§ Вплив забруднень на тепловий режим атмосфери.
Атмосферний пил та аерозолі ослаблюють сонячне випромінювання в результаті розсіювання, відбивання і поглинання променів. Ці процеси, пов’язані з дією діоксиду вуглецю та інших газів, що поглинають ультрафіолетове випромінювання, помітно впливають на клімат. У частинок з діаметром більше 1 мкм поглинання інфрачервоного проміння значно зростає, в результаті чого, повітряні шари, що містять такі частинки, нагріваються, а нижні шари відповідно залишаються холодними. Частинки меншого розміру сприяють розсіюванню світла, але при діаметрі менше 0,4 мкм (тобто менше, ніж довжина хвилі видимого світла) вони не виявляють помітного впливу на розсіювання світла, хоч відповідно до своєї хімічної будови можуть поглинати ультрафіолетове проміння.
Частинки темного кольору, наприклад частинки сажу, відповідно, найкраще поглинають видиме світло і інфрачервоне випромінювання, що призводить до самого інтенсивного охолодження земної поверхні.
Основна частина тропосферних та стратосферних аерозолів складається з частинок діаметром близько 1 мкм і менше. Ці частинки в першу чергу призводять до розсіювання в видимій області спектру, інфрачервоне випромінювання вони поглинають незначною мірою. На даний час в атмосфері густина аерозолів така, що вона призводить до зниження температури земної поверхні приблизно на 1,5 °С. в якості порівняння можна зазначити, що хмари та водні пари в атмосфері знижують температуру земної поверхні приблизно на 15 °С. якщо вміст аерозолів в тропосфері збільшується вдвічі, то це викликає зниження температури земної поверхні більш ніж на 1,5 °С, але не в два рази. Вважається, що коротко часові зміни вмісту аерозолів в атмосфері можуть призвести до кліматичних змін. Але ці припущення не є коректними, тому що вплив забруднення атмосфери аерозолями слід розглядати в сукупності з іншими факторами: відбивальною здатністю земної поверхні, вмістом газів в тропосфері, що поглинають тепло, а також за наявності в стратосфері газів, що руйнують озон.
На даний час відсутні данні при вплив аерозолів в стратосфері при висоті близько 20 км на температуру в тропосфері і кліматичні зміни. Навіть потужні вулканічні виверження не виявляють помітного впливу на клімат, хоча при цьому температура в стратосфері підіймається на декілька градусів. Так, наприклад, при виверженні вулкана Агунг на о. Балі в 1963 році протягом трьох років існував стратосферний шар із частинок пилу та аерозолів, що викликав підвищення температури в забрудненій нижній частині стратосфери на 6-7 °С в порівнянні з первинним значенням до виверження. При цьому температура нижчих шарів повітря, близьких до поверхні землі, знизилась лиш на декілька десятих градуса, що не викликало помітних кліматичних змін.
Проведені в США дослідження показали, що за минулі 20 років вміст сірчанокислих аерозолів в стратосфері щорічно збільшується приблизно на 9%. Цей приріст призводить до постійної присутності в атмосфері сірковмісних сполук антропогенного походження. Кожні 7,5 років густина сіркокислих аерозолів в стратосфері подвоюється. При такій швидкості приросту сіркокислих аерозолів за 25 років їх густина підвищиться десятикратно. Відбуватиметься такий же вплив як і при виверженні вулкану Агунг. Якщо прослідують нові потужні вулканічні виверження або в стратосфері з'являться які-небуть гази, що поглинають тепло, то можлива помітна зміна клімату, але на охолодження повітряних мас, близьких до земної поверхні, більше впливають теплопоглинаючі гази в тропосфері. Отож потрібно уважно стежити за накопиченням в стратосфері пилу та аерозолів і за змінами в їх поведінці.
§ Хімічні реакції в тропосфері і стратосфері за участю аерозолів.
До цього часу систематично проводились спостереження за змінами вмісту сполук сірки в стратосфері, процеси їх утворення до цього часу ще не з'ясовані. Найбільш достовірною являється реакція між діоксидом сірки SO2 з радикалом OH·. При цьому радикали OH· утворюються по ланцюговим реакціям, що супроводжують фотоліз озону. Вміст озону в тропосфері складає 10 -100 млрд -1. Під впливом світла озон зазнає перетворень, утворюючи або атомарний кисень в лужному стані О(3Р), або збуджений кисень в синглетному стані О(3D):
O3 ¾l>310nm ®O2+O(3P)
O3 ¾l<310nm¾®O2+O(1D)
Збуджений кисень з парами води може утворювати радикали OH·:
O(1D)+ H2O¾® OH·+ OH·
Виключно реакційноспроможні радикали OH· утворюють з SO2 сірчану кислоту:
SO2 + 2OH· ®H2SO4
В цю реакцію вступає не тільки SO2 антропогенного походження, але й діоксид сірки, утворений з відновлювальних форм природних сполук сірки, що, можливо, окислюються за допомогою радикалів OH· в SO2.
Тропосферні аерозолі сірчаної кислоти, на відміну від стратосферних аерозолів , можуть зберігатись в атмосфері тільки декілька діб- вони або випадають разом з дощами, або ж відкладаються у твердому вигляді. В тропосфері нейтралізація кислотних забруднень здійснюється пиловими частками лужного та земельнолужного характеру. На даний час ці процеси не отримали якісної оцінки. Швидше за все вони грають велику роль в промислових районах та великих містах, чим в сільській місцевості. В ФРГ за останні 30 років викиди пилу скоротилися в 10 разів, хоча кислі забруднення скоротилися значно менше ,- очевидно ефект нейтралізації проявляється слабше, чим в 50-ті роки ХХ- століття.
В вихлопних газах автомашин, двигуни яких працюють на паливі з антидетонаційними добавками на основі тетраетил свинцю, можна помітити незгорівший тетраетил свинець (ТЕС). Викиди останього особливо великі при старті холодного мотору, при цьому концентрація ТЕС в вихлопних газах може складати 5 мг\м3 . в міському повітрі йде розбавлення до концентрації 0,1-1 мкг\м3 . надзвичайно летючий, хоча і киплячий при температурі 200°С, ТЕС розповсюджується в повітрі і може досягати місцевостей з незабрудненим повітрям. При цьому переносі ультрафіолетові промені з довжиною хвилі 250 нм перетворюють ТЕС в радикал, який в присутності ще невідомого акцептора електронів (Х) утворює іон тетраетил свинцю:
|
¾l=250nm¾®Pb(C6H5)3· +C2H5· ®+x Pb(C6H5)3+ +x-
ця реакція проходить, очевидно, на відомій відстані від Землі, де ультрафіолетове випромінювання вже не дуже ослаблене пилом і аерозолями, що знаходяться близько до поверхні. Особливою рисою Pb(C6H5)3+ є та, що завдяки її іонному характеру проявляються її гідрофільні властивості, а наявність групи C2H5·надає ліпофільний характер. Завдяки таким властивостям іон тетраетил свинцю може проходити між клітинні мембрани і відкладатися в організмі на сірковмісних молекулах білків. Поки що немає прямих вказівок про небезпечність іонів ТЕС для живих організмів. Вважається , що іон тетраетил свинцю може мати токсичні властивості через токсичність самого ТЕС.
Завантажити реферат