Источники аэрозолей в атмосфере, страница 3

6. Промышленность и транспорт

Большая доля промышленных загрязнений является весьма токсичной. Наиболее токсичны соединения ртути, свинца, различные органические соединения. Большинство газовых примесей участвует в процессе образования вторичных аэрозолей. Однако, этот тип загрязнений оказывает значительное влияние лишь вблизи источника или при их накоплении, которому способствует наличие атмосферной инверсии. Большой вклад в этот вид загрязнений вносят цементная пыль, туманы серной кислоты, дымы окисей железа и цинка и различные фтористые соединения. Однако состав такого рода аэрозолей зависит от типа производства, находящегося в данном районе.

7. Химические реакции

Химические и фотохимические реакции в атмосфере ответственны за появление мелкодисперсной фракции вторичных аэрозолей. Аэрозольные частицы образуются из продуктов реакций сернистого газа, органических соединений, аммиака, сероводорода, окислов азота и некоторых других газов с окислителем типа озона, а также с водяным паром и солевыми аэрозольными частицами.

Например, атомарный кислород образуется путем фотохимического разложения солнечным светом двуокиси азота и озона. Атомарный кислород быстро реагирует с сернистым ангидридом, если последний присутствует в атмосфере. При этом возникает серный ангидрид, который в свою очередь быстро реагирует с водяным паром, образуя капельки серной кислоты. Реакция происходит по формуле:

SO₂+O + M → SO₃ + M,

где М ‒ любая третья молекула или атом.

Сернистый ангидрид в воздухе, освещенном солнцем, подвергается также фотохимическому окислению до серной кислоты:

2SО₂ + О₂ + hυ → 2SO₃

SO₃+H₂O→ H₂SO₄

Сернистый ангидрид довольно сильно поглощает солнечное излучение в тропосфере в интервале длин волн от 2900 до 4000 Å. Энергия фотонов такого излучения слишком мала, чтобы вызвать диссоциацию SO₂ на SO и О. Однако SO₂ при поглощении излучения переходит в возбужденное состояние и реагирует с О₂ гораздо быстрее, чем в основном, невозбужденном состоянии.

Размеры капелек серной кислоты будут определяться количеством серной кислоты в капельке и относительной влажностью. В условиях равновесия давление водяных паров над поверхностью капелек будет равно парциальному давлению водяного пара в воздухе. Когда сернистый ангидрид растворяется и окисляется в капельках, содержащих растворенный хлористый натрий, образование серной кислоты может привести к появлению хлористого водорода, который выделяется из капельки, особенно при ее высыхании. Если молярное количество хлористого натрия превышает количество серной кислоты, то испарение воды приведет к образованию твердой частицы, состоящей в основном из смеси хлористого натрия и сульфата натрия. Такие частицы часто встречаются и в пробах атмосферного воздуха.

Кроме сульфата, в солевых частицах образуются нитраты. Особенно высокое содержание нитрата было найдено в частицах диаметром более 1 мкм, собранных в прибрежных областях северо-востока США. Такие частицы, по-видимому, являются продуктом реакции солевых частиц с находящейся в воздухе двуокисью азота. Концентрация нитрата в частицах очень велика тогда, когда концентрация NO₂, вызванная загрязнением воздуха, особенно высока.

Некоторые растения выделяют органические газы. Многие из этих газов поглощают мягкое ультрафиолетовое излучение Солнца, доходящее до тропосферы. Такие газы могут подвергаться фотохимическому окислению с образованием высокомолекулярных соединений, которые конденсируются из атмосферы в форме аэрозолей. Можно ожидать, что происходящие при этом реакции сходны с реакциями, протекающими при высыхании масляных красок. Таким реакциям предписывают наблюдающуюся в жаркий летний день дымку. Более или менее плотная дымка существует круглый год над бассейном Амазонки, над джунглями северной Колумбии и над плоскогорьями юго-восточной Мексики. Летом дымка покрывает большую часть США. Возможно, что этими реакциями объясняется тот факт, что летом атмосфера поглощает больше солнечного света, чем зимой, а также то, что зимой ночное небо гораздо более ясное.

Итак, атмосферные загрязнения по всему земному шару распределены весьма неравномерно. Это определяется неравномерностью распределения источников загрязнения, малым временем жизни большинства загрязняющих примесей, особенностями атмосферной циркуляции и атмосферными процессами выведения загрязнений из атмосферы.

Список литературы

1 Ивлев, Л.С. Химический состав и структура атмосферных аэрозолей [Текст] / Л.С. Ивлев. – М. : Издательство Ленинградского университета, 1982. – 368 с.

2 Грин, Х. Аэрозоли – пыли, дымы и туманы [Текст] / Х. Грин, В. Лейн. – М. : Химия, 1972. – 428 с.

3 Кейдл, Р. Твердые частицы в атмосфере и в космосе [Текст] / Р. Кейдл, – М. : Мир, 1969. – 428 с.