Атмосферные аэрозоли, источники их образования. Процессы, протекающие с участием атмосферного аэрозоля

реферат

2. Источники атмосферных аэрозолей

Аэрозоли можно разделить на две большие группы: естественные и искусственные.

Естественные аэрозоли образуются без участия человека, в естественных природных процессах, таких как извержения вулканов, смерчи, бури или пожары. Источником естественных аэрозолей также являются океаны, космос и живые организмы.

В результате ветровой эрозии в воздухе появляются частицы почвы, горных пород, споры, частицы дыма от лесных и торфяных пожаров, пыльца растений, бактерии и.т.д.

Атмосферные аэрозоли над океаном образуются в результате разбрызгивания капель морской воды и их последующего испарения. Капли образуются при сдувании ветром брызг с гребней волн, при выпадении на водную поверхность осадков, в прибойной зоне побережий.

Взвешенные в воздухе солевые частицы наносят значительный ущерб сельскохозяйственным культурам и вызывают коррозию материалов. Основным компонентом морских аэрозолей является хлорид натрия, однако в них присутствуют карбонаты, сульфаты, калий, магний и кальций, ряд органических соединений.

Одним из важнейших источников аэрозолей также являются вулканы, но так как они действуют редко и апериодично, сложно назвать некое среднее количество выброшенных частиц. Оно напрямую зависит от мощности извержения. Всего одно мощное извержение способно в несколько раз превысичь выброс частиц, происходящий в "спокойный" период. Вулканический аэрозоль - это мелкодисперсная лава или капли смеси серной кислоты, галогенидов, сульфатов и соединений никеля и хрома, частицы почвы и горных пород. Вулканические аэрозоли способны оказывать огромное влияние на деятельность людей. К примеру, извержение вулкана Эйяфьядлайёкюдль в 2010 году на несколько месяцев сделало невозможными авиаперелёты над Скандинавией.

Источниками атмосферных аэрозолей также могут быть различные пожары. Выбрасываемая во время пожара зола содержит как неорганические вещества и минералы, содержавшиеся в растении, но и не полностью сгоревшие смолистые вещества, частицы углерода.

Искусственные аэрозоли образуются в результате деятельности человека. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические, цементные, магнезитовые и сажевые заводы. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена, а также асбест. Еще большее разнообразие свойственно органической пыли, включающей алифатические и ароматические углеводороды, соли кислот. Она образуется при сжигании остаточных нефтепродуктов, в процессе пиролиза на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и других подобных предприятиях. Постоянными источниками аэрозольного загрязнения являются промышленные отвалы - искусственные насыпи из переотложенного материала, преимущественно вскрышных пород, образуемых при добыче полезных ископаемых или же из отходов предприятий перерабатывающей промышленности, ТЭС. Источником пыли и ядовитых газов служат массовые взрывные работы. Так, в результате одного среднего по массе взрыва (250-300 тонн взрывчатых веществ) в атмосферу выбрасывается около 2 тыс. куб. м условного оксида углерода и более 150 т пыли. Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 13 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц. При некоторых погодных условиях могут образовываться особо большие скопления вредных газообразных и аэрозольных примесей в приземном слое воздуха.

Обычно это происходит в тех случаях, когда в слое воздуха непосредственно над источниками газопылевой эмиссии существует инверсия -- расположение слоя более холодного воздуха под теплым, что препятствует воздушным массам и задерживает перенос примесей вверх. В результате вредные выбросы сосредотачиваются под слоем инверсии, содержание их у земли резко возрастает, что становится одной из причин образования ранее неизвестного в природе фотохимического тумана (смога).

Содержание во всей атмосфере аэрозолей естественного происхождения больше, чем техногенных (приблизительно 80 - 20%). Но в отдельных промышленных районах и на окружающей их территории техногенные (антропогенные ) аэрозоли могут превышать содержание природных. Они образуются в основном при сжигании твердого и жидкого топлива. Кроме того, ряд производств, например, цементные заводы, выбрасывают в атмосферу большое количество пыли. Естественно, что пространственное распределение антропогенных аэрозолей неравномерно.

В районах максимальных выбросов техногенных примесей образуются смоги. Смоги бывают двух типов - дымные и фотохимические. В обоих случаях в атмосфере понижается видимость, у людей появляются неприятные ощущения вследствие попадания в органы дыхания газов, жидких и твердых аэрозолей.

Дымные смоги образуются в результате смешения аэрозольных частиц, продуцируемых при сжигании топлива в промышленных зонах, с продуктами конденсации водяного пара. Особенно это характерно при высоких уровнях относительной влажности. Сернистые соединения, содержащиеся в значительных концентрациях в дымах промышленных предприятий, использующих уголь, в реакциях с атмосферной влагой образуют жидкие аэрозоли в виде серной и сернистой кислот и их производных.

Фотохимический смог или туман представляет собой многокомпонентную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидантами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличии в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей, интенсивной солнечной радиации и безветрия или очень слабого обмена воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождающаяся инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ.

Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником так называемых свободных радикалов, отличающихся особой реакционной способностью. Такие смоги - нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они крайне опасны для дыхательной и кровеносной системы и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем

Таблица 1. Промышленные источники пыли

Производственный процесс

Выброс пыли, млн.т/год

Сжигание каменного угля

93,600

Выплавка чугуна

20,210

Выплавка меди (без очистки)

6,230

Выплавка цинка

0,180

Выплавка олова (без очистки)

0,004

Выплавка свинца

0,130

Производство цемента

53,370

Делись добром ;)