Реферат: Измерение осаждения загрязнителей из воздуха. Мониторинг кислотных осадков
Двуокись серы и окись азота в атмосфере быстро вступают в химические реакции. Двуокись серы окисляется до трехокиси, которая затем растворяется в капельках воды с образованием серной кислоты. Окись азота окисляется до двуокиси, которая тоже растворяется в капельках воды с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли этих кислот и обусловливают выпадение кислотных дождей. Чем выше содержание этих кислот в воздухе, тем чаще выпадают кислотные дожди.
Наиболее очевидное влияние кислотные дожди оказывают на популяции рыб в озерах, вода в которых стала кислой. В зависимости от закисленности воды количество рыбы в озере может либо уменьшиться, либо она может полностью исчезнуть. Но нельзя считать, что взрослая рыба просто погибает из-за повышенной кислотности воды. Сильно закисленные воды не позволяют рыбе нормально размножаться. Самки могут оказаться не способными выметывать икру в кислой воде; если же икра все-таки попадет в воду, то она либо погибает, либо, если мальки все же вылупятся, они гибнут. В результате в озерах с закисленной водой мы не встречаем молоди, а только взрослых особей.
Ученые предсказывают, что из-за воздействия кислотных дождей будет сокращаться численность не только рыбы, но и земноводных. Многие из них размножаются во временных водоемах, возникающих в период весенних дождей; вода в них может быть даже более кислой, чем в озерах, поскольку эти временные водоемы образованы только дождевой водой с повышенной кислотностью.
Кислотные дожди отрицательно воздействуют не только на животных, но и на растения. Самый яркий пример этого воздействия – деградация лесов. Термин деградация лесов имеет два значения. Он может просто означать замедление роста деревьев, что выражается в уменьшении толщины годичных колец на срезе ствола. Формально это звучит так: «снижение продуктивности леса». Другое значение термина деградация лесов – это реальное повреждение деревьев или даже их гибель. Сейчас площадь лесов, поврежденных кислотными дождями, исчисляется миллионами гектаров. Деградация лесов отмечена в Германии, Чехословакии, Австрии, Швейцарии, Швеции, Голландии, Румынии, Великобритании, США и многих других странах. Причем масштабы этой деградации огромны. В Германии, например, повреждения уже получили от 50 до 75% лесов.
Большой вред кислотные дожди наносят и сельскому хозяйству. В результате выпадения кислотных осадков снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ. Но кислота способна воздействовать на сельскохозяйственные культуры не только через почву, но и напрямую. Эксперименты, проведенные американскими специалистами, установили прямую зависимость между кислотностью воды и состоянием сельскохозяйственных культур, особенно в период их максимальной восприимчивости (в период опыления). При этом выяснилось, что не все растения обладают одинаковой восприимчивостью к воздействию кислотных дождей.
Ученые пока не обнаружили прямого воздействия кислотных дождей на здоровье людей, но возможность этого, несомненно, существует. Эта возможность связана с повышенной способностью подкисленной воды растворять или каким-то иным путем действовать на различные минералы. Ртуть, содержащаяся в природных водоемах, может под влиянием кислой среды превратиться в ядовитую монометиловую ртуть. Рыбы будут накапливать это соединение ртути в своих тканях. Как известно, ртуть – сильный яд для человека, и отравления рыбой, зараженной ртутью уже происходили.
Если водохранилища, откуда забирается питьевая вода, становятся более кислыми, то токсичные металлы из труб, пробок и т.п. могут растворяться в ней и попадать в воду, потребляемую человеком. Кроме того, подкисленная питьевая вода способна растворять свинец, содержащийся в водопроводных системах.
Кислотные дожди также повреждают строительные растворы и камень, реагируя с кальцием и магнием, входящими в состав этих материалов. Особому риску подвергаются незаменимые скульптуры. Строительные конструкции из железа и других металлов также очень восприимчивы к коррозии, вызываемой кислотными дождями.
Озоновые дыры. Озон жизненно необходим для человека и других живых существ, населяющих освещенную солнцем Землю, поскольку он определяет температурную стратификацию атмосферы и одновременно защищает от интенсивной ультрафиолетовой радиации. Однако это утверждение верно лишь для стратосферного озона. Озон, находящийся в тропосфере считается загрязнителем. Поэтому далее речь пойдет о стратосферном озоне.
Анализ причин убыли озона из атмосферы имеет свою историю. Вопрос возник после сообщения о том, что в южнополярной зоне над Антарктидой обнаружена озоновая дыра – область, где в весенние месяцы катастрофически убывает озон. Размеры дыры были сопоставимы с территорией США.
Исследования со спутников и самолетов показали, что над Антарктидой весной озон почти весь разрушается на уровнях 12-13 и 25 км. Механизм разрушения озона и образования озоновых дыр представляется следующим образом. Преобладание низких температур приводит к конденсации воды и азотной кислоты и образованию «полярных стратосферных облаков». Радикалы фреонов «примерзают» к ледяным облакам; весной, когда появляется солнце и ледяные облака нагреваются, фреоны отрываются и разрушают озон. Вследствие слабой циркуляции воздуха над Антарктидой (континент приподнят на 3-4 км по сравнению со средними широтами) образуются огромные озоновые дыры. Летом приток воздуха из средних и тропических широт восстанавливает содержание озона в атмосфере. Обоснованность всей цепочки событий, приводящей к активизации хлора фреонов, подтверждена измерениями, которые показали значительное увеличение концентрации «хлорина» в нижней стратосфере в холодных регионах, совпадающее с быстрым уменьшением концентрации озона.
Аномалии озона – как по уровню его дефицита, так и по размерам затронутой территории, наблюдались в России в 1995 и 1998 гг. По данным Росгидромета, в феврале 1995 г. над всем Северным полушарием, а особенно над рядом районов Восточной Сибири, вплоть до Урала, зарегистрировано рекордное уменьшение концентрации озона – до 40%, сохранявшееся в течение 25 суток. К середине марта в отдельных районах оно достигало 50%. По сравнению с началом десятилетия произошло смещение районов наибольшего дефицита озона из западных областей СНГ в Сибирь и Якутию.
Размер озоновой дыры над Южным полушарием в 1995 г. составил 10 млн. км2, что по площади равно Европе и в два раза больше дыры в 1993 – 1994 гг.
В 1998 г. уменьшение концентрации озона над Антарктидой оказалось рекордным; весной площадь озоновой дыры превышала 10 млн. км2, а осенью – 25 млн. км2.
Наиболее опасные для человека последствия истощения озонового слоя – увеличение числа заболеваний раком кожи и катарактой глаз.
Согласно официальным данным ООН, сокращение озонового слоя всего на 1% означает появление в мире 100 тыс. новых случаев катаракты и 10 тыс. случаев рака кожи. По оценкам специалистов АОС США, каждый процент снижения содержания озона в атмосфере может привести увеличению заболеваемости, прежде всего в экваториальной зоне, на 4 – 5%, снижению иммунитета как у человека, так и у животных.
Помимо негативного влияния на здоровье, истощение озонового слоя приводит к усилению парникового эффекта, снижению урожайности, деградации почв, общему загрязнению окружающей среды.
Фотохимический туман. Для фотохимических реакций требуется световая энергия. Некоторые загрязнители атмосферы – оксиды азота и углеводороды – вступают в фотохимические реакции. В результате образуются новые загрязнители воздуха, в том числе озон, альдегиды, а также необычные органические соединения. Эти новые загрязнители в сумме определяют фотохимическое загрязнение воздуха, поскольку они появляются в результате фотохимических реакций.
Уровни фотохимического загрязнения воздуха тесно связаны с режимом движения автотранспорта. В периоды высокой интенсивности движения утром и вечером отмечается пик выброса в атмосферу оксидов азота и углеводородов. Именно эти соединения, вступая в реакции друг с другом, обусловливают фотохимическое загрязнение воздуха.
Азот и кислород соединяются в условиях высокой температуры, развивающейся при сгорании горючего в автомобильных двигателях, образуя газообразную окись азота, которая попадает в атмосферу с выхлопными газами. Постепенно практически вся окись азота окисляется до двуокиси. Позднее по мере уменьшения содержания двуокиси азота растет концентрация третьего газа – озона. Через некоторое время содержание озона в воздухе также начинает убывать.
Реакции, в ходе которых возникают высокие концентрации двуокиси азота и озона, пока не совсем понятны. Тем не менее кое-какие ключевые связи уже надежно выяснены. Возможность для протекания сложных фотохимических реакций создают присутствие углеводородов и фотохимические свойства двуокиси азота. В течение некоторого периода времени этот набор реакций создает типичную картину уровней различных загрязнителей. Содержание окиси азота повышается в период высокого уровня выбросов выхлопных газов в атмосферу. В ходе реакций углеводородов с окисью азота ее концентрация падает, а содержание двуокиси азота возрастает. После того как концентрация окиси азота уменьшится, начинает возрастать концентрация озона, образующегося в результате фотодиссоциации двуокиси азота.
В цепи этих реакций происходит образование и других загрязнителей. Углеводороды, реагируя с двуокисью азота, образуют пероксиацилнитраты (ПАН). Озон вступает в реакции с углеводородами с образование альдегидов. Постепенно ветры разносят все эти соединения. Озон, двуокись азота, ПАН и альдегиды называются фотохимическими загрязнителями воздуха, поскольку все они образуются в ходе реакций, возбужденных солнечным светом.
Фотохимический туман (смог) по сути дела является огромным скоплением различных фотохимических загрязнителей. Смоги неразрывно связаны с инверсией температуры. Инверсия представляет собой специфическое состояние тропосферы, когда отсутствует нормальное снижение температуры с высотой. Теплый слой воздуха, расположившийся над холодным, способствует удержанию загрязнений в нижних слоях атмосферы, которые в обычных условиях поднимаются вверх, рассеивая загрязнения. Инверсии в основном возникают осенью в холодные безоблачные ночи. В большинстве случаев к утру инверсии исчезают благодаря постепенному разогреванию поверхности земли. Однако под влиянием антициклона инверсия может сохраняться значительное время, к тому же подобные условия могут повторяться и в течение следующих нескольких дней. В этом случае уровень загрязнения может оказаться достаточным для образования сильного смога.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
