1. Газовый состав атмосферы. Влияние на состав атмосферы биогенных и антропогенных источников.

Атмосфера включает в себя постоянные и переменные составляющие.

Постоянные: Азот 78,11%, Кислород 21,95% об, Аргон 0,93% об., Другие инертные газы 0,01% об

Переменные: СО2 0,035% об Н2О 3% об.

Кроме этого в атмосферу поступают различные соединения природного и антропогенного характера, хотя концентрации их небольшие, но именно они определяют химию атмосферы.

Строение атмосферы определяет характер изменения температуры в атмосфере.

Н ижний слой атмосферы – тропосфера. Высота тропосферы в полярных широтах 8 км, над экватором порядка 16 км. С увеличением высоты температура в тропосфере снижается. От стратосферы тропосферу отделяет сравнительно тонкая зона (I) – тропопауза. В стратосфере температура остается постоянной до высоты 25 км, а затем начинает возрастать приблизительно до 270К на границе стратосферы (55 км). На этой границе (II) – стратопауза. Выше стратосферы – лизосфера. Она характеризуется новым понижением температуры до 180-190 К. И на высоте приблизительно 80 км (III) – лизопауза, которая отделяет лизосферу от термосферы. В термосфере кинетическая температура увеличивается с высотой до 1000-1500 К.

Водяной пар. Содержание паров Н₂О быстро уменьшается с высотой. В стратосфере содержание паров Н₂О очень мало (2*10^-6 % об). Там содержание паров Н₂О зависит от высоты и широты.В тропических районах – 3%, а в области Антарктиды – 2*10^-5% об. Водяной пар является одним из основных поглотителей солнечной энергии и теплового излучения земной поверхности, поэтому уменьшение концентрации водяного пара с высотой приводит к снижению температуры атм-ры.

Озон. Нагревание воздуха в стратосфере происходит благодаря поглощению УФ радиации солнца озоном. Наиб. относительная конц. озона приходится на высоте 20-30 км над поверхностью Земли. В лизосфере концентрации и озона и паров Н₂О ничтожны. Поэтому температуры в лизосфере ниже, чем в тропосфере.

Рост кинетической температуры в термосфере связан с поглощением жесткой компоненты солнечной радиации молекулами и атомами кислорода и азота. В термосфере наблюдается наиб. значительное изменение химического состава воздуха с высотой. По мере удаления от поверхности Земли атмосфера обогащается более легкими газами. На высоте до 200 км основными компонентами остаются кислород и азот, а на высоте выше 600 км преобладают гелий и водород.

В тропосфере содержится порядка 80% всего атмосферного воздуха. В стратосфере около 20%, а на лизосферу, термосферу приходится менее 1%.

ВЛИЯНИЕ НА СОСТАВ АТМОСФЕРЫ БИОГЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Высшие растения выделяют большое количество различных органических соединений (свыше 100 различных соединений). Из этих соединений идентифицировано около 70. Качественный состав выделяемых веществ весьма разнообразен. Обнаружены парафиновые, олефиновые, диеновые углеводороды, терпены, спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры, хлорсодержащие соединения. Состав летучих соединений специфичен для каждого вида растений, но можно отметить некоторые черты характерные для отдельных групп растений.

Хвойные растения. Выделение больших количеств терпеновых углеводородов (80% от всех выделяемых хвойными). [* Камфанон-2 (камфара)]. Есть гипотеза, что терпеновые у/в участвуют в фотохимических превращениях, приводящих к образ. аэрозольных частиц О₃ над хвойными лесами. Лиственные деревья. Типично высокое содержание более легколетучих компонентов (*изопрен выделяет тополь, ива, осина, дуб). Из более тяжелых компонентов можно отметить нормальные алканы. Культурные растения выделяют в значительных количествах олефиновые соединения, такие как этилен, бутилен, этанол, ацетон, различные терпеновые углеводороды. Это относится к злакам, томатам, картофелю. Сине-зеленые водоросли выдеялют спирты, фенолы, альдегиды, карбоновые кислоты, серосодержащие соединения. Большое количество веществ выделяется во время цветения водоемов, что приводит к появлению специфического неприятного запаха. Морская растительность выделяет органические сульфиды, галогеналканы I^-, Cl^-, Br^-, метил.При этом эмиссия CH₃I – 1,3 Тг/год, CH₃Cl – 4,9 Тг/год, CH₃Br – 0,3 Тг/год. Содержание CH₃Cl в атмосфере больше чем других галогеналканов. Еще морская растительность поставляет в атмосферу диметилсульфид, который образуется в результате жизнедеятельности микроскопических водорослей.

Общие масштабы эмиссии весьма различаются у различных авторов и колеблются от 950 Тг/год до 1550 Тг/год (Тг=10¹²г). Высшие растения занимают I место в ряду источников атмосферного органического углерода.

После высших растений вторым по величине резервуаром живого вещества планеты являются микроорганизмы. Микроорганизмы разрушают любые органические соединения природного происхождения до СО₂ и Н₂О, но полная минерализация органических соединений осуществляется постепенно по трофической цепочке состоящей из многих микроорганизмов. Каждый из видов микроорганизмов выделяет в окружающую среду соединения, являющиеся конечными продуктами их жизнедеятельности, в том числе, выделяющиеся и летучие органические соединения. Часть из этих соединений переходит в атмосферу. Микроорганизмы выделяют следующие соединения: алканы С₁ – С₄, алкены С₂ – С₄,терпеновые углеводороды, альдегиды и кетоны С₁ – С₉, спирты С₁ – С₈,непредельные спирты, ароматические спирты, карбоновые кислоты С₁ – С₇, а также сложные эфиры, образованные кислотами и спиртами, в состав которых входит С₁ – С₅ серосодержащие вещества: метилдисульид, диметилдисульфид, производные тиофена, амины С₁ – С₇.

Наряду с разложением органики известны микробиологические процессы превращения нелетучих неорганических веществ в летучие органические серосодержащие соединения, например в СН₃SH.

Микроорганизмы могут превращать неорганические соединения хлора в СН₃Сl. Наиболее изучена микробиологическая продукция СН₄, серосодержащие соединения и соединения азота. По масштабам выделения эти соединения занимают 1 место в микробиологической продукции. Основной источник их выделения это анаэробные бактерии, т.е. бактерии, осуществляющие свою жизнедеятельность почти в отсутствии О₂. Такие бактерии обитают в болотах, на дне прудов и озер, в илистых отложениях морского дна, в почва. В результате разложения биополимеров микроорганизмами образуются СО₂, Н₂, СН₃ОН, уксусная кислота, которые служат для бактерий источниками получения СН₄.

По разным данным эмиссия различных соединений в атмосфере различными микроорганизмами составляет 400-1060 Тг/год, причем меняется тенденция к глобальному увеличению СН₃ в атмосфере. Это скорее всего связано с деятельностью человека, т.е.с увеличением добычи СН₃ с площадей поливного землепользования. Сера микроорганизмами выделяется в основном в виде диметилсульфида и Н₂S, но H₂S быстро окисляется. Эмиссия (СН₃)₂S оценивается 34-56 Тг/год.

В процессе деятельности микроорганизмов в атмосферу попадают оксиды азота около 8 Тг/год и микроорганизмы образуют NH₃, но по NH₃ численных данных нет.

ВЛИЯНИЕ НА СОСТАВ АТМОСФЕРЫ АНТРОПОГЕННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Скорость эмиссии в атмосферу некоторых антропогенных загрязняющих веществ

Загрязняющее вещество	Основные источники	Скорость Тг/год
Углеводороды	Сжигание топлива, хим. и нехим. Произ-ва	97
NO и NO2	Сжигание топлива, производство удобрений	53
SO2	Сжигание ископаемого топлива	130
CO	Сжигание ископаемого топлива	640
CO2	Сжигание ископаемого топлива	1,4*10^4
NH3	Обезвреживание отходов	4
H2S	Химическое производство	3

В глобальных масштабах антропогенная эмиссия органич. в-в.уступает биогенным. Но антропогенные источники расположены на ограниченных территориях и поэтому могут оказывать большое влияние на качество атмосферного воздуха в городах и прилегающих к городам территориям. Очень велики антропогенные выбросы сернистых соединений, достигают 70% суммарных выбросов биогенного и антропогенного характера (сюда не включены сульфаты природного происхождения).

В настоящее время – положительные тенденции снижения выбросов S в результате улучшения качества всех видов топлива(снижения концентрации S в них).

Оксиды N от антропогенных источников достигают 40% от суммарных выбросов в атмосферу. Тенденция к ежегодному увеличению выбросов оксидов N от антропогенных источников.

Качеств. и количеств. состав загрязнений атмосферы всецело зависит от характера источника.

I место – автомобильный транспорт (44-63% от всех антропогенных выбросов). Загрязнение происходит от отработавших газов, бензина и дизельного топлива, потерь топлива при транспортировке и заправке. В составе отработавших газов найдено более 500 различных соединений (алканы, алкены, ацетиленовые, ароматические углеводороды, альдегиды, оксиды C и N, спирты, эфиры, кислоты). От ДВС поступает до 8Тг/год оксидов N. В отработавших газах присутствуют канцерогены и азотсодержащие органические соединения, которые так же есть в отработавших газах.

II место – предприятия энергетики, которые используют различные ископаемые топлива. Горение угля, мазута, дизельного топлива, газа – осн. ист-к. поступления в атмосферу оксидов N(12Тг/год). Они образуются в результате горения, имеющихся в топливе, азотсодержащих веществ. Сжигание топлива – главный источник соединения S в атмосфере. Газы, выделяющиеся при сжигании жидких нефтепродуктов содержат ароматику, алканы. При сжигании 1 тонны жидкого топлива образуется 0,25 кг углеводородов, а при сжигании угля – 0,16кг углеводородов. Наименьшее количество углеводородов образуется при сжигании природного газа.

ТЭЦ – самый главный источник выделения в атмосферу полиароматических у/в (*бензопрен).

III место – промышленное производство. Характер загрязнения специфичен. Наиболее широкий ассортимент хим. соединений, выбрасываемых в атмосферу, у предприятий хим. и нефтехим. производства. Здесь: компоненты исходного сырья, промежуточные, побочные и целевые продукты. Мощным источником СН₄ в атмосфере является добыча природного газа (до 20 Тр*г/год), а ежегодное кол-во СН₄ от антропогенных источников 49 Тр*г/год. Большое кол-во СН₄ выделяется при добыче угля. Коксо-химические, нефте-химические, металлургические заводы – крупные источники поступления в атмосферу полиядерных ароматических углеводородов. Особенно большое загрязнение этими продуктами связано с переработкой угля в кокс. Такая переработка осуществляется при очень высоких температурах(>1000⁰С) и концентрация бензопрена в коксовых газах достигает 700 мг/м³ (ПДК бензопрена в воздухе 0,00015 мг/м³).

Многие легколетучие галогенсодержащие производные у/в – объекты крупнотоннажного производства CCl₄, хлороформ, фенолы. Большая часть их почти немедленно поступает в окружающую среду. Это относится к использованию фреонов для получения аэрозолей, фреоны холодильных установок попадают в окружающую среду.

IV – коммунальное производство - жилые и общественные здания , предприятия тепло и водоснабжения, предприятия химической чистки, очистные сооружения, заводы по переработке твёрдых отходов, полигоны твёрдых отходов. Из этих источников попадают в атмосферу опасные долгоживущие загрязнения: меркаптаны, амины, сульфиды.