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 дыма. Два газа, особенно характерные для фотохимического смога, О3 и оксиды азота ухудшают дыхание. Озон ослабляет работу легких, тогда как оксиды азота при высоких концентрациях более всего опасны для астматиков. Кислородсодержащие соединения типа альдегидов вызывают раздражение глаз, носа и горла, а также головную боль в периоды смога. Раздражение глаз наиболее часто отмечено у жителей Лос-Анджелеса и других городов с фотохимическим смогом. Его связывают в основном с группой азотсодержащих органических соединений, которые образуются в результате реакций между оксидами азота и различными органическими соединениями дыма. Наиболее известный из этих азотсодержащих раздражителей для глаз — пероксиацетилнитрат, который часто называют ПАН.
Фотохимический смог — не единственная проблема, создаваемая транспортом. С автомобилями связывают и другие загрязнители, например свинец (РЬ) и бензол (С6Н6). Успех использования тетралкилов свинца в качестве антидетонаторов для улучшения работы автомобильных двигателей привел к тому, что в странах, где много автомобилей, сконцентрировалось очень большие количества свинца. Особенно много его осаждалось в городах и вблизи наиболее загруженных дорог. Свинец токсичен, и с ним связан ряд проблем, относящихся к здоровью.
Бензол — другой загрязняющий компонент из автомобильных топлив. Он естественным путем присутствует в неочищенной нефти и является полезным компонентом, поскольку предотвращает преждевременное возгорание не содержащего свинца бензина (производственный процесс обычно построен так, чтобы концентрация бензола составляла около 5 %). Существуют свидетельства того, что в некоторых районах (например, Мехико Сити), где перешли на виды топлива с высокими концентрациями ароматических углеводородов, произошло резкое увеличение фотохимического смога. Причина — в высокой реакционной способности этих углеводородов в городской атмосфере. Отсюда видно, что решение одной очевидной экологической проблемы (свинец из бензина) может породить другую, гораздо более острую (т.е. увеличившийся фотохимический смог из-за реакционноспособных ароматических соединений).
Бензол является также потенциальным возбудителем рака. Считается, что более 10% используемого бензола, (33 Мт/год) теряется в атмосфере. Высокие концентрации бензола можно обнаружить в воздухе городов, и они могут увеличить количество заболеваний раком. Обнаружение этого источника затруднено из-за значительной роли других источников бензола для людей, например табачного дыма. Другим ароматическим соединением, присутствующим в больших концентрациях в бензине, является толуол (С6Н5СН3). Толуол с меньшей вероятностью, чем бензол, может вызывать рак, но он имеет ряд нежелательных качеств. Возможно, наиболее важной является его реакция с образованием соединения типа ПАН — пероксибензилнитрата, который служит потенциальным раздражителем глаз.
Обычный смог накапливался за счет сжигания угля, содержащего, кроме дыма, диоксид серы SО2 и продукт ее окисления — Н2SО4. Серная кислота является сильным агентом коррозии, поражает ржавчиной металлические изделия, приводит к выветриванию строительных камней. Строители отмечали слои сульфата, повреждающие до 10 см толщи карбонатных пород. Серная кислота превращает известняк (СаСО3) в гипс (СаSО4 2Н2О). Это серьезная порча, поскольку гипс растворим и растворяется дождем. Вероятно, более важным является то, что гипс занимает больший объем, чем известняк, в результате чего возникает дополнительное механическое давление и камень разрывается изнутри.
Дизельный транспорт все более популярен в Европе, и это не ограничивается только крупным транспортом. В настоящее время многие автомобили стали дизельными из-за более низкой цены на топливо. Преимущество дизельных топлив состоит в том, что они не содержат свинца. Однако процесс подачи топлива в дизельные двигатели приводит к тому, что топливо распыляется в виде капелек внутри двигателя. Последние не всегда полностью сгорают, поэтому дизельные двигатели могут выделять большое количество дыма, если неправильно отрегулированы. Дизельное топливо не только вносит существенный вклад в загрязнение городского воздуха: его частички богаты канцерогенными полиароматическими углеводородами (ПАУ).
В современной городской атмосфере особенно опасным для человека может быть озон (О3). Кроме того, этот реакционно способный газ очень быстро разрушает двойные связи органических молекул. Полимерным материалом с большим количеством двойных связей является резина, которая повреждается и трескается под воздействием О3. Покрышки и щетки стеклоочистителей особенно чувствительны к окислителям, несмотря на то, что новейшие синтетические резины имеют двойные связи, защищенные другими химическими группами, которые делают их более устойчивыми к разрушению посредством О3.
Контрольные вопросы
1. Какие газы и в каких количествах относятся к основным компонентам атмосферного воздуха?
2. Как в атмосфере изменяются температура и давление в зависимости от высоты?
3. В какой части атмосферы самая низкая температура, какова ее величина?
4. Перечислите особенности химических процессов в атмосфере.
5. Приведите примеры химических процессов в термосфере и стратосфере.
6. Какие компоненты воздуха принимают участие в химических процессах в тропосфере? Приведите уравнения реакций или схемы процессов.
7.Чем опасен тропосферный озон? Приведите примеры.
10. Назовите основные циклы разрушения стратосферного озона. Выделите из них те, которые определяются главным образом деятельностью человека. Приведите схемы процессов.
11. Приведите примеры взаимодействия между основными и загрязняющими компонентами атмосферы.
12. Перечислите основные парниковые газы. Почему не все газы атмосферы относят к парниковым?
13. Приведите основные гипотезы изменения климата.
14. Напишите основные химические уравнения при образовании кислотных осадков.
15. Атмосферные аэрозоль и пылеобразование. Каково их влияние на химические процессы в атмосфере?
16. Приведите основные загрязняющие вещества атмосферы. Объясните принцип их действия на живые организмы.