Лекция 2 С ОТВЕТАМИ ОСНОВНЫЕ источники загрязнения атмосферы. Основные источники загрязнения атмосферы с ответами

• Название: Основные источники загрязнения атмосферы с ответами
• Дата: 06.04.2022
• Размер: 24.09 Kb.
• Имя файла: Лекция 2 С ОТВЕТАМИ ОСНОВНЫЕ источники загрязнения атмосферы.docx
• Тип: Документы; #448184

Основные источники загрязнения атмосферы с ответами

Основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (ТЭС, АЭС, промышленные и городские котельные), предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов. В развитых промышленных странах Запада и в США основное количество выбросов приходится на автотранспорт (50 - 60 %), тогда как на долю теплоэнергетики 16 – 20 %.

ТЭС и АЭС. Котельные установки

В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного (диоксид углерода и пары воды) и неполного сгорания (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды). Современная ТЭС мощностью 2,4 млн кВт расходует до 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу в сутки 680 т SO₂ и SO₃, 120-140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.

Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает выбросы золы, но практически не уменьшает выброс оксидов серы и азота. Наиболее экологичное газовое топливо, которое в 3 раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут и в 5 раз меньше, чем уголь.

Источники загрязнения воздуха токсичными веществами на АЭС – радиоактивный йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный источник энергетического загрязнения атмосферы – отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания, присутствующих в высоких концентрациях вблизи котельных установок из-за небольшой высоты дымовых труб.

Черная и цветная металлургия

При выплавке одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксидов углерода, а также небольшие количества опасных загрязнителей – марганца, свинца, фосфора, мышьяка, паров ртути.

Значительные выбросы отходящих газов и пыли, содержащих токсичные вещества, отмечаются при доменном и ферросплавном производствах, на заводах цветной металлургии.

Химическое производство

Выбросы этой отрасли (SO₂, соединения фтора, аммиак, хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль). Хотя и невелики по объему (около 20 % всех промышленных выбросов), тем не менее из-за высокой токсичности, значительного разнообразия и концентрированности представляют значительную угрозу для человека и всей биоты.

Выбросы автотранспорта

В мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений – бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и особо опасных соединений свинца. Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы снижают токсичность выхлопных газов в 6 и более раз.

Кроме того, можно назвать следующие отрасли, способствующие загрязнению атмосферы : добыча и переработка минерального сырья, нефте- и газоперерабатывающие заводы, сжигание мусора и горение пород в отвалах; в сельском хозяйстве: животноводческие и птицеводческие фермы, распыление пестицидов и т.д.

Трансграничные загрязнения

"Каждый житель Земли – это и потенциальная жертва стратегических (трансграничных) загрязнений” (А. Гор).

Под трансграничными понимают загрязнения, перенесенные из одной страны на площадь другой. Только в 1994 г. на европейскую часть России из-за невыгодного ее географического положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от Украины, Германии, Польши и др. В то же время в других странах от российских источников загрязнений выпало только 190 тыс. т серы, т.е. в 6,3 раза меньше.

Россия занимает невыгодное географическое положение по отношению к трансграничному переносу загрязнителей. В cвязи с преобладанием западных ветров значительную долю загрязнения воздушного бассейна европейской территории России дает аэрогенный перенос из стран западной и центральной Европы и ближнего зарубежья. Около 50 % заграничных соединений серы и окислов азота на европейскую территорию России поставляют Украина, Польша, ФРГ и Великобритания.

Глобальные экологические последствия

загрязнения атмосферы

1. Возможное потепление климата (“парниковый эффект”).

Техногенное загряз­нение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата.

С конца ХIХ в. по настоящее время наблюдается отчетливая тенденция повышения средней глобальной температуры атмосфе­ры; за 100 лет она повысилась приблизительно на 0,6°С. Это немало, если учесть, что при этом валовое увеличение внут­ренней энергии (теплосодержания) атмосферы очень велико — порядка 3000 ЭДж (ЭксаДж = 10¹⁸ Дж). Оно не связано с увеличением солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмосферы. Главным фактором является уменьшение спектральной прозрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта.

Парниковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов в основном таких, молекулы которых состоят из трех атомов и более - С0₂, СО, CН₄, NОх, ХФУ и др., названных парниковыми газами. В настоящее время значительная часть эмиссии парниковых газов имеет техногенное происхождение.

Тенденции глобального потепления придается очень большое значение. Вопрос о том, произойдет оно или нет, уже не стоит. По оценкам экспертов Всемирной метеорологической службы, при существующем уровне выбросов парниковых газов средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,25°С за 10 лет. Ее рост к концу XXI в., по разным сценариям (в зависимости от принятия тех или иных мер), может составить от 1,5 до 4°С. В северных и средних широтах потепление скажется сильнее, чем на экваторе. Глобальное потепление вызовет существенное перераспределение осадков на планете. Уровень Мирового океана за счет таяния льдов может повыситься к 2050 г. на 30-40 см, а к концу столетия — на 60-100 см. Это создаст угрозу затопления значительных прибрежных территорий.

Для территории России общая тенденция изменения климата характеризуется слабым потеплением, среднегодовая температура воздуха с 1891 по 1994 гг. повысилась на 0,56°С. В последние три деся­тилетия заметна также тенденция к уменьшению осадков. Одним из тревожных для России последствий изменения климата может стать деструкция мерзлых грунтов. Повышение температуры в зо­не вечной мерзлоты на 2—3° приведет к изменению несущих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации. Кроме того, содержащиеся в вечной мерзлоте за­пасы СO₂ и метана из оттаявших грунтов начнут поступать в атмо­сферу, усугубляя парниковый эффект.

Нарушение озонового слоя

В 70-х годах XX в. появились сообщения о региональных снижениях содержания озона (O₃) в стратосфере. Особенно заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой площадью более 10 млн км², где содержание О₃ за 80-е гг. уменьшилось почти на 50 %.

Позднее “блуждающие" озоновые дыры, правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном Полушарии, в зонах стойких антициклонов — над Гренландией, Северной Канадой и Якутией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5 - 0,7 % в год.

Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные при­влекли пристальное внимание ученых, а затем и экологически озабоченных кругов общества. Был высказан ряд гипотез о причи­нах нарушения озонового слоя. Большинство специалистов скло­няется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, спо­собных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией О + О₂ ® О₃ .

Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосре­дован летучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (сме­шанные фторохлориды метана и этана, например, фреон-12 — ди-хлордифторметан, CF₂Cl₂), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись “на свободу”, каждый атом хлора способен разрушить или поме­шать образованию множества молекул озона. В последние десяти­летия появились и другие чисто технические пути заноса актив­ных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмо­сфере, выбросы высотных сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораблей многоразового использования.

Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техногенными выбросами, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.

По результатам спутниковых наблюдений в 2002 г. площадь озоновой дыры достигала 20 млн км ², а в сентябре 2003 г. озоновая дыра над Антарктидой увеличилась с 25 млн км ² до 28 млн км² в течение двух недель. Таким образом, в 2003 г. площадь озоновой дыры превысила размеры Северной Америки и стала в два раза больше площади самой Антарктиды. Содержание озона в эпицентре аномалии оказалось в три раза меньше нормального значения. Измерения, проведенные над Антарктидой и в ее окрестностях, показали, что в 2003 г. озон разрушался быстрее, чем в предыдущие годы и что размер озоновой дыры сравнялся с тем, который существовал в сентябре 2000 г. В последние годы озоновая дыра, как правило, приближается к своему максимальному размеру в середине сентября и продолжает расти до конца месяца. Позже она почти полностью заполняется озоном из остальной части озонового слоя.

Выпадение кислотных дождей

По ряду показателей, в первую очередь по массе и распро­страненности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем но­мер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении се­ры, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. По­ступление в атмосферу больших количеств SO₂ и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот — серной и азотной. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению кислотных дождей. рН осадков в ряде случаев снижается на 2—2,5 единицы, т.е. вместо нормальных 5,6-5,7 до 3,2—3,7 (показатель pH = - lg H⁺ - отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов H⁺ в воде; если концентрация H⁺ в воде 10^-6 – 10^-5 г-ионов/л и ниже, то среда кислая, если 10^-7 – нейтральная (одинаковое содержание ионов H+ и OH- в воде), 10^-8 – щелочная).

Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Ев­разии это обширные территории севернее 55° с.ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, жи­вотных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы. Углекислый газ закисляет воду рек и озер. Это приводит к небла­гоприятным цепным изменениям в водных экосистемах. Природ­ные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков. На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов. Сходные явления происходят и в России, особенно на Северо-Западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината.

Наибольшие плотности выпадений сульфатной серы на территории СНГ непосредственно приурочены к промышленным регионам.

Вопросы для самопроверки и ответы:

1. Назовите главные загрязнители атмосферного воздуха.

Теплоэнергетика (ТЭС, АЭС, промышленные и городские котельные), предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.

2. Сравните влияние различных отраслей хозяйства на загрязнение атмосферы.

ТЭС и АЭС. Котельные установки-в сутки 680 т SO₂ и SO₃, 120-140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.

Черная и цветная металлургия-при выплавке одной тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц, 0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксидов углерода, а также небольшие количества опасных загрязнителей – марганца, свинца, фосфора, мышьяка, паров ртути.

Химическое производство-выбросы этой отрасли (SO₂, соединения фтора, аммиак, хлористые соединения, сероводород, неорганическая пыль). Невелики по объему (около 20 % всех промышленных выбросов)

Выбросы автотранспорта-в мире насчитывается несколько сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный воздух, прежде всего в крупных городах. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений – бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и особо опасных соединений свинца.

3. Приведите примеры негативного влияния высокотоксичных загрязнителей на живые организмы.

Кислотные осадки особенно опасны в районах с кислыми почвами и низкой буферностью природных вод. В Америке и Ев­разии это обширные территории севернее 55° с.ш. Техногенная кислота, помимо прямого негативного действия на растения, жи­вотных и микрофлору увеличивает подвижность и вымывание почвенных катионов, вытесняет из карбонатов и органики почвы. Углекислый газ закисляет воду рек и озер. Это приводит к небла­гоприятным цепным изменениям в водных экосистемах. Природ­ные комплексы Южной Канады и Северной Европы уже давно ощущают действие кислых осадков. На больших пространствах наблюдается деградация хвойных лесов. Сходные явления происходят и в России, особенно на Северо-Западе, на Урале и в районе Норильска, где громадные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за сернистых выбросов Норильского комбината.

4. Как называется ядовитая смесь дыма, тумана и пыли?

Смогом

5. Каковы причины выпадения кислотных дождей?

Диоксид серы он образуется при окислении се­ры, содержащейся в топливе или в составе сульфидных руд. По­ступление в атмосферу больших количеств SO₂ и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот — серной и азотной. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению кислотных дождей.

6. Каковы глобальные экологические последствия загрязнения атмосферы?

Возможное потепление климата (“парниковый эффект”). Техногенное загряз­нение атмосферы в определенной степени связано с изменениями климата.

7. Какой загрязнитель атмосферы наиболее опасен для хвойных деревьев?

Кислотные осадки- углекислый газ

8. Почему озоновый слой является необходимым условием существования биосферы и его истощение относят к числу серьезных экологических проблем?

Озоновый слой-часть стратосферы, которая поглощает ультрафиолетовые лучи и защищает природу от губительного воздействия солнца.