК и ОБУВ загрязняющих веществ атмосферного воздуха
| ПДК и ОБУВ загрязняющих веществ атмосферного воздуха | Класс опасности | ПДК, мг/м3 | ОБУВ, мг/м3 | |
| max разовая | Среднесуточная | |||
| Бенз(а)пирен Диоксины Кадмия оксид Озон Ртуть и ее соединения Свинец и его соединения Азота диоксид Бензол Железа трихлорид Кобальт Марганец и ее соединения Меди оксид Формальдегид Хлор Ацетальдегид Взвеш. Вещества Магния диоксид Олова диоксид Цинка диоксид Аммиак Скипидар Углерода оксид Циклогексан Магния дихлорид Этанол Целлюлоза Фосфор Метан Сурьма Пыль абразивная Нитропарафин | ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ ОБУВ | 0,16 0,001 0,085 0,3 0,01 0,1 0,01 0,5 0,4 0,2 2,0 5,0 1,4 | 0,1 0,5 0,0003 0,03 0,0003 0,0003 0,04 0,1 0,04 0,0004 0,001 0,002 0,03 0,03 0,15 0,05 0,02 0,05 0,04 1,0 3,0 | 0,1 1,5 0,03 0,0005 50,0 0,01 0,04 0,25 |
К числу крупнейших источников загрязнения атмосферного воздуха всегда относился автотранспорт. За последние годы наблюдается увеличение интенсивности автомобильного движения практически на всех автодорогах. Кроме того, увеличилось количество личного автотранспорта, как легкового, так и грузового.
Выбросы автотранспорта содержат около 200-400 химических соединений, обладающих токсическим действием.
Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми автотранспортом, считаются оксиды углерода, азота, серы, углеводорода, сажа и аэрозоль соединений свинца (хлорбромиды и оксид свинца). Кроме того, в выбросах автотранспорта содержаться также немалые количества альдегидов (акромина и формальдегида), являющихся весьма токсичными веществами, а также канцерогенных полициклических ароматических углеводородов, основным представителем которых является 3,4 – бенз(а)пирен.
Наибольшее количество загрязняющих веществ автотранспорт выбрасывает при кратковременных остановках на перекрестках.
Эксплуатация автотранспортных средств сопровождается выбросами пыли от дорожного покрытия. Особенно велико оно на автомобильных дорогах с гравийным и щебеночным покрытием и на грунтовых дорогах. В 2017 году выбросы пыли на дорогах составили 2,5 млн.т, при этом в окружающую среду поступали свинец, кадмий и другие тяжелые металлы, а также хлориды (Государственный доклад).
Тепловые электростанции (ТЭС), потребляя около 40% добываемого в мире топлива, выбрасывают в атмосферу около 25% общего количества вредных веществ.
Компоненты дымовых выбросов в зависимости от влияния на них технологии сжигания топлива можно разделить на две группы:
- загрязняющие вещества, количество которых в продуктах сгорания может быть с достаточной точностью рассчитано по составу топлива (диоксид серы, количество и состав золы, соединений ванадия);
- количество других вредных примесей зависит от состава топлива и технологий его сжигания.
Сюда относятся оксиды азота, углерода, сероводород, летучая зола.