 |
Химический состав атмосферы.
|
|
|
|
Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.
В настоящее время атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).
Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2 O) и углекислого газа (CO2).
Состав сухого воздуха
Газ
Содержание
по объёму, %
Содержание
по массе, %
Азот
78,084
75,50
Кислород
20,946
23,10
Аргон
0,932
1,286
Вода
0,5-4
—
Углекислый газ
0,0387
0,059
Неон
1,818×10−3
1,3×10−3
Гелий
4,6×10−4
7,2×10−5
Метан
1,7×10−4
—
Криптон
1,14×10−4
2,9×10−4
Водород
5×10−5
7,6×10−5
Ксенон
8,7×10−6
—
Закись азота
5×10−5
7,7×10−5
Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO2, NH3, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твёрдых и жидких частиц (аэрозоль).
14- Основные газы атмосферы и их роль
· автор: теплотехник;
· Просмотров: 2399;
· Дата: 23-05-2013, 09:57;
·
Оставшийся приблизительно один процент газового состава атмосферы сформирован рядом газов в "следовых" (сравнительно низкой концентрации) количествах. Аргон - самый распространенный из них, но и его, с точки зрения влияния на климат, не следует принимать в расчет. Оставшиеся газы состоят из водяного пара, углекислого газа, закиси азота (веселящий газ), метана, хлорфторуглеродов (ХФУ) и озона, каждый из которых играет важную роль в формировании климата.
|
|
|
Земная атмосфера огромна, сказать по правде она ошеломляюще огромна! Масса атмосферы земли составляет 5.600.000.000.000.000 тонн. Многие люди привыкли думать, что вызванное человеком загрязнение воздуха настолько незначительно по сравнению с объемом атмосферы, что оно просто рассеется до безопасных концентраций. Вся человеческая деятельность по сведению и выжиганию лесов для сельскохозяйственных нужд, все дымовые трубы индустриальной цивилизации, кажется, не изменили азотно-кислородный баланс атмосферы. По этой причине трудно бороться с нежеланием большинства людей задуматься о проблемах глобального потепления. Однако это серьезная ошибка.
В вопросах климата именно газы в следовых количествах играют главную роль. Если быть точным, то концентрации этих газов в атмосфере настолько незначительны, что любое загрязнение вследствие деятельности человека может серьезно нарушить их пропорции.
Давайте взглянем на способность некоторых газов в их "следовых" концентрациях отражать и поглощать инфракрасное излучение. Рисунок 4 приводит примеры основных парниковых газов, за исключением паров воды.
Пары воды.
Парадокс состоит в том, что одним из наиболее важных газов, приводящих к парниковому эффекту, является газ, который большинство людей не считают газом вообще - это вода (Н2О). Мы привыкли думать о воде как о жидкости, и редко представляем себе воду в виде газа или пара. Пары воды в атмосфере, по сути, это молекулы испарившейся воды, которые в виде аэрозоли рассеяны между молекулами азота и кислорода, составной части атмосферы. Водяной пар в атмосфере - это то, что мы называем влажностью.
Водяной пар играет несколько важных функций в процессе формирования как климата, так и погоды. Количество пара в атмосфере не является величиной постоянной, как раз наоборот. Его количество меняется радикально и быстро, часто в течение нескольких часов, приводя, к примеру, к грозовым ливням.
|
|
|
Для того чтобы испарить воду, необходимо затратить значительное количество энергии. Поэтому, молекула пара содержит в себе намного больше "энергии", чем молекула воды. Ежедневно Солнце испаряет большое количество воды с обширных просторов земных океанов. Иначе говоря, водяной пар является одним из самых важных "хранилищ" энергии в атмосфере и в климатической системе.
Вода теряет энергию, когда она начинает конденсироваться в виде капель в облаках или в более крупных каплях дождя. Такая энергия не исчезает, а расходуется на обогрев атмосферы. Таким образом, энергия просто перераспределяется посредством испарения и конденсации.
Когда водяной пар, при конденсировании, начинает собираться в облака, он приобретает еще одну важную функцию - он "затеняет" поверхность Земли и нижнюю атмосферу. Возьмем в качестве аналогии парник для овощей. Когда тень ложится на него, то температура внутри этой теплицы уменьшается, как уменьшается температура в комнате, когда облака перекрывают доступ солнечного света в нее. Формирование облаков это важный процесс в климатической системе, однако он трудно поддается расчетам и моделированию. При затемнении поверхности Земли облаками, некоторое количество солнечной энергии отражается верхней поверхностью облаков назад в космос. Также, некоторое количество энергии поглощается самими облаками и затем излучается как в направлении земли, так и в направлении космоса. Таким образом, определенное количество энергии остается в пределах Земли, хотя и не у самой ее поверхности, но все же в атмосфере. (Рисунок 3).
Вода в состоянии пара обладает высокой способностью к улавливанию тепла и парниковому эффекту. Это объясняется тем, что пар хорошо пропускает коротковолновое и ультрафиолетовое излучение - формы, которые свойственны солнечной энергии при поступлении на Землю. Но после того, как эта энергия согревает земную поверхность (с потерей определенного количества энергии и изменением длины отраженных от земли волн) и отражается от нее уже в виде инфракрасного излучения, пар поглощает энергию этого излучения, улавливая тепло в нижней атмосфере (тропосфере). Таким образом, водяной пар действует как стекло в парнике.
|
|
|
В конечном итоге, уловленное тепло находит выход в космос. Но, сначала, ему приходится пройти через различные слои атмосферы. Из-за того, что солнечная радиация (сейчас уже в виде излучаемого тепла) задерживается в атмосфере прежде, чем возвратиться в космос, температура нижней атмосферы становится выше, чем если бы она была, не присутствуй в ней водяной пар.
Человеческая деятельность влияет на увеличение и уменьшение содержания пара в атмосфере. Однако, это влияние незначительно по сравнению с колебаниями, вызванными естественными процессами. Водяной пар, несмотря ни на что, является важным фактором, поскольку, во-первых, способствует разогреванию атмосферы и, во-вторых, потому, что влияние это трудно подсчитать, смоделировать или спрогнозировать. Фактически, количество пара в атмосфере предопределено климатом. В то же время, водяной пар сам имеет огромное влияние на климат. Это классический пример обратной связи между климатом и водяным паром. Как будет позже обсуждено в четвертой главе ("Роль облаков"), среди ученых существуют серьезные разногласия по поводу роли пара или облаков. Так как пар и вода одновременно способствуют разогреву и охлаждению атмосферы, вода остается "темной лошадкой" в проблеме изменения климата.
Углекислый газ (СО2).
Углекислый газ, возможно, является самым важным из всех парниковых газов, выбрасываемых в атмосферу человеком, во-первых, потому что он вызывает сильный парниковый эффект и, во-вторых, потому что по вине человека этого газа образуется так много.
Углекислый газ, это очень "естественный" компонент атмосферы - настолько естественный, что мы лишь недавно стали задумываться об углекислом газе антропогенного происхождения как о загрязнителе. Углекислый газ может быть полезной вещью. Однако ключевой вопрос заключается в том, в какой момент СО2 становится слишком много? Или, иными словами, в каких количествах он начинает оказывать вредное воздействие на окружающую среду?
|
|
|
То, что кажется естественным с точки зрения человека сегодня, может значительно отличаться от того, что было естественным для Земли в процессе ее эволюционного развития. История человечества представляет собой лишь очень тонкий срез (не более нескольких миллионов лет) на геологическом пласте, насчитывающим более чем 4,6 миллиардов лет.
Некоторые экологи опасаются, что углекислый газ приведет к катастрофическим изменениям в климате, таким, например, какие описаны в книге Билла Маккибена "Конец природы".
Вероятнее всего, углекислый газ преобладал в ранней атмосфере Земли. Сегодня содержание СО2 в атмосфере составляет лишь около 0,03 процента, и самые пессимистические прогнозы предсказывают повышение его уровня до 0,09 процентов к 2100 году. Приблизительно 4,5 миллиардов лет назад, как полагают некоторые ученые, СО2 составлял 80 процентов состава атмосферы Земли, медленно понижаясь сначала до 30-20 процентов в следующие 2,5 миллиарда лет. Свободный кислород практически не встречался в ранней атмосфере и был ядовит для анаэробных форм жизни, существовавших в то время.
Существование человека, как мы знаем сегодня, в условиях избыточного содержания углекислого газа в атмосфере, было просто невозможно. К счастью для людей и животных, большая часть СО2 была удалена из атмосферы на поздних этапах истории Земли, когда обитатели морей, ранние формы альгае, выработали способность к фотосинтезу. В процессе фотосинтеза растения используют энергию Солнца для того, чтобы превратить углекислый газ и воду в сахар и кислород. В конце концов, альгае и другие, более совершенные жизненные формы, появившиеся в процессе эволюции (планктон, растения и деревья), погибали, связывая большую часть углерода в различных углеродных минералах (нефтяных сланцах, в угле и нефти) в земной коре. То, что осталось в атмосфере - это кислород, которым мы дышим сейчас.
Углекислый газ поступает в атмосферу из различных источников - большая часть которых естественные. Но количество СО2 обычно остается приблизительно на одном уровне, поскольку существуют механизмы, которые выводят углекислый газ из атмосферы (рисунок 5 дает упрощенную схему циркуляции СО2 в атмосфере).
Одним из главных природных механизмов циркуляции СО2 является обмен газами между атмосферой и поверхностью океанов. Этот обмен представляет собой очень тонкий, хорошо сбалансированный процесс с обратной связью. Количество углекислого газа, вовлеченного в него, поистине огромно. Ученые измеряют эти количества в гига тоннах (Ггт - миллиардах метрических тонн) углерода для удобства.
|
|
|
Углекислый газ легко растворяется в воде (процесс, в результате которого получается газированная вода). Он также легко выделяется из воды (в газированной воде мы видим это как шипение). Углекислый газ атмосферы непрерывно растворяется в воде на поверхности океанов и выделяется назад в атмосферу. Этот феномен практически полностью объясняется физическими и химическими процессами. Поверхностью мирового океана ежегодно выделяется 90 Ггт углерода, а поглощается 92 Ггт углерода. Когда ученые сопоставляют эти два процесса, то получается, что поверхность мирового океана, по сути, является поглотителем углекислого газа, то есть поглощает больше СО2, чем выделяет назад в атмосферу.
Величина потоков углекислого газа в цикле атмосфера/океан остается наиболее важным фактором, потому что незначительные изменения в существующем балансе могут иметь непредсказуемые последствия для других природных процессов.
Не менее важное значение в циркуляции углекислого газа в атмосфере играют биологические процессы. СО2 необходим для фотосинтеза. Растения "дышат" углекислым газом, поглощая около 102 Ггт углерода ежегодно. Однако растения, животные и другие организмы также выделяют СО2. Одна из причин образования углекислого газа объясняется метаболическим процессом - дыханием. При дыхании живые организмы сжигают вдыхаемый ими кислород. Люди и другие наземные животные, к примеру, вдыхают кислород для поддержания жизни и выдыхают углекислый газ назад в атмосферу в качестве отходов. По расчетам, все живые организмы на Земле ежегодно выдыхают около 50 Ггт углерода.
Когда растения и животные умирают, органические соединения углерода, находящиеся в них, включаются в состав почвы или ила в болотах. Природа компостирует эти продукты увядшей жизни подобно садовнику, разбивая их на составные части в процессе различных химических превращений и работы микроорганизмов. По расчетам ученых, при распаде обратно в атмосферу попадает около 50 Ггт углерода.
Таким образом, 102 Ггт углерода, поглощенные из атмосферы ежегодно, почти на сто процентов сбалансированы 102-мя Гг тоннами углерода, попадающими ежегодно в атмосферу в процессе дыхания и распада животных и растений. Необходимо отдавать себе полный отчет в величине потоков углерода в природе, поскольку незначительные отклонения в существующем балансе могут иметь далеко идущие последствия.
По сравнению с циклом атмосфера-океан и биологическим циклом, количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу в результате человеческой деятельности, на первый взгляд кажется незначительным. При сжигании угля, нефти и природного газа человек выбрасывает в атмосферу приблизительно 5,7 Ггт углерода (по данным IPCC). При вырубке и сжигании лесов люди, добавляют еще 2 Гг тонны. Следует учесть, что существуют различные оценки количества углерода, попадающего в атмосферу в результате сведения лесов.
Эти количества несомненно играют определенную роль, потому что естественные углеродные циклы (атмосфера/океан и биологический цикл) долгое время находились в хорошо отрегулированном равновесии. По крайней мере, баланс сохранялся на временном отрезке, на котором происходило зарождение и развитие человечества. Промышленная и сельскохозяйственная деятельность человека, похоже внесли значительный перекос в углеродный баланс.
Различные научные исследования показали увеличение концентраций углекислого газа в атмосфере в последние несколько столетий. В течение этого времени население планеты росло в геометрической прогрессии, в промышленности стали применять паровой двигатель, автомобили с двигателями внутреннего сгорания распространились по всей планете, и фермеры-переселенцы расчистили от растительности огромные территории Америки, Австралии и Азии.
В течение того же времени, атмосферные концентрации углекислого газа увеличились с 280 частиц на миллион (ppmv) допромышленного периода (1750 год) до около 353 ррmv, что составляет приблизительно 25 процентов. Этого количества может оказаться достаточно, чтобы вызвать значительные изменения, в случае если климат действительно чувствителен к парниковым газам в той степени, в какой это предполагают ученые. Измерения в обсерватории Мануа Лоа на Гавайях, далеко удаленной от источников промышленных загрязнений, показывают стабильный рост концентраций СО2 между 1958 и 1990 годами (рисунок 6). В последние два года, однако, роста концентраций углекислого газа не наблюдалось.
Тесная связь между концентрациями углекислого газа и расчетными средними мировыми температурами просто поразительна (рисунок 7)! Однако, является ли эта корреляция случайной, до сих пор остается загадкой. Легко поддаться искушению и объяснить колебания температуры колебаниями концентраций СО2. Но связь может быть и обратной - изменение температуры может вызывать изменение концентраций углекислого газа.
Закись азота.
Закись азота (N2O) широко известна как "веселящий газ". Основу его составляют два доминирующих в атмосфере газа: азот и кислород. Оба этих газа играют важную роль в химических процессах, происходящих в живых организмах (азот входит в состав аминокислот, основы протеинов и ключевого элемента для метаболизма, роста и восстановления тканей). Хотя азот и кислород составляют 99 процентов земной атмосферы, количество закиси азота в ней очень незначительно (средние концентрации этого газа в 1980 году составляли 310 частиц на миллиард (ppbv) по данным IPCC). Количество N2O в атмосфере составляет лишь одну тысячную от количества СО2.
Сравнительно низкая концентрация этого газа компенсируется его чрезвычайной активностью - молекула закиси азота в 200-300 раз сильнее способствует образованию парникового эффекта, чем молекула углекислого газа. Более того, молекула закиси азота живет в атмосфере значительно дольше, чем молекула углекислого газа и молекулы некоторых других парниковых газов. В конечном итоге, молекула N2O распадается в стратосфере на кислород и азот под воздействием солнечного света, но продолжительность ее жизни в атмосфере составляет приблизительно 150 лет. В результате кумулятивный эффект любых количеств закиси азота антропогенного происхождения будет значительно больше, чем эффект от углекислого газа.
Микроорганизмы и растения постоянно поглощают азот из атмосферы и в результате этого процесса азот попадает в почву. Атмосферный азот (N2) довольно инертен и в большинстве случаев непригоден для живых существ. Процесс, вследствие которого микроорганизмы трансформируют атмосферный азот в формы, пригодные для использования растениями, такие как аммиак (NH3), называется азотной фиксацией. После того, как азот "зафиксирован", он может быть много раз включен в цикл "растение/животное".
Одновременно другие микроорганизмы постоянно выводят азот из его "фиксированных" форм и азот снова попадает в атмосферу. Этот процесс получил название денитрификация. Кроме молекулярного азота (N2) в процессе денитрификации образуется закись азота. Ученые подсчитали, что почвенная денитрификация - это основной источник поступления закиси азота в атмосферу. Еще один важный источник поступления в атмосферу закиси азота - это природные процессы океана. Они до сих пор остаются плохо изученными.
В начале индустриальной эпохи атмосферные концентрации закиси азота были стабильными - около 285 частиц на миллиард (ppbv), таким образом сегодняшние 310 ppbv представляют собой увеличение концентраций этого газа на 8,8 процента. Такое увеличение, как полагают, произошло по вине человека.
Процесс горения представляет собой еще один источник образования закиси азота (N2О). При этом не важно, что горит: ископаемые виды топлива, дерево или другая биомасса. Тем не менее, ученые сегодня полагают, что при горении образуется меньше антропогенного N2O, чем при использовании удобрений.
Каждый, кому доводилось ухаживать за огородом, знает, что азот способствует буйному росту растений. Фермеры тоже знают об этом. Во всем мире в почву ежегодно вносится около 55 миллионов тонн азота. Азотные удобрения производят либо из нитратной породы, либо путем промышленной фиксации атмосферного азота (переводя его в форму одного из нитратов или в аммиак). Когда искусственно обогащенная почва подвергается процессу денитрификации, или когда удобрения просачиваются в грунтовые воды с выделением различных соединений азота, закись азота поступает в атмосферу.
Расчеты показывают, что количество закиси азота, ежегодно поступающей в атмосферу вследствие использования удобрений, может сильно отличаться год от года - от 10 тысяч тонн до 2,2 миллионов тон (в пересчете на азот) в год. Подобного рода неопределенность не позволяет точно подсчитать роль закиси азота в процессе антропогенного потепления.* Расчетные количества N2O, поступающего ежегодно в атмосферу изо всех источников, включая океан, почвы, тропические леса и леса умеренных зон, сжигание биомассы и ископаемых видов топлива и удобрения, составляют от 4,4 до 10,5 миллионов тонн в год (в прересчете на азот).
Несмотря ни на что, сжигание и интенсивное развитие сельского хозяйства являются неотъемлемой частью человеческой культуры. Детали образования антропогенного N2O, возможно, имеют второстепенное значение. Главная идея заключается в том, что население планеты не может увеличиваться бесконечно, одновременно поддерживая необходимые условия для жизни человека на Земле.
Метан.
Метан (СН4) - газ, который горит в вашей кухонной плите. Это природный газ. В атмосфере метан содержится в "следовых" концентрациях и по данным Межправительственной группы экспертов по проблемам изменения климата вызывает больший парниковый эффект, чем СО2 (в 21 раз больше, из расчета на каждую молекулу и в 58 раз, из расчета фунт на фунт).
Еще одна плохая новость заключается в том, что концентрации метана с момента начала индустриальной революции удвоились (увеличение концентраций этого газа происходит в восемь раз быстрее, чем увеличение концентраций углекислого газа). Сегодняшние исследования показывают, что замедления этого процесса ожидать не приходится.
К счастью, продолжительность жизни метана в атмосфере значительно меньше продолжительности жизни большинства парниковых газов - только одиннадцать лет. Он выводится из состава атмосферы после того, как вступает в реакцию с гидроксил ионом (ОН) с образованием воды.
Метан - это один из газов, образующихся в недрах земли под давлением и выходящий на поверхность через вулканы и трещины в земной коре. Пока не удалось подсчитать количество метана, ежегодно поступающее в атмосферу из естественных источников. Ученые склонны полагать, что поступление метана в атмосферу и его естественное выведение из нее, при отсутствии дополнительного загрязнения техногенного происхождения, находится в устойчивом равновесии.
Остается неясным, какое количество метана поступает в атмосферу вследствие естественных процессов, а сколько - в результате человеческой деятельности. Существуют только экспериментальные расчеты.
Большая часть атмосферного метана имеет биологическое происхождение. Метан производят бактерии в отсутствии кислорода (так называемые анаэробные бактерии). Эти бактерии разлагают останки растений и животных в болотах естественного происхождения. Второе название метана - болотный газ (хотя запах исходит главным образом от сероводорода смешанного с метаном). По расчетам, болота производят около 115 миллионов тонн СН4 или около одной пятой от общего количества метана, поступающего в атмосферу Земли ежегодно (около 500 миллионов тонн в год).
Еще один важный источник метана - кишечник животных, особенно крупного рогатого скота, овец и других жвачных животных, выращиваемых на фермах. Анаэробные микроорганизмы в кишечнике этих животных необходимы для переваривания пищи, однако, образующийся при этом метан попадает в атмосферу. В результате этого процесса, получившего название кишечной ферментации, в атмосферу ежегодно попадает, по расчетам специалистов, около 80 миллионов тонн СН4. Это значительное количество и, вероятно, оно меняется в зависимости от сельскохозяйственной активности человека. Рисовые поля, фактически, являющиеся болотами искусственного происхождения, согласно расчетам ученых, добавляют еще 60 миллионов тонн метана ежегодно.
Другие источники антропогенного метана включают в себя добычу ископаемых видов топлива (еще 100 миллионов тонн СН4 в год), отходы жизнедеятельности животных (25 миллионов тонн СН4 в год), утилизацию отходов (25 миллионов тонн СН4 в год), свалки (30 миллионов тонн СН4 в год) и сжигание биомассы (40 миллионов тонн СН4 в год).
Результаты этих расчетов существенно изменялись в последние несколько лет и до сих пор остаются спорными. Несмотря на это, похоже, что рост концентраций атмосферного метана с начала индустриальной революции является результатом человеческой деятельности. Из этого следует, что, если не произойдет усовершенствования технологий, растущее население планеты, промышленность и сельское хозяйство приведут к дальнейшему увеличению концентраций атмосферного метана.
Галогенуглероды
Еще одна группа веществ, усиливающих парниковый эффект в земной атмосфере, получила название галогенуглеродов. Эти соединения получаются при объединении углерода с одним или несколькими из пяти элементов, называемых галогенами: фтором, хлором, бромом, йодом или астатом. Однако, только первые три элемента из этой группы имеют отношение к предмету нашего разговора.
В группу галогенуглеродов включены хлорфторуглероды (ХФУ, в англоязычной литературе CFC), хлорфторуглеводороды (ХФУВ, в англоязычной литературе HCFC), заменители ХФУВ, а также некоторые другие вещества: четыреххлористый углерод, галоны, метилхлорид, метилхлороформ и метилбромид.
О некоторых из этих газов, таких например, как ХФУ -11, -12, -113, -114 и -115, средства массовой информации писали довольно много. До середины 70-х годов эти вещества широко использовали в США в различного рода баллончиках в качестве компонентов, способствующих распрыскиванию их содержимого (например, дезодоранта) или в качестве растворителей, моющих средств или хладонов. В 1987 году, после подписания Монреальского протокола о веществах, разрушающих озоновый слой, многие страны стали контролировать выбросы в атмосферу этих химических соединений. В дополнение к этому соглашению, в 1990 и 1992 годах были приняты еще более жесткие ограничения в отношении галогенуглеродов. В то время, как галогенуглероды обратили на себя внимание из-за своих озоноразрушающих способностей, другие их свойства - способность вызывать парниковый эффект - часто упускают из вида. Однако эту особенность галогенуглеродов необходимо учитывать при разговоре о парниковом эффекте.
Все галогенуглероды попадают в атмосферу в результате человеческой деятельности, за исключением метилхлорида и метилбромида, которые образуются в естественных источниках. Концентрации метилхлорида, судя по всему, не увеличиваются, в то время, как отмечен некоторый рост концентраций метилбромида. Концентрации галогенуглеродов в атмосфере несравнимо ниже, чем концентрации любых других парниковых газов. Обычно они составляют где-то между 0,2 и 16,5 частиц на триллион. Иными словами, если провести аналогию между концентрациями галогенуглеродов в атмосфере и зернышками риса и пшеницы, то получается, что в каждом триллионе зернышек риса будет от 0,2 до 16,5 зернышек пшеницы.
Именно галогенуглероды вызывают особую обеспокоенность ученых, потому что их воздействие на атмосферу несравнимо больше воздействия углекислого газа в пересчете на каждую молекулу. Молекулы пяти видов ХФУ, которые также обладают самым большим озоноразрушающим потенциалом, в 3-13 тысяч раз активнее молекулы углекислого газа.
Еще одна причина, по которой галогенуглероды вызывают обеспокоенность ученых, это продолжительность их жизни. Химические инженеры специально создавали вещества, обладающие высокой стабильностью, необходимой для выполнения возложенных на эти вещества функций. Однако при попадании в атмосферу, стабильность галогенуглеродов становится отрицательным фактором: они существуют в атмосфере многие десятилетия. Продолжительность жизни в атмосфере ХФУ-13 и ХФУ-115, наиболее долгоживущих галогенуглеродов, составляет около 400 лет. Таким образом, отрицательное воздействие, которым они обладают, будет продолжаться еще в течение нескольких столетий после того, как мы перестанем загрязнять ими атмосферу.
Сокращение и прекращение использования ХФУ в рамках международной конвенции, известной как Монреальский протокол, поможет не только замедлить процесс разрушения озонового слоя, но и снизить рост концентраций парниковых газов. Тем не менее, использование некоторых галогенуглеродов, обладающих "парниковыми" свойствами, не регулируется Монреальским протоколом, а некоторые заменители ХФУ, рекомендованные этим протоколом, представляют собой опять же галогенуглероды, обладающие "парниковыми" свойствами.
Озон в тропосфере - городской смог.
В последнее десятилетие СМИ приписывали озону качества "злодея" и "жертвы". Озон - неотъемлемая часть атмосферы и он выполняет целый ряд сложных функций, постоянно разрушаясь и образуясь вновь. Скорее всего, озон вокруг нас будет присутствовать до тех пор, пока в атмосфере будут содержаться значительные количества кислорода. В своей обычной форме, в качестве свободного элемента, кислород присутствует в виде молекулы, состоящей из двух атомов кислорода - О2. Молекула озона состоит из трех атомов кислорода - O3. Он образуется, когда определенного рода энергия, скажем, электрическая энергия или очень интенсивное ультрафиолетовое излучение, воздействует на молекулу кислорода. Озон является менее стабильной формой, по сравнению с молекулой кислорода, состоящей из двух атомов. Каждая молекула озона "стремится отдать" дополнительную энергию и свой дополнительный третий атом кислорода.
Озон обладает сладко-едким запахом, который можно почувствовать при работе электромоторов. Озон также образуется при работе лазерных принтеров, при грозе, и является одним из веществ, раздражающих наши глаза и легкие.
Большая часть озона образуется, когда ультрафиолетовое излучение Солнца достигает разреженной атмосферы в области стратосферы. Ультрафиолетовое излучение приводит атомы кислорода в состояние возбуждения, и они начинают образовывать молекулы озона.
Что вызывает особое восхищение, так это то, что, одновременно с образованием озона, ультрафиолетовое излучение более низкой энергии разрушает его молекулы. Большая часть ультрафиолетового излучения никогда не достигает земной поверхности, потому что О2 поглощает ультрафиолетовое излучение высокой энергии, а O3 - ультрафиолетовое излучение низкой энергии. Таким образом, именно процессу образования и разрушения озона мы обязаны тем, что излишние количества ультрафиолетового излучения не доходят до поверхности Земли и ее обитатели, люди и животные, оказываются защищенными от солнечных ожогов и раковых заболеваний кожи.
В земной атмосфере озон распределяется неравномерно. Большая часть озона естественного происхождения находится в нижних слоях стратосферы, где происходит множество фотохимических реакций с участием ультрафиолетового излучения. Однако, не это является главной причиной сравнительно высоких концентраций озона в этой области, так как энергии ультрафиолетового излучения в нижних слоях стратосферы не достаточно для образования больших количеств этого вещества. На концентрации озона большое влияние оказывают такие факторы, как разогрев и охлаждение (расширение и сжатие) и ветры, которые переносят озон из одного места в другое.
Некоторые количества озона попадают в нижние слои атмосферы - тропосферу. Кроме того, озон попадает в тропосферу и в результате человеческой деятельности. Когда в атмосферу попадает угарный газ (СО), метан и другие углеводороды, вместе с выхлопами автомобилей и из других источников искусственного происхождения, то, вступая в реакцию с оксидами азота, под влиянием солнечного света, они образуют озоновый смог (фотохимический смог) тропосферы. Озоновый смог является причиной возникновения проблем со здоровьем у населения в наших городах, переполненных транспортом.
Озон в верхней тропосфере и в нижней стратосфере является парниковым газом. Ученым еще предстоит выяснить то, насколько сильным парниковым эффектом обладает озон, по сравнению с углекислым газом. Возможно парниковый эффект озона ниже, чем парниковый эффект СО2. На сегодняшний день существует немного исследований о концентрациях озона в атмосфере и особенно о том, как эти концентрации менялись на протяжении современной истории. Некоторые исследования выдвигают предположение, что количество озона у поверхности земли удвоилось с момента начала индустриальной революции.
|
|
|
