ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС «ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ» (использование

ЭЛЕКТИВНЫЙ КУРС
«ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ»
(использование системно – деятельностного подхода для повышения качества обучения учащихся 11 классов)
(работа получила Грант Москвы в сфере образования 2011 года)
Автор: учитель химии ГБОУ СОШ № 827 СЗАО
Р.В. Рассохин
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Элективный курс предназначен для учащихся
11 классов, которые, с одной стороны, уже имеют
определенный багаж теоретических знаний по различным разделам химии и биологии (экологии), имеют
представления о химическом эксперименте и технике его выполнения, должны владеть способами простейших
химических расчетов, а с другой стороны, проявляют определенный интерес к профессиям химика-лаборанта,
эколога, медика, строителя.
Предлагаемый курс, рассчитанный на 14 часов, дополнит и углубит знания учащихся из курсов (которые
являются теоретической базой) химии,
географии, биологии и экологии отчасти новым и интересным
материалом.
Практически во всех учебниках химии для 11 класса, изданных позднее 2004 года, присутствуют разделы,
посвященные проблемам химии и экологии, в том числе и загрязнению атмосферы. Однако, число часов
отводимых на изучение этих значимых в наше время тем невелико (например, по программе О.С. Габриеляна
всего 2 часа в общеобразовательных классах). В связи с этим, различные кружки, элективные
курсы,
посвященные проблемам химии окружающий среды могут восполнить этот пробел.
Данный курс посвящен проблемам, связанных с химическим загрязнением атмосферы различными
веществами и последствиями, которые при этом возникают.
Программа включает следующие разделы:
1. Строение атмосферы и ее химический состав
2. Источники загрязнения атмосферы. Основные загрязнители воздуха и их поведение в атмосфере
3. Глобальные проблемы атмосферы
4. Защита атмосферы от химического загрязнения
5. Выполнение практических работ
Курс проводится в виде лекционно-практических уроков с оформлением содержания занятия в рабочих
тетрадях. После каждой пройденной темы учащимся в качестве домашнего задания предлагаются контрольные
вопросы и расчетные задачи (примеры вопросов и задач приведены в материалах занятий данного курса). В
течение всего элективного курса учащиеся работают с дополнительной литературой, оформляют полученные
сведения в виде курсовых работ, стенных газет, компьютерных презентаций. Заканчивается курс итоговой
контрольной работой в виде тестирования
Цели курса:
1. углубить понятия и знания учащихся в области химии, географии и экологии, а также ознакомить
школьников с методами экологической химии по определению качества атмосферного воздуха;
2. обучить учащихся самостоятельно проводить некоторые простейшие химические эксперименты на
обнаружение определенных веществ в атмосферном воздухе. Учащиеся смогут оценивать результаты
экспериментов, сравнивая их с величинами, принятыми за норму у нас в России и во всем мире;
3. создать условия для формирования и развития у обучающихся интеллектуальных и практических умений,
творческих способностей, умения самостоятельно приобретать и применять знания. В связи с этим
целесообразно, чтобы курс вел педагог, имеющий квалификацию учителя химии и биологии (экологии).
Повысить эффективность курса (в зависимости от условий школы) можно также, если организовать его на базе
средних и высших специальных образовательных заведений, привлекать сотрудников и преподавателей высшей
школы, чья деятельность связана с охраной атмосферы от загрязнения.
Задачи курса:
1.
повышение интереса учащихся к химии и областям ее применения; развитие внутренней мотивации
учения; более детальное ознакомление учащихся с техникой лабораторных работ с реактивами, лабораторным
оборудованием как общего, так и специального назначения;
2.
важнейшая задача курса — показать учащимся, что при любом загрязнении атмосферного воздуха
появляются отклонения в соответствующих химических показателях (ПДК, ПДВ, ПДС), которые могут быть
выявлены химическими методами анализа.
На занятиях курса учащиеся углубляют свои знания о химических процессах, протекающих в атмосферном
воздухе. В результате полнее раскрываются роль химических явлений в живой природе и значение химической
науки в проведении лабораторных исследований и в экологии в целом. Расширяется мировоззрение учащихся, в
их сознании преодолевается хемофобия и безразличное отношение к современным экологическим проблемам.
Наряду с образовательными, курс предполагает решение воспитательных задач и развитие личности
учащихся, формирование у них гуманистических чувств и отношений в общении с окружающими людьми и во
взглядах на природу в целом. Содержание курса позволяет научить старшеклассников анализировать,
сравнивать, выделять существенное, самостоятельно пополнять, систематизировать и применять полученные
знания и умения, что способствует осознанному выбору будущей профессии.
Основные идеи курса:

химическая наука служит интересам человечества и при правильном и рациональном использовании ее
достижений способствует решению многих проблем, стоящих перед обществом;

нормальное функционирование человека возможно лишь на основе гармоничного взаимодействия в
системе «Природа—Человек»;

загрязнение атмосферного воздуха может выявляться лабораторными исследованиями;

здоровый образ жизни — неотъемлемый элемент общечеловеческой культуры;

лабораторные исследования — важнейшее звено в успешном мониторинге окружающей среды;

без прочных знаний химии, биологии и экологии нельзя стать квалифицированным врачом, экологом;

профессии химика-лаборанта, врача и эколога являются одними из самых гуманных и сложных.
Требования к результатам обучения
После изучения элективного курса учащиеся должны:

знать состав, строение и химический состав атмосферы; основные источники загрязнения атмосферного
воздуха; поведение загрязнителей в атмосфере; глобальные экологические проблемы атмосферы; последствия
загрязнения атмосферы различными веществами;

уметь работать с реактивами, различной химической лабораторной посудой,
и простейшим
оборудованием; овладеть приемами приготовления растворов различной концентрации; усвоить общие приемы
идентификации различных веществ; решать расчетные задачи с экологическим содержанием
ПРОГРАММА КУРСА
Тема 1 Строение атмосферы и ее химический состав (1 час)
Понятие об атмосфере как одной из геосфер Земли. Возникновение и строение атмосферы. Химический
состав воздуха. Значение атмосферы.
Тема 2
Источники загрязнения
атмосферы. Основные загрязнители воздуха и их поведение в
атмосфере (3 часа)
Основные источники загрязнения атмосферы (сжигание топлива, транспорт, промышленность). Основные
загрязнители атмосферного воздуха и их поведение в атмосфере. Смог. Действие загрязнителей на растения,
человека и животных
Тема 3 Глобальные проблемы атмосферы (2 часа)
Глобальное потепление климата. Парниковые газы. Возникновение парникового эффекта и его последствия;
образование кислотных дождей и их негативное влияние; озоновый слой и его разрушение.
Тема 4 Защита атмосферы от химического загрязнения (1 час)
Понятие ПДК, виды и эффективность очистки загрязненного атмосферного воздуха. Закон «Об охране
атмосферного воздуха»
Тема 5 Выполнение практических работ (4 часа)
Практическая работа №1 «Экспресс-метод определения углекислого газа в воздухе»
Практическая работа №2 «Оценка чистоты атмосферного воздуха по величине автотранспортной нагрузки»
Практическая работа №3 «Определение запыленности воздуха»
Практическая работа №4 «Парниковый эффект»
Тема 6 Подведение итогов (1 час)
Отвечаем на вопросы учащихся.
Тема 7 Контрольная работа (1 час)
Тема 8 Резервный урок (1 час)
Анализ контрольной работы.
Тематический план
№
п\п
1
Тема
2.
Источники загрязнения
атмосферы. Основные
загрязнители воздуха и их
поведение в атмосфере
3
3
Глобальные проблемы
атмосферы
2
4
Защита атмосферы от
химического загрязнения
1
5
6
Выполнение
практических работ
Практическая работа №1
Практическая работа №2
1
1
7
Практическая работа №3
1
8
9
Практическая работа №4
Подведение итогов
1
1
10
Контрольная работа
1
11
Резервный урок
1
Всего часов
14
Строение атмосферы и ее
химический состав
Кол-во
часов
1
Содержание темы
Виды деятельности
Понятие об атмосфере как
одной из геосфер Земли.
Возникновение и строение
атмосферы. Химический
состав воздуха. Значение
атмосферы. Изменение
состава атмосферы.
Основные
источники
загрязнения
атмосферы
(сжигание
топлива,
транспорт,
промышленность) (1 час).
Основные
загрязнители
атмосферного воздуха и их
поведение в атмосфере.
Смог.
Действие
загрязнителей на растения,
человека и животных (2
часа)
Возникновение
парникового эффекта;
образование кислотных
дождей и их негативное
влияние (1 час); озоновый
слой и его разрушение (1
час)
Понятие ПДК, виды и
эффективность очистки
загрязненного
атмосферного воздуха.
Закон «Об охране
атмосферного воздуха»
Экспресс-метод
определения углекислого
газа в воздухе
Оценка чистоты
атмосферного воздуха по
величине автотранспортной
нагрузки
Определение запыленности
воздуха
Парниковый эффект
Отвечаем на вопросы
учащихся
Лекция с элементами
беседы
Анализ контрольной
работы
Лекция с элементами
беседы
Лекция с элементами
беседы, сообщения
учащихся
Лекция с элементами
беседы
Практическая работа
Практическая работа
Практическая работа
Практическая работа
Беседа
Контрольная работа
(тестирование)
Беседа
Список литературы:
Литература для учителя
1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. М.: Логос, 2000. 627 с.
2. Бингам Ф., Коста М., Эйхенберг Э. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. М.: Мир, 1993.-366
с.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия Ч2. М.: Дрофа, 2002.- 284 с.
4. голдовская Л.Ф. Химия окружающей среды. М.: Мир, 2005.-295 с.
5. Гольдберг В.М., Зверев В.П., Арбузов А.И. Техногенное загрязнение атмосферы
и экологические последствия. М: Наука, 2001.-125 с.
6. Гусакова Н.В. Химия окружающей среды. М.: Феникс, 2004.-185 с.
7. Добровольский В.В. Тяжелые металлы: загрязнение окружающей среды и
глобальная геохимия// Тяжелые металлы в окружающей среде. М.: изд-во МГУ,
1980. С. 3-12.
8. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия
(биофизическая химия, химия биогенных элементов). М.: Высшая школа, 2002.560 с.
9. Иванов В.И. Экологическая геохимия элементов Т2.-М.: ИМГРЭ,1996.- 356 с.
10. Исидоров В.А. Экологическая химия. СПб.: Химиздат, 2001.-303 с.
Литература для учащихся
1. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. М.: Мир, 2001.-295 с.
2. Скурлатов Ю.И., Дука Г.Г., Мизити А. Введение в экологическую химию. М.:
Высшая школа, 1994.-399 с.
3.Слесарев В.И. Химия (основы химии живого). СПб.: Химиздат, 2001.-784 с.
4.Шустов С.Б., Шустова Л.В. Химические основы экологии. М.: Просвещение,
1995.-240 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
МАТЕРИАЛЫ К
ЗАНЯТИЯМ
Занятие 1. Строение атмосферы и ее химический состав.
Цель: систематизировать знания учащихся по истории возникновения атмосферы; химическому составу и
строению атмосферы, полученные в курсах химии, биологии и географии
Оборудование: схема строения атмосферы, таблица, содержащая информацию о химическом составе
атмосферы, диаграмма состава атмосферного воздуха.
ЛЕКЦИЯ.
Земная газовая оболочка, наш воздух, есть создание жизни.
Академик В. И. Вернадский
Проблемный вопрос: когда и как могла сформироваться атмосфера?
Появление атмосферы.
Возраст атмосферы принято приравнивать к возрасту самой планеты Земля – примерно 5000 миллионов
лет. На первоначальном этапе своего формирования Земля разогрелась до внушительных температур. Если, как
считает большинство ученых, только что образовавшаяся Земля была чрезвычайно горячей (имела температуру
около 9000 C), то большинство газов, составляющих атмосферу, должны были бы покинуть её. По мере
постепенного охлаждения и затвердевания Земли газы, растворенные в жидкой земной коре, выходили бы из
неё. Из этих газов и сложилась первичная земная атмосфера, благодаря которой стало возможным зарождение
жизни.
СОСТАВ АТМОСФЕРЫ
Первичный состав.
Как только Земля остыла, вокруг неё, из выделенных газов, сформировалась атмосфера. Точное
процентное соотношение элементов химического состава первичной атмосферы, к сожалению, определить не
представляется возможным, но можно с точностью предположить, что газы, входящие в её состав, были
подобны тем, которые теперь выбрасываются вулканами – углекислый газ, водяной пар и азот. «Вулканические
газы в виде перегретых паров воды, углекислого газа, азота, водорода, аммиака, кислых дымов, благородных
газов и кислорода формировали праатмосферу. В это время накопление кислорода в атмосфере не происходило,
поскольку он расходовался на окисление H2S.
Существуют две теории происхождения самого важного для жизни химического элемента – кислорода.
По мере охлаждения Земли температура упала примерно до 100 C, большая часть водяного пара
сконденсировалась и выпала на земную поверхность первым дождем, вследствие, чего образовались реки, моря
и океаны – гидросфера. «Водяная оболочка на Земле обеспечила возможность накопления эндогенного
кислорода, став его аккумулятором и (при насыщении) поставщиком в атмосферу, к этому времени уже
очищенную от воды, углекислоты, сероводорода, и других газов в результате прошедших ливней».
Другая теория утверждает, что кислород образовался при фотосинтезе в результате жизнедеятельности
примитивных клеточных организмов, когда растительные организмы расселились по всей Земле, количество
кислорода в атмосфере стало быстро увеличиваться. Однако, многие учёные склонны рассматривать обе версии
без взаимного исключения.
СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
Словами «воздух» и «атмосфера» обычно называют газовую оболочку, окружающую Землю. Общая
масса воздуха составляет 5,13*10
15
т. Земная атмосфера подразделяется на слои в соответствии С их
температурой.
Самый ближний к поверхности Земли слой называется тропосферой. Высота ее меняется в зависимости от
местонахождения на Земле: над экватором она составляет 16-18 км, а над полюсами - 8-10 км. В слое
тропосферы в основном и происходят все те явления, которые называют «погодой». Именно в этой части
атмосферы образуются все осадки в виде дождей, формируются облака почти всех видов и возникает
подавляющее число разновидностей гроз и штормов. По мере увеличения высоты темпepaтypa в тропосфере
понижается. Выше тропосферы располагается стратосфера. В стратосфере температура сначала сохраняется
постоянной, но с определенного уровня начинает повышaтьcя с высотой. В стратосфере сконцентрирована
осн6вная часть атмосферного озона, который и вызывает повышение температуры, так как поглощает
ультрафиолетовые лучи Солнца. В наиболее высоких концентрациях озон находится на высоте 25-30 км. На
высоте более 50 км от поверхности Земли начинается мезосфера - зона, где температура опять понижается. На
высоте более 80 км расположена термосфера, не имеющая определен - ной верхней границы. В этой зоне
температура с. высотой вновь возрастает. На высоте выше 400 км находится экзосфера.
По мере удаления от поверхности Земли воздух становится все разреженнее, атмосферное давление
снижается, 90% массы атмосферы сосредоточено в пределах 16 км над земной поверхнocтью. Затруднение
дыхания высоко в горах связано с уменьшением содержания кислорода во вдыхаемом воздухе. В тропосфере
существуют различные формы жизни. Нижнюю часть тропосферы относят к биосфере. В контакте с
тропосферой ведут свою жизнь обитатели суши.
.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ АТМОСФЕРЫ
Воздух в основном состоит из азота N2 (78,08 об.%), кислорода 02 (20,95 об.%), значительно меньшего
количества инертного газа аргона Ar (0,93 об.%) и еще меньшего - углекислого газа СО2 (0,03 об.%). Помимо
этих постоянных компонентов воздуха, важным компонентом является также
водяной пар, содержание
которого меняется от 0 об. % в сухом воздухе до 4 об.% во влажном воздухе. Основная масса водяных паров
содержится в нижних слоях (до 6 км) атмосферы, в стратосфере они практически отсyтствуют.
Состав воздуха приведен в таблице 1.
Таблица 1.
Состав воздуха
Газ
Общая масса
Концентрация
9
в атмосфере, 10 т
Азот
78,08406.%
3 900 000
Кислород
20,94806.%
1 200 000
0,934 %
67 000
0,03206.%
2600
Не учитывается
14 000
Аргон
Оксид углерода(IV)
Водяной пар
Неон
18,18 млн.
-l
65
Криптон
1,14 млн.
-l
17
Метан
2,00 млн.
-l
4
Гелий
5,24 млн.
-l
4
Озон летом
< 0,07 млн.
-l
Озон зимой
< 0,02 млн.
-l
Ксенон
0,087 млн.
-l
2
Оксид азота(I)
0,50 млн.
-l
2
Оксиду углерода(II)
0,5млн.
Аммиак
Следы
Оксид азота(IV)
0,6
-l
Следы
Оксид серы(IV)
< 1млн.
0,2
0,02
< 0,02 млн.
Оксид азота(П)
Сероводород
3
Следы
Водород
\
-l
0,013
0,005
-l
Следы
0,002
0,001
-
Все остальные имеющиеся в атмосфере газы содержатся лишь в следовых количествах, составляющие в
сумме 0,02 об.%. Количество инертных газов (неона, гелия, криптона, ксенона) в воздухе колеблется от
тысячных до миллионных долей процента.
В атмосферном воздухе содержится также незначительное количество водорода.
Примесями атмосферного воздуха природного происхождения, образующимися в результате химических и
биологических
процессов, являются такие газообразные вещества, как аммиак, оксиды азота, метан,
сероводород и др. Гниение органических веществ способствует поступлению в воздух сероводорода, аммиaкa.
В результате брожения углеродистых веществ выделяется метан. Оксиды азота в небольших количествах
образуются во время грозы при взаимодействии азота с кислородом.
Атмосферный воздух служит источником для получения такиx промышленных газов, как аргон, диоксид
углерода, азот и
кислород. Гелий и водород в настоящее время получают из природного газа, жидких
углеводородов и угля, т. е. ресурсов, которым угрожает возможное истощение. Потребность в резервах
кислорода в атмосфере намного больше из-за естественных и искусственных процессов сгорания.
Время жизни следовых газов в атмосфере колеблется от нескольких суток до 100 лет. Так, в ряду Оз, СО,
СН4, Н2, NО время
жизни возрастает.
Пылевые частицы от промышленных и природных источников также являются весьма существенным
компонентом воздуха, хотя обычно они присутствуют в незначительном количестве. В воздухе содержатся
также микроорганизмы (бактерии, вирусы, плесневые грибки и др.). Патогенные микроорганизмы среди них
встречаются редко и в ничтожных количествах, однако в воздухе закрытых помещений могут обнаруживаться
возбудители инфекций.
Доминирующие газы. Рассмотрим свойства газов, доминирующих в составе земной атмосферы.
Кислород. Кислород является одним из основных газов атмосферы (почти 21%), наиболее важен для
жизни на планете. Атмосфера содержит порядка 1015 тонн свободного кислорода, тогда как в земной коре его
наверняка больше 1019 тонн. Самый распространенный элемент на Земле (рис. 2).
кислород
51%
49%
другие
1
2
Рис. 2 Соотношение кислорода и других химических элементов на Земле (Богатов, 1985).
Именно благодаря нему возможно дыхание живых организмов. Кислород химически активен, легко вступает в
реакции со многими химическими элементами и соединениями. Известны три изотопа кислорода – 16O, 17O, 18O.
В обычных условиях их содержание в атмосфере составляет соответственно (%) 99,74, 0,04 и 0,20. Сильнейшим
окислителем является озон (О3). Он составляет в атмосфере незначительную примесь. На высоте примерно 22 –
25 км озон достигает максимальной концентрации – озоновый экран, который поглощает ультрафиолетовое
излучение Солнца (270-290 нм), губительное для всего живого.
Азот. Азот – одна из основных компонент органической материи, и ввиду того, что он химически
гораздо менее активен, чем кислород, необходимы особые условия для образования соединений азота и для
усвоения его живыми организмами. Эти условия еще пока недостаточно изучены. Азот – самый
распространенный газ в атмосфере, около 78%. Азот атмосферы играет огромную роль в геохимических
процессах, активно участвуя в дифференциации минерального вещества, с одной стороны, в синтезе
органических веществ – с другой. Последнее обеспечивается биохимическими реакциями. Известно, что азот
участвует в фотосинтезе, синтезе белков и нуклеиновых кислот. Следовательно, без азота жизнь в том виде, в
котором мы её знаем, невозможна.
Углекислый газ. Этот газ необходим растениям, так как используется ими для дыхания. Содержание CO2 в
атмосфере так же влияет на тепловой баланс Земли. Деятельность человека (сжигание угля и нефти) ведет к
повышению его концентрации.
Водяной пар. Водяной пар играет главную роль в образовании парникового эффекта. Водяной пар
пропускает коротковолновую солнечную радиацию, и поглощает длинноволновое излучение Земли. С ним
связано образование облачных систем.
Тенденции изменения.
Нет единого мнения о природе и характере изменений в составе атмосферы за последние 1000
миллионов лет. Геологические процессы (вулканическая активность, образование известняков и угля) должны
были оказать определенное влияние на состав атмосферы. И есть основания предполагать, что в течение
последних 300 миллионов лет количество кислорода и углекислого газа, поскольку эти газы связанны с
вышеупомянутыми процессами, колебалось значительно относительно теперешнего уровня.
0,034
0,033
0,033
%
0,032
0,031
Ряд1
0,03
0,029
0,029
0,028
0,027
1
2
19 - 20 вв.
Рис. 3 «График увеличения содержания CO2 в атмосфере в период с 19-20 вв. (Неклюкова 1976).
Такое изменение содержания CO2, конечно, вызвано деятельностью человека – сжигание угля (рис. 3).
Начиная с 1900 года, количество сжигаемого топлива удваивается каждые 10 лет. Так как уголь состоит на 90%
из углерода, при горении соединяющегося с кислородом, то в атмосфере увеличивается количество углекислого
газа.
Содержание парниковых газов в атмосфере напрямую зависит от периодов потепления на нашей планете
(рис. 4). Была установлена корреляция между периодами потепления и содержанием в атмосфере углекислого
газа и метана. 18 тысяч лет назад, в эпоху максимального обледенения, когда ледовый панцирь покрывал всю
северную половину Европы и Северной Америки, содержание парниковых газов было меньше(5).
За последние 850 лет на Земле произошло пять ледниковых периодов, когда температуры на Земле
опускались на 3C ниже нынешних.
В основном, более или менее сильные изменения газового состава атмосферы происходило в последние
два века, ведь именно в этот период человечество осуществило существенные шаги в своём техническом
развитии. Особенно сильно сказался на атмосфере приход НТР (Научно Техническая Революция).
«Деятельность человека начала воздействовать на атмосферу в начале XIX в. вследствие развития тяжелой
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Рис. 4 Колебание температуры на Земле за последние 850.000 лет
(Мирская, 1997).
промышленности. Дым тысяч заводских труб, сажа миллионов угольных каминов в городских домах
затянули небо смогом. Проблема смога существует во многих странах и сейчас».
рис. 5 Концентрация атмосферного CO2 (Костицын, 1984).
Контрольные вопросы к теме 1.
1) На какие слои делится атмосфера Земли ?;
2) Назовите основные постоянные компоненты воздуха и их концентрацию в атмосфере;
3) Охарактеризуйте следовые газы в атмосфере и их происхождение;
4) Назовите природные источники пыли в воздухе.
5) Охарактеризуйте значение атмосферы
6) Подготовьте сообщение на тему «Проблема происхождения жизни на Земле глазами химика»
7) Во сколько раз количество молекул кислорода в кубическом сантиметре воздуха на высоте вершины
Эльбрус (5621 м над уровнем моря) меньше, чем среднее значение у поверхности Земли (на уровне
моря) при нормальном атмосферном давлении?
Занятие 2. Источники загрязнения атмосферы. Основные загрязнители воздуха и их поведение в атмосфере.
Цель: сформировать представления учащихся об основных источниках загрязнения атмосферы и поведении
этих загрязнителей в атмосферном воздухе.
Оборудование: компьютерная презентация по основным загрязнителям и их поведении в атмосферном
воздухе.
Лекция
Вещества, загрязняющие атмосферу, причиняли значительный вред окружающей среде в течении многих
десятилетий. По-видимому, с их вредным воздействием придётся считаться и в будущем. Дальнейший рост
населения и промышленного производства неизбежно приводит к увеличению опасности загрязнения.
Основными загрязняющими веществами, содержание которых в атмосфере регламентируется стандартами,
являются: аэрозоли, диоксид серы (SO2 ), оксиды азота (NO и NO2 ), оксиды углерода (CO и CO2 ) а также
различные углеводороды и их производные.
Существуют 3 основных источника образования газообразных загрязнений атмосферы:
1. сжигание горючих материалов
В результате сжигания топлива образуется 78% диоксида серы от общего его количества. Углеводороды,
опасность появления которых связана с тем, что они являются промежуточными продуктами в процессе
образования озона, поступают в атмосферу при сжигании топлива и при переработке нефтепродуктов, кроме
того, многие углеводороды выделяются в процессе роста и размножения растений. По оценкам учёных из
природных источников во всём мире ежегодно выделяется 117 млн. т. углеводородов, а из антропогенных
источников 100 млн. т. Однако углеводороды, присутствующие в атмосфере городов, в основном представляют
собой продукты сгорания.
2. промышленные и производственные процессы
Значительные количества оксидов серы выбрасываются в атмосферу при производстве меди, свинца и цинка из
сульфидных руд, а также в процессе очистки нефтепродуктов. Большая часть выбросов SO2 связана со
сжиганием топлива в топках для получения необходимого для процесса тепла. Образующиеся газы, содержащие
SO2 , обычно используются для производства серной кислоты.
Оксиды серы также возникают в процессе производства бумаги и целлюлозной массы в результате сжигания
серосодержащих материалов.
Загрязнение атмосферы углеводородами происходит от химических предприятий, нефтеперерабатывающих и
металлургических заводов. Углеводороды, выделяются в процессе производства пластмасс, красителей,
пищевых добавок, парфюмерных продуктов, смол, пластификаторов, пигментов, пестицидов, а также при
переработке каучуков и нефтехимических продуктов.
Среди химических соединений, выбрасываемых в атмосферу, содержится достаточно большое число ядовитых
веществ. В настоящее время к опасным загрязняющим веществам относятся пары ртути, винилхлорид и бензол,
содержание которых в атмосфере подлежит специальному контролю.
Большое количество ископаемого топлива ежегодно сжигается в топках котельных для получения тепла.
Котельные самые крупные потребители самого
“грязного” топлива- угля и мазута. Поэтому энергетика по
совокупности количества и качества сжигаемого топлива является единственным источником выбросов
диоксида серы, а также главным источником дисперсных загрязнителей и оксида азота.
Газообразные загрязнители возникают в процессе горения, а дисперсные - механическая пыль, может
выдуваться при разгрузке и транспортировке угля по конвейеру, а также при удалении и складировании
топочной золы. Пыление угля происходит в результате ветровой эрозии. Использование природного угля в
качестве топлива является более эффективным. Хотя природный газ рассматривается как относительно чистое
топливо, при его сгорании также образуются загрязняющие вещества: оксиды азота, оксиды углерода,
углеводороды, дым.
Ещё одним немаловажным источником загрязнения атмосферы является сжигание твёрдых городских
отходов. Во всех цивилизованных мирах для этих целей существуют мусоросжигательные печи, от конструкции
которых зависят составы выбросов.
Дымовые выбросы состоят из относительно безвредных газообразных продуктов сгорания: диоксида углерода,
воды, инертного азота. Но их избыток может привести к образованию шлейфа тумана. Для улавливания
дымовых выбросов используют различные фильтры и улавливатели.
Загрязнение окружающей среды выбросами двигателей внутреннего сгорания привлекают всё более
пристальное внимание в последние годы из-за возросшей угрозы здоровью человека.
Сравнительная характеристика основных выбросов (млн. т.) по всему миру различных транспортных средств,
как источников загрязнения, приведена в табл.1
Транспортное
Аэрозол
средство
и
Оксиды серы
Оксиды азота
Углеводороды
Оксиды
углерода
Автотранспорт
1,1
0,4
6,6
6,4
61,9
Самолёты
0,1
0,0
0,1
0,2
1,0
Железнодорожны
0,1
0,1
0,7
0,2
0,3
0,6
0,3
0,2
0,5
1,5
й транспорт
Морской
транспорт
Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере ведёт к повышению температуры Земли. При
увеличении содержания CO2 можно ожидать повышения средней температуры Земли, хотя зависимость между
этими параметрами довольно сложная . Было проведено множество модельных исследований по этой проблеме.
Судя по их результатам, примерное удвоение содержания CO2 произойдет около 2040 года, в результате чего
средняя температура планеты возрастёт на 2 или 3 0С. В полярных районах повышение температуры может
превысить данное значение в несколько раз. Считается вероятным, что около 2000г. содержание CO2 будет
составлять ~400млн., что вызовет повышение температуры на 10С, причём также с более значительным
повышением в полярных областях.
Проблема влияния антропогенной деятельности на изменение температуры всё ещё в стадии обсуждения.
Конечно, нельзя сводить это воздействие просто к “Подъёму температуры на термостате”, поскольку глобальное
распределение температуры связано с перемещением атмосферных масс, например со штормами в зимнее
время.
Содержание водяного пара также может измениться при изменении температуры. Таким образом, конечным
результатом изменения концентрации CO2 в атмосфере могут стать сложные климатические процессы,
связанные с изменением, как температуры, так и процессов образования осадков.
Ежегодно под пастбища вырубаются тропические леса на территории, равной площади Исландии, - в основном
в бассейне реки Амазонки (Бразилия). Это может привести к сокращению количества осадков, т.к. количество
влаги, испаряемой деревьями, сокращается. Вырубка лесов способствует и усилению парникового эффекта, ведь
растения поглощают углекислый газ.
3. Природные
И природа вносит свою лепту в историю атмосферы Земли, в основном, запыляя её. Огромные массы пыли
поднимают в воздух ветры пустынь. Она заносится на большую высоту и может разнестись очень далеко.
Возьмем ту же Сахару. Мельчайшие частицы каменистых пород, поднятые здесь в воздух, закрывают горизонт,
сквозь пыльное покрывало тускло светит Солнце. Но опасны не только ветры.
В августе 1883 года на одном из островов Индонезии разразилась катастрофа – взорвался вулкан Кракатау. При
этом около семи кубических километров вулканической пыли было выброшено в атмосферу. Ветры разнесли
эту пыль на высоту 70-80 км. Лишь спустя годы эта пыль осела.
Так же причиной появления огромного количества пыли в атмосфере являются падающие на Землю метеориты.
При попадании на земную поверхность, они поднимают в воздух огромные массы пыли.
Так же в атмосфере периодически то появляются, то исчезают озоновые дыры – дыры в озоновом экране.
Многие ученые считают это явление естественным процессом развития географической оболочки Земли.
Аэрозольное загрязнение
Многие вещества в виде сплошных тел абсолютно безвредны, но становятся очень опасными, если их
перевести в аэрозольное состояние (аэрозоли-это дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой).
Вероятно, впервые люди испытали вред от загрязнения воздуха, когда разводили костры в плохо
вентилируемых пещерах. Еще в 1273 г. король Англии Эдуард I запретил сжигание угля с целью уменьшения
загрязнения атмосферы. Как видим, проблема загрязнения воздуха не является новой.
Аэрозоли, образующиеся в промышленных центрах, могут включать одновременно и жидкие, и твердые
фазы. Так, в топочном дыме, кроме золы, унесенной с колосников, содержатся капельки серной кислоты,
образовавшейся при окислении выбрасываемого сернистого ангидрида. Такие аэрозоли невозможно отнести к
какому-нибудь типу существующих, классификаций, и для них предложено специальное название «cмог».
(Химизм образования смога и его виды описаны в следующем разделе). Смог обладает сильно раздражающим
действием, поражая зрение, дыхательные пути, вызывая расстройство здоровья, иногда с летальным исходом.
Смог вызывает массовый падеж скота; нарушает процессы вегетации; окисляет резину, разрушая ее; разъедает
мрамор статуй и храмов; уменьшает количество солнечной радиации в городах на 30-40%; почти полностью
препятствует проникновению ультрафиолетового излучения, которое способствует обезвреживанию некоторых
полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), содержащихся в продуктах неполного сгорания
(доменные и коксовальные печи, выхлопные газы автомобилей).
Здоровье человека, продолжительность жизни напрямую зависят от содержания в воздухе канцерогенных
веществ, которые могут поступать от самых различных источников. Одним из таких источников является курение. Табак - растение, в наибольшей мере аккумулирующее соли кадмия из почвы (до 2 мг/кг). Это во много
раз превышает предельно допустимое содержание кадмия в основных продуктах питания. Химический символ
кадмия Cd курильщики могут считать аббревиатурой английских слов Саnсег disease - раковое заболевание. Рак
легких - наиболее вероятный результат длительного воздействия аэрозоля оксида кадмия, поступающего в
альвеолы с табачным дымом. Кадмий поражает сердечную, мышечную, нервную системы, а также органы
дыхания, приводит к тяжелому костному заболеванию «итай-итай,) ( хрупкость и ломкость костей). В табачном
дыме содержатся такие канцерогенные вещества, как ароматические амины, нитрозосоединения, различные
металлы (мышьяк, медь и пр.), провоцирующие опасные заболевания органов пищеварения, мочевого пузыря,
почек. Не меньшей опасности подвергаются люди, вынужденные дышать прокуренным воздухом.
В результате сжигания жидкого топлива в воздух планеты ежегодно попадает по разным оценкам 180-260 тыс. т
свинцовых частиц, что почти 11 100 раз превышает поступление свинца при вулканических извержениях (2-3
тыс. т в год). При вдыхании городского воздуха крупные аэрозоли (более 1 мкм) задерживаются в носоглотке и
верхних дыхательных путях, а те, что менее 1 мкм (их до 80% в антропогенных выбросах) проникают в легкие,
а затем в капилляры и, соединяясь с эритроцитами, влияют организм. Это приводит к таким опасным
заболеваниям, как мигрень и др. Токсичные вещества нарушают рост растений, снижают урожайность, ведут к
потерям в животноводстве, постепенной гибели деревьев, растительности, а, следовательно, к ухудшению
жизни людей. Эти вещества обладают свойством накапливаться с течением времени в отдельных звеньях
трофической цепи с увеличением концентрации в последующем звене.
Пыль во вдыхаемом воздухе вызывает тяжелое заболевание легких: силикоз (кварцевая пыль), антракоз
(угольная), асбестоз (асбестовая). Не менее опасна пыль бериллия, хрома. Взвеси пыли многих промышленных
производств (например, лесопильной, мукомольной, сахарной) при большой концентрации обладают
взрывоопасностью.
Бактериальные аэрозольные частицы, образующиеся при кашле, чихании, разговоре больных, могут служить
источником инфекционных болезней, в том числе гриппа. Пыльца растений вызывает аллергические заболевания.
Всем известен пачкающий эффект сажи. В массе сажевые частицы маслянистые и липкие из-за присутствия
органических веществ, что обеспечивает прочную связь с поверхностями, затрудняя их очистку. Накопившийся
на листьях слой сажи препятствует фотосинтезу.
Частички морской соли вызывают коррозию металлов, значительно снижают урожайность зерновых в
прибрежных районах.
Природные туманы препятствуют посадке самолетов, затрудняют речное и морское судоходство. Пыльные бури
- настоя шее бедствие в жарких странах.
Много вреда аэрозольные частицы могут причинить технике, нарушить ход тончайших технологических
процессов, особенно в таких областях, как биотехнология и микроэлектроника.
Огромную опасность представляют радиоактивные аэрозоли, образующиеся при атомных взрывах, авариях на
атомных электростанциях, добыче и переработке расщепляющихся материалов.
Химические воздействия загрязнителей в тропосфере и стратосфере
1. Диоксид серы в атмосфере
Присутствие диоксида серы (оксид серы (IV)) в атмосфере оказывает влияние не только на распределение
энергии в атмосфере, но и оказывает прямое токсическое действие на живые организмы. Реакционная
способность диоксида очень высокая. Поступление диоксида серы в атмосферу может быть связано как с
природными источникам (вулканы, лесные пожары, морская пена и микробиологические превращения
серосодержащих соединений), так и с антропогенными выбросами. Выделяющийся диоксид серы может
связываться известью, в результате чего в воздухе поддерживается его постоянная концентрация.
Диоксид серы антропогенного происхождения образуется при сгорании угля и нефти, в металлургических
производствах, при переработке содержащих серу руд, при различных химических технологических процессах.
Большая часть антропогенных выбросов диоксида серы связана с энергетикой и промышленностью (до 87%).
Считают, что в настоящее время общее количество антропогенных выбросов диоксида серы превышает
природное поступление в 20-30 раз.
Время пребывания диоксида серы в атмосфере в среднем исчисляется двумя неделями. За это время газ не
может распространиться в глобальном масштабе. Поэтому соседние регионы могут иметь существенные
различия в концентрации SO2
в атмосфере. Таким образом, проблема диоксида сера - это проблема
промышленных стран и их ближайших соседей.
Для уменьшения концентрации SO2
в атмосфере промышленных районов была предпринята попытка
строительства высоких труб для смешения диоксида серы с возможно большими объемами воздуха. В
непосредственной близости от источников этот метод себя оправдал, однако не удалось добиться такого
разбавления, чтобы уменьшенная концентрация физиологически не представляла опасности. Легко
растворимый в воде, образующий кислоту газ может разноситься мощными потоками воздуха на сотни
километров (до 1500 км). При этом в облаках идет реакция образования кислот и возможно выпадение
кислотных дождей. В Средней и Северной Европе, а также Северной Америке кислотные дожди стали важной
международной проблемой и даже поводом для конфликтов.
Многие станы Европы как бы «экспортируют» и «импортируют» серу и могут быть поделены на страны с
положительным и отрицательным балансом. Так, например, Норвегия, Швеция, Финляндия, Австрия и
Швейцария больше получают серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы. Дания,
Нидерланды, Бельгия, Великобритания, ФРГ и Франция больше направляют выбросов диоксида серы к соседям,
чем получают от них.
Во время переноса диоксид серы и другие кислотные выбросы лишь в очень малой степени теряют свою
активность. Нейтрализация происходит только в том случае, если в воздухе, одновременно с серой находится
пыль, содержащая гидроокислы щелочных и щелочноземельных элементов. Атмосфера очищается главным
образом при вымывании кислых газов водой или снегом, а также при их сухом осаждении, т.е. в виде самого
газа или адсорбированного на мельчайших частицах пыли. Кроме того, сера растворяется в мельчайших
капельках тумана, которые после осаждения также относят к сухой части загрязнений. В Европе к этой части
относят 2/3 всех осадков серы. Остальная часть вымывается из атмосферы вместе с дождями и снегом.
Сухая часть загрязнений обычно выпадает либо в непосредственной близости от источника выброса, либо на
незначительном удалении от него.
Влажную («мокрую») часть выбросов часто называют кислотными дождями. Этот термин следует применять с
известной осторожностью: он относится только к дождям неприродного происхождения и отвечает
определенным критериям (кислотный дождь имеет рН менее 5,6 и содержит повышенное количество сульфитов,
сульфатов, нитритов, нитратов хлоридов и фторидов, или, по крайней мере, один из этих компонентов).
В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений, важнейшие из которых - окисление и
образование кислоты.
Окисление может происходить разными путями и в силу разных причин.
Для тропосферы бесспорно установлено образование сульфатов в результате реакции диоксида серы с
радикалом ОН. При этом радикалы ОН образуются по цепным реакциям, сопровождающим фотолиз озона.
Содержание озона в тропосфере составляет 10-100 млрд-1. Под действием света озон претерпевает превращения,
образуя либо атомарный кислород в основном состоянии О (3Р), либо так называемый возбужденный кислород
О (3D):
О3
 310YV

 О2+О(3Р)
 310yv
О3 
 О2+О(1D)
Возбужденный кислород с атмосферными парами может образовывать радикалы ОН:
О(1D) + Н2О  ОН +ОН
Высокореакционные радикалы ОН дают с диоксидом серы серную киcлоту:
SO2 + 2OH  H2SO4
Было установлено также, что SO2 несколько промежуточных стадий может превратиться в серную кислоту с
помощью ионов металлов, которые присутствуют в воздухе и в облаках. Но механизм этой цепи превращений
не установлен до конца.
Атмосферное превращение SO2 в ион SO42- происходит при выбросах в условиях влажных атлантических
ветров, особенно в зимний отопительный сезон. Эти процессы получили особенное развитие в конце 19 и в
первой половине 20 веков в Лондоне ( в 1952 году смог унес жизни 4000 человек). В период густых туманов при
значительном антропогенном поступлении двуокиси серы происходило образование аэрозоля серной кислоты,
названного «смогом» (от англ.smoke -дым ) и fog ( туман). В смоге помимо диоксида серы присутствуют и
другие компоненты, образующиеся при сгорании топлива в печах и содержащиеся в газах отопительных
устройств, в выхлопных газах автомобилей (СО, NОx и углеводороды).
Воздействие сернистого газа на живые организмы.
У людей SO2 серы раздражает слизистую оболочку, вызывая сильный кашель. У взрослых здоровых людей эти
симптомы появляются только при концентрациях, соответствующих 13 мг/м3 . При кратковременном
воздействии можно выдержать и десятикратную концентрацию. Для больных (особенно астмой) немедленное
медицинское вмешательство требуется уже при концентрациях 1,3 мг/м3 . Считают, что физиологическое
действие двуокиси серы в первую очередь связано с образованием H2SO3 на влажной слизистой бронхов. В
наиболее тяжелых случаях может возникнуть отек легких. При длительном воздействии двуокиси серы
пропадает чувствительность к запахам и вкусам. В организме H 2SO3 окисляется до H2SO4 и выводится почками.
Особая трудность при выделении вреда, нанесенного организму действием двуокиси серы, заключается в том,
что оно часто проявляется совместно с действием других факторов, опасных для здоровья. Неоднократно
наблюдалось, что при повышенной концентрации пыли токсичное действие двуокиси проявляется значительно
сильнее, чем в воздухе, свободном от пыли. Синергизм совместного действия пыли и диоксида серы
объясняется адсорбцией молекул SО2 на мельчайших частицах пыли, которые могут проникать в
чувствительные альвеолы легких, не подвергаясь нейтрализации на слизистой оболочке бронхов.
Диоксид серы часто действует совместно с NOx. Эта комбинация может значительно увеличить число
заболеваний дыхательных путей. В связи с этим следует упомянуть, что распространенность псевдокрупа воспаления гортани - в наше время связано с загрязнением окружающей среды.
Кислотные выбросы воздействуют не только на людей, но и на животных, однако систематические наблюдения
в этих случаях отсутствуют. Действие на растения изучены лучше. Установлено, что диоксид серы действует
либо непосредственно, на листья растений, либо косвенно, в виде кислотных осадков и через почву. В случаях
достаточной амортизирующей способности почвы преобладает первый эффект. При поступлении диоксида серы
на листовые пластинки в клетках за счет воды цитоплазмы образуется сернистая кислота. Наблюдения показали,
что растения значительно чувствительнее реагируют на SO3 2-, чем на SO4 2-. При 8-часовой обработке газом SO2
был отмечен особенно заметный ущерб при концентрации около 0,05мг/м3 . Устойчивые виды растений
повреждались только при концентрации 2 мг/м3.
При действии сульфит-ионов на клетки в первую очередь повреждаются биомембраны. При реакции с HSO3происходит разрушение жирных кислот клеточных фосфолипидов мембран и после целой цепочки реакций
происходит выделение этана или альдегидов или поражении мембран хлоропластов, в результате чего
происходит обесцвечивание хлорофилла. Другой путь обесцвечивания хлорофилла состоит в том, что при
подкислении цитоплазмы из порфиринового кольца хлорофилла вымывается Mg2+. Под воздействием SO2
листья желтеют, причем пожелтение происходит особым образом - в областях между прожилками листа. Наряду
с разрушением мембран и обесцвечиванием красящих веществ листьев ион HSO3- нарушает деятельность ряда
ферментов, понижая их активность. При наличии сильных повреждений разрушение жирных кислот приводит к
нарушению переноса вещества между мембранами, в результате чего проявляются некрозы листьев, т.е.
отмирают целые участки листа. Возможно, что действие SO2 наряду с повреждением мембран, является
причиной уменьшения морозостойкости почек деревьев.
Токсическое воздействие SO2 сильнее проявляется в темноте, чем на свету. Это связано с тем, что на свету
HSO3- в хлоропластах восстанавливается в органически связанные группы SH-, которые являются
строительными компонентами таких аминокислот, как цистеин и метионин. В результате SO2, концентрация
которого сначала была близка к токсической, оказывается в какой-то степени даже полезным для организма.
2. Оксиды азота
Содержанию соединений азота в атмосфере уделялось недостаточное внимание. Только в последние годы была
установлена их роль в гибели лесов. За пятьдесят лет содержание оксидов азота в атмосфере неуклонно
возрастало. Оксиды азота в атмосфере имеют как природное, так и антропогенное происхождение.
Возникновение природных оксидов азота связано с электрическими разрядами, при которых образуется NО, а в
последствии NО2. В очень небольших количества NО2 может выделяться при микробиологической
денитрификации растительных остатков. N2О выделяют в незначительных количествах азотсодержащие
соединения почв.
Антропогенное поступление оксидов азота, главным образом NО, связано со сгоранием топлива при
температурах, больших 10000С. Источниками оксида азота являются некоторые отрасли химической
промышленности (процессы нитрования алканов, производство суперфосфата, очистка металлов азотной
кислотой, изготовление взрывчатых веществ). Но главным источником выбросов NО все же является
автотранспорт. Причем, тенденция более полного использования топлива приводит к увеличение выбросов NО,
так как повышение эффективности работы мотора связано с ростом температуры. Растет число выбросов и при
увеличении скорости движения транспорта, причем нелинейно: выбросы NО растут быстрее. Антропогенное
загрязнение оксидами азота принимает критический характер в густонаселенных городах, где их концентрация
достигает 800-1200 мг/м3.
Окисление первичного NO в NО2 происходит под воздействием радикалов пероксида. На начальных стадиях
процесса решающую роль играет СО:
СO + ОН  Н + СО2
Н+ О2 +М  НОО + М,
(1)
(2)
где М - частицы, участвующие в столкновениях, но не вступающие в реакции, например N2. Образующийся при
этом радикал пероксида водорода окисляет NО до NО2 .
НОО + NО  ОH + NО2
(3)
Ночью NО2 стабилен. Днем под влиянием солнечного света (область длин менее 0,430 мкм) NО2 фотолитически
расщепляется на NO и кислород в основном состоянии (3Р):
 430
NО2  NО + O (3Р)
(4)
Этот активный кислород при взаимодействии с молекулярным кислородом может давать тропосферный озон
(при этом требуются присутствие инертных частиц М )
О(3Р) + О2 + М  О3 + М
(5)
NО2 может участвовать и в ряде других реакций, например, в присутствии пыли, содержащей щелочные и
щелочноземельные металлы, идет образование солей, при этом образуются менее токсичные продукты:
2NО2 + Nа2СО3 + Н2О  NаNO2 + NаNO3 + Н2СO3.
Как дальнейшее ослабление токсичности можно рассматривать образование азотной кислоты во влажном
воздухе, так как при этом ослабляется окислительная активность NО2, хотя азотная кислота и остается в клетках
организма. Образующаяся одновременно азотистая кислота при больших концентрациях оказывает мутагенное
действие.
В небольших количества NО2 может реагировать с радикалами ОН, возникающими при фотолизе воды
ультрафиолетовым светом с образованием азотной кислоты:
NО2 + ОН  НNO3.
Поскольку все продукты приведенных выше реакций хорошо растворимы в воде, они легко вымываются
дождевой водой из атмосферы, создавая кислотные осадки.
Фотохимическое образование смога с окислительными свойствами.
В слоях воздуха, близких к поверхности земли, озон вновь быстро реагирует с NО, образуя исходные продукты
(4,5). В выхлопных газах автомобильных двигателей при одновременном присутствии алканов и алкенов
образуются органические радикалы, например:
R -Н + О R + ОН* или R - Н + ОН R + Н2О
В дальнейшем озон вступает в реакции с углеводородами. Органические радикалы образуют в присутствии М и
кислорода воздуха радикалы пероксидов:
R + О2 +М  RОО + М
которые в свою очередь окисляют NО в NО2:
RОО + NО  NО2 + RО
Далее происходят реакции полимеризации углеводородов, понижающих прозрачность атмосферы, но известны
они только ориентировочно.
Наряду с полимеризацией пероксирадикалы могут реагировать с NО2. Из образующихся при этом соединений
наиболее известен пероксиацетилнитрат (СН3СОО2NО2), называемый в экологической химии ПАН. Это
вещество активно вступает во взаимодействие с различными органическими соединениями, например с
ферментами, и поэтому оно очень токсично для живых организмов. Кроме ПАН, из пероксидных соединений
следует отметить различные альдегиды, которые вносят в смог свою долю токсичности. Из-за высокой
реакционной способности О3, ОН*, НОО* в смоге появляются множество различных соединений, не все из
которых известны.
Формирующийся таким образом смог (с присутствием оксида азота, озона, ПАН и других соединений
пероксидного характера) относится к лос-анжелесскому типу.
Скорость образования озона зависит от освещенности, и поэтому его концентрация изменяется в течение
суток. Уменьшение концентрации озона по ночам объясняется приостановлением его фотохимического синтеза,
одновременно его концентрация понижается из-за продолжающегося окисления NО в NО2. В горах это
изменение концентраций выражено менее отчетливо, так как поступивший в течение дня в атмосферу озон
ночью почти не расходуется на окисление NО (последний практически отсутствует в чистом горном воздухе).
Годовые изменения образования озона, вытекают из суточных изменений (как слагаемые суточных
изменений), дают максимум в периоды интенсивной солнечной активности. Абсолютное количество
фотохимически образованного озона зависит от интенсивности солнечного излучения и в районах с умеренным
климатом и характерной циклонической активности может в различные годы колебаться, несмотря на
сравнительно постоянную эмиссию.
Зависимость выхода О3 в реакциях его образования из NО и NO2 связана с суточными выбросами азота. С утра
концентрация NО растет в связи с ростом интенсивности движения транспорта. Концентрация образующегося
по уравнениям (1,2,3) NО2 достигает максимума со смещением во времени на несколько часов, а еще через
некоторое время устанавливается максимальное содержание О3. При удалении от источников выбросов NО, т.е.
от больших городов и промышленных центров, соотношение концентраций NО. NО2 и О3. изменяется.
По мере переноса выбросов от города (соотношение О3, NО2 и NO в городе - 50, 80, 50 мкг/м3) концентрация
NO резко падает вследствие образования NО2. Концентрация О3 так же очень сильно уменьшается вследствие
реакции с NО. Концентрация NО2 меняется менее резко, так как убыль NО2 связана главным образом с
естественными процессами. Над сельской местностью соответствующие концентрации составляют: О 3 - следы,
NО 2 - 10, NО - 2 мг/м3. На большом удалении от источников выбросов, в так называемых районах чистого
воздуха, все же можно отметить сравнительно высокие концентрации О3. Это связано с фотохимическими
превращениями NО2 в О3 на большой высоте, в то время как вблизи поверхности оставшийся О3 реагирует с
остатками NО. Этим можно объяснить часто кажущийся удивительным фактом обнаружение высоких
концентраций О3 в естественных условиях (областях чистого воздуха) до которых, однако могут доходить
городские выбросы. Например, установлено, что в Шварцвальде и на склонах северных Альп среднегодовая
концентрация озона составляет 80 мкг/м3, в то время как среднегодовое значение для центральной части
городов, источников выбросов - около 30 мкг/м3. Фотохимические превращения О3 большей частью происходят
при переносе загрязнителей за черту города. Только при максимуме выбросов и в отсутствие ветра или при
обратном его направлении в воздухе больших городов можно зарегистрировать концентрации 300 - 400 мкг/м3
О3. В этом случае в областях чистого воздуха предельные значения содержание О3 повышается до 180 мкг/м3.
Действие оксидов азота на организм человека.
Образующийся главным образом естественным путем N2О безвреден для человека, что позволяет использовать
его для наркоза. Его роль в загрязнении заключается в том, что N2O при химических изменениях в стратосфере
способствует разрушению озона. Роль монооксида и диоксида оценивают совместно, так как в атмосфере эти
газы встречаются только вместе. Поэтому говорят, как правило, только об активности оксидов азота, или
NOх, к тому же эти газы в дальнейшем приходят в равновесие с N2О3 и N2О4. Только вблизи от источников
выбросов можно установить высокую концентрацию NОx.
Монооксид азота не раздражает дыхательные пути, и поэтому человек может его не почувствовать. При
вдыхании NO образует с гемоглобином нестойкое нитрозосоединение, которое быстро переходит в
метгемоглобин, при этом Fе2+ переходит в Fе3+. Ион Fе3+ не может обратимо связывать О2 и выходит из процесса
переноса О2. Концентрация метгемоглобина в крови в 60-70% считается летальной. Но такое предельное
значение может быть создано только в закрытых помещениях, на открытом воздухе это невозможно.
По мере удаления от источника выбросов все большее количество монооксида переходит в диоксид азота,
желто-коричневый газ, сильно раздражающий слизистые оболочки. При контакте с влагой в организме
образуется азотистая и азотная кислота, которые разъедают стенки альвеол легких, подобно многим другим
кислотам. Но критических содержаний диоксида азота, приводящих к летальным исходам в открытом воздухе
не наблюдается. Для промышленных городов концентрация NО2 составляют 0,4-0,8 мг/м3 , при образовании
смога - 1 мг/м3. Максимально допустимая эмиссионная концентрация составляет 9 мг/м3.
Биохимическое воздействие на растения.
Оксиды азота могут действовать на растения тремя способами: с помощью кислотных осадков, прямым
контактом с растениями, косвенным путем фотохимического образования окислителей, таких как О3 и ПАН.
В форме кислотных осадков оксиды азота наносят ущерб растениям, увеличивая кислотность, как и в случае
действия SО2. Прямой контакт растений с NOх можно сразу определить по пожелтению или побурению листьев
и игл. Причиной такого изменения окраски является превращение хлорофиллов а и b в феофиты и разрушение
каротиноидов. Видимо, эти разрушения в результате окисления, как в случае с SО2 , вызываются
гидропероксидными производными жирных кислот или радикалами жирных кислот. Окисление жирных кислот,
происходящее одновременно с окислением хлорофилла, приводит, кроме того к разрушению мембран и некрозу
листьев.
Образующаяся в клетках азотистая кислота оказывает мутагенное действие.
Нарушения роста растений при воздействии NО2 наблюдаются при концентрациях 0,35 мг/м3. Растения более
устойчивы по сравнению с человеком к воздействию NО2 из-за особенностей усвоения NО2, который,
восстанавливаясь, входит в аминокислоты. При концентрации NOх в два раза ниже приведенной предельной
оксиды азота используются растениями в качестве удобрений. Эта способность к метаболизированию NOх не
присуща человеку.
Сравнивая границы токсичности оксидов азота с реальными концентрациями NOх в воздухе можно видеть, что
опасность повреждения растительности этими газами существует только в промышленных городах. Но в
присутствии SО2 нарушает нормальный ход детоксификации NO2 и усиливает разрушительное действие NО2 .
Сейчас повсеместно отмечают гибель деревьев в городах. Важными приметами гибели деревьев являются
усыхание и опадение листьев и игл, поредение кроны, торможение роста ствола в высоту (образование «аистова
гнезда» на вершине дерева) и утоньшение годовых колец. Существенный вклад в гибель лесов вносит
повышение кислотности почв, связанное с поступлением кислотных осадков. Подкисление почв приводит к
гибели азотфиксирующих бактерий и актиномицет, отравление организмов разрыхляющих почву (дождевых
червей), десорбцию питательных веществ, повреждение грибниц. Это приводит к нарушениям в поступлении
питательных веществ и снижению жизнеспособности растений. Отрицательное воздействие подкисления
усиливается тяжелыми металлами, поступающими из воздуха. В кислой среде они сохраняют подвижность и
усваиваются корнями растений.
3. Оксиды углерода
Оксид углерода(II) - СО. Этот газ, называемый также «монооксидом углерода» или «угарным газом»,
относится к основным загрязнителем воздуха. В незагрязненном воздухе содержание СО невелико и составляет
-1
всего 0,05-0,1 млн ,но по массе его больше, чем таких загрязнителей, как NO, NО2, SО2. Содержание СО в
8
атмосфере составляет 6*10 т.
Небольшие количества СО природного происхождения образуются в результате вулканической деятельности и
окисления метана в атмосфере. Последняя реакция имеет многостадийный характер и протекает с участием
тропосферного озона и радикaлo ОН. Упрощенно процесс образования СО из метана можно представить
уравнением:
2СН4 + 3О2 2СО + 4Н2О.
Антропогенными источниками монооксида углерода являютcя автотранспорт, промышленные печи и котельные
(из-за
неполного сгорания топлива). Среднее время пребывания СО в атмосфере составляет примерно 6
месяцев.
СО - бесцветный, не имеющий запаха газ, поэтому его трудно обнаружить органами чувств. Он вдыхается
вместе с воздухом или табачным дымом и, поступая в кровь, конкурирует с кислородом за молекулы
гемоглобина. Гемоглобин представляет собой железосодержащий белок, присутствующий в эритроцитах
крови и переносящий кислород из легких к клеткам тканей организмa, а углекисл;ый газ из клеток организма
обратно в легкие.
Эта нормальная картина переноса нарушается, когда во вдыхаемом воздухе присутствует СО. Молекулы оксида
углерода(П) присоединяются к гемоглобину в 210 раз легче, чем кислород. Чем больше оксида углерода (П)
содержится в воздухе, тем больше гемоглобина, прочно связанного с ним и по этой причине неспособного
переносить
кислород.
Гемоглобин,
соединившийся
с
СО,
называется
кар6оксигемогло6ином,
или
кар6онuлгемогло6ином: Hb +CO<=>НbСО,
тогда как гемоглобин, связанный с кислородом, называется оксигемогло6ином. Его образование можно
отобразить уравнением:
Нb+О2<=>HbO2
В присутствии СО происходит вытеснение кислорода из нестойкого комплекса оксигемоглобина и
образование карбоксигемоглобина:
HbO2 +СО<=>HbCO+O2
Одним из источников СО является сам человек, организм которого производит и выделяет во внешнюю среду
(с выдыхаемым воздухом) за сутки около 10 мл СО. Это так называемый эндогенный оксид углерода (II),
который образуется в процессах кроветворения.
В атмосфере с большим содержанием оксида углерода (II) возможно наступление смерти от удушья
(асфиксии). Ткани тела умирают от кислородного голодания. По этой причине СО при повышенных
концентрациях представляет смертельно опасный яд .
Отравление угарным газом может произойти не только в производственных условиях, но и в быту. В зданиях с
печным отоплением при недостатке кислорода воздуха происходит неполное сгорание топлива, и вместо С02
(углекислого газа) образуется угарный газ.
Таким образом, если преждевременно (до полного сгорания топлива) закрыть заслонку печи, то доступ
кислорода воздуха к месту горения углеродсодержащего топлива прекратится и начнутся реакции:
2С + О22СО;
С + СО22СO.
Большое количество угарного газа образуется при пожарах в закрытых помещениях.
Подвергает себя опасности и курильщик. Даже у слабого курильщика 3 % гемоглобина уже связано только изза курения. Это равноценно нахождению в течение 8-10 ч в помещении, где концентрация СО составляет 20 мг
з
\м . Такой уровень концентрации бывает на улицах больших городов. Содержание карбоксигемоглобина в
крови человека, выкуривающего пачку сигарет в день, составляет в среднем 4,7%. у среднего курильщика до 6%
гемоглобина его крови, теряет способность доставлять кислород к тканям. Это соответствует содержанию
3
оксида углерода (II) в воздухе 45мг/м . У страстных курильщиков содержание карбоксигемоглобина в крови
порой достигает 10-15 %. Дым от сигареты может содержать до 4% оксида углерода (II). .
Вдыхание воздуха с повышенным содержанием СО приводит к увеличению доли карбоксигемоглобина не
сразу, а постепенно в течение нескольких часов. При уменьшении содержания СО в воздухе кровь также
нормализуется: лишь через несколько часов.
Следует знать, что даже при вдыхании незагрязненного воздуха у некурящих людей в крови содержится 0,30,5% карбоксигемоглобина. Эта небольшая концентрация создается вследствие образования в организме
человека небольшого количества СО в процессе нормального метаболизма, а также вследствие наличия СО в
незначительном количестве даже в незагрязненном воздухе.
.
В России предельно допустимая концентрация СО в атмосферном воздухе населенных мест составляет:
3
3
максимальная разовая - 5 мг /м , среднесуточная - 3 мг /м . ПДК оксида углерода (II) для рабочих с 8-часовым
рабочим днем составляет 50 млн
-1
(0,05 г/кг).
У людей с повышенным содержанием НЬСО в крови наблюдаются следующие клинические симптомы. Вопервых, снижение способности к восприятию звуковых сигналов. Это наблюдается при содержании
карбоксигемоглобина -в крови в пределах 2,5-5% от общего гемоглобина. Во-вторых, отмечаются нарушения
процессов
мышления.
Ослабевает
способность
различать
увеличение
яркости
света,
когда
доля
карбоксигемоглобина не превышает даже 3%. На скоростных автострадах концентрация СО может подниматься
3
до 60 мг/м , что вызывает повышение доли карбоксигемоглобина почти до 8%. При этом серьезно нарушаются
навыки вождения автомобиля, ослабевают реакции на появление стоп-сигналов и на скорость идущего впереди
автомобиля, следствием чего могут быть аварии на дорогах. Высокие локальные концентрации СО, даже
кратковременные, причиной которых в больших городах является в основном автотранспорт, представляют
собой так называемые экологические ловушки.
Но оксид углерода (II) опасен также и тем, что участвует в образовании смога (дыма и тумана). Кроме того,
СО может образовывать с металлами высокотоксичные соединения - карбонилы. Например, пентакарбонил
железа Fe(CO)5 и тетракарбонил никеля Ni(CO)4 представляют собой летучие весьма ядовитые жидкости.
Ежегодно доля выбросов СО от антропогенных источников возрастает на 20-30%. Однако суммарная
концентрация его в атмосфере увеличивается медленно, так как в природе происходят процессы связывания СО
путем как окисления в СО2, так и диффузии в стратосферу с последующим превращением в СО2.
Накоплению СО в атмосфере препятствуют высшие растения, водоросли и особенно микроорганизмы почвы.
Высшие растения могут связывать СО с помощью аминокислоты серина, возможно также окисление СО в СО2.
Отсюда очевидна роль зеленых насаждений в очистке воздуха городов. В почве некоторые микроорганизмы
также либо частично переводят СО в органичecкиe соединения, либо окисляют его в СО2. Поэтому почва играет
особую роль в поглощении СО из атмосферы.
Таким образом, благодаря способности природы к самоочищeнию концентрация моноксида углерода
возрастает, но не столь значительно, и происходит обезвреживание Воздуха. Но эта способность природы
небезгранична.
Оксид углерода(IV) - СО2. В отличие от монооксида углерода
содержание СО2, называемого также
«диоксидом углерода» или «углекислым газом», в атмосферном воздухе значительно больше и составляет –2,6
*10
12
т. В природе СО2 находится в состоянии постоянного круговорота. В этом круговороте происходят
процессы противоположной направленности: с одной стороны, выделение СО2 в атмосферу, с другой фиксация его из атмосферы при фотосинтезе и др.
Увеличение количества сжигаемого природного топлива с развитием индустриализации многих стран,
особенно в течение последних 100-200 лет, привело к заметному повышению содержания СО2 в атмосфере.
Если в 1750 г. концентрация СО2 составляла 280 млн
-1
, то к настоящему времени она повысилась до 330-340
-1
млн и составляет 0,03 об.%. Общее промышленное выделение СО2 в атмосферу достигает 30 млрд. т/год.
Попавший в атмосферу СО2 находится в ней в среднем 2-4 года, и за это время он распространяется
повсеместно по всей земной поверхности.
Влияние СО2 проявляется прежде всего в его способности поглощать инфракрасные лучи, вызывать так
называемый парниковый эффект, т. е. потепление климата на Земле. Эти глобальные последствия увеличения
концентрации углекислого газа в атмосфере будут подробнее рассмотрены в разд. «Глобальные экологические
проблемы атмосферы», здесь же приводятся сведения о воздействии СО2 на человека и о роли углекислого газа
в жизни растений.
Кислород составляет 50-85% массы тканей растений и животных, является самым распространенным
элементом на Землe, играет роль окислителя. При участии кислорода совершается один из важнейших
процессов - дыхание, а далее он служит как источник энергии живых организмов, которая выделяется при
окислении углеводов, жиров и белков. В число продуктов окисления входит СО2. Таким образом, человек
потребляет кислород и выделяет углекислый газ. В спокойном состоянии через легкие человека за сутки
проходит 10-11 тыс. л воздуха, при физических нагрузках и повышении температуры воздуха потребность в
кислороде может возрасти в 3-5 раз.
Диоксид углерода постоянно образуется в тканях организма в процессе обмена веществ и играет важную роль
в регуляции дыхания и кровообращения. Например, окисление глюкозы сопровождается образованием
углекислого газа, воды и выделением большого количества теплоты:
C6H12O6 + 602 = 6СО2 + 6Н2О + 2800 кДж\моль.
Диоксид углерода является физиологическим возбудителем дыхательного центра. При концентрации СО2 0,5
06.% и выше отмечается увеличение легочной вентиляции, при более высоких концентрациях СО2 оказывает
наркотическое действие и вызывает асфиксию. Уменьшение концентрации СО2 в атмосферном воздухе
неопасно, так как необходимое парциальное давлениеСО2 в крови обеспечивается за счет жизнедеятельности
самого организма. В жилых помещениях содержание СО2 не должно nревышаmь 0,1%. Большие концентрации
СО2 (свыше 10%) вызывают сильный ацидоз - снижение рН крови (повышение ее кислотности), бурную
одышку и паралич дыхательного центра, т. е. оказывают токсическое действие на человека.
Как известно, при дыхании живых организмов СО2 выделяется, а при фотосинтезе растениями СО2
поглощается с образованиeм в них углеводов, в частности глюкозы (C6HI206) и выделением кислорода. .
Таким образом, зеленые растения очищают атмосферу от углекислого газа, который загрязняет воздух и
является основным продуктом сгорания углеродсодержащих веществ.
Контрольные вопросы к изучаемым темам:
1) Концентрация каких веществ в атмосфере может существенно изменяться в результате хозяйственной и
производственной деятельности человека?
2) Назовите основные источники загрязнения атмосферы
3) Какие газы поступают в атмосферу при сгорании топлива?. Напишите уравнения реакций.
4) Назовите основные загрязнители атмосферы, которые могут содержаться в отходящих газах цветной и
черной металлургии.
5) Назовите основные вещества, выбрасываемые в атмосферу нефтехимической промышленностью.
6) Приведите примеры запыленности воздуха в производстве цемента, кирпича, асбеста, извести, гипса.
7) Определите массу сернистого газа, если на ТЭС сожгли 1 млн. т угля, содержащего 2,5% серы.
8) В радиусе 5 км вокруг химического завода ощущается легкий запах сероводорода. Анализ проб воздуха,
отобранных с вертолета, показал, что газ распространен на высоте до 2 км. Концентрация сероводорода
в воздухе этой зоны составляет 1\20 ПДК, равной 0,01 мл\л. Сколько серной кислоты (по массе) можно
получить из сероводорода, если бы удалось его полностью уловить?
9) Какое количество свинца попадет в атмосферу с выхлопными газами автомобиля при сгорании 6 л
бензина, содержащего 0,6 г\л тетраэтилсвинца, считая, что 75% свинца выделяется в воздух с
выхлопными газами?
10) Содержание угарного газа СО в отработанных газах автомашины (режим холостого хода) не должно
превышать 1,5% по объему. Соответствует ли режим работы двигателя указанной норме, если при
пропускании 35 л выхлопных газов (содержащих по объему углекислого газа вдвое больше, чем СО)
через 15 мл (пл. 1,197 г\мл) 18%-ного раствора гидроксида натрия произошло полное насыщение
раствора?
11) Назовите природные и антропогенные источники сернистого газа, оксидов азота и оксидов углерода.
12) Дайте сравнительный анализ поступлений оксидов азота и сернистого газа от природных и
антропогенных источников.
13) Один из методов удаления сернистого газа из продуктов сгорания топлива основан на реакции
поглощения его негашеной известью. Запишите эту реакцию. Определите, сколько карбоната кальция
потребуется для улавливания сернистого газа, образующегося при сгорании 1 т нефти, если массовая
доля серы в ней составляет 1,7%? (Предположим, что эффективность этого способа удаления диоксида
серы составляет 22%)
14) Для удаления оксидов азота из дымовых газов пользуются процессами:
NO+CON2+…
NO+CH4CO2+…+…
NO+NH3H2O+…
Допишите уравнения реакций. Обсудите достоинства и недостатки этих процессов.
Занятие 5. Глобальные проблемы атмосферы.
Цель: Сформировать представление об основных экологических проблемах атмосферы и путях их решения.
Оборудование: компьютерная презентация, посвященная проблемам атмосферного воздуха;
образцы воды, полученной из талого снега, атмосферных осадков; универсальный индикатор, калькуляторы.
Лекция
ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ АТМОСФЕРЫ
Проблемный вопрос: Какие на Ваш взгляд проблемы, связанные с загрязнением атмосферы являются
самыми значимыми для всего человечества ?
Увеличение концентрации некоторых веществ в атмосфере Земли сопряжено с далеко идущими
последствиями. Возможно возникновение экологических проблем мирового значения. К таким глобальным
экологическим проблемам относятся парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные осадки.
Парниковый эффект (глобальное потепление)
История глобального потепления.
Гипотеза о возможном изменении климата при увеличении концентрации углекислого газа возникла давно на рубеже XIX - ХХ вв. Уже около 100 лет ведутся регулярные наблюдения за климатом на Земле. Шведский
физикохимик, лауреат Нобелевской премии Сванте Аррениус исследовал физическую природу парникового
эффекта и некоторые свойства газов, сохраняющих тепло в атмосфере.
22-23 ноября 2000 г. в Гааге (Голландия) прошла климатическая конференция, организованная ООН и
Всемирной организацией здравоохранения, на которой рассматривалась проблема парникового эффекта. По
данным, приведенным в докладе на этой конференции А. Карнауховым (Институт биофизики клетки
Российской академии наук, г. Пущино), из-за увеличения концентрации СО2 в атмосфере через 100-200 лет
неминуема парниковая катастрофа. Температура достигнет нескольких сотен градусов, и жизнь на планете
исчезнет.
Что должно сделать человечество, чтобы этого не произошло? Рассмотрим сначала природу парникового
эффекта и парниковые газы.
Природа парникового эффекта. Парниковые газы.
Прогрессивное человечество и в первую очередь ученые и политики уделяют большое внимание проблеме
глобального потепления климата. Рассмотрим теперь, почему это явление называется «парниковым
эффектом», какова его природа.
.
Представим себе застекленный парник (цветочную оранжерею или теплицу), который нагревается на
солнце. Нагрев вызван тем, что световая энергия, проникающая внутрь парника через стекло, поглощается и
превращается при этом в тепловую, т. е. в инфракрасное (ИК) излучение, которое не может пройти через
стекло наружу. Таким образом, тепло как бы улавливается, и температура в парнике повышается (рис.1).
Аналогично нагревается атмосфера Земли. Солнечное излучение попадает на Землю. Большая его часть
проникает сквозь атмосферу и, поглощаясь, нагревает поверхностный слой Земли. Землей испускается
невидимое инфракрасное излучение, в результате ,чего Земля охлаждается. Однако часть этого излучения
поглощается парниковыми газами в атмосфере, которые играют роль «одеяла», удерживающего тепло
Чем выше концентрация этих газов, тем заметнее парниковый эффект.
Парниковые газы- это газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные лучи, которые в
результате нагревают поверхность Земли и нижний слой атмосферы.
В настоящее время основными парниковыми газами являются углекислый газ (СО2), метан (СН4), фреоны,
оксид азота (I)-N2O. Основные данные по парниковым газам приведены в таблице 1.
Таблица 1. Основные парниковые газы, их источники
и доля влияния на глобальное потепление (данные 2005 г)
Газ
Основные источники
Доля влияния на глобальное
потепление (%)
Углекислый
газ
(СО2)
Производство,
транспортировка
и
64
сжигание ископаемого топлива (86%);
сведение тропических лесов и сжигание
биомассы (12%); остальные источники
(12%)
Метан (СН4)
Утечка природного газа; производство
20
топлива; жизнедеятельность животных
(пищеварительная
ферментация),
рисовые плантации, сведение лесов
Фреоны
Холодильная
производство
промышленность,
аэрозольных
10
упаковок,
системы кондиционирования воздуха,
производство пенопласта
Оксид
азота
(I)
Применение азотных удобрений;
6
N2O
Сжигание
биомассы;
сжигание
ископаемого топлива
Глобальное потепление может привести к интенсивному таянию ледников; уже сегодня ученые
обнаружили достаточно большие трещины на ледовых полях Западной Атлантики. Масштабное таяние льда
приведет к повышению уровня Мирового океана и затоплению огромных площадей прибрежных регионов. По
имеющимся данным, уровень океана повышается со скоростью 6 см в 10 лет. Если темпы глобального
потепления сохранятся, будут полностью затоплены такие города, как Роттердам (Нидерланды), Лондон
(Англия), Новый Орлеан (США), Венеция (Италия) и др. А поскольку вода (как и все физические тела) при
нагревании расширяется, то предполагают, что это приведет к еще более значительному повышению уровня
Мирового океана. С потеплением климата наземные экосистемы станут суше, а следовательно, возрастет
опасность возникновения пожаров. Хотя флора и фауна постепенно адаптируются к изменившимся условиям,
количество таких засушливых ареалов постоянно увеличивается.
Человек, который изменяет природные экосистемы в результате урбанизации, промышленной и
сельскохозяйственной деятельности, а также постоянного‚ увеличения потребления ископаемого топлива и
других видов энергии, в значительной степени ответствен за глобальное потепление климата. Из-за недостатка
воды и частых засух урожайность во многих ранее очень плодородных регионах падает.
В период климатических изменений заметно повышается циклоническая активность, что сопровождается
более частыми стихийными бедствиями: разрушительными бурями, ураганами, штормами, цунами и т. д.
Наводнения - еще одно следствие глобального потепления, связанное с таянием горных ледников и
скованных льдом озер. Селевые потоки в горных регионах (из-за отсутствия растительного покрова,
укрепляющего почвенный горизонт) и затопления значительных площадей низменных участков являются в
наши дни достаточно распространенными явлениями, особенно в Индии. От этого страдают около 300 млн.
человек, которые проживают в горных районах, занимающих около 40% поверхности суши.
Пути решения проблемы глобального потепления климата.
Ученые и политики всего мира, озабоченные про6лемой парникового эффекта и его возможными
последствиями, предлагают ряд мер по борьбе с глобальным потеплением климата. Приведем наиболее часто
выдвигаемые предложения.
1. Для стабилизации парниковых газов на уровнях, установившихся к концу хх в., необходимо снижать
объемы выбросов:
СО2 - на 50-80%, СН4 - на 10-20%, фреонов - на 75-100%, N2O - на 80-85%.
2. Так как более половины выбросов парниковых газов связана с производством энергии, необходимо
сокращать производства и потребление энергии, повышать эффективность энергетики, использовать
энергосберегающие технологии. Мировое сообщество должно перейти к энергосберегающему будущему.
Развитые страны не должны экспортировать устаревшие энергоемкие технологии в страны третьего мира.
3. Сокращать потребление ископаемого топлива в качестве источника энергии, стремиться к полному отказу
от сжигания ископаемых органических веществ, являющихся основным источником углекислого газа.
4. Вместо угля целесообразнее использовать природный газ, так как он при сгорании дает меньше
углекислого газа на единицу производства энергии. Однако при этом надо избегать антропогенных выбросов
метана и его потерь при транспортировке, ведь метан представляет собой более сильный парниковый газ, чем
СО2.
5. Рекомендовать для использования углеводородное топливо, получаемое из растительных остатков и
бытовых отходов путем их анаэробного разложения (биогаз).
6. Широко использовать возобновляемые источники энергии (энергию Солнца, ветра, гидроэнергию,
геотермальную энергию) .
7. Сокращать численность автомобилей, совершенствовать действующие модели, внедрять более
экономичные двигатели, повышать их коэффициент полезного действия, использовать в автомобилях вместо
жидких нефтепродуктов более экологичые виды топлива (водород, метан, смесь пропана и бутана).
В 2001 г в Швейцарии создан автомобиль, работающий на метане, образующемся при разложении пищевых
отходов.
8. Прекратить уничтожение лесных массивов и восстановить их, где эта возможна, и таким образам
увеличить поглощение углекислого газа. Такие методы прямого удаления СО2 из атмосферы называются
«углеродным секвестрам».
9. По возможности не производить осушения болот, так как биоценозам болот принадлежит большая роль
(па сравнению с биоценозами лесов) в долговременном извлечении СО2 из атмосферы.
10. Ограничить или полностью исключить производство фреонов и аналогичных им веществ
(гидрофторуглеродов).
Осознать опасность парниковой катастрофы должны не только руководители государств, но и все
граждане мира.
Разрушение озонового слоя.
Озонный (озоновый) слой расположен в стратосфере на высотах 20-30 км. Общее количество озона в
атмосфере оценивается в 3,3 млрд. т. Много ли это?. Судите сами. Если весь озон «собрать у поверхности»
Земли при нормальной температуре и давлении, то получится газовый слой толщиной всего в 3 мм.
Озон образуется в результат процесса фотодиссоциации кислорода:
О2+ hvO2* (возбужденная молекула)
O2*+O2O3+O (образование молекулы озона)
Образовавшиеся молекулы озона существуют недолго; происходит обратная реакция фоторазложения Оз,
которая и. представляет собой поглощение озоном коротковолновых фотонов: Оз + hvO2+O
Следовательно, в стратосфере существует цикл озона - сбалансированное образование и разложение,
описываемое уравнениями выше.
Результатом существования цикла озона в стратосфере является и то, что УФ-излучение Солнца
превращается в тепловую энергию. Поэтому температурный профиль атмосферы имеет максимум на высоте
около 50 км, В области стратопаузы. Но для нас, живых существ Земли, главная «заслуга» озона состоит в том,
что он, «жертвуя собой», поглощает лучи с длиной волны 240-260 нм и, таким образом, не допускает
высокоэнергетические фотоны Солнца к Земле. В процессе истории нашей планеты лишь с накоплением
достаточного количества озона в стратосфере смогла спокойно оформляться и эволюционировать жизнь на
Земле.
Влияние озона на климат также связано с поглощением излучений, но уже не только в УФ-, но и в ИКобласти спектра. Озонный слой усиливает «парниковый эффект», так как поглощает ИК-излучение от
поверхности Земли. Однако здесь все не так однозначно: влияние Оз на температуру поверхности Земли и
климат зависит от того, на каких высотах происходят изменения концентраций озона. Не вдаваясь в
подробности существующих сложных связей между количеством озона и разнообразными параметрами
среды, отметим лишь, что до высоты 30 км увеличение концентрации Оз, по прогнозам, будет приводить к нагреванию, а выше 30 км - к охлаждению поверхности планеты. Таким образом, озон, содержащийся в
тропосфере (тропосферный озон), справедливо может быть отнесен к парниковым газам. Его источниками
служат электрические и грозовые разряды и, самое главное, фотохимические реакции, идущие там, где солнечная радиация воздействует на антропогенные примеси (прежде всего на NOx и углеводороды,
содержащиеся в выхлопах автомобилей). В городах же этот озон, являясь главным компонентом
фотохимического смога, непосредственно воздействует на глаза и легкие человека и вредит зеленым насаждениям.
Эмиссия озона в тропосферу в результате техногенеза значительна, и если в ближайшем будущем
человечество не предпримет к решению этой проблемы серьезных усилий, то тропосферный озон напомнит о
себе сам, способствуя потеплению климата Земли.
.
Было бы благом для человечества снизить концентрацию вблизи поверхности Земли, однако снижение
концентрации стратосферного озона очень опасно! А именно этот процесс сейчас и происходит при активном
содействии человека. Рассмотрим кратко, каким образом разрушается «озонный щит» и образуются «озонные
дыры».
Впервые «озонная дыра» была обнаружена в 1975 г. над Антарктидой. (Под «дырой» не следует понимать
то, что в данной области совсем нет Оз. Происходит лишь сильное утончение его слоя, и защитный эффект
поглощения УФ-фотонов ослабевает.)
Главными виновниками утончения «озонного щита» над отдельными регионами планеты являются
хлорфторуглероды (ХФУ), в особенности долгоживущие в стратосфере молекулы ХФУ-11 (СFСlз) и ХФУ-12
(CF2CI2). Эти антропогенные вещества широко используются как хладагенты в холодильниках, как распыляющие газы в аэрозольных баллонах и как пенообразователи в огнетушителях. Существует несколько
синонимичных названий - хлорфторметаны, фреоны, хладоны. Первоначально ХФУ быстро завоевали
популярность в связи с тем, что они химически инертны, практически не вступают в химические реакции и поэтому нетоксичны для живых существ. Однако эта инертность по мере их накопления в атмосфере обернул ась
злом: попадая беспрепятственно, без изменений в стратосферу и подвергаясь там УФ-облучению, они
распадаются с освобождением атомов хлора.
Образовавшиеся атомы хлора и разрушают молекулы озона, выполняя роль катализатора:
Оз+ClClO+O2 (1)
ClO+OCl+O2
(2)
Реакция (2), следующая обычно за реакцией (1), приводит к тому, что в результате атом хлора остается «цел
и невредим», как и положено катализатору, а озон, увы, исчезает!
Один атом хлора может уничтожить до 10000 молекул озона. Аналогичные реакции происходят с
монооксидом азота NO:
NO+ Оз NO2+O2
NO2+ONO+O2
Монооксид азота присутствует, в стратосферном слое как обязательный его компонент, но в низкой
концентрации. Однако в последнее время активное использование человеком сверхзвуковых транспортных
самолетов привело к тому, что концентрация NO стала увеличиваться как раз на высотах «озонного щита».
Дело в том, что в двигателях внутреннего сгорания таких самолетов достигаются настолько высокие температуры, что идет эндотермическая реакция: N2 + O2 2NO
Сельскохозяйственная деятельность человека также приводит к увеличению содержания NO в атмосфере.
На почвах, обработанных нитратными удобрениями, анаэробные бактерии восстанавливают нитрат-ионы до
молекулярного азота и закиси азота (оксид азота (I)) N2O в качестве побочного продукта. Культивируемые
земли как бы дышат этим оксидом, который, уходя в стратосферу, реагирует там с атомами кислорода:
N2O+O2NO
Таким образом, для спасения «озонного щита» человечеству необходимо, по крайней мере, срочно решать
три проблемы:
- ограничение использования ХФУ или поиск, экологически безопасных заменителей их (в сентябре
1987 г. 23 ведущих страны мира подписали в Монреале конвенцию, обязывающую их снизить потребление
ХФУ);
- сокращение числа полетов сверхзвуковых транспортных самолетов или замена этих самолетов на другие
летающие на более низких высотах (конечно, возможны и другие решения);
- сокращение использования азотных удобрений и принятие мер к введению более прогрессивных способов
возделывания сельскохозяйственных и окультуриваемых земель.
Что касается заменителей опасных хлорфторуглеродов, то химики уже предложили некоторые варианты.
Так, вместо ХФУ-11 и ХФУ-12 был испытан фреон-22, в молекуле которого один атом галогена замещен на
атом водорода. Сохраняя основные качества ХФУ, этот фреон довольно быстро разрушается в тропосфере,
«не добираясь» до озонного экрана. Не так давно английские химики успешно апробировали в качестве
заменителей опасных ХФУ гидрофторуглероды CHxF4-х (х= 1, 2, 3).
Кислотные дожди.
Первые свидетельства кислотных осадках появились 150-200 лет назад, после промышленной революции.
Британский химик Р.Смит 100 лет назад впервые связал повреждение растительности, каменных строений и
металлов с выбросами диоксида серы. Но точное измерение доли антропогенных кислотных загрязнений
атмосферы было проведено только в середине ХХ столетия. Между концом 50 и началом 70-ых гг. осадки с
рН 4,0-4,5 наблюдались в странах Бенилюкса, ФРГ, Северной Франции, на востоке Британских островов и в
южной части Скандинавии. В течение 70-ых годов наряду с максимумами выбросов диоксида серы в Средней
Европе (1973-1974гг.) атмосферные осадки имели самые низкие значения рН: в Шотландии 2,4 и на западном
берегу Норвегии 2,7. В ФРГ средние значения рН осадков в 1960 году составили 5,3, а в 1980 г. - 3,97. Во
время зимнего отопительного сезона значения рН атмосферных осадков было значительно ниже этих средних
значений. На востоке США и в Японии дождевая вода имеет устойчивые значения рН 4,0-4,5. В течение
прошедших десятилетий были проведены многочисленные исследования поведения выбросов диоксида серы
и диоксида азота и накоплен значительный опыт, позволяющих минимизировать последствия выбросов.
Как ранее упоминалось, образование кислотного дождя обусловлено выбросами в атмосферу кислотных
оксидов, преимущественно SO2 и NO2.
Рассмотрим реакции в ходе которых образуются кислотные осадки:
Поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется кислородом воздуха в серный ангидрид (оксид серы
(VI)): 2SO2+O22SO3.
Происходит эта непривычная для природы реакция в присутствии пылеобразных частиц оксидов металлов,
выступающих в роли катализаторов, или под действием солнечного света. Образующийся серный ангидрид
растворяется в капельках влаги с образованием серной кислоты, выпадающей далее с атмосферными
осадками на Землю в виде кислотного дождя: SO3+H2OH2SO4.
Так образуется в атмосфере серная кислота, являющаяся первой причиной выпадения кислотных осадков.
Вторая причина образования кислотных осадков связана с азотной кислотой, образующейся в атмосфере из
оксидов азота: 2NO+O22NO2;
2NO2+H2OHNO3+HNO2.
Азотистая кислота может окисляться в азотную, т.е суммарное уравнение происходящего процесса выглядит
так: 4NO2+O2+2H2O4HNO3.
Кислотные осадки оказывают негативное влияние на жизнедеятельность различных живых организмов,
воздействуют на технические объекты, памятники природы и архитектуры.
Воздействие кислотных дождей на живые организм.
1. Уменьшение рН среды по-разному влияет на жизнеспособность различных организмов. При значении рН
= 6 гибнут ракообразные, улитки, моллюски, при pH< 5,8-5,9 - лосось, форель, плотва, а также некоторые
восприимчивые к кислотному загрязнению насекомые, фито- и зоопланктон. При рН=5,7 и ниже гибнут сиг и
хариус. Окунь и щука выдерживают подкисление водоемов до рН = 5,1, а угорь и голец – до рН = 4,6-4,7. Из
приведенных примеров видно, как по-разному влияет кислотность на виды рыб, лишь немногие выживают
при рН < 4,5, при этом важно отметить, что даже при вымирании самых чувствительных видов наступает
нарушение водных экосистем. При рН меньше 4,5 бурно развиваются кислотолюбивые мхи, грибы и
нитчатые водоросли развивается белый мох сфагнум (в обычныx условиях - обитатель суши), водоем
начинает заболачиваться. При таком понижении рН в озерах вымирают микроорганизмы, развиваются
анаэробные (бескислородные) процессы с выделением метана и сероводорода.
Кислотные осадки оказывают на рыб не только прямое воздействие, но и косвенное - за счет вымывания
алюминия и тяжeлыx металлов из почвы и донных отложений. Под действием кислот эти металлы переходят
из нерастворимых соединений в растворимые, становятся доступными для живых организмов, поглощаются
ими, производя токсическое действие. Алюминий, попадая в водоемы, вызывает аномалии развития и гибель
эмбрионов рыбы, повреждает жаберный аппарат рыб. Ионы алюминия и марганца могут вызвать угнетение
роста растений и водорослей, сокращение или полное исчезновение популяций рыб, в частности семги.
2. Вытеснение ионов биогенных элементов из почвы (выщелачивaниe биогенов). Кислотные осадки
вымывают ионы биогенных элементов из почвы. Частички гумуса и глины обычно заряжены отрицательно и
удерживают такие положительные биогенныe ионы, как К+, NH+, Са2+. При просачивании через почву
нейтрального водного раствора эти ионы удерживаются частицaми почвы и не вымываются. Однако при
поступлении в почву кислотного дождя биогенные ионы вытесняются ионами Н+. Кроме того, при низких
значениях рН понижается активность азотфиксаторов, что еще больше приводит к уменьшению содержания
биогенов.
Дефицит биогенов, возникающий в результате вымывания их из листьев и вытеснения из почвы, вызывает
замедление роста растений, снижает их сопротивляемость болезням и вредителям.
3. Перевод токсичных металлов из нepacтвopuмыx соединений в растворимые (мобилизация алюминия и
других элементов). При рассмотрении водных экосистем было отмечено, что алюминий и тяжелые металлы
под действием кислот, содержащихся в атмосферных осадках, переходят из нерастворимых форм в растворимыe. Алюминий широко распространен в земной коре, присутствует в значительных количествах во многих
горных породах и почвенных минералах (слюда белая К2О *3Al2Оз *6SiO2 *2Н2О; полевой шпат, или
ортоклаз, К2О *Al2Оз *6SiO2). Из кристаллов кварца (SiO2), полевого шпата и слюды состоят горные породы
граниты и гнейсы. Алюминий входит в состав всех глинистых почв. Основу различных глин составляет
каолин Al2Оз*2SiO2*2Н2О. При повышении кислотности происходит растворение соединений алюминия,
переход алюминия в раствор. Этот процесс называется мобилизацией алюминuя. Образующиеся соединения
обладают токсичностью для корневой системы, они разрушают корневые волоски, которые в конечном итоге
отмирают. При повреждении волосков нарушается процесс питания растений. Особенно опасен алюминий при
невысоком соотношении в почве Са и Al (т. е. при малом содержании кальция). Например, в Белгородской
области есть месторождения глины, так что не исключается образование растворимых соединений алюминия
. при повышении кислотности почвы. Однако присутствие значительного количества карбоната кальция в
белгородских почвax должно снижать эффект воздействия токсичного алюминия.
Тяжелые металлы, например свинец и ртуть, тоже могут переходить в растворимые соединения при
подкислении среды. Кроме того, тяжелые металлы и повышенная кислотность обладают синергическим
действием на растения, т. е. действие одного из этих двух факторов усиливается действием другого.
С повышением кислотности почвы и образованием растворимыx форм токсичных металлов активность
микроорганизмов резко снижается. В почве содержатся различные микроорганизмы: бактерии, грибы, вирусы
и др. Большинство из них перерабатывает лесную подстилку, улучшает структуру почвы, переводит
органические соединения в усвояемые формы. Снижение
активности микроорганизмов приводит к
ухудшению качества, почвы, что отрицательно сказывается на жизнедеятельности растений.
Воздействие кислотных дождей на технические объекты
Разрушительному воздействие кислотообразующих газов подвергаются здания, в том числе и памятники
архитектуры, машины и другие технические сооружения. Ускоряющееся их разрушение требует очень
больших затрат на обеспечение их безопасности.
Строения с известковым цементом подвергаются разрушению естественным путем под действие дождей,
содержащих СО2. Эти процессы протекают при значениях рН осадков 8,6-6,2. Если имеет место подкисление
осадков кислыми продуктами антропогенного происхождения, процессы разрушения значительно ускоряются.
Серная кислота необратимо разрушает известь:
СaСO3 + H2 SO4  Ca+2 + SO4 2- + H2O +CO2
Таким образом, подвергаются разрушению и изделия из мрамора. Известными примерами быстро
прогрессирующего разрушения строений, в которых использовалась известковая кладка, являются Кельнский
собор, Новгородский собор Святой Софии. Такие памятники зодчества, как Акрополь в Афинах, многие
здания в Риме, Венеции и других городах с ростом загрязненности воздуха в течение нескольких последних
десятилетий получили значительно большие повреждения, чем за все предыдущее время.
Из бетона и других минеральных строительных материалов, а также из стекол, под действием атмосферных
осадков с пониженным рН выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если рН осадков достигает
значений 4,5-3,0, ионы алюминия, щелочных и щелочноземельных элементов начинают вымываться из
кристаллических решеток. Так происходит разрушение полевых шпатов и старинных стекол, содержащих
больше окислов щелочных металлов, чем современное стекло. При сравнении старинных церковных оконных
стекол, которые в начале нашего столетия были помещены в музеи, с теми, которые оставались на своем
прежнем месте, видно, что за последние десятилетия неблагоприятные атмосферные воздействия на этих
объекты вызвали значительно большие разрушения, чем за предшествующие 900 лет.
Для защиты каменных строений и памятников сейчас, после очищения их от пыли и копоти наносят
покрытия
из
высокомолекулярных
материалов-силиконов,
которые
прекращают
доступ
воде,
но
газопроницаемы. Кроме того, для защиты открытых каменных поверхностей используют также эфиры
кремневой кислоты.
Металлы под действием кислотных выбросов разрушаются еще быстрее, чем камни или стекла. Большой
ущерб претерпевают не только изделия из железа, но старинная бронза. На ней образуется патина, состоящая
из карбонатов и сульфатов. На патине обычно отлагаются пыль и копоть. Эта корка удерживает воду, в
которой растворяются кислотообразующие газы. Эта оболочка, содержащая кислоты, разъедает металл.
От воздействия кислотных дождей разрушаются и многие органические материалы - кожа, бумага, ткани,
красители.
Меры защиты биосферы от кислотных осадков
Кислотные дожди, как было отмечено, наносят значительный ущерб всем объектам окружающей среды.
Поэтому данная проблема весьма актуальна и требует объединения усилий всех стран.
Прежде всего необходимы меры, позволяющие резко снизить выбросы в атмосферу сернистого газа и
оксидов азота, так как именно они являются причиной образования кислотных дождей. Для уменьшения
газообразных выбросов необходимо совершенствовать технологический процесс по принципу безотходного
производства, разрабатывать систему эффективных очистных сооружений, а это определяется уровнем
развития науки и техники, которые должны быть приоритетными в государственной политике.
В первую очередь надо резко снизить выбросы в атмосферу сернистого газа, так как серная кислота
примерно на 70% обусловливает кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места
выбросов.
Одним из путей уменьшения содержания SO2 в выбросах является обессеривание топлива. Уголь можно
очищать от серы методом промывки водой. Для этого уголь необходимо предваритeльнo измельчить, просеять
через сито, а затем промыть водой. При этом сера отделяется от частиц угля в результате седиментации
пирита FeS2 вследствие его относительно большой плотности. Эта мера позволяет удалить из угля 25-50%
содержащейся в нем серы, однако полного отделения серы от угля таким методом достичь не удается.
Нефть и нефтепродукты можно гидрировать при высоких температурах и под большим давлением в
присутствии катализатора, при этом сера переходит в H2S. При охлаждении реакционной смеси сероводород
остается в газовой фазе, т. е. может быть отделен от топлива.
Прuродный газ обычно не содержит серы. Если же в нем присутствует сероводород, то его можно удалять
методом промывки водой, в которой сероводород растворяется.
Уменьшения выбросов сернистого газа можно достичь заменой угля низкосернистыми нефтью
и
природным газом.
Используемые на практике способы обессеривания не позволяют полностью удалить из топлива серу. Кроме
того, при сгорании топлива из азота воздуха получаются еще и оксиды азота, т. е. образующиеся газы
необходимо подвергать очистке.
Таких методов очистки газов предложено достаточно много в зависимости от вида топлива. Они
значительно различаются по эффективности. Рассмотрим кратко химические основы некоторых из них.
1. Аммиачный метод очистки.
По этому методу к поточному газу добавляют аммиак. В установке для промывки газа (скруббере) SO2, NH3
и вода превращаются в сульфат аммония:
4NH3+2SO2+2H2O+O22(NH4)2SO4
Образовавшийся сульфат аммония можно использовать в качестве удобрения.
2. Известковый метод очистки.
Газ,
предварительно
очищенный
от
пыли,
поступает
в
скруббер
с
известковым
молоком:SO2+Ca(OH)2+H2OCaSO3+2H2O
SO2+CaSO3+H2OCa(HSO3)2;
Ca(HSO3)2+Ca(OH)22CaSO4+2H2O
Метод позволяет снизить содержание серы в отходящих газах на 95%.
3. Получение из сернистого газа серы
2H2S+SO23S+2H2O
Контрольные вопросы к изучаемым темам:
1)
Назовите основные парниковые газы. Что такое парниковый эффект и к каким последствиям он может
привести?
2)
Назовите три возможных пути решения проблемы глобального потепления климата. В каких сферах
человеческой деятельности необходимы усилия для реализации этих решений?
3)
Много метана запасено в осадках на континентальном шельфе, а также под слоем вечной мерзлоты в
Арктике и Субарктике в виде клатратов- молекулярных решеток, состоящих из молекул метана и воды.
Предскажите возможную судьбу этого метана в случае дальнейшей реализации парникового эффекта.
4)
Что такое кислотные дожди и как они возникают ? В чем вред кислотных осадков?
5) В 1974 году в Шотландии зафиксирован европейский "рекорд" по значению кислотности атмосферных
осадков. Водородный показатель для дождевой воды оказался равен 2,4. Рассчитайте для этого случая
концентрацию катионов Н+ в шотландском "кислотном дожде".
6) В связи с сильным загрязнением атмосферы оксидами серы в районе Аньшаньского металлургического
комбината в Китае в 1981 году выпали осадки со значением рН, равным 2,25. Рассчитайте массовую долю
содержащейся в этом "кислотном дожде" серной кислоты.
7) Озоновый слой и его значение
8) Запишите реакции, приводящие к разрушению озона
9) Назовите основные мероприятия по защите озонового слоя
10) Массовое использование азотных удобрений может привести к повышенному уровню содержания NO в
атмосфере. Поясните, как это может изменить условия жизни на Земле?
Занятие 7. Защита атмосферы от химического загрязнения.
Цель: ознакомить учащихся с основными способами защиты атмосферы от загрязнения, сформировать
понятие о ПДК и санитарно-защитной зоне (ССЗ).
Оборудование: таблица ПДК загрязняющих веществ в воздухе; федеральный закон «Об охране
атмосферного воздуха».
Лекция
Средства защиты атмосферы
Проблемный вопрос: какие способы и методы Вы можете предложить для защиты атмосферного воздуха от
химического загрязнения?
Контроль загрязнения атмосферы на территории России осуществляется почти в 350 городах. Система
наблюдения включает 1200 станций и охватывает почти все города с населением более 100 тыс. жителей и
города с крупными промышленными предприятиями.
Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания
человека на уровне не выше ПДК (предельно-допустимая концентрация). Во всех случаях должно соблюдаться
условие:
С+сф  ПДК
(1)
по каждому вредному веществу (сф – фоновая концентрация).
Соблюдение этого требования достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из
помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в
атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки,
установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и
транспортные выпускные системы.
На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
–
вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;
–
локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного
воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после
очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;
–
локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного
воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;
–
очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в
атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;
–
очистка отработавших газов энергоустановок, например, двигателей внутреннего сгорания в
специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские
помещения и т. п.)
Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно
допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и
энергетических установок.
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители
(сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты
для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы);
аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей,
многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются
активность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.
Эффективность очистки:
=(свх – свых)/свх
(2)
где свх и свых – массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.
Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители – циклоны различных
типов.
Электрическая очистка (электрофильтры) – один из наиболее совершенных видов очистки газов от
взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне
коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и
коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.
Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В
этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один
агрегат, включающий несколько ступеней очистки.
Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей; при
одновременной очистке от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной
жидкости и т. п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его
последующим возвратом в помещение.
В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные
градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают
низкие здания, затем – высокие и под их защитой – детские и лечебные учреждения; транспортные развязки без
пересечений, озеленение.
Охрана атмосферного воздуха
Атмосферный воздух является одним из основных жизненно важных элементов окружающей среды.
Закон «О6 охране атмосферного воздуха» всесторонне охватывает проблему. Он обобщил требования,
выработанные в предшествующие годы и оправдавшие себя на практике. Например, введение правил о
запрещении ввода в действие любых производственных объектов (вновь созданных или реконструированных),
если они в процессе эксплуатации станут источниками загрязнений или иных отрицательных воздействий на
атмосферный воздух. Получили дальнейшее развитие правила о нормировании предельно допустимых
концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Государственным санитарным законодательством только для атмосферного воздуха были установлены ПДК
для большинства химических веществ при изолированном действии и для их комбинаций.
Гигиенические нормативы – это государственное требование к руководителям предприятий. За их
выполнением должны следить органы государственного санитарного надзора Министерства здравоохранения и
Государственный комитет по экологии.
Большое значение для санитарной охраны атмосферного воздуха имеет выявление новых источников
загрязнения воздушной среды, учет проектируемых, строящихся и реконструируемых объектов, загрязняющих
атмосферу, контроль за разработкой и реализацией генеральных планов городов, поселков и промышленных
узлов в части размещения промышленных предприятий и санитарно-защитных зон.
В Законе «Об охране атмосферного воздуха» предусматриваются требования об установлении нормативов
предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Такие нормативы устанавливаются для
каждого стационарного источника загрязнения, для каждой модели транспортных и других передвижных
средств и установок. Они определяются с таким расчетом, чтобы совокупные вредные выбросы от всех
источников загрязнения в данной местности не превышали нормативов ПДК загрязняющих веществ в воздухе.
Предельно допустимые выбросы устанавливаются только с учетом предельно допустимых концентраций.
Очень важны требования Закона, относящиеся к применению средств защиты растений, минеральных
удобрений и других препаратов. Все законодательные меры составляют систему профилактического характера,
направленную на предупреждение загрязнения воздушного бассейна.
Закон предусматривает не только контроль за выполнением его требований, но и ответственность за их
нарушение. Специальная статья определяет роль общественных организаций и граждан в осуществлении
мероприятий по охране воздушной среды, обязывает их активно содействовать государственным органам в этих
вопросах, так как только широкое участие общественности позволит реализовать положения этого закона. Так, в
нем сказано, что государство придает большое значение сохранению благоприятного состояния атмосферного
воздуха, его восстановлению и улучшению для обеспечения наилучших условий жизни людей – их труда, быта,
отдыха и охраны здоровья.
Предприятия или их отдельные здания и сооружения, технологические процессы которых являются
источником выделения в атмосферный воздух вредных и неприятно пахнущих веществ, отделяют от жилой
застройки санитарно-защитными зонами. Санитарно-защитной зоной следует считать пространство между
промышленной площадкой, на границе которой концентрации вредных веществ не должны превышать 0,3 ПДК
р.з (для воздуха рабочей зоны), и границей, на которой обеспечивается соблюдение ПДК вредных веществ в
атмосферном воздухе населенных пунктов (ПДК н.п). Границы СЗЗ при одном источнике выброса
устанавливают непосредственно от этого источника; при группе источников, сводящихся в одну точку (центр их
группирования), - от этой точки (центра). Промышленные предприятия подразделяют на пять классов в
зависимости от их опасности для окружающей среды по санитарно-гигиеническим критериям. Наиболее опасен
1 класс, наименее опасен - IV. Каждому классу предприятий соответствует своя санитарно-защитная зона: для
предприятий класса I - 1000 м, класса II - 500 м, класса III - 300 м, класса IV - 100 м и класса V-50 м. СЗЗ
предприятий при необходимости может быть увеличена по решению соответствующих федеральных органов,
но не более чем в Санитарно-защитная зона для предприятий и объектов может быть увеличена при
необходимости и надлежащем обосновании не более чем в 3 раза в зависимости от следующих причин: а)
эффективности предусмотренных или возможных для осуществления методов очистки выбросов в атмосферу;
б) отсутствия способов очистки выбросов; в) размещения жилой застройки при необходимости с подветренной
стороны по отношению к предприятию в зоне возможного загрязнения атмосферы; г) розы ветров и других
неблагоприятных местных условий (например, частые штили и туманы); д) строительства новых, еще
недостаточно изученных вредных в санитарном отношении производств.
Размеры санитарно-защитных зон для отдельных групп или комплексов крупных предприятий химической,
нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной и других отраслей промышленности, а также
тепловых электрических станций с выбросами, создающими большие концентрации различных вредных
веществ в атмосферном воздухе и оказывающими особо неблагоприятное влияние на здоровье и санитарногигиенические условия жизни населения, устанавливают в каждом конкретном случае по совместному решению
Минздрава и Госстроя России.
Как правило, на каждом предприятии для отвода газов и удаления пыли используют трубы высотой 200-350
м. Применение высоких труб позволяет распределять загрязняющие вещества на большие расстояния от точки
выброса и, следовательно, разбавлять выброс в большем объеме атмосферного воздуха, снижал тем самым их
концентрацию. Так, из трубы высотой 200 пылегазовые потоки расходятся на 20 км, а из трубы высотой 250 м на 75 км. Рассеяние вредных веществ позволяет снизить их концентрацию в непосредственной близости от
источника
выброса, однако загрязнение распространяется на большие расстояния и вместо локального
загрязнения может наблюдаться региональное, хотя и с меньшей концентрацией вредных веществ.
Для повышения эффективности санитарно-защитных зон на их территории высаживают древеснокустарниковую и травянистую растительность, снижающую концентрацию промышленной пыли и газов. В
санитарно-защитных зонах предприятий, интенсивно загрязняющих атмосферный воздух вредными для
растительности газами, следует выращивать наиболее газоустойчивые деревья, кустарники и травы с учетом
степени агрессивности и концентрации промышленных выбросов. Особо вредны для растительности выбросы
предприятий химической промышленности (сернистый и серный ангидрид, сероводород, серная, азотная,
фтористая и бромистая кислоты, хлор, фтор, аммиак и др.), черной и цветной металлургии, угольной и
теплоэнергетической промышленности.
Контрольные вопросы к изучаемой теме:
1) Какие мероприятия нужно проводить с целью защиты атмосферы от химического загрязнения? Что такое
санитарно-защитная зона?
2) Приведите примеры применения процессов окисления и восстановления, используемых в газоочистке.
3) Подготовьте сообщение на тему «Методы снижения вредных газообразных выбросов в промышленности и на
транспорте».
Занятия 8-11. Выполнение практических работ (1-4).
Цель: ознакомление с простейшим оборудованием для определения качества воздуха; закрепление
теоретических знаний.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №1. ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА В
ВОЗДУХЕ.
Принцип метода: определение основано на нейтрализации слабо аммиачного раствора углекислым газом в
присутствии индикатора фенолфталеина. В дальнейшем проводится сравнительное исследование изучаемого
воздуха и воздуха открытой атмосферы, где содержание СО2 держится на уровне 0,04% в городе и 0,03% в
сельской местности.
Оборудование: 1) пробирки; 2) шприц на 20 мл.
.
Реактивы: 1) аммиак (25%-ый раствор); 2) фенолфталеин (1%-ый раствор); 3) поглотительный раствор (к 500
мл дистиллированной воды добавляют 0,04 мл раствора аммиака и1-2 капли l %-го фенолфталеина).
Ход определения: в пробирку наливают 10 мл поглотительного раствора и закрывают резиновой пробкой,
которую заранее прокалывают иглой от шприца. Сначала исследование проводят с воздухом открытой
атмосферы. Для этого воздух забирают шприцем до отметки 20 мл и под давлением вводят через иглу в
пробирку с аммиачным раствором. Не отпуская поршня, пробирку энергично взбалтывают для поглощения СО2
из воздуха.
Эти манипуляции проводят до полного обесцвечивания поглотительного раствора. Записывают, сколько раз
(число шприцев) пришлось вводить воздух из шприца в пробирку, чтобы раствор обесцветился.
После этого пробирку освобождают от использованного раствоpа, ополаскивают дистиллированной водой,
заполняют свежим поглотительным раствором (10 мл) и точно так же проводят определение с исследуемым
воздухом. Снова отмечают (записывают) число шприцев, использованных на обесцвечивание раствора. Как
правило, во втором случае для нейтрализации аммиачного раствора требуется меньшее число шприцев воздуха.
Концентрацию оксида углерода (IV) в воздухе определяют по формуле:
W(%)=0,04*n\n1
где п - число шприцев воздуха открытой атмосферы; п1 - число
шприцев исследуемого воздуха.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2.
ОЦЕНКА ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ПО
ВЕЛИЧИНЕ АВТОТРАНСПОРТНОЙ НАГРУЗКИ
Известно, что основные источники загрязнения атмосферного воздуха - это предприятия тепловой
энергетики, промышленные предприятия и автомобильный транспорт, причем в городских условиях последний
является наиболее мощным загрязнителем атмосферы. В выхлопных газах двигателей содержится более 200
веществ. Наибольшую долю загрязнений атмосферы составляют оксиды углерода и азота, углеводороды,
сернистые
соединения, сажа.
,
Загрязнение воздуха отработанными газами автомобилей характеризуется значительной неравномерностью в
пространстве и во времени: Поэтому очень важен оперативный и детальный учет интенсивности и структуры
транспортных потоков, особенно в городах и крупных населенных пунктах.
Санитарные требования по уровню загрязнения допускают поток транспорта в жилой зоне интенсивностью
не более 200 автомобилей в час.
.
Для учета автомобильных потоков в микрорайоне составляется схема всех улиц, по которым разрешено
движение транспорта. Затем выбирается несколько улиц с незначительным, средним и интенсивным движением
автомашин.
Ниже предлагается несложный метод учета автотранспортной нагрузки.
Суть этого метода заключается в том, что на каждой выбранной улице намечаются один или несколько
пунктов наблюдений желательно, чтобы они располагались вдали от перекрестков и остановок транспорта, были
удобны и (что особенно важно) безопасны для наблюдателей. На каждом пункте должны работать два
наблюдателя: один учитывает машины, идущие из центра на окраину, другой - из окраинных районов в сторону
центра. Каждую проехавшую мимо автомашину наблюдатель отмечает точкой в соответствующей графе
учетной таблицы, при этом целесообразно вести отдельный учет легковых автомобилей гpузовых машин,
автобусов, тракторов и мотоциклов (троллейбусы, особо не влияющие на загрязнение атмосферы, можно не
учитывать). Смена наблюдателей на пунктах должна проводиться не реже, чем через 1-1,5 ч.
На одних и тех же пунктах возможно проведение разнообразных наблюдений:
. в разное время дня (суточные изменения);
. в разные дни недели, но в одно и то же время (недельные изменения);
. в разные сезоны года, но в одни и те же дни (сезонная динамика движения транспорта).
.
По данным учетных таблиц можно строить графики суточной и недельной динамики движения транспорта на
конкретной улице, сравнивать транспортные потоки в центр и из центра города, сопоставлять интенсивность
движения на оживленной магистрали, возле своего учебного заведения, на улице вблизи своего дома и т. д.
При построении графика на горизонтальной оси (оси абсцисс) откладывается время (в часах - для суточной
динамики или в днях - для длительного периода наблюдений), а на вертикальцой (оси ординат) - суммарная
интенсивность транспортного потока. Такие графики легко сравнивать между собой.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАПЫЛЕННОСТИ ВОЗДУХА
Оборудование: 1) фильтры; 2) воронки; 3) весы.
Ход эксперимента.
Запыленность воздуха определяют путем сбора листьев с деревьев возле дороги и в удалении от нее. С
одинаковой листовой поверхности смывают пыль, фильтруют и взвешивают массу
осадка после сушки.
Полученный результат дает количество пыли.
Сразу же после смыва пыли подсчитывают число обмытых листьев (П1), срывают 5 листочков, лучше разных
по размеру, протирают их от воды и обводят каждый лист на бумаге. Затем вырезают по контуру и взвешивают
вырезанные проекции листа (М1). Из той же бумаги вырезают квадрат 10 х 10 см и взвешивают его (М2).
Рассчитывают поверхность обмытых листьев по формуле:
S=M1*П1\5*M2
2
После этого можно определить, сколько пыли осаждается на 1 м поверхности листвы. Далее, зная точное
время накопления пыли (от момента последнего дождя до исследований), можно подсчитать скорость
осаждения пыли за сутки.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №4. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ
Оборудование: 1) прозрачная пластмассовая коробка или аквариум с крышкой; 2) пульверизатор; 3) термометр
с подставкой; 4) электрическая лампа; 5) темный грунт; 6) светлый грунт.
Ход эксперимента.
1. Насыпать на дно прозрачной пластмассовой коробки или аквариума темный грунт (песок или почву) слоем
2-3 см.
2. Увлажнить песок или почву с помощью пульверизатора.
3. Сделать из картона подставку для термометра.
4. Вкопать ее в грунт и установить на нее термометр шариком вверх. Закрыть сосуд крышкой.
.
5. Установить лампу над сосудом на расстоянии 20-30 см таким образом, чтобы свет падал на шарик
термометра.
6. Выключив лампу, выждать, пока, температура не сравняется с комнатной. Отметить эту температуру в
журнале для наблюдений.
7. Оставив крышку на сосуде, включить лампу и записывать температуру каждую минуту в течение 20 мин
(термометр должен быть расположен так, чтобы можно было легко снимать его показания через стенку сосуда).
8. Выключив лампу, выждать, пока температура не сравняется с комнатной. Снова увлажнить грунт и
повторить опыт, сняв крышку с сосуда.
9. Построить график, отложив по оси ординат температуру, а по оси абсцисс - время..
10. Снова проделать ту же работу, заменив темный грунт светлым.
Результаты оформить в виде табл. 1
Таблица 1.
N
п/п
Время, мин
Температура
без крышки
с крышкой
1
2
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ
«ХИМИЯ АТМОСФЕРЫ»
1. Главным компонентом атмосферного воздуха является:
а) кислород;
б) озон;
в) свободные радикалы;
г) азот;
д) водяной пар.
2. Основную роль в инициировании процессов окисления примесей в тропосфере играют:
а) кислород воздуха;
б) озон;
в) свободные радикалы;
г) оксиды азота;
д) жесткое излучение.
3. Концентрация озона в атмосфере по мере удаления от Земли:
а) уменьшается с увеличением расстояния от поверхности Земли;
б) увеличивается с увеличением расстояния от поверхности Земли;
в) достигает максимального значения в термосфере;
г) достигает максимального значения в стратосфере;
д) достигает максимального значения в мезосфере.
4. Основной вклад в антропогенное загрязнение атмосферы соединениями серы вносят:
а) выбросы вулканов;
б) океанические аэрозоли;
в) выбросы предприятий химической промышленности;
г) выбросы автомобильного транспорта;
д) выбросы ТЭС, работающих на угле и мазуте.
5. Основной причиной наличия оксидов азота в отходящих газах, образующихся при сжигании топлива на
ТЭС, является:
а) окисление соединений азота, присутствующих в исходном топливе;
б) присутствие оксидов азота в воздухе, используемом для организации процессов горения;
в) окисление соединений азота в присадках, используемых для повышения эффективности процессов горения;
г) окисление азота воздуха в процессе горения;
д) образование оксидов азота в процессе очистки отходящих газов ТЭС.
6. Необходимым условием для возникновения смога как в Лондоне, так и в Лос-Анджелесе является:
а) солнечное излучение;
б) высокое атмосферное давление;
в) высокая концентрация диоксида серы в тропосфере;
г) высокая плотность транспортного потока;
д) температурная инверсия.
7. Какое из утверждений, характеризующих влияние загрязнения атмосферного воздуха на климат, неверно?
а) увеличение концентрации диоксида углерода может привести к повышению средней глобальной
температуры на Земле;
б) увеличение концентрации соединений серы в стратосфере может привести к уменьшению средней
глобальной температуры на Земле;
в) увеличение концентрации фреонов в тропосфере может привести к повышению средней глобальной
температуры на Земле;
г) увеличение концентрации пыли в атмосфере может привести к повышению средней глобальной
температуры на Земле;
д) увеличение концентрации метана в тропосфере может привести к повышению средней глобальной
температуры на Земле.
8. Сколько молекул формальдегида присутствует в каждом кубическом сантиметре воздуха при нормальных
условиях, если его концентрация достигает значения предельно допустимой разовой концентрации ПДК м.р =
3
0,035 мг\м ?
а)
7*10
б) 6*10
11
11
в) 3,5*10
г) 3,5*10
д) 3*10
13
19
13
9. Какое соединение, присутствующее в атмосфере Земли, улавливает наибольшую долю ее теплового
излучения?
а) NO2;
б) СО2;
в) Н2О;
г) CClxF4-х;
д) СН4.
10. В результате антропогенной деятельности состав атмосферы за последние 20 лет:
а) претерпел значительные изменения на уровне макрокомпонентов;
б) не изменился;
в) изменился на уровне микрокомпонентов;
г) изменился в отдельных регионах;
д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.
11. Основной причиной возникновения парникового эффекта является:
а) изменение направления движения и интенсивности океанических течений;
б) изменение орбиты вращения Земли вокруг Солнца;
в) увеличение в атмосфере концентрации соединений, поглощающих в инфракрасной области;
г) тепловое загрязнение;
д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.
12. Какой газ в стратосфере поглощает 99% излучения Солнца в опасной для биосферы УФ-области?
а) кислород;
б) озон;
в) фреоны;
г) углекислый газ;
д) водяные пары.
13. Сегодня ученые полагают, что глобальное уменьшение содержания озона в стратосфере может быть
вызывано:
а) увеличением интенсивности УФ-излучения;
б) галогенсодержащими углеводородами антропогенного происхождения;
в) резким увеличением концентрации СО2 в тропосфере;
г) «зимней воронкой» над Южным полюсом;
д) активизацией вулканической деятельности.
14. Массовая вырубка лесов приводит:
а) к опустыниванию;
б) к изменению альбедо Земли;
в) к нарушению кислородного цикла;
г) к увеличению концентрации диоксида углерода в тропосфере;
д) правильными являются все перечисленные выше ответы.
15. Масштабы и скорость проявления глобального изменения климата:
а) не поддаются регулированию мировым сообществом;
б) могут быть ограничены при быстрых действиях всего мирового сообщества;
в) могут быть достоверно предсказаны при помощи компьютерной модели;
г) уже вышли из-под контроля;
д) не изменились за последние 1000 лет.
16. Злокачественная меланома и другие раковые заболевания кожи могут быть обусловлены чрезмерным
воздействием:
а) фреонов, содержащихся в тропосфере;
б) озона, содержащегося в стратосфере;
в) озона, содержащегося в мезосфере;
г) УФ- излучения Солнца;
д) ИК-излучения Земли.
17. За два столетия, прошедших со времени промышленной революции, концентрация диоксида углерода:
а) увеличилась примерно в два раза;
б) уменьшилась примерно в два раза;
в) осталась неизменной;
г) увеличилась на 25%;
д) уменьшилась на 25%.
18. Монреальский протокол был направлен:
а) на сокращение производства и масштабов использования химических веществ, способствующих
разрушению озона;
б) на решение локальных экологических задач;
в) на развитие гражданской активности и природоохранного образования в бывшем СССР;
г) на полное и немедленное запрещение производства фреонов;
д) на развитие сотрудничества в области сохранения климата.
19. Антропогенными источниками парниковых газов являются:
а) сжигание ископаемого топлива;
б) использование галогенсодержащих углеводородов;
в) сельское хозяйство;
г) автомобильный транспорт;
д) все перечисленные выше источники.
20. Озон в тропосфере - это:
а) парниковый газ;
б) сильнейший окислитель;
в) УФ-«экран» планеты;
г) все перечисленные выше факторы являются правильными;
д) два из перечисленных выше ответов являются правильными.
21. Исследователи обеспокоены деградацией озонового слоя в Арктике, поскольку:
а) в Арктике используют гораздо больше фреонов и других озоноразрушающих веществ, чем в Антарктиде;
б) население в средних и высоких широтах Северного полушария гораздо больше, чем в тех же широтах
Южного полушария;
в) существуют проекты промышленного развития и заселения Арктики;
г) размеры «озоновой дыpы» в Арктике больше, чем в Антарктиде;
д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.
22. Парниковый эффект обусловливается прежде всего:
а) увеличением интенсивности УФ-излучения Солнца в последние 100 лет;
б) способностью некоторых молекул поглощать излучение в ИК-области;
в) увеличением концентрации пыли над промышленными зонами;
г) увеличением ИК -составляющей в потоке солнечной энергии, достигающей поверхности Земли;
д) ростом населения Земли.
23. Какой вид антропогенной деятельности более всего ответствен за глобальное повышение концентрации
диоксида углерода в атмосфере?
а) автотранспорт;
б) железнодорожный транспорт;
в) морской транспорт;
г) теплоэнергетика;
д) сжигание бытовых отходов.
24. Заменители фреонов менее опасны для озонового слоя по сравнению с фреонами, потому что они:
а) характеризуются меньшим временем жизни в атмосфере;
б) не реагируют с озоном;
в) эффективнее фреонов в качестве хладагентов;
г) разрушаются в тропосфере;
д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.
25. Фотохимический смог образуется при взаимодействии:
а) химических соединений, выделяемых деревьями, и озоном; б) оксидов азота и углеводородов
автомобильных и промышленных выбросов под действием солнечного излучения;
в) диоксида углерода и метана под действием ИК-излучения Земли;
г) постоянных компонентов атмосферы под действием жесткого УФ-излучения;
д) правильными являются несколько из перечисленных выше ответов.
26. Газ, являющийся основной причиной образования кислотных осадков, это:
а) СО2;
б) NOx;
в) SО2;
г) N2;
д) Оз.