Атмосфера

АТМОСФЕРА.

АТМОСФЕРА, газова оболонка, навколишня небесне тіло. Її характеристики залежить від розміру, маси, температури, швидкості обертання та хімічного складу даного небесного тіла, і навіть визначаються історією його формування починаючи з зародження. Атмосфера Землі освічена сумішшю газів, званої повітрям. Її основні складові - азот і кисень у відсотковому співвідношенні приблизно 4:1. На людини впливає переважно стан нижніх 15−25 км атмосфери, оскільки саме цьому нижньому шарі зосереджена основна маса повітря. Наука, вивчає атмосферу, називається метереологією, хоча предметом цієї науки є також погода і її вплив на людини. Стан верхніх верств атмосфери, розташованих на висотах від 60 до 300 і навіть 1000 кілометрів від Землі, також змінюється. Тут розвиваються сильні вітри, шторми і виявляються такі дивовижні електричні явища, як полярні сяйва. Чимало з подібних перелічених феноменів пов’язані з потоками сонячної радіації, космічного випромінювання, і навіть магнітним полем Землі. Високі верстви атмосфери — це і хімічна лабораторія, оскільки там, 0 за умов, близьких до вакууму, деякі атмосферні гази під впливом потужного потоку сонячної енергії входять у хімічні реакції. Наука, вивчає ці взаємозалежні явища і процеси, називається фізикою високих верств атмосферы.

СПІЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРИ ЗЕМЛІ Розміри. Поки ракети-зонди і штучні супутники не досліджували зовнішні верстви атмосфери на відстанях, у кілька разів переважаючих радіус Землі, вважалося, що в міру видалення від земної поверхні атмосфера поступово стає більш розрідженій й поволі перетворюється на міжпланетне простір. Зараз встановлено, що потоки енергії з глибоких верств Сонця пробираються у космічний простір далеко за орбіту Землі, аж до зовнішніх меж Сонячної системи. Цей т.зв. сонячний вітер обтікає магнітне полі Землі, формуючи подовжену «порожнину», усередині якої і зосереджена земна атмосфера. Магнітне полі Землі помітно звужене з зверненої до Сонцю денний сторони, і утворює довгий мову, мабуть виходить межі орбіти Місяця, — з протилежного, нічний боку. Кордон 0магнитного поля Землі називається магнитопаузой. З денний боку цей кордон проходить з відривом майже сім земних радіусів від поверхні, але у періоди підвищеної сонячної активності виявляється ще ближчі один до Землі. Магнитопауза є одночасно кордоном земної атмосфери, зовнішня оболонка якої називається також магнітосферою, позаяк у ній зосереджені заряджені частки (іони), рух яких зумовлено магнітним полем Землі. Загальна вага газів атмосфери становить приблизно 4,5Ч1015 т. Таким чином, «вагу» атмосфери, що припадає на одиницю виміру площі, чи атмосферне тиск, становить лише на рівні моря приблизно 11 т/м2. Значення не для життя. З сказаного вище варто, що Землю від міжпланетного простору відокремлює потужний захисний шар. Космічне простір пронизане потужним ультрафіолетовим і рентгенівським випромінюванням Сонця і ще жорсткішим космічним випромінюванням, й інші види радіації згубні для всього живого. На зовнішньої кордоні атмосфери інтенсивність випромінювання смертоносна, але багато його частину затримується атмосферою далеке від Землі. Поглинанням цього випромінювання пояснюються численні властивості високих верств атмосфери і особливо що відбуваються там електричні явища. Найбільш нижній, приземної шар атмосфери особливо важливий в людини, який живе місці контакту твердої, рідкої і газоподібної оболонок Землі. Верхня оболонка «твердої» Землі називається літосферою. Близько 72% Землі покрито водами океанів, складовими б[pic]льшую частина гідросфери. Атмосфера межує і з літосферою, і з гидросферой. Людина живе дно якої повітряного океану та поблизу чи вище рівня океану водного. Взаємодія цих океанів одна із важливих чинників, визначальних стан атмосфери. Склад. Нижні верстви атмосфери складаються з суміші газів (див. табл.). Крім які у таблиці, як невеликих домішок повітря присутні і інші гази: озон, метан, такі речовини, як оксид вуглецю (ЗІ), оксиди азоту NO та сірки, аміак. |СКЛАД АТМОСФЕРИ | |Газ |Зміст в сухому повітрі, % | |N2 |азот |78,08 | |O2 |кисень |20,95 | |Ar |аргон |0,93 | |CO2 |вуглекислий газ |0,03 | |Ne |неон |0,0018 | |He |гелій |0,0005 | |Kr |криптон |0,0001 | |H2 |водень |0,5 | |X |ксенон |0,9 |.

У високих шарах атмосфери склад повітря змінюється під впливом жорсткого випромінювання Сонця, який призводить до розпаду молекул кисню на атоми. Атомарний кисень є основним компонентом високих верств атмосфери. Нарешті, у найбільш віддалених від Землі шарах атмосфери головними компонентами стають найлегші гази — водень і гелій. Оскільки переважна більшість речовини зосереджена нижніх 30 км, то зміни складу повітря на висотах понад сто км не надають помітного впливу загальний склад атмосфери. Энергообмен. Сонце головне джерелом енергії, котра надходить на Землю. Під час відстані прибл. 150 млн. кілометрів від Сонця, Земля отримує приблизно одну двомільярдну частина випромінюваної їм енергії, переважно в видимої частини спектра, якого людина називає «світлом». Більшість цієї енергії поглинається атмосферою і літосферою. Земля також випромінює енергію, переважно у вигляді довгохвильової інфрачервоної радіації. Таким чином, встановлюється рівновагу між одержуваної від поверхні Сонця енергією, нагріванням Землі та атмосфери і зворотним потоком теплової енергії, випромінюваної у просторі. Механізм цього рівноваги вкрай складний. Пил і молекули газів розсіюють світло, частково відбиваючи їх у світове простір. Ще більшу частину прийдешньої радіації відбивають хмари. Частина енергії поглинається безпосередньо молекулами газів, але переважно — гірськими породами, рослинністю і поверховими водами. Водяної пар і вуглекислий газ, наявні у атмосфері, пропускають видиме випромінювання, але поглинають інфрачервоне. Теплова енергія накопичується головним чином нижніх шарах атмосфери. Такий ефект виникає у теплиці, коли скло пропускає світло всередину і бідний грунт нагрівається. Оскільки скло щодо непрозоро для інфрачервоної радіації, в парнику акумулюється тепло. Нагрівання нижніх верств атмосфери з допомогою присутності водяної пари та вуглекислого газу часто називають парниковим ефектом. Істотну роль збереженні тепла в нижніх шарах атмосфери грає хмарність. Якщо хмари розсіюються чи зростає прозорість повітряних мас, температура неминуче знижується тоді, як поверхні Землі безперешкодно випромінює теплову енергію в навколишнє простір. Вода, які перебувають лежить на поверхні Землі, поглинає сонячної енергії і випаровується, перетворюючись на газ — водяну пару, який виносить дуже багато енергії в нижні верстви атмосфери. При конденсації водяної пари та освіті у своїй хмар чи туману цю енергію звільняється як тепла. Близько половини сонячної енергії, сягаючої земної поверхні, витрачається випаровування води та вступає у нижні верстви атмосфери. Отже, внаслідок парникового і випаровування води атмосфера прогрівається знизу. Цим почасти пояснюється висока активність її циркуляції проти циркуляцією Світового океану, який прогрівається лише зверху і тому вони значно стабільніше атмосфери. Крім загального нагрівання атмосфери сонячним «світлом», значне прогрівання деяких її верств відбувається поза рахунок ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання Сонця. Будова. У порівняні з рідинами і твердими тілами, в газоподібних речовинах сила тяжіння між молекулами мінімальна. У міру збільшення відстані між молекулами гази здатні розширюватися безмежно, коли їм ніщо не перешкоджає. Нижньої кордоном атмосфери є поверхню Землі. У принципі, цей бар'єр непроникний, оскільки газообмін відбувається між повітрям і води і навіть між повітрям і гірськими породами, але у тому випадку ці чинники можна знехтувати. Оскільки атмосфера є сферичної оболонкою, вона не має бічних кордонів, а є лише нижню межу і верхня (зовнішня) кордон, відкрита із боку міжпланетного простору. Через зовнішню кордон відбувається витік деяких нейтральних газів, і навіть надходження речовини з навколишнього космічного простору. Більшість заряджених частинок, крім космічного проміння, які мають високої енергією, або захоплюється магнітосферою, або відштовхується нею. На атмосферу діє також сила земного тяжіння, яка утримує повітряну оболонку у Землі. Атмосферні гази стискуються під дією власної ваги. Це стиснення максимально у нижньої межі атмосфери, тому й щільність повітря тут найбільша. Бо на будь-який висоті над земної поверхнею тиск повітря одно вазі вышележащего стовпа атмосфери, приходящемуся на одиницю виміру площі. Тому з висотою тиск монотонно зменшується; а оскільки він перебуває у прямого зв’язку з щільністю, те й щільність повітря зменшується з висотою. Якби атмосфера являла собою «ідеальний газ» з які залежать від висоти постійним складом, незмінною температурою і неї діяла б стала тяжкість, тиск зменшувалася в 10 разів замірялися вбити кожні 20 км висоти. Реальна атмосфера не надто різниться від ідеального газу приблизно до висоти 100 км, та був тиск з висотою убуває повільніше, оскільки змінюється склад повітря. Невеликі зміни у описану модель вносить і зменшення сили тяжкості у міру віддалення від центру Землі, що становить поблизу земної поверхні прибл. 3% на кожні 100 км висоти. На відміну від атмосферного тиску температура з висотою не знижується безупинно. Це відбувається за поглинанні сонячної ультрафіолетової радіації киснем. У цьому утворюється газ озон, молекули якого складаються із трьох атомів кисню (О3). Він також поглинає ультрафіолетове випромінювання, і тому цю верству атмосфери, званий озоносферой, нагрівається. Вище температура знову знижується, оскільки там набагато менше молекул газу, і скорочується поглинання енергії. У ще більше високих шарах температура знову підвищується внаслідок поглинання атмосферою найбільш короткохвильового ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання Сонця. Під впливом цього потужного випромінювання відбувається іонізація атмосфери, тобто. молекула газу втрачає електрон і їх отримує позитивний електричний заряд. Такі молекули стають позитивно зарядженими іонами. Наявність вільних електронів і іонів ця верства атмосфери набуває властивості электропроводника. Вважають, що температура продовжує підвищуватися до висот, де розріджена атмосфера перетворюється на міжпланетне простір. З віддалі тисяч км від Землі, мабуть, переважають температури від 5000° до 10 000° З. Хоча молекули і атоми мають дуже серйозні швидкість руху, а отже, і високі температуру, цей розріджене газ перестав бути «гарячим» звичному сенсі. Через мізерного кількості молекул великих висотах їх сумарна теплова енергія дуже невелика. Отже, атмосфера складається з окремих верств (тобто. серії концентричних оболонок, чи сфер), виділення яких залежить від цього, яке властивість представляє найбільше зацікавлення. Тропосфера — нижній шар атмосфери, простирающийся до першого термічного мінімуму (т.зв. тропопаузы). Верхня кордон тропосфери залежить від географічної широти (в тропіках — 18−20 км, в поміркованих широтах — прибл. 10 км) і пори року. Національна метеорологічна служба США провела зондування поблизу Південного полюси і виявила сезонні зміни висоти тропопаузы. У тому тропопауза перебуває в висоті прибл. 7,5 км. З березня до серпня чи вересня відбувається неухильне охолодження тропосфери, і його кордон на період у серпні чи вересні піднімається приблизно до висоти 11,5 км. Потім із вересня до грудня вона швидко знижується і становить свого найнижчого становища — 7,5 км, що й залишається до березня, відчуваючи коливання не більше всього 0,5 км. Саме тропосфері переважно формується погода, що визначає умови існування. Більшість атмосферного водяної пари зосереджена тропосфері, і тому тут переважно і формуються хмари, хоча окремі, які з крижаних кристалів, зустрічаються й більш високих шарах. Для тропосфери характерні турбулентність і потужні повітряні течії (вітри) і шторми. У верхньої тропосфері існують сильні повітряні течії чітко визначеного напрями. Турбулентні вихори, подібні невеликим вирам, утворюються під впливом тертя і динамічного взаємодії між повільно й швидко рухливими повітряними масами. Бо у цих високих шарах хмарності зазвичай немає, таку турбулентність називають «турбулентністю ясного неба». Стратосфера. Вышележащий шар атмосфери часто помилково описують як шар зі порівняно постійними температурами, де вітри дмухають більш-менш стало й де метеорологічні елементи мало змінюються. Верхні верстви стратосфери нагріваються при поглинанні киснем і озоном сонячного ультрафіолетового проміння. Верхня кордон стратосфери (стратопауза) проводиться там, де температура кілька підвищується, досягаючи проміжного максимуму, який нерідко можна з температурою приземного шару повітря. За підсумками спостережень, проведених допомогою літаків і шаров-зондов, пристосованих для польотів на постійної висоті, в стратосфері встановлено турбулентні обурення і традиційно сильні вітри, дующие у різних напрямах. Як й у тропосфері, відзначаються потужні повітряні вихори, що особливо небезпечні для високошвидкісних літальних апаратів. Сильні вітри, звані струминними течіями, дмухають у вузьких зонах уздовж кордонів поміркованих широт, адресованих полюсах. Але ці зони можуть зміщатися, зникати і з’являтися знову. Струменеві течії зазвичай пробираються у тропопаузу і виявляється у верхніх шарах тропосфери, та їх швидкість швидко зменшується з зниженням висоти. Можливо, частина енергії, що надходить стратосферу (переважно затрачиваемой освіту озону), впливає до процесів в тропосфері. Особливо активне перемішування пов’язані з атмосферними фронтами, де великі потоки стратосферного повітря були зареєстровані істотно нижчий тропопаузы, а тропосферный повітря утягував в нижні верстви стратосфери. Значні успіхи досягнуто в вивченні вертикальної структури нижніх верств атмосфери у зв’язку з удосконаленням техніки запуску на висоти 25−30 км радіозондів. Мезосфера, розміщена вище стратосфери, є оболонку, в до висоти 80−85 км відбувається зниження температури до мінімальних показників для атмосфери загалом. Рекордно низькі температури до -110° З було зареєстровано метеорологічними ракетами, запущеними з американоканадської установки в Форт-Черчилле (Канада). Верхня межа мезосферы (мезопауза) приблизно збігаються з нижньою межею області активного поглинання рентгенівського і найбільш короткохвильового ультрафіолетового випромінювання Сонця, що супроводжується нагріванням і іонізацією газу. У полярних регіонах влітку в мезопаузе часто з’являються хмарні системи, на які припадає велику площа, але мають незначне вертикальне розвиток. Такі світні ночами хмари часто дозволяють виявляти великомасштабні хвилеподібні руху повітря на мезосфере. Склад цих хмар, джерела вологи плодів та овочів конденсації, динаміка і зв’язку з метеорологічними чинниками поки що недостатньо вивчені. Термосфера є шар атмосфери, у якому безупинно підвищується температура. Його потужність може становити 600 км. Тиск і, отже, щільність газу з висотою постійно зменшуються. Поблизу земної поверхні один м3 повітря міститься прибл. 2,5Ч1025 молекул, на висоті прибл. 100 км, в нижніх шарах термосферы, — приблизно 1019, на висоті 200 км, в іоносфері, — 5Ч1015 і за розрахунками, в розквіті прибл. 850 км — приблизно 1012 молекул. У міжпланетному просторі концентрація молекул становить 108−109 на 1 м³. На висоті прибл. 100 км кількість молекул невелика, і вони рідко зіштовхуються між собою. Середнє відстань, яке долає хаотично рушійна молекула до сутички з іншої такої самої молекулою, називається її середнім вільним пробігом. Шар, у якому їх кількість настільки збільшується, що ймовірністю межмолекулярных чи межатомных сутичок можна знехтувати, перебуває в межі між термосферой і вышележащей оболонкою (экзосферой) і називається термопаузой. Термопауза віддалений від земної поверхні приблизно за 650 км. За певного температурі швидкість руху молекули залежить від неї маси: легші молекули рухаються швидше важких. У нижньої атмосфері, де вільний пробіг дуже короткий, немає помітного поділу газів з їхньої молекулярному вазі, але це виражено вище 100 км. З іншого боку, під впливом ультрафіолетового і рентгенівського випромінювання Сонця молекули кисню розпадаються на атоми, маса яких складає половину маси молекули. Тож за мері видалення від Землі атомарний кисень набуває дедалі більшого значення у складі атмосфери і висоті прибл. 200 км стає його головним компонентом. Вище, приблизно на відстані 1200 кілометрів від Землі, переважають легкі гази — гелій і водень. У тому числі і полягає зовнішня оболонка атмосфери. Таке поділ по вазі, зване дифузійною розшаруванням, нагадує поділ сумішей з допомогою центрифуги. Экзосферой називається зовнішній шар атмосфери, що виділяється з урахуванням змін температури і властивостей нейтрального газу. Молекули і атоми в экзосфере обертаються навколо Землі по балістичним орбітам під впливом сили тяжкості. Деякі з цих орбіт параболічні і нагадують траєкторії метальних снарядів. Молекули можуть обертатися навколо Землі та по эллиптическим орбітам, як супутники. Деякі молекули, переважно водню і гелію, мають розімкнуті траєкторії йдуть до космічне пространство.

ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРЫ.

На всіх стадіях свого розвитку чоловік був тісно пов’язані з оточуючим світом. Але відтоді як з’явилося высокоиндустриальное суспільство, небезпечне втручання у природу різко посилилося, розширився обсяг цього втручання, вона стала багато образніше і він загрожує перспектива стати глобальною небезпекою для людства. Витрата невозобновимых видів сировини підвищується, дедалі більше оранки вибуває з економіки, так на них будуються міста Київ і заводи. Людині доводиться увесь більше втручатися у господарство біосфери — тієї частини нашої планети, в якої існує життя. Біосфера Землі нині піддається наростаючому антропогенному впливу. У цьому можна виокремити декілька найістотніших процесів, кожній із яких немає покращує екологічну ситуацію тощо планети. Найбільш масштабним і великим є хімічне забруднення довкілля невластивими їй речовинами хімічної природи. У тому числі - газоподібні і аерозольні забруднювачі промислово-побутового походження. Прогресує й накопичення вуглекислого газу атмосфері. Подальший розвиток цього процесу посилюватиме небажану тенденцію у бік підвищення середньорічний температури на планеті. Тривожить у екологів і забруднення Світового океану нафтою та нафтопродуктами, досягла вже 11/5 його загальної поверхні. Нафтова забруднення таких розмірів може викликати значні порушення газо і водообміну між гидросферой і атмосферою. Немає сумнівів і значення хімічного забруднення пестицидами та її підвищена кислотність, яка веде до розпаду екосистеми. У цілому розглянуті чинники, яких можна приписати забруднюючий ефект, надають помітне впливом геть процеси, які у биосфере.

Промислове забруднення. Людина забруднює атмосферу вже тисячоліттями, проте наслідки вживання вогню, яким він користувався все це період, були незначні. Доводилося миритися про те, що дим заважав подиху, І що сажа лягала чорним покровом стелі і стінах житла. Отримувана тепло захопив людини важливіше, ніж чисте повітря і закіптюжені стіни печери. Це початкова забруднення повітря не представляло проблеми, бо люди жили тоді з’являється невеличкими групами, займаючи неизмерно велику незайману довкілля. І дуже навіть значне зосередження людей на порівняно невеличкий території, як це було в класичної давнини, не супроводжувалося ще серйозними последствиями.

І так було до початку XIX століття. Лише протягом останніх 100 років розвиток промисловості «обдарувало «нас такими виробничими процесами, наслідки спочатку чоловік — ще було собі уявити. Виникли города-миллионеры, зростання зупинити не можна. Усе це результат великих винаходів і завоювань человека.

Здебільшого існують три основних джерела забруднення атмосфери: промисловість, побутові котельні, транспорт. Частка кожного з цих джерел у загальному, забруднення повітря сильно різниться залежно від місця. Зараз загальновизнано, що сильно забруднює повітря промислового виробництва. Джерела забруднення — теплоелектростанції, які з димом викидають у повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольорової металургії, які викидають в воздухоксилы азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, сполуки фосфору, частинки й сполуки ртуті та миш’яку; хімічні і цементні заводи. Шкідливі гази потрапляють у повітря результаті спалювання палива потреб промисловості, опалення жител, роботи транспорту, спалювання та переробки побутових й управління промислових відходів. Атмосферні забруднювачі поділяють на первинні, вступники у атмосферу, і вторинні, є результатом перетворення останніх. Так, що надходить у атмосферу сірчистий газ окислюється до сірчаного ангідриду, який взаємодіє зі парами води та утворює крапельки сірчаної кислоти. При взаємодії сірчаного ангідриду з аміаком утворюються кристали сульфату амонію. Подібною, внаслідок хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери, утворюються інші вторинні ознаки. Основним джерелом пирогенного забруднення планети є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, споживаючи понад 170% який щороку видобувають твердого і рідкого палива. Шкідливими основними домішками пирогенного походження є такі: а) Оксид вуглецю. Виходить при неповному згорянні вуглецевих речовин. У повітря він потрапляє у результаті спалювання твердих відходів, з вихлопними газами і викидами промислових підприємств. Щороку цього газу вступає у атмосферу щонайменше 1250 млн. т. Оксид вуглецю є з'єднанням, активно реагує з іншими складовими частинами атмосфери і сприяє підвищенню температури планети, і творення парникового ефекту. б) Сірчистий ангідрид. Виділяється у процесі згоряння сірку що містить палива чи переробки сірчистих руд (до 170 млн. т. на рік). Частина сполук сірки виділяється при горінні органічних залишків в гірничорудних відвалах. Тільки США загальна кількість викинутого у повітря сірчистого ангідриду становило 65 відсотків від населення світу викиду. в) Сірчаний ангідрид. Утворюється при окислюванні сірчистого ангідриду. Кінцевим продуктом реакції є аерозоль чи розчин сірчаної кислоти в дощовій воді, який подкисляет грунт, загострює захворювання дихальних шляхів людини. Випадання аерозолю сірчаної кислоти з димових смолоскипів хімічних підприємств відзначається при низькою хмарності і високої вологості повітря. Листові платівки рослин, які ростуть на відстані менше 11 км. від такого типу підприємств, зазвичай бувають густо усіяні дрібними некротическими плямами, які утворилися у місцях осідання крапель сірчаної кислоти. Пирометаллургические підприємства кольорової та чорної металургії, і навіть ТЕС щорічно викидають у повітря 1десятки мільйонів тонн сірчаного ангідриду. р) Сірководень і сірковуглець. Надходять у повітря роздільно чи разом з іншими сполуками сірки. Основними джерелами викиду є підприємства з виготовлення штучного волокна, цукру, коксохімічні, нафтопереробні, і навіть нафтопромисли. У атмосфері при взаємодії коїться з іншими забруднювачами піддаються повільному окислювання до сірчаного ангідриду. буд) Оксиди азоту. Основними джерелами викиду є підприємства, що виробляють азотні добрива, азотну кислоту і нітрати, анілінові барвники, нитросоединения, віскозний шовк, целулоїд. Кількість оксидів азоту, що у атмосферу, становить 20 млн. т. на рік. е) Сполуки фтору. Джерелами забруднення є підприємства з виробництва алюмінію, емалей, скла, кераміки, стали, фосфорних добрив. Фторсодержащие речовини вступають у атмосферу як газоподібних сполук — фтороводорода чи пилу фторида натрію і кальцію. Сполуки характеризуються токсичною ефектом. Похідні фтору є сильними інсектицидами. ж) Сполуки хлору. Надходять у повітря від хімічних підприємств, які виробляють соляну кислоту, хлорсодержащие пестициди, органічні барвники, гидролизный спирт, хлорну вапно, соду. У атмосфері зустрічаються як домішка молекули хлору і парів соляної кислоти. Токсичність хлору визначається виглядом сполук та його концентрацією. У металургійної промисловості при виплавці чавуну і за переробці його за сталь відбувається викид у повітря важких різних металів і отруйних газів. Так було в розрахунку 11 т. 0передельного чавуну виділяється крім 12,7 кг. 0сернистого газу та 14,5 кг. 0пылевых частинок, визначальних кількість сполук миш’яку, фосфору, сурми, свинцю, парів ртуті і рідкісних металів, смоляних речовин і ціанистого водорода.

Забруднення транспортними засобами. Останніми десятиліттями у зв’язку з швидким розвитком автотранспорту і авіації істотно зросла частка тих викидів, що у атмосферу від рухливих джерел: вантажних і легкових авто у, тракторів, тепловозів і літаків. За оцінками, у містах частку автотранспорту доводиться (в залежності т розвитку на даному місті в промисловості й числа автомобілів) від 30 до70% загальної маси викидів. У загалом країні, по крайньої мері, 40% загальної маси п’яти основних забруднюючих речовин становлять викиди рухливих источников.

Автотранспорт. Основний внесок у забруднення атмосфери вносять автомобілі, працівники бензині (США їхня частка припадає близько 75%), потім літаки (приблизно 5%), авто із дизельними двигунами (близько чотирьох %), трактори та інші сільськогосподарські машини (близько чотирьох %), залізничний водну транспорт (майже двом %). До основним які забруднюють атмосферу речовин, які викидають рухливі джерела, (загальна кількість таких речовин перевищує 40), ставляться оксид вуглецю (США його частка у загальній масі становить близько 70%), вуглеводні (приблизно 19%) і оксиди азоту (близько 9%). Оксид вуглецю (CO) і оксиди азоту (N0x) вступають у атмосферу тільки з вихлопними газами, тоді як і повністю згорілі вуглеводні (HnCm) надходять як разом із вихлопними газами, (він становить приблизно 60% загальної маси що викидаються вуглеводнів), так і з картера (близько 20%), паливного бака (близько 20%) і карбюратора (приблизно 10%); тверді домішки надходять переважно з вихлопними газами (90%) і з картера (10%).

Найбільше забруднюючих речовин викидається при розгоні автомобіля, особливо в швидкому, і навіть на своєму шляху з малої швидкістю (з діапазону найбільш економічних). Відносна частка (загальної маси викидів) вуглеводнів і оксиду вуглецю найвища під час гальмування і на холостому ходу, частка оксидів азоту — при розгоні. З положень цих даних слід, що автомобілі надто забруднюють повітряне середовище при частих зупинках і за русі з малої скоростью.

Створювані у містах системи руху на режимі «зеленої хвилі «, істотно сокращающие число зупинок транспорту на перехрестях, покликані скоротити забруднення атмосферного повітря на містах. Велике впливом геть якість і кількість викидів домішок надає режим роботи двигуна, зокрема співвідношення між масами палива й повітря, момент запалювання, якість палива, ставлення поверхні камери згоряння до її обсягу та інших. При збільшенні відносини маси повітря і палива, вступників до камери згоряння, скорочуються викиди оксиду вуглецю і вуглеводнів, але зростає викид оксидів азота.

Попри те що, що дизельні двигуни більш економічні, таких речовин, як ЗІ, HnCm, NOx, викидають лише бензинові, вони значно більше викидають диму (переважно незгорілого вуглецю), який при цьому має неприємним запахом, створюваним деякими несгоревшими вуглеводнями. У такому поєднанні ж із створюваним шумом дизельні двигуни як сильніше забруднюють середу, а й впливають для здоров’я людини в значно більшому ступеня, ніж бензиновые.

Авіатранспорт. Хоча сумарний викид забруднюючих речовин двигунами літаків невеликий (місту, країни), у районі аеропорту ці викиди вносять визначальний внесок у забруднення довкілля. До до того ж турбореактивні двигуни (як і дизельні) під час посадки і злеті викидають добре помітний на очей шлейф диму. Значне кількість домішок на літовищі викидають і наземні пересувні кошти, під'їжджають і від'їжджаючі автомобили.

Згідно з отриманими оцінкам, у середньому близько 42% загального витрати палива витрачається на выруливание літака до злітно-посадкової смузі (ЗПС) перед злетом і заруливание з ЗПС після посадки (за часом в середньому близько 22 хв). У цьому частка незгорілого і якого викинули в атмосферу палива при рулении набагато більше, ніж у польоті. Крім поліпшити роботу двигунів (розпорошення палива, збагачення суміші у зоні горіння, використання присадок до палива, впрыск води та ін.), істотне зменшення викидів можна домогтися шляхом скорочення часу роботи двигунів землі і кількості працюючих двигунів при рулении (тільки завдяки традиційному останнього досягається зниження викидів в 3 — 8 раз).

Останні 10 — 15 років приділяють значну увагу дослідженню тих ефектів, які можуть виникнути у зв’язку з польотами надзвукових літаків і космічних кораблів. Ці польоти супроводжуються забрудненням стратосфери оксидами азоту та сірчаної кислотою (надзвукові літаки), і навіть частинками оксиду алюмінію (транспортні космічні кораблі). Оскільки ці забруднюючі речовини руйнують озон, то спочатку склалося думка (підкріплене відповідними модельними розрахунками), що запланований зростання кількості польотів надзвукових літаків і транспортних космічних кораблів призведе до значного зменшенню змісту озону з усіма згубними наступними впливами ультрафіолетової радіації на біосферу Землі. Однак понад глибокий підхід до цієї проблеми дозволив зробити висновок про слабкому вплив викиди надзвукових літаків на стан стратосфери. Так, при сучасному числі надзвукових літаків і викиді забруднюючих речовин в розквіті близько 16 км відносне зменшення О3 може становити приблизно 0.60; якщо їх кількість зросте до 200 і висота польоту буде близька на 20-те км, то відносне зменшення О3 може піднятись ще до 17%. Глобальна приземна температура повітря з допомогою парникового ефекту, створюваного викидами надзвуковими літаками може підвищитися трохи більше ніж 0,1(C/.

Сильніший вплив на озоновий шар і глобальну температуру повітря можуть зробити хлорфторметаны (ХФМ0 фреон-11 і фреон-12 (гази, які утворюються зокрема, при випаровуванні аерозольних препаратів, які використовуються (переважно жінками) для фарбування волосся. Оскільки ХФМ дуже інертні, всі вони поширюються багато часу живуть у тропосфері, а й у стратосфері. Маючи досить сильними смугами поглинання з вікна прозорості атмосфери (8−12 мкм), фреони посилюють парниковий ефект. Намічене за останні десятиліття темпи зростання виробництва фреонів можуть призвести до підвищення змісту фреона-11 і фреона-12 в 2030 р. до 0,8 і 2,3 млрд. (при сучасних значеннях 0,1 і 0,2 млрд.). Під упливом такої кількості фреонів загальний вміст озону в атмосфері зменшиться на 18%, а нижньої стратосфері навіть у 40; глобальна приземна температура зросте на 0,12−0,21(С.

Насамкінець відзначити, всі ці антропогенні ефекти перекриваються в глобальному масштабі природними чинниками, наприклад, забрудненням атмосфери вулканічними извержениями.

ЗАХИСТ АТМОСФЕРИ ВІД ЗАГРЯЗНЕНИЙ.

Проблема забруднення повітря на найбільших містах і загальне погіршення якості атмосферного повітря викликає серйозну стурбованість. Для оцінки рівня забруднення атмосфери в 506 містах Росії створена мережу постів загальнодержавної служби спостережень й контролю над забрудненням атмосфери як частини природного довкілля. На мережі визначається вміст у атмосфері шкідливих різних речовин, які від антропогенних джерел викидів. Спостереження проводять працівники місцевих громад Госкомгидромета, Госкомэкологии, Госсанэпиднадзора, санитарно-промышленных лабораторій різних підприємств. У деяких містах спостереження проводяться одночасно усіма відомствами. Контроль якості атмосферного повітря на населених пунктів організується відповідно до ДОСТом 17.2.3.01- 86 «Охорона природи. Атмосфера. Правила контролю за якістю повітря населених пунктів», навіщо встановлюють три категорії постів спостережень за забрудненням атмосфери: стаціонарний, маршрутний, пересувної чи подфакельный. Стаціонарні посади призначені задля забезпечення безперервного контролю над змістом забруднюючих речовин чи регулярного відбору проб повітря на подальше контролю, при цьому у різних районах міста встановлюються стаціонарні павільйони, оснащені устаткуванням щодо регулярних спостережень за рівнем забруднення атмосфери. Регулярні спостереження проводяться і маршрутних посадах, з допомогою обладнаних цієї мети автомашин. Спостереження на стаціонарних і маршрутних посадах у різних точках міста дає змоги стежити за рівнем забруднення атмосфери. У кожному місті проводять визначення концентрацій основних забруднюючих речовин, тобто. тих, що викидаються у повітря майже усіма джерелами: пил, оксиди сірки, оксиди азоту, оксид вуглецю та інших. З іншого боку, вимірюються концентрації речовин, найхарактерніших для викидів підприємств даного міста. Для вивчення особливостей забруднення повітря викидами окремих промислових підприємств проводяться виміру концентрацій з подветренной боку під димовим факелом, які виходять із труб підприємства на різному відстані від цього. Подфакельные спостереження проводяться на автомашині чи стаціонарних посадах. Щоб детально ознайомитися особливостям забруднення повітря, створюваного автомобілями, проводять спеціальні обстеження поблизу магистралей.

Хімічні методи отчистки від газоі парообразных викидів в атмосферу. Процеси очищення технологічних і вентиляційних викидів машинобудівних підприємств від газоі парообразных домішок характеризуються поруч особливостей: по-перше, гази, выбрасываемые в атмосферу, мають досить високий температуру утримують велике кількість пилу, що дуже утрудняє процес газоочистки і вимагає попередньої підготовки відведених газів; по-друге, концентрація газоподібних і парообразных домішок частіше у вентиляційних і рідше в технологічних викидах зазвичай переменна і дуже низка.

Методи очищення промислових викидів від газоподібних домішок по характеру перебігу фізико-хімічних процесів діляться чотирма групи: промивання викидів розчинниками домішки (метод абсорбції); промивання викидів розчинами реагентів, що пов’язують домішки хімічно (метод хемосорбції); поглинання газоподібних домішок твердими активними речовинами (метод адсорбції); поглинання домішок шляхом застосування каталітичного превращения.

Метод абсорбції. Цей метод залежить від поділі газоповітряної суміші на складові шляхом поглинання однієї чи кількох газових компонентів цю суміш поглиначем (званих абсорбентом) із заснуванням розчину. Поглощаемую рідина (абсорбент) обирають з умови розчинності у ній поглощаемого газу, температури і парциального тиску газу над рідиною. Вирішальним умовою під час виборів абсорбента є розчинність у ньому извлекаемого компонента і його залежність від температури і тиску. Якщо розчинність газів при 0° З повагою та парциальном тиску 101,3 кПа становить сотні грамів на 1 кг розчинника, то такі гази називаються добре растворимыми.

Для видалення з технологічних викидів таких газів, як аміак, хлористий чи фтористий водень, доцільно застосувати як поглотительной рідини воду, т. до. розчинність в воді становить сотні грамів на 1 кг води. При поглинанні ж із газів сірчистого ангідриду чи хлору витрата води значним, т. до. розчинність яких становить соті частки грама на 1 кг води. У деяких спеціальних випадках замість води застосовують водні розчини таких хімічних речовин, як сірчана кислота (для уловлювання водяних парів), грузлі олії (для уловлювання ароматичних вуглеводнів з коксового газу) та інших. Застосування абсорбційних методів очищення, зазвичай, пов’язані з використанням схем, які включають вузли абсорбції і десорбции. Нього Десорбція розчиненої газу (чи регенерація розчинника) виробляється або зниженням загального тиску (чи парциального тиску) домішки, або підвищенням температури, або використанням обох прийомів одночасно. Залежно від конкретних завдань застосовуються абсорбенты різних конструкцій: плівкові, насадочные, трубчасті та інших. Найбільшого поширення набула отримали скрубберы, які становлять насадку, розміщену в порожнини вертикальної колони. Як насадки, які забезпечують велику поверхню контакту газу з рідиною, зазвичай використовуються кільця Ролинга, кільця з перфорированными стінками та інших. материалы.

Метод хемосорбції. Заснований на поглинанні газів і парів твердими чи рідкими поглиначами із заснуванням мало летючих чи малорастворимых хімічних соединений.

Прикладом хемосорбції може бути очищення газоповітряної суміші від сірководню шляхом застосування мышьяково-щелочного, этаноламинового та інших розчинів. При мышьяково-щелочном методі який зі отходящего газу сірководень пов’язується окси-сульфомышьяковой сіллю, що у водному растворе.

Методи абсорбції і хемосорбції, застосовувані очищення промислових викидів, називаються мокрими методами. Перевага абсорбційних методів залежить від можливості економічної очищення великої кількості газів і здійснення безперервних технічних процессов.

Основна хиба мокрих методів у тому, і очищенням і після його здійснення сильно знижується температура газів, що призводить зрештою до їх зниження ефективності розсіювання залишкових газів у атмосфере.

Метод адсорбції грунтується на фізичних властивості деяких твердих тіл з ультрамикроскопической пористість селективно видобувати і концентрувати у своїй поверхні окремі компоненти з газової суміші. У пористих тілах з капілярною структурою поверхове поглинання доповнюється капілярної конденсацією. Найширше як адсорбенту використовується активоване вугілля. Він застосовується очищення газів від органічних парів, видалення неприємні запахи і газоподібних домішок, які у промислових викидах, і навіть летючих розчинників і цілої низки інших газів. Як адсорбентів застосовуються також прості і комплексні оксиди (активоване глинозем, силикагель, активоване оксид алюмінію, синтетичні цеоліти чи молекулярні сита), які мають більшої селективною здатністю, ніж активовані вугілля. Проте вони можуть використовуватися очищення дуже вологих газів. Деякі адсорбенти іноді просочуються відповідними реактивами, що підвищують ефективність адсорбції, т. до. лежить на поверхні адсорбенту відбувається хемосорбция. Як таких реактивів можна використовувати розчини, які з рахунок хімічних реакцій перетворюють шкідливу домішка в безвредную.

Конструктивно адсорбенти виконуються як вертикальних, горизонтальних або кільцевих ємностей, заповнених пористим адсорбентом, з якого фільтрується потік очищаемого газа.

Вибір конструкції визначається швидкістю газової суміші, розміром частинок адсорбенту, необхідної ступенем очищення низку інших чинників. Вертикальні адсорбенти, зазвичай, знаходять застосування при невеликих обсягах очищаемого газу; горизонтальні і кільцеві — за високої продуктивності, сягаючої десятків і сотень тисяч мУч.

Фільтрація газу відбувається після нерухомий (адсорберы періодичного дії) чи рухомий шар адсорбенту. Найбільшого поширення набула отримали адсорберы періодичної дії, у яких період контактування очищаемого газу компанії з рішучим адсорбентом чергується з періодом регенерації адсорбента.

Установка періодичної дії (з нерухомим шаром адсорбенту) вирізняється конструктивною простотою, однак має низькі допущені швидкості газового потоку і, отже, підвищену металлоемкость і громіздкість. Процес очищення в апаратах носить періодичний характер, тобто. відпрацьований, втративши активність поглинач раз у раз заміняють або регенерують. Суттєвим недоліком таких апаратів є великі енергетичні витрати, пов’язані з подоланням гідравлічного опору шару адсорбенту. Рух адсорбенту в щільному шарі під дією сили тяжкості чи висхідному потоці очищаемого повітря забезпечує безперервність роботи установки. Такі методи дозволяють більш повно, аніж за проведенні процесу з нерухомим шаром адсорбенту, використовувати адсорбционную здатність сорбенту, організувати процес десорбции, і навіть спростити умови експлуатації устаткування. Як нестачі цих методів треба сказати значні втрати адсорбенту за рахунок ударів частинок друг про одного й стирання про спинки аппарата.

Каталітичний метод. Цим методом перетворюють токсичні компоненти промислових викидів в речовини нешкідливі більш-менш шкідливі для довкілля шляхом введення до системи додаткових речовин, званих каталізаторами. Каталітичні методи засновані на взаємодії удаляемых речовин одним із компонентів, присутніх в очищаемом газі, чи з спеціально доданим в суміш речовиною на твердих катализаторах. Дія каталізаторів проявляється у проміжному (поверхневому хімічному) взаємодії каталізатора з що реагують сполуками, в результаті чого утворюються проміжні речовини і регенерований катализатор.

Методи добору каталізаторів відрізняються більшою розмаїтістю, але не всі вони базуються здебільшого емпіричних чи полуэмпирических засобах. Про активності каталізаторів судять за кількістю продукту, одержуваного з одиниці обсягу каталізатора, чи з швидкості каталітичних процесів, при яких забезпечується необхідна ступінь перетворення. Найчастіше каталізаторами може бути метали або їхні сполуки (платина і метали платинового низки, оксиди міді марганцю тощо. буд.). Для каталітичного процесу необхідні незначні кількості каталізатора, розташованого в такий спосіб, щоб забезпечувати максимальну поверхню контакту з газовим потоком. Каталізатори зазвичай виконуються як куль, кілець чи дроту, почтом в спираль.

Останніми роками каталітичні методи очищення застосовуються для нейтралізації вихлопних газів автомобілів. Для комплексної очищення вихлопних газів — окислення продуктів неповного згоряння відновлення оксиду азоту — застосовують двоступінчастий каталітичний нейтрализатор.

Як відновного каталізатора застосовують арсениды металів (медно-никелевый сплав) чи каталізатор з благородних металів (наприклад, платина на глиноземе). Після відновленого каталізатора до відпрацьованим газам до створення окисной середовища через патрубок 3 підводиться вторинний повітря. На окисному катализаторе відбувається нейтралізація продуктів неповного згоряння — оксиду вуглецю і углеводородов:

Для окисних процесів застосовують каталізатор з перехідних металів (мідь, нікель, хром та інших.). Зміст оксиду вуглецю в вихлопних газах автомобілі з нейтралізатором знижується майже 10 раз, а вуглеводень — 8 раз. Широкому застосуванню каталітичних нейтралізаторів перешкоджає використання бензину, який містить певну кількість свинцю. Свинець дезактивує каталізатори протягом 100—200 ч.

Термічний метод. Досить багато розвиток у вітчизняній практиці нейтралізації шкідливих домішок, які у вентиляційних і інших викидах, має высокотемпературное дожигание (термічна нейтралізація). Для дожигания (реакції окислення) необхідно підтримку високих температур очищаемого газу та наявність достатнього кількості кислорода.

Однією з найпростіших пристроїв, що використовуються вогневого знешкодження технологічних і вентиляційних викидів, є горілка, призначена для спалювання природного газа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На порозі III тисячоліття немає потреби доводити гостроту і масштабність, отже, і небезпека яка склалася світі екологічної ситуації. Винуватцем екологічної кризи Землі став людина. Він також є як суб'єктом, і об'єктом останнього. Ніякому іншому біологічному виду зірвалася знищити настільки велика кількість інших напрямів, необоротно змінити екологічну ситуацію тощо планети. Не доводиться це зупинити просування людства вперед, навряд чи можливий відмови від створюваної їм штучної біосфери, від створених нею умов життя. Що робити? Якими шляхами рухатися людству далі? Які пріоритети вважати основними? Що важливіше екологія чи науково — технічний прогрес? Проблема виживання, проблема збереження природною біосфери може бути розв’язана лише шляхом компромісів та пошуків оптимальних рішень, вихід коеволюції (спільної, взаємопов'язаної еволюції біосфери і людської суспільства). Виживання людини у умовах глобальної кризи, безсумнівно, залежить від наукових знань, запровадження нових технічних досягнень. Але ці досягнення не принесуть очікуваних результатів без опертя моральне виховання і певні залишались культурні традиції. На жаль, усвідомлення важливості екологічного освіти і традиції виховання прийшло лише останні роки. У водночас технократичні установки настільки сильні, що із екологічної кризи як і шукається в звичних шляхах: створення «екологічно чистих» виробництв, прийняття природоохоронних законів, контролю над виробництвом і які т. п., — інакше кажучи, якщо екологічна криза породжена технічним прогресом, треба просто внести відповідні корективи в напрям цього прогресу. Екологічний криза мислиться чимось зовнішнє стосовно людині, а чи не якось, що укладено у ньому самом.