Склад і структура атмосфери та основні забруднювачі повітря

 

Атмосферні фактори середовища включають структуру і склад атмосфери, а також фізичні та хімічні властивості атмосфери, що впливають на живі організми.

 

 

1. 1. Склад і структура атмосфери

 

Атмосфера Землі - це газова оболонка, що оточує планету. Близько 99% сухого повітря складається з азоту та кисню; решта припадає на інші гази та водяну пару. Хімічний склад атмосфери наведено в табл. 10.1.

 

Хімічний склад атмосфери майже не змінюється до висоти 100 км. По вертикалі атмосфера має шарувату будову. Перший шар, що простягається до 10...17 км, називають тропосферою. Вона містить близько 80% маси атмосфери. Важливою змінною компонентою атмосфери є водяна пара, основна маса якої зосереджена в тропосфері. Змінність вмісту водяної пари в тропосфері зумовлюється взаємодією процесів випаровування, конденсації та горизонтального перенесення. В результаті конденсації відбувається утворення хмар та випадання опадів.

 

Над тропосферою на висоті близько 55 км розташований перехідний шар - стратопауза, вище якої починається стратосфера. Істотний вплив на атмосферні процеси чинить озон, що міститься в стратосфері і забезпечує поглинання сонячного ультрафіолетового випромінювання. Ще одна важлива змінна компонента атмосфери - вуглекислий газ, змінність вмісту якого пов'язана з життєдіяльністю рослин, промисловими забрудненнями і газообміном між океаном та атмосферою. Активними компонентами атмосфери є аерозолі - завислі у повітрі тверді й рідкі частинки, розміри яких перевищують 1 нм. До аерозолів можна віднести й частинки біологічного походження. Шар атмосфери, розташований на висоті 55…80 км, називають мезосферою. Над ним знаходиться перехідний шар мезопауза, вище якої починається термосфера.

 

1.2. Основні забруднювачі повітря

 

Забруднювачами повітря називають субстанції, що присутні в атмосфері й впливають на здоров’я людини, стан тваринного, рослинного світу й мікроорганізмів та спричиняють руйнування матеріалів.

 

Всі забруднення антропогенного походження можна поділити на глобальні та регіональні.

До глобальних відносять кислотні дощі, атмосферні гази, радіоактивні забруднення, важкі метали, пестициди.

До локальних - забруднення у великих містах (смоги), хімічні сполуки в повітрі індустріальних зон. До основних забруднювачів цього типу можна віднести частинки, розміри яких не перевищують 10 мкм і які є небезпечними для здоров’я людини, а також хімічні сполуки, що зустрічаються в атмосфері мегаполісів.

 

В даний час у міжнародний перелік глобальних видів забруднювачів навколишнього середовища включені - SO2; NO; NO2; NOx; СО, SCH; СО2; Hg.

 

Речовини, що виникають забруднення в багатьох регіонах світу - H2S; HF; NН3; CI.

 

До шкідливих речовин, викид яких має масовий характер у містах відносять SO2; NO; NO2; СО.

 

Природними джерелами атмосферних забруднень є виверження вулканів, лісові пожежі, вітрова ерозія, життєдіяльність живих організмів, природна фонова радіоактивність. Чинники антропогенного забруднення - домашнє господарство (приготування їжі, прання, миття, чищення), комерційна активність (служби побутового сервісу, ресторани, готелі, школи, друкарні), сільське господарство (гній, пестициди, добрива, нітрати, важкі метали, поверхнево активні речовини), промисловість (високотемпературні виробничі процеси, згорання палива, діяльність паперових заводів, підприємств з обробки нафтопродуктів, металургійні процеси), транспортні засоби.

 

Атмосферні забруднення шкідливо впливають на клімат планети, біогеохімічні цикли, рослинні види й фітоценози, на тварин і, безумовно, на здоров’я людини.

 

2. Вимірювання атмосферних забруднень

 

 

Спектрометрія поглинання ґрунтується на вимірюванні залежності енергії оптичного випромінювання, що поглинається, від довжини хвилі. Ця техніка представлена інфрачервоними аналізаторами, за допомогою яких ідентифікують та вимірюють гази (SO2 N0x, CO, CO) і вуглеводні, та ультрафіолетовими аналізаторами, призначеними для ідентифікації та вимірювання S02 і NO2.

 

Люмінесцентні аналізатори вимірюють оптичне випромінювання, що утворюється збудженою молекулою. Залежно від типу збудження розрізняють аналізатори на основі флуоресценції, хемілюмінесценції та полум'яної люмінесценції.

 

Флуоресценція відбувається за збудження молекули світлом певної довжини хвилі, що супроводжується випромінюванням світла на іншій довжині хвилі. Флуоресцентні аналізатори застосовують для визначення наявності S02.

 

Хемілюмінесценція супроводжується випромінюванням світла за хімічних реакцій, в яких беруть участь озон та оксид азоту. Використовуються хемілюмінесцентні аналізатори для визначення вмісту NOх і NO2.

 

Полум’яна люмінесценція має місце під час взаємодії молекул з полум’ям пальника. Аналізатори цього типу здатні ідентифікувати сірку та сірчані сполуки.

 

Електрохімічні аналізатори використовують процеси, що відбуваються на електродах і в між електродному просторі з подальшою реєстрацією електричних параметрів.

 

Основними електрохімічними методами є: вольтамперометрія, кулонометрія та кондуктометрія.

 

Вольтамперометрією називають методи аналізу, що ґрунтуються на реєстрації та вивченні залежності струму, що проходить крізь електролітичну комірку, від зовнішньої прикладеної напруги. Аналіз вольтамперограми І =f(U)дає інформацію про кількісний та якісний склад розчину, що аналізується. Якщо використовують ртутний крапаючий електрод як індикаторний, то такий метод називають полярографією. Аналізатори цього типу застосовують для ідентифікації та вимірювання газів SO2, N02, CO, 02, Н2S.

 

Кулонометрія - метод, що ґрунтується на вимірюванні кількості електрики, витраченої на електроперетворювання (відновлення або окислення) речовини, що аналізується. За законом Фарадея кількість речовини, що бере участь у процесі електроперетворювання, пропорційна кількості електрики, що проходить через електроліт. Таким чином, вимірювання кількості електрики дає змогу оцінити масу речовини. Кулонометричні аналізатори здатні визначатиSO2, H2S і меркаптани.

 

Кондуктометрія ґрунтується на вимірюванні питомої електропровідності розчину, що аналізується. Кондуктометричні прилади використовуються для аналізу SO2.

 

Парамагнітні аналізатори базуються на здатності молекул речовин (парамагнетиків) орієнтувати власні магнітні моменти вздовж зовнішнього магнітного поля. Парамагнітні аналізатори використовуються для аналізу атмосферного кисню, який є парамагнетиком.

 

Аналізатори теплопровідності передбачають застосування розжареного провідника, опір якого залежить від потоку газів, що пропускають через нього. Гази С02 та SO2 визначають за допомогою аналізаторів теплопровідності.