2. Геохимия атмосферы.

История формирования атмосферы служит ярким примером воздействия живого вещества на ОС.

Масса атмосферы около 5,2 умноженная на 10 в 15 степени тонн. Основная часть газового вещества (80%) заключена в тропосфере (от 8 до 17 км).

Выше тропопаузы, на протяжении стратосферы и мезосферы, нарастает разреженность газов. На высоте 25-30 км под воздействием солнечной радиации происходит фотодиссоциация молекул кислорода и образуется озон.

В настоящее время газовое вещество атмосферы на 99,8% состоит из трех химических элементов: азота (75%), кислорода (23,01%) и аргона (1,28%0. Кроме того, присутствуют в сильно варьирующем количестве пары воды, оксид углерода (в среднем 0,04%), незначительная примесь неона, гелия, криптона, ксенона, метана, озона, оксидов азота и др. Процентное соотношение газов сохраняется до высоты 80-100 км, здесь простирается гомосфера. Атмосфера выше 100 км называется гетеросферой . До высоты 200-250 км преобладают атомарный азот и кислород, до 700 км – атомарный кислород, выше атомарный водород.

Каждый газ в атмосфере выполняет свою функцию. Основная роль кислорода – в дыхании живых организмов, горении, окислении. Азот – важный элемент, он входит в состав белков, его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Он определяет скорость биохимических реакций, он играет роль «разбавителя» кислорода. Считается, что если бы азота в атмосфере было меньше, а кислорода больше, живая материя окислялась бы энергичнее. Гелий – один из наиболее легких газов, он выделяется из почвы, горных пород, морской воды при распаде содержащихся в них радиоактивных веществ. В приземном слое содержание гелия постоянно, с высотой его количество возрастает. Углекислого газа в атмосфере немного – 0,03%, его содержание колеблется. В промышленных центрах, где сжигается много нефтепродуктов, содержание его возрастает. Увеличивается его содержание при вырубке леса, осушении болот, а также во время активной вулканической деятельности. Зимой количество СО2 возрастает, летом – уменьшается. Объясняется это деятельностью растений. Углекислый газ – основной материал для построения органического вещества.

В результате загрязнения меняется прозрачность атмосферы, в ней возникают аэрозоли, смог и кислотные дожди.

Аэрозоли представляют собой дисперсные системы, состоящие из частиц твердого тела или капель жидкости, находящихся в газовой среде. В зависимости от состава дисперсной фазы аэрозоли подразделяют на две группы. К одной относят аэрозоли, состоящие из твердых частиц, диспергированных в газообразной среде, ко второй – аэрозоли, являющиеся смесью газообразных и жидких фаз. Первые называют Дымами, а вторые туманами. В процессе их образования большую роль играют центры конденсации. В качестве ядер конденсации выступают вулканический пепел, космическая пыль, продукты промышленных выбросов, различные бактерии и др.

Аэрозоли начали образовываться с момента возникновения нашей планеты, но особенно сильно это проявляется с тех пор, как человечество стало использовать специально создаваемые аэрозоли, как в виде отравляющих веществ, так и для защиты растений.

Наиболее опасными для растений являются аэрозоли сернистого газа, фтористого водорода и азота. При соприкосновении с влажной поверхностью листа они образуют кислоты, губительно воздействующие на живые ткани. Кислотные туманы попадают вместе с вдыхаемым воздухом в дыхательные органы животных и человека, агрессивно воздействуют на слизистые оболочки. Одни из них разлагают живую ткань, а радиоактивные аэрозоли вызывают онкологические заболевания.

Смог представляет собой смесь аэрозолей с жидкой и твердой дисперсными фазами, которые образуют туманную завесу над промышленными районами и крупными городами.

Различают три вида смога: ледяной, влажный и сухой.

Ледяной смог назван аляскинским. Это сочетание газообразных загрязнителей с добавлением пылеватых частиц и кристалликов льда, которые возникают при замерзании капель тумана и пара отопительных систем.

Влажный смог, или смог лондонского типа, иногда называется зимним. Он представляет собой смесь газообразных загрязнителей (в основном сернистого ангидрита), пылеватых частиц и капель тумана. Метеорологической предпосылкой для появления зимнего смога является безветренная погода, при которой слой теплого воздуха располагается над приземным слоем холодного воздуха (ниже 700 м). При этом отсутствует не только горизонтальный, но вертикальный обмен. ЗВ, обычно рассеивающиеся в высоких слоях, в данном случае накапливаются в приземном слое.

Сухой смог возникает в летнее время, и его нередко называют смогом лос-анджелесского типа. Он представляет собой смесь озона, угарного газа, оксидов азота и паров кислот. Образуется такой смог в результате разложения ЗВ солнечной радиацией, особенно ультрафиолетовой частью. Метеорологической предпосылкой является атмосферная инверсия, выражающаяся в появлении слоя холодного воздуха над теплым.

Наличие канцерогенных веществ в смоге приводит к нарушению дыхания, раздражению слизистых оболочек, расстройству кровообращения, возникновению астматических удуший и нередко к смерти. Особенно опасен смог для малолетних детей.

Кислотные дожди представляют собой атмосферные осадки, подкисленные растворенными в них промышленными выбросами оксидов серы, азота и паров хлорной кислоты и хлора. В процессе сжигания угля, нефти и газа большая часть находящийся в ней серы как в виде оксида, так в соединениях с железом, в частности, в пирите, пирротине, халькопирите и т.д., превращается в оксид серы, который вместе с диоксидом углерода выбрасывается в атмосферу. При соединении атмосферного азота и технических выбросов с кислородом образуются различные оксиды азота, причем объем образовавшихся оксидов азота зависит от температуры горения. Основная масса оксидов азота возникает во время эксплуатации автотранспорта и тепловозов, а меньшая часть приходится на энергетику и промышленные предприятия. Оксиды серы и азота – главные кислотообразователи. При реакции с атмосферным кислородом и находящимся в нем парами воды образуются серная и азотная кислоты.

Асидификация – это природный процесс, вызванный антропогенной деятельностью и приводящий к повышению кислотной реакции атмосферы, гидросферы и педосферы. Еще в середине 19 в. обратили внимание на кислотные осадки, которые выпадали в окрестностях Манчестера (Англия). Английский ученый Р.А.Смит измерил кислотность атмосферных осадков и, обнаружив высокую концентрацию, назвал их кислотными дождями.

Известно, что нейтральная среда имеет рН, равную 7, кислая – 0, щелочная -14. В современную эпоху величина рН дождевой воды составляет 5,6, хотя в недавнем прошлом она была нейтральной (рН 7).

Кислотные дожди оказывают агрессивное воздействие на растения, на промышленные и жилые здания и способствует существенному ускорению выветривания горных пород. Кислотность почв способствует освобождению находящихся в связанном состоянии тяжелых металлов, которые постепенно усваиваются растениями, вызывая у них серьезные повреждения тканей и проникая в пищевые цепочки человека. Изменение рН морских вод ведет к прекращению размножения многих беспозвоночных, вызывает гибель рыб и нарушает экологическое равновесие в океанах.