5.4.1. Поступление серы в атмосферу

Из моря сульфаты (SO₄ ^2–) поступают в атмосферу в виде капель аэрозолей морской воды в количестве 0,16 Гт S/год, но только 0,024 Гт достигает континентов и осаждается там (остальное возвращается в море). В составе вулканических газов в атмосферу поступает до 10 Мт серы в год, в основном в виде SO₂ и в меньшем количестве в виде H₂S и COS. Во время взрывных извержений возможен заброс SO₂ даже в стратосферу в количестве 0,753,75 Мт S в год.

Из техногенных выбросов серы более 90% приходится на диоксид серы SO₂ (остальное – на сульфаты аэрозолей и сероводород), причем почти все эти выбросы приходятся на Северное полушарие. SO₂ образуется в результате сгорания примесей промышленного сырья и топлива (главным образом угля и нефтепродуктов; природный газ очищают от примесей серы при добыче). Годовое техногенное поступление SO₂ составляет около 275 млн. т, что соответствует 138 Мт S (по данным 1996 года – 80 Мт S). В результате сжигания биомассы (древесины, травы) также выделяется 2…3,5 Мт S/год.

Газообразные соединения серы образуются микроорганизмами в поч­вах и морской среде. Из морской воды S выделяется в атмосферу главным образом (90%) в форме малорастворимого диметилсульфида СН₃SСН₃. Его предшест­венником служит диметилсульфонийпропионат, который вы­полняет осморегуляторные функции и содер­жится в тканях всех морских водорослей. Суммарный поток диметилсульфида из морской воды в атмосферу оценивается в 19…50 Мт/год. Однако это соединение легко окисляет­ся в атмосфере (с образованием SO₂ и метансульфоновой кислоты CH₃SO₃H, примеси которой позволяют отличить SO₂ морского происхождения от техногенного) и поэтому не накапливается в ней, несмотря на большие масштабы эмиссии.

По некоторым оценкам, биота континентов выделяет в атмосферу 4…15 Мт S/год. До недавнего времени полагали, что из почвы в атмосферу сера поступает только в соста­ве H₂S, но в почвенных выделениях обнаружены также летучие вещества: карбонилсульфид СОS, сероугле­род СS₂, метилмеркаптан СН₃SН и диметилсульфид СН₃SСН₃.

5.4.2. Серная кислота и сульфатные аэрозоли

В атмосфере происходит окисление SO₂ до триоксида:

SO₂ + 1/2O₂ → SO₃

Возможна также реакция с озоном, однако наиболее быстро идут процессы с участием радикальных частиц, формирующихся в атмосфере на свету – НО∙, НО₂∙, СН₃СОО∙. Реакции с атомарным кислородом играют важную роль только в стратосфере, куда SO₂ может быть заброшен в результате сильных извержений вулканов.

Рис. 5.2. Зависимость содержания SO₂ , Н₂SO₄ и сульфатов в атмосфере от времени переноса дымовых газов от источника выброса

Взаимодействуя с парами воды, триоксид серы превращается в серную кислоту:

SO₃ + Н₂О → Н₂SO₄ .

Серная кислота нейтрализуется с образованием средних или кислых сульфатов, главным образом солей аммония (см. рис. 5.2). Окисление диоксида серы идет не только в газовой фазе, но и на поверхности пылевых частиц (в частности, в дымовых факелах ТЭС), а также в жидко-капельной фазе (облака, туманы). Вероятно, металлы в составе пылинок или в виде аквакомплексов в каплях катализируют процесс окисления.