Введение в экологическую химию - Скурлатов Ю.И.
NBSN 5-06-002593-4
Скачать (прямая ссылка):
Ухудшение видимости во время "смога" (появление голубоватой дымки) связано с образованием аэрозольных частиц. Возникновение аэрозолей и последующее удаление их в процессах слипания, сухого и мокрого (с атмосферными осадками) осаждения является одним из основных путей самоочищения атмосферы.
Атмосферные органические аэрозоли могут образовываться по гомогенному или гетерогенному механизму. Первый из них включает газообразное окисление органических соединений с образованием твердых или жидких частиц, второй подразумевает сорбцию, каталитическое окисление, полимеризацию на поверхности уже существующих твердых и жидких аэрозолей.
Аэрозольные частицы либо попадают в атмосферу в готовом виде (в результате вулканической деятельности, пожаров, морской соли, пыли и т.д.), либо образуются из газовых выбросов непосредственно в атмосфере в результате химических процессов.
Из многочисленных органических соединений, попадающих в атмосферу, наибольшую склонность к образованию аэрозолей проявляют терпеновые углеводороды. Так, наблюдаемая над хвойными лесами в летнее время голубоватая дымка представляет собой аэрозоль, возникающий в результате фотохимического окисления терпенов.
Образование аэрозольных частиц в воздухе городов часто связывают с БОг, который при окислении дает НгБО^ превращающуюся при наличии в атмосфере аммиака в сульфат аммония.
Число твердых частиц в воздухе сильно варьирует в зависимости от местности. В нижней тропосфере, на высотах менее 2 км, в сельских районах концентрация частиц составляет около 104 см"3, а над городами превышает 105 см"3. В фоновых районах в отсутствие антропогенной деятельности в воздухе содержится всего 200—500 см"3 аэрозольных частиц.
§ 44. ВОДА В АТМОСФЕРЕ
Помимо поддержания теплового баланса Земли вода играет исключительную роль в миграции и трансформации различных веществ в атмосфере. Циркуляция воды в природе осуществляется в так называемом глобальном цикле (рис. 7). 114
ч
Рис. 7. Круговорот воды в глобальном природном цикле:
1 — Мировой океан; 2 — почвенные и грунтовые воды; 3 — поверхностные воды суши; 4—снег и лед; 5 — транспирация; б—речной (поверхностный) сток; 7—вода в атмосфере в виде паров и атмосферной влаги
Вода испаряется в атмосферу с водных поверхностей, из почвы, путем транспирации (см. § 3.1). Поднимаясь в воздух, по мере охлаждения она конденсируется с образованием атмосферной влаги, переносится воздушными массами, выпадает в виде дождя или снега на поверхность суши, просачивается внутрь почвы с образованием грунтовых вод или стекает по поверхности, образуя поверхностный (речной) сток.
В среднем около 10% тропосферы Земли постоянно занято облаками, хотя доля собственно жидкой воды в ней невелика — всего 10"7—
Облачный слой постоянно покрывает более половины поверхности Земли и имеет толщину от нескольких сотен до тысяч метров. Эффективный объем облаков увеличивается за счет потока воздуха, проходящего через слой облаков со скоростью от0,1до10м/с.
Образование жидкой воды тесно связано с наличием в атмосфере аэрозолей — твердых или жидких частиц, обладающих малыми скоростями осаждения и находящихся во взвешенном состоянии. Жидкая вода присутствует в атмосфере во многих формах, главным образом в виде дымки, тумана, облаков и дождя.
Каждая капелька влаги в атмосфере, возникающая при конденсации водяных паров, — это своего рода микроводоем с определенным химическим составом. На границе раздела воздух — вода этого микроводоема интенсивно протекают процессы газожидкостного обмена с окружающей воздушной средой.
115
Помимо растворенных атмосферных газов капли воды содержат также растворенные и твердые неорганические и органические загрязнители атмосферы. В результате капля атмосферной влаги представляет собой газожидкостиый микрореактор со сложным и изменчивым химическим составом. В этом реакторе под действием солнечного излучения и электрических зарядов могут происходить всевозможные химические превращения, главным образом окислительного характера с участием кислорода и продуктов его активации.
Время жизни капель невелико — от нескольких минут в случае больших дождевых капель до примерно часа в каплях облаков. Время жизни частиц "смога" размером меньше 1 мкм достигает недели. В табл. 12 приведены характерные размеры капель воды, содержание влаги на единицу объема воздуха, значения рН, ионной силы и содержание оксидов железа и марганца как потенциальных катализаторов окислительно-восстановительных превращений в атмосферной влаге. В частицах дымки вода присутствует в виде тонкой пленки жидкости на твердой поверхности, а в каплях дождя — в виде гомогенной жидкой фазы.
Таблица 14. Свойства частиц атмосферной влаги
Водная среда Размер частиц, мкм Массовое содержание воды, г/м3 pH Ионная сила, моль/л Содержание металлов, моль/л
Fe _ Мп
Дымка 0,03-0,3 Ю'МО"4 1-8 1 10-4-10-з 10"7-10-4
Туман 10 0,02-0,2 2-6 10-3-10'2 iO"6-io-4 io-7-io-5
Облака 10 0,1-3 3-6 Ю-3-10-2 10-7-10"4 10-8-10"5
Дождь 200-2000 0,1-1 4-5 10"4 IQ-MO"5 10-8-10-6
