Городская атмосфера - раздел Экология, Дисциплина Химические основы экологии Лондонский Смог — Первичное Загрязнение
В Городской Среде При...
Лондонский смог — первичное загрязнение
В городской среде присутствуют загрязняющие вещества, непосредственно выброшенные в атмосферу и называемые первичными загрязнителями. Дым — пример первичного загрязнителя. Жители Лондона сжигали уголь с XIII в. Беспокойство и желание отрегулировать этот процесс возникли почти сразу же из-за ощутимого и весьма странного запаха. Жители средневекового Лондона считали, что запах может вызвать заболевания.
Топливо обычно состоит из углеводородов, за исключением в основном экзотических применений, таких, как ракетная промышленность, где иногда используются азот, алюминий (А1) и даже бериллий (Ве). Обычный процесс сгорания согласно уравнению
2СН4 + 3O2 → 2СO2 + 2Н2О
Если кислорода мало, можно получить углерод (т.е. сажу):
СН4 + O2 → С + 2Н2O
При низких температурах и в случаях относительно небольшого количества О2 реакции пиролиза (т. е. реакции, когда разрушение происходит в результате нагревания) могут вызвать изменения в расположении атомов, приводящие к образованию полициклических ароматических углеводородов в процессе сжигания. Сжигание топлива первоначально кажется безвредным, оно может привести к образованию ряда загрязняющих соединений углерода. Когда были созданы первые паровые двигатели, инженеры полагали, что избыток кислорода поможет преобразовать весь углерод в СO2 , поэтому они приняли философию «сжигания своего собственного дыма», что хотя и потребовало большого мастерства для осуществления, но в результате имело лишь ограниченный успех.
В топливе присутствуют и другие примеси, но сера всегда считалась наиболее типичным загрязнителем воздуха городов. Если рассмотреть состав различных топлив, видно, что они содержат сильно варьирующие количества серы, %: уголь — 0,2—0,7; горючие масла — 0,5—0,4; кокс — 1,5—2,5; дизельное топливо — 0,3—0,9; бензин — 0,1; керосин — 0,1; дерево, природный газ — очень мало.
Классические случаи загрязнения воздуха в Лондоне имели место зимой в условиях сырости и тумана. Использование топлива было максимальным, и воздух был практически неподвижным. Одновременное присутствие тумана и дыма привело к возникновению слова «смог», которое сейчас часто используется для описания загрязнения воздуха вообще. Диоксид серы хорошо растворим, и поэтому может растворяться в воде, которая конденсируется вокруг частиц дыма.
Серная кислота обладает большим сродством к воде, поэтому образовавшаяся капелька дополнительно адсорбирует воду. Капельки постепенно растут, и туман сгущается, достигая очень низких значений рН. Сильнейшие туманы беспокоили Лондон на пороге прошлого столетия. Случаи легочных болезней неизменно учащались во время продолжительного зимнего тумана — ничего удивительного, если учесть, что капельки тумана содержали Н2SО4. Медицинские архивариусы в викторианской Англии сознавали, что туманы влияют на здоровье, но они не могли издать законы об уничтожении дыма. Даже там, где было желание и энтузиазм — в Европе и в Северной Америке, которые боролись за изменения, техника была совершенно неспособна дать ощутимые улучшения. Те улучшения, которые действительно происходили, были связаны чаще всего с изменениями вида топлива, местоположения предприятия или климата.
Смог Лос-Анджелеса — вторичное загрязнение
Особый тип загрязнения городской атмосферы озоном, впервые отмеченный в 1944 г. в Лос-Анджелесе, получил название «фотохимический смог». Фотохимический туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне — сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами (алкенами).
В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги — нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем.
Загрязнители воздуха, которые обсуждались до сих пор, поступали из стационарных источников. Традиционно в результате индустриальной и хозяйственной деятельности в больших городах сжигался уголь. Переход в XX в. к топливам, получаемым из бензина, привел к возникновению совершенно нового вида загрязнения воздуха, связанного с более высокой летучестью жидких топлив. Автотранспорт как важнейший потребитель жидкого топлива стал основным источником современного загрязнения воздуха. Однако загрязнители, которые действительно вызывают проблемы, сами по себе не выбрасываются автотранспортом. Скорее, они образуются в атмосфере в результате реакций первичных загрязнителей, таких, как NО, с несгоревшим топливом, поступающим непосредственно из автомобилей. Химические реакции, приводящие к образованию вторичных загрязнителей, протекают наиболее эффективно при солнечном свете, поэтому возникающее загрязнение воздуха называется фотохимическим смогом.
Фотохимический смог был впервые отмечен в Лос-Анджелесе во время Второй мировой войны. Сначала полагали, что он сходен с загрязнением воздуха, наблюдаемым в других местах, но традиционные методы борьбы с дымом не привели к какому-либо улучшению.
Озон — это единственный загрязнитель, который наиболее ясно характеризует фотохимический смог. Однако О3, который представляет такую проблему, не выбрасывается автомобилями (или любым основным загрязнителем). Это вторичный загрязнитель.
Летучие органические соединения, высвобождаемые благодаря использованию топлив на основе бензина, способствуют превращению NО в NО2.
Описание выхлопов от автотранспорта:
СН4 + 2О2 + 2NО → Н2О + НСНО + 2NО2
Альдегиды раздражают глаза и при высоких концентрациях канцерогенны.
Все темы данного раздела:
Атмосфера
Атмосфера — газообразная (газовая) оболочка планет. Атмосфера Земли состоит из смеси газов, водяных паров и мелких частиц твердых веществ. Основа атмосферы, воздух, представляет собой смесь газов,
Состав атмосферы
Атмосфера представляет собой чрезвычайно сложную систему. Ее пронизывает излучение Солнца и испускаемые им частицы высокой энергии, а также космическое излучение. Этот поток энергии
Химические процессы в атмосфере
К особенностям химических процессов в атмосфере относят следующие:
1) Большинство химических реакций инициируются не термически, а фотохимически, т.е. при воздействии квантов света,
Реакции, способствующие разрушению озона в атмосфере Земли
Азотный цикл (NOx):
N2O + O(1D) → NO + NO
О3 + NO → NO2 + О2
NO2 + О → NO + О
Действие озона на живые организмы и материалы
Действие озона на человека. Вдыхание озона — компонента фотохимического смога — вызывает кашель, одышку, раздражение носоглотки и осложняет хронические болезни, такие, как астма, бронхиты, сердечна
Химия аэрозолей и пыли
Возникновение атмосферной пыли и аэрозолей
Подобно тому, как в природных водах присутствуют растворенные вещества и тонкие взвеси, в атмосфере содержатся не только свободные молекулы и ион
Экологические проблемы, связанные с химией атмосферного аэрозоля
1. Влияние на формирование радиационного режима планеты. Аэрозоли, в зависимости от размера и состава частиц, вносят существенный вклад в отражение, рассеяние и поглощение коротковолновой радиации
Летучие органические соединения
Широкое использование ископаемых богатств сопровождается выделением в атмосферу больших масс различных химических соединений. Основные антропогенные источники сконцентрированы в городах, занимающих
Соединения серы и азота
Поступление в атмосферу соединений серы
1. Биологические процессы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органич
Парниковый эффект
Основной причиной влияния на климат считают нарастание в атмосфере доли парниковых газов, ведущее к повышению температуры, за которой следует таяние ледников и повышение уровня океана, что вызовет
Парниковые газы
Метан. Глобальное потепление на 12% обусловлено метаном (СН4). Он образуется в процессе анаэробного бактериального разложения в болотах, на рисовых полях и свалках, в желудках кор
Чтo тaкoе фреoны
В 1931 гoду, кoгдa был синтезирoвaн безвредный для челoвеческoгo oргaнизмa хлaдaгент – фреoн. Впoследствии былo синтезирoвaнo бoлее четырех десяткoв рaзных фреoнoв, oтличaющихся друг oт другa пo кa
Последствия первичного и вторичного загрязнения воздуха
Фотохимический смог, с которым сталкиваются все чаще в современных городах, создает в них атмосферу, непохожую на дымный воздух городов в прошлом. В отличие от угля бензин как топливо дает мало дым
Состав гидросферы
Гидросфера — водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота, водохранилища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (ледн
Качество природной воды
Показатели качества природной воды обычно подразделяют на физические (температура, цветность, взвешенные вещества, запах, вкус и др.), химические (жесткость, активная реакция, окисляе
Химические процессы в гидросфере
Рассмотрение химических процессов в гидросфере — задача очень сложная, более сложная, чем изучение процессов в атмосфере. Причина заключается в том, что природная вода представляет
Речные воды
Особенности речных вод:
1) в растворенном состоянии в химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са2+
Основные особенности океанической воды
Вода в океанах и морях вода представляет собой слабый (около 4%), полностью ионизированный, исключительно однородный раствор, в состав которого входит 95 % воды,
Соленость воды.
Соленость определяется как вес в граммах неорганических ионов в 1 кг воды. Измеряется по проводимости электрического тока (электропроводности). Воды открытого океана имеют соленость порядка 32– 37
Активность
Свойства морской воды как концентрированной системы существенно отличаются от свойств идеальных растворов. Поэтому в физико- химии морских вод необходимо учитывать снижение реакционной способности
Состав ионов в морской воде и закон Дитмара
Среди катионов в водах Мирового океана преобладающими являются в порядке убывания: натрий — 0,47, магний — 0,053, калий — 0,01, кальций — менее 0,01 моль/л; из анионов: хлор — 0,55, сульфат-анион —
Химический состав неосновных ионов.
В химии морской воды преобладают семь основных ионов. Однако оказалось, что в ней есть и другие ионы и элементы (практически вся таблица элементов Менделеева). Концентрации растворенных металлов до
Вынос ионов
К основным процессам удаления ионов относят:
• выброс ионов в атмосферу (потоки «море — воздух»);
• процессы отложения в виде эвапоритов, химического осаждения карбонатов, абиоген
Эвапориты
Испарение воды способствует осаждению составляющих ее солей, так называемых эвапоритных минералов. Осаждение начинается с наименее растворимых солей и заканчивается наиболее растворимыми. Когда исп
Подземные воды
Подземные воды — часть водных ресурсов Земли; общие запасы подземных вод составляют свыше 60 млн. км³. Подземные воды содержатся в земной коре, находятся в активном взаимодейс
Происхождение подземных вод и их распространение
В земной коре находится большое количество воды, физически и химически связанной, свободной гравитационной, капиллярной, а также в виде водяного пара и льда.
По современным представлениям,
Формирование кислотности поверхностных вод
Выпадение кислых атмосферных осадков может привести к серьезным изменениям в состоянии поверхностных водных систем (озер, прудов и т. д.). Можно условно выделить три стадии процесса их закисления.
Особенности окислительно-восстановительных процессов в подземных водах
• Содержание кислорода в инфильтрационных водах. Если инфильтрационные воды поступают в водоносный горизонт по трещинам обнаженных пород, то они обогащены кислородом и характеризуются значительной
Глобальное загрязнение Мирового океана
Всякий водоем или водный источник связан с окружающей его внешней средой. На него оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления
Загрязнения речных и морских вод
90 % забираемой воды для водоснабжения городов и промышленных предприятий сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйственной деятельности. Сточные воды —
Органическое загрязнение
При наличии кислорода органические вещества распадаются на более простые в результате активности бактерий — биохимическое окисление (биологическая очистка воды), т.е. при достаточном количестве O
Нефть и нефтепродукты
Категория веществ, которые плохо поддаются разложению. Вода становится непригодной для использования при попадании 1 л нефти в объем воды 106 л. Нефть и нефтепродукты являются наиболее
Неорганические токсины
Основными неорганическими (минеральными) загрязнителями пресных и морских вод являются разнообразные химические соединения, токсичные для обитателей водной среды. Это соединения мышьяка, свинца, ка
Соединения тяжелых металлов.
Решением Европейской экологической комиссии ООН в группу наиболее опасных тяжелых металлов выделены ртуть, свинец, кадмий, хром, марганец, никель, кобальт, ванадий, медь, железо, цинк, сурьма, а
Поведение тяжелых металлов в водной среде.
В водные экосистемы атомы тяжелых металлов поступают из почв и горных пород в результате химического и микробиологического выщелачивания минералов, с паводковыми и дождевыми водами, а также при
SiО2 + СаО →СаSiО3 — метасиликат кальция
Образующиеся соли часто входят в состав минералов, объединенных общим названием — алюмосиликаты. Минералы — основа земной коры. Среди них большую часть составляют (масс. %): сили
Химические процессы в литосфере
В недрах Земли и на ее поверхностях постоянно происходит разрушение горных пород. Разрушающее действие оказывают высокая и низкая температуры (резкое колебание температур), вода, С
Химические реакции и процессы в почве
Почва — самый верхний и плодородный слой литосферы, является связующим звеном между всеми оболочками планеты и живыми организмами, играет важную роль в процессах обмена веществом (энергией) между
Глобальные экологические функции почв
Гидросферные
Атмосферные
Литосферные
Общебиосферные и этносферные
Трансформация поверхностных вод в грунтовые
Химическое загрязнение почв
В последние десятилетия человек стал причиной быстрой деградации почв, хотя потери почв имели место на протяжении всей истории человечества. Во всех странах мира сейчас распахивают около 1
Пестициды.
Пестициды без исключений являются ядами широкого спектра действия.
Обычно пестициды подразделяют следующим образом:
инсектициды — химические средства для борьбы с вредными
Методы и способы утилизации и ликвидации отходов
Основными направлениями оперирования промышленными твердыми отходами являются:
- захоронения на полигонах и свалках;
переработка конкретных твердых отходов по заво
Некоторые особенности биосферы
1. Биосфера – закономерный продут эволюции планеты Земля.
2. Биосфера Земли – большая (глобальная) открытая система, у которой на входе – поток солнечного излучения, а на выходе – минералы
Процессы в биосфере
Специфической чертой биосферы как особой оболочки Земли является происходящий в ней круговорот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. Живое вещество выполняет в биосфере следующие би
Основные функции живого вещества в биосфере
Функции
Краткая характеристика процессов
Энергетическая
Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, химической энергии в результат
Химические процессы в биосфере
Для химических процессов в биосфере характерны следующие особенности:
– участие в химических и биохимических реакциях большого числа органических и неорганических веществ;
– проте
Химические основы экологического анализа
Изучение и контроль состояния окружающей среды включают исследование таких природных ресурсов, как разнообразные воды, атмосферный воздух, почвы, совокупность этих систем в плане определения в них
Меры токсичности веществ
Количественная характеристика токсичности веществ сложна. Судить о ней приходится по результатам воздействия вещества на живой организм, для которого характерна индивидуальная вариабельность, т.е.
Экологическое нормирование
Регулирование качества природной среды основано на определении экологически допустимого воздействия на нее, когда самоочищение природы еще способно работать. Определенными нормами т
Аналитическая химия в экологических исследованиях
Высокоэффективные методы контроля состояния окружающей среды исключительно важны для диагностики токсикантов. Принципиально важно, чтобы предел обнаружения загрязняющих веществ аналитическими метод
Токсичные металлы
Установлено, что 70 % токсичных металлов попадает в организм человека с пищей. Контролируется восемь наиболее опасных токсичных примесей: ртуть, свинец, олово, кадмий, медь, цинк, железо, мышьяк. Э
Вредные вещества в пищевых продуктах. Нитраты
Само по себе присутствие нитратов в растениях — нормальное явление, но излишнее увеличение их крайне нежелательно, т. к. они обладают высокой токсичностью для человека. Особой токсичностью обладает
Пестициды
Будучи малополярными органическими веществами, хлорорганические пестициды обладают кумулятивным токсическим эффектом — накапливаются в жировых тканях. Способность атома хлора к нукл
Диоксины
Особую опасность представляют содержащиеся в летучей золе полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ).
Диоксины и близкие им по структуре хлорорганич
Биотрансформация экотоксикантов
Неорганические экотоксиканты. Многие организмы имеют естественные механизмы метаболизма и удаления тяжелых металлов, чаще всего в форме металлорганических соединений. Один из наиб
Новости и инфо для студентов