21.3. Борьба с загрязнениями воздуха

Мы все живем на дне воздушного океана. Так же как и земля и водоемы, атмосфера служит нам источником химических ресурсов и местом сброса отходов. Мы используем воздух для дыхания, сжигания топлива, получения различных газов.

Деятельность человека может оказывать вредное воздействие на атмосферу. Вещества, загрязняющие атмосферу, различны по составу. Для понимания их воздействия важно знать состав и структуру атмосферы, общие свойства газов, источники вредных выбросов.

21.3.1. Строение и состав атмосферы

Объем атмосферы около 410¹² км³. Это в 3000 раз больше, чем объем гидросферы. Включая океан. Однако масса атмосферы в 300 раз меньше, чем гидросферы, и составляет 5,3 млрд т (гидросферы – 1,3 триллионов т).

В атмосфере выделяются несколько слоев, отличающихся друг от друга температурой и составом.

Таблица 21.6.

Состав и строение атмосферы

Слои атмосферы	Высота, км	t, 0C	Давление, кПа	Характеристика
Тропосфера	0 15	+20  50	101,3 10	Слой с наибольшей концентрацией газов. Нагрев осуществляется снизу от Земли, которая в свою очередь нагревается солнечными лучами. Непосредственный нагрев воздуха за счет поглощения им солнечных лучей в десятки раз меньше. На верхней границе радиационный нагрев уравнивается с нагревом от Земли. На тропосферу приходится 80 % массы атмосферы.
Стратосфера	15  50	50  3	10  0,1	В этом слое роль воды и суши в нагреве столь мала, что воздух с высотой нагревается вначале медленно, а затем до -30С. Нагрев этого слоя осуществляется за счет поглощения УФ солнечной радиации озоном. Главная особенность нижней стратосферы (20 – 30 км) - наличие озонового слоя.
Мезосфера	50  80	0  80	0,1  110−3	Температура вновь убывает с высотой.
Термосфера	80  1000		110−3 110−11	Нагрев воздуха связан с поглощением УФ радиации и сопровождается ионизацией атмосферы. Мезосферу и термосферу вместе называют ионосферой. Именно в этом слое наблюдаются полярные сияния.
Экзосфера	1000 1600		< 10−11	В экзосфере частицы газов (водорода) рассеиваются в околоземном космическом пространстве.

Рассмотренная структура атмосферы типична для всех обладающих атмосферой планет Солнечной системы. Исключение составляет лишь земная, у которой есть стратосфера. Содержащийся в ней озон создает условия для уникального температурного режима.

Газовый состав нижней части атмосферы, в особенности, тропосферы постоянен. Меняется лишь количество паров воды и взвешенных частичек органического и минерального происхождения (аэрозолей).

Таблица 21.7.

Химический состав незагрязненного воздуха

у поверхности Земли

Название газов	Формула	Содержание в воздухе, %
Основные компоненты
Азот	N2	78,08
Кислород	O2	20,95
Другие компоненты
Аргон	Ar	0,934
Углекислый газ	CO2	0,0314
Следовые компоненты
Неон	Ne	0,00182
Аммиак	NH3	0,00100
Гелий	He	0,00052
Метан	CH4	0,00018
Криптон	Kr	0,00011
Водород	H2	0,00005
Закись азота	N2O	0,00003
Ксенон	Xe	0,00001
Двуокись серы	SO2	0,00001
Озон	O3	0,00001
Угарный газ	CO	0,00001
Двуокись азота	NO2	0,000002

Важная составная часть атмосферы – водяной пар. Его концентрация составляет около 0,16 % от объема атмосферы. В тропиках эта величина составляет  3 %, в Антарктиде – 0,00002 %.

Газовый состав в стратосфере и даже в нижней мезосфере близок к тропосферному. Главная особенность нижней стратосферы – повышенное содержание озона (О₃) на высотах 20 – 30 км. Озон образуется из кислорода под воздействием ультрафиолетовых лучей, которые он поглощает, предохраняя от них живые организмы. В вышележащих слоях атмосферы для образования озона не хватает кислорода, в нижележащих – ультрафиолетовой радиации.

На высоте около 90 км состав атмосферы изменяется в результате фотохимических реакций. Она обогащается легкими газами. Выше 600 км преобладает гелий, а выше 1600 км – водород.