Антропогенное воздействие на атмосферный воздух ЛЕКЦИЯ

Антропогенное
воздействие на
атмосферный воздух
ЛЕКЦИЯ
План
1.Структура и химический состав атмосферы.
2. Основные источники загрязнения атмосферы
и меры по предотвращению загрязнений.
3. Экологические проблемы, связанные с
антропогенным загрязнением атмосферы.
4.Состояние и тенденции изменения качества
атмосферного воздуха в городах.
Загрязнение атмосферы
Атмосферный воздух - один из
важнейших жизнеобеспечивающих
природных компонентов в городах и
населенных пунктах- представляет
собой смесь газов и аэрозолей
приземной части атмосферы,
сложившуюся в ходе эволюции
планеты, деятельности человека и
находящуюся вне пределов жилых,
производственных и иных помещений.
Структура и химический
состав атмосферы.
Атмосфера - воздушная
оболочка Земли, состоящая
из смеси различных газов,
водяных паров и пыли.
Значение атмосферы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Источник дыхания;
Защищает всё живое на земной поверхности
от губительного воздействия космических
излучений;
Защищает от метеоритов и космической
пыли;
Задерживает тепло;
Служит сырьём для синтеза химических
веществ;
Используется при охлаждении;
Среда, в которую поступают многие отходы.
Атмосфера состоит на 78% из азота,
21% -кислорода,
1% - инертные
и др. газы в т.ч. углекислый газ – 0,03%.
Атмосфера делится
на три основные части:
1.
2.
3.
Нижнюю – тропосферу ( до высоты 8 18км);
Среднюю – стратосферу ( от 8 -18 км до 60
км.);
Верхнюю – ионосферу (выше 60 км).
Загрязнение атмосферы
Загрязнение может быть вызвано
природными процессами (природное)
и деятельностью человека
(антропогенное).
Источники загрязнения
атмосферы
Рис. 1. Источники загрязнения атмосферы
Рис. 2. Основные источники загрязнения
Природными источниками
загрязнений атмосферы служат





Вулканические выбросы;
Лесные и степные пожары;
Пыльные бури;
Тайфуны;
Массовое цветение растений.
Загрязнение атмосферы
Антропогенное загрязнение
По масштабам превосходит природное.
Оказывает воздействие различным образом,
влияя непосредственно на её состояние
(нагревание, изменение влажности и т.д.),
воздействуя на физико-химический состав
(увеличивая концентрации диоксида серы,
твёрдых частиц и т.д.), изменяя свойства
подстилающей поверхности ( сведение
лесов, распашка и т.д.)
Основные антропогенные источники
загрязнения атмосферы




Промышленные предприятия;
Отопительные системы зданий;
Транспорт;
Сельское хозяйство.
Основной вклад в загрязнение
атмосферы вносят:





Теплоэнергетика (как тепловые
электростанции, так и котельные);
Предприятия чёрной и цветной
металлургии;
Химическая промышленность;
Целлюлозно-бумажная и др. отрасли
промышленности;
Автотранспорт.
Рис. 3. Антропогенные загрязнители атмосферы
и связанные
с ними изменения
Города с наибольшим уровнем загрязнения воздуха (
Город
Вещества
Город
Вещества
Абакан
БП, Ф
Новороссийск
Ф, NO2, NO
Архангельск
CS2, Ф, ММ
Новочеркасск
Фенол, Ф, NO2
Благовещенск
Ф, ВВ, СО
Омск
Ф, Ацетальдегид
Бийск
Ф, ВВ NO2
Ростов-на-Дону
NO2, Ф, ВВ
Калининград
БП, CS2, NO2
Самара
Ф, NH3, NO2
Кемерово
БП, CS2, NH3, Ф
Санкт - Петербург
ВВ, Ф, Фенол, NO2
Красноярск
БП, Ф, ВВ
Саратов
NO2, Ф, NO
Краснодар
Фенол, Ф, ВВ
Селенгинск
Ф, Фенол. CS2
Кызыл
БП, Ф, ВВ
Соликамск
Ф, NH3
Липецк
Фенол, NH3, Ф
Ставрополь
Ф, NO2
Магадан
Фенол, Ф, NO2
Сызрань
БП, Ф, NO2
Магнитогорск
БП, NO2, CS2
Тольятти
HF, Ф, ВВ
Москва
фенол, NO2, Ф, СО
Ульяновск
Фенол, Ф, NO2
Нижний Тагил
Фенол, NH3, Ф, ЭБ
Хабаровск
БП, SO2, NO2, Ф
Новгород
ВВ, NH3, NO2
Чита
БП, Ф, ВВ, NO2
Новокузнецк
БП, Ф, ВВ, HF
Южно-Сахалинск
БП, сажа, ВВ, NO2
Ф, SO2
Ф-формальдегид, БП-бензпирен,
ВВ-взвешенные вещества, ММметилмеркаптан
Норильск
Для уменьшения концентрации в атмосфере
вредных примесей применяют следующие
методы:






Устанавливают очистное оборудование для
улавливания загрязняющих веществ;
Сооружают высокие и сверх высокие дымовые
трубы;
Совершенствуют существующие и создают новые
промышленные технологии;
Располагают промышленные предприятия с
учётом розы ветров;
Создают санитарно-защитные зоны;
Осуществляют посадку зелёных насаждений.
Парниковый эффект
Это удержание значительной части
тепловой энергии Солнца у земной
поверхности.
Распределение солнечной энергии
Источники парниковых газов
Источники СО2 в атмосфере
Вулканическая деятельность
Парниковые газы
Водяной пар
Углекислый газ-25%
Метан СН4 -15%
Хлорфторуглероды-12%
Оксиды азота-6%
Озон О3- 8%
Колебания концентрации газов ,вызывающих парниковый
эффект приводят к климатическим изменениям.
Смог в Нью-Йорке
Смог над Москвой
Для сокращения вредного влияния
выхлопных газов автомобилей применяют
следующие методы:





Совершенствуют существующие модели
двигателей и уменьшают корпуса
автомобилей;
Применяют новые виды топлива;
Используют нейтрализаторы;
Применяют автоматизированные системы
регулирования движения;
Создают вдоль дорог зелёные насаждения.
Загрязнение атмосферы:
В зависимости от масштабов
распространения загрязнителей можно
подразделить загрязнение атмосферы на
-локальное
-региональное
-глобальное
Смог – это сильное загрязнение воздуха в больших
городах и промышленных центрах, обусловленное
застаиванием воздуха.
Необходимым условием для образования
является температурная инверсия
(перестановка), которая проявляется в
повышении температуры воздуха с высотой
в приземном слое атмосферы ( как правило,
до высоты не выше 0,5 км)
вместо обычного понижения, характерного
для тропосферы.
Смог лондонского типа (влажный) –
сочетание газообразных загрязнителей,
пылевых частиц и капель тумана.
Смог лос-анжелесского типа (сухой,
фотохимический) – при слабом перемешивании
воздуха под воздействием интенсивных
солнечных лучей, антропогенные выбросы
участвуют в сложных химических реакциях с
образование новых высокотоксичных
загрязнителей.
Смог аляскинского типа – это сочетание
газообразных загрязнителей, пылевых частиц и
кристаллов льда.
Последствия парникового
эффекта
Повышение уровня Мирового
океана
Таяние ледников
Опустынивание и
заболачиваемость территорий
Решение проблемы парникового
эффекта:



сокращение выбросов в атмосферу
углекислого газа;
переход на экологически чистые
источники энергии;
сохранение лесов-экосистем,
способствующих оттоку углекислого
газа из атмосферы.
Понятие кислотных осадков и
причины возникновения
Кислотные осадки - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при
котором наблюдается понижение pH дождевых осадков из-за
загрязнений воздуха кислотными оксидами (обычно — оксидами
серы, оксидами азота).
В процессе сгорания ископаемых видов топлива образуются диоксид
серы (SO2) и окиси азота (NOx). Хотя источники окиси серы и
окиси азота существуют и в природе, более чем 90% выбросов
серы и 95% выбросов азота являются результатом научнотехнического прогресса. Попадая в атмосферу, эти газы в
результате химических реакций преобразовываются во
вторичные загрязняющие вещества, такие как азотная и серная
кислоты, легко растворимые в воде.
Таким образом, любой дождь является в какой-то степени
кислотным. Кислотные капельки воды переносятся ветрами на
большие расстояния, возвращаясь на Землю в виде кислотных
дождей, снега или тумана.
В процессе природных явлений - извержений вулканов,
жизнедеятельности болот и гниения растений образуется диоксид
серы, один из газов, способствующих формированию кислотных
дождей. Кислотные дожди, образованные естественным способом,
также являются неблагоприятными для окружающей среды. Но
такие дожди случаются намного реже, чем в результате
деятельности человека. В 1950-1970-х годах уровень кислотности
дождей в Европе увеличился приблизительно в десять раз.
Правда, в 80-е годы он уменьшился. Несмотря на тот факт, что
многие страны начали предпринимать меры для борьбы с
выбросами в атмосферу вредных веществ, вызывающих
кислотные дожди, проблема всё ещё остаётся актуальной. По
шкале, определяющей уровень кислотности, величина pH дождя
обычно составляет 5,6. В случае уменьшения этого показателя
говорят о кислотном дожде. Химическое уравнение образования
кислотного дождя выглядит следующим образом:
SO2 (Диоксид Серы) + NO (Окись Азота) + H2O (Вода) =
Кислотный дождь
Вред, наносимый лесам, почве,
озерам
Выпадение кислотных дождей сказывается на
лесах так же как на озерах и реках. Во многих
странах мира деревья сильно страдают от
воздействия кислотных дождей. Многие деревья
теряют свои листья, их верхушка становится
тоньше. Для некоторых деревьев данное воздействие
настолько неблагоприятно, что они умирают.
Деревья нуждаются в здоровой почве для роста и
развития. Кислотный дождь, впитавшийся в почву,
делает её фактически невозможной для жизни
деревьев. В результате этого деревья становятся
более восприимчивыми к вирусам, грибкам и
насекомым-вредителям, становятся неспособными
для борьбы с ними и поэтому умирают.
Вред, наносимый сооружениям
Кислотные осадки негативно влияют и на сооружения.
Материалы, такие как камень, цветное стекло, росписи и
другие объекты могут быть повреждены или даже разрушены.
Осадки медленно, но постепенно разъедают материал, пока от
него ничего не останется. Строительные материалы
разрушаются, металлы разъедаются, цвет окраски портится,
кожа портится, и поверхность стекла покрывается коркой. Во
многих частях мира множество известных и древних зданий
повреждены кислотным дождем. Некоторые каменные
постройки Собора Святого Павла в Лондоне разъедены
кислотным дождем. В Риме статую Марка Аврелия работы
Микеланджело убрали с открытого пространства для защиты
от загрязняющих веществ в воздухе.
Здоровье людей
Мы питаемся продуктами, пьем воду и вдыхаем воздух, на
которые воздействуют кислотные осадки. Исследования,
проведенные канадскими и американскими учеными
показывают, что существует связь между экологическим
загрязнением и заболеваниями органов дыхания у наиболее
чувствительной части населения, такой как дети и астматики.
Такие токсичные элементы, как алюминий, медь, ртуть в
результате кислотных дождей становятся более растворимыми,
поэтому уровень содержания этих металлов в необработанных
запасах питьевой воды может увеличиваться. Высокие
концентрации алюминия в почве могут также препятствовать
поглощению и использованию питательных веществ
растениями.
Озоновый слой
Это присутствующий в слабой
концентрации в стратосфере озон, который
поглощает жесткое коротковолновое
солнечное излучение, губительное для живых
организмов.
Область наибольшей концентрации
озона в атмосфере достаточно локальна и
расположена на высоте 25 км.
Процесс фотодиссоциации кислорода:
O2 + h = O2 (возбужденная молекула)
O2 + O2 = O3 + O (образование).
Реакция фоторазложения озона, которая и
представляет собой поглащение озоном
коротковолновых фотонов
О3 + h
  240 260нм
О2 + О (разложение).
Проблема, связанная с озоном состоит
из двух аспектов:
1.Озон – фактор, обеспечивающий биологически
безопасный уровень УФ-излучения у поверхности
Земли, поддерживающий в стабильном состоянии
климат планеты, контролирующий содержание
некоторых загрязнителей в атмосфере.
2.Содержание озона уменьшается в озоновом слое
под действием антропогенных загрязнителей
атмосферы.