2Природа, свойства, пространственно-временные характеристики различных загрязняющих веществ.

Оксид углерода. Оксид углерода (СО), называемый в быту угарным газом, – самая распространенная и наиболее значительная (по массе) примесь атмосферы. В естественных условиях содержание СО в атмосфере очень мало: оно колеблется от сотых долей до 0,2 млн^-1 (напомним, что содержание диоксида углерода в среднем составляет 325 млн^-1). Основная масса СО образуется в процессе сжигания ископаемого топлива. При этом двигатели внутреннего сгорания являются главными источниками оксида углерода.

Общая масса СО, выбрасываемая в атмосферу, оценивается (по состоянию на 1988 г.) примерно в 380 Мт, при этом за счет сжигания бензина—около 270 Мт, угля—15 Мт, дров—15 Мт, промышленных отходов—35 Мт и лесных пожаров—15 Мт.

(ПДК – некоторая нормативно установленная концентрация загрязняющего вещества, при которой она не оказывает значительного отрицательного воздействия на организм и условия (качество) жизни человека. Различают разовую и суточную ПДК, характеризующие степень кратковременного (обычно не более 20–30 мин) и длительного влияния данного вещества на организм человека)

Диоксид серы. Диоксид серы, или сернистый газ (SO₂) — второе (по массе) загрязняющее атмосферу вещество. Основная (практически единственная) причина наличия SO₂ в атмосфере — использование человеком ископаемого топлива, в первую очередь угля, поскольку любое топливо содержит большее или меньшее количество серы (от долей процента до 5—7 %). Согласно оценкам, в тропосферу ежегодно выбрасывается около 145 Мт SO₂, причем 70 % этих выбросов образуются при сжигании угля и 16%—жидкого топлива (особенно, мазута).

Разрушение SO₂ в атмосфере происходит в результате воздействия ультрафиолетовой радиации, которая способствует образованию серного ангидрида (SOз) по реакции

2SO₂+0₂ → 2SO₃+185 кДж.

При контакте с водяным паром образуется сернистая кислота

SO₂ + Н₂О = H₂SO₃ + 76 кДж.

В загрязненной влажной атмосфере происходит также реакция

SO₂ + NO₂ + Н₂О → H₂S0₄ + NO,

приводящая к образованию серной кислоты (H₂S0₄). В атмосферу поступает еще одно соединение серы – сероводород (H₂S), антропогенная эмиссия которого невелика; большая же часть его производится микроорганизмами в почве и морской среде (около 100 Мт/год).

Оксиды серы ощутимо ускоряют в городах коррозию металлов – в 1,5 – 5 раз по сравнению с сельской местностью.

Соединения азота. Значительное количество оксида азота NO и диоксида азота NO₂ образуется в процессе горения при высокой температуре, прежде всего в двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине и дизельном топливе.

Диоксид азота – устойчивый газ желтого цвета, в большинстве случаев придающий воздуху в городах коричневатый оттенок. Под влиянием ультрафиолетовой радиации NO₂ разрушается, переходя в NO. Разрушение NO₂ происходит также при температуре выше 600 °С, что объясняет более высокое содержание NO по сравнению с содержанием NO₂ в выхлопных газах автомобилей. Диоксид азота образуется уже в воздухе при распространении выхлопных газов по реакции

2NO + О₂ → 2NO₂ + 120 кДж.

Общая масса NO₂, ежегодно выбрасываемого в атмосферу в процессе деятельности человека, оценивается в 15–20 Мт, что составляет примерно 0,1 массы этого газа, образующегося естественным путем (вулканы, грозовая деятельность, микроорганизмы).

Диоксид азота сохраняется в атмосфере в среднем около трех суток. При взаимодействии с водяным паром он превращается в азотную кислоту и другие нитраты. Последние возвращаются в почву вместе с осадками, чем объясняется хорошо известное свойство снега – удобрять почву.

Углеводороды. Основным естественным источником углеводородов являются растения (на их долю приходится около 1 Гт в год), а антропогенным – автотранспорт (двигатели внутреннего сгорания и топливные баки автомобилей). При неполном сгорании происходит к тому же образование (синтез) опасных канцерогенных циклических углеводородов. Особенно много канцерогенных (вызывающих рак легких) углеводородов содержится в гудронах и саже, выбрасываемых дизельными двигателями и отопительными системами. Хотя путем хорошей регулировки двигателя и умелого управления автомобилем можно добиться некоторого снижения выбросов, дизельный двигатель занимает одно из первых мест среди источников загрязнения атмосферы канцерогенными веществами.

Согласно данным специальных исследований, каждый американский автомобиль в среднем на 1 км пробега выбрасывает 30 г оксида углерода, 4 г оксидов азота и 2 г углеводородов.

Назовем еще акролеин – очень токсичное и раздражающее вещество, — которое поступает в атмосферу не только в районах заводов, производящих его, но и вместе с выхлопными газами, содержащими продукты неполного сгорания топлива.

Твердые примеси (аэрозоль). Как и в случае газообразных загрязняющих веществ к аэрозолям естественного происхождения – твердым и жидким частицам, взвешенным в воздухе, добавилось значительное количество аэрозолей антропогенного происхождения.

Размер (радиус) твердых частиц, наблюдаемых в атмосфере, колеблется в широких пределах: от тысячных и сотых долей, до нескольких десятков микрометров (при пыльных бурях размеры частиц, переносимых ветром, увеличиваются до 100 мкм и более). В зависимости от размера аэрозольные частицы делят на три класса: мелкие или микроскопические (тонкодисперсные), радиусом r<0,1 мкм, средние (среднедисперсные), г = 0,1–1 мкм и крупные (грубодисперсные), г>1 мкм. Среди тонкодисперсных аэрозолей выделяют группу частиц, обладающих гигроскопическими свойствами. Эти частицы называют ядрами конденсации (они служат зародышами капель облаков и туманов). Нередко мелкие частицы несут на себе положительный или отрицательный заряд электричества. В этом случае они носят название ионов (легких или тяжелых).