реферат скачать
 

Влияние кислотных осадков на биосферу Земли

Влияние кислотных осадков на биосферу Земли

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ

Институт национальной и мировой экономики

Курсовая работа

По предмету: Концепции современного естествознания

на тему

«Кислотные дожди»

Студентки

1 курса

1 группы

факультета Национальная Экономика

Рождественской Д.Д.

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

1. Как попадают соединения серы в атмосферу

1.1Виды соединений серы.

1.2Источники соединений серы.

1.3Виды соединений азота

1.4Источники соединений азота

1.5Атмосферный аммиак

2 Распространение кислотных веществ в атмосфере.

3 Химические превращения загрязняющих кислотных веществ в атмосфере.

3.1Химические превращения соединений серы.

3.2Химические превращения соединений азота.

4. Кислотная седиментация (кислотные осадки).

4.1Вымывание кислотных веществ из атмосферы

4.2Сухие осадки

5. Влияние кислотных осадков на биосферу

5.1Косвенные воздействия

5.2Непосредственные воздействия

6. Способы защиты от кислотных дождей.

Заключение

Список литературы

Введение.

Интенсификация деятельности человека в последнее столетие привела к

значительному нарушению сложившегося в природе равновесия, в результате

чего возникло множество проблем, связанных с защитой окружающей среды.

Среди весьма серьезных проблем экологического плана наибольшее

беспокойство вызывает нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли

примесями, имеющими антропогенную природу. Атмосферный воздух является

основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. В период

промышленной и научно-технической революции увеличился объем эмиссии в

атмосферу газов и аэрозолей антропогенного происхождения. По

ориентировочным данным ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн

оксидов серы, азота, галогенопроизводных и других соединений. Основными

источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в

которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной

металлургии, химической и нефтехимической промышленности, авиационный и

автомобильный транспорт.

Попадая в атмосферу, многие загрязнения подвергаются химическим или

фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные

продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или

выпадают на поверхность Земли с аэрозолями. Попадая на поверхность

биологических объектов, строительных конструкций и других предметов,

загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические

процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических

материалов.

Ущерб, наносимый живой природе атмосферными загрязнениями и продуктам

производственной деятельности человека, трудно оценить, но гибель лесов,

загрязнение водных бассейнов, распространение аллергических заболеваний,

нарушение биологического равновесия в экосистемах не в последнюю очередь

связаны с высокими концентрациями агрессивных примесей в атмосфере.

Как попадают соединения серы и азота в атмосферу.

Виды соединений серы.

К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере, относятся

двуокись серы [оксид серы (IV)], оксисульфид (сероокись углерода),

сероуглерод, сероводород и диметилсульфид (табл. 2). Последние четыре

соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко

превращаются в двуокись серы или в серную кислоту (сульфаты). Под влиянием

деятельности человека более всего изменяется содержание двуокиси серы.

В сильно загрязненных районах уровень двуокиси серы может в 1000 и

даже в десятки тысяч раз превысить естественную границу значений на суше и

в океане. Концентрация других соединений серы, обычно образующихся из

естественных источников, более или менее одинакова вблизи поверхности

земли. Среди соединений серы, находящихся в твердом и жидком состоянии,

принимаются в расчет только серная кислота и сульфаты (сульфат и

гидросульфат аммония), а также морская соль.

Источники соединений серы.

Соединения серы, как мы уже упомянули, частично попадают в атмосферу

естественным путем, а частично антропогенным. Поверхность суши, как и

поверхность океанов и морей, играет роль естественного источника. Обычно

деятельность человека ограничивается сушей, поэтому мы можем учитывать

загрязнение серой только на этой территории.

Существуют три основных источника естественной эмиссии серы.

1. Процессы разрушения биосферы. С помощью анаэробных (действующих без

участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения

органических веществ. Благодаря этому содержащаяся в них сера образует

газообразные соединения. Вместе с тем определенные анаэробные бактерии

извлекают из сульфатов, растворенных в естественных водах, кислород, в

результате чего образуются сернистые газообразные соединения.

Из указанных веществ сначала в атмосфере был обнаружен сероводород, а

затем с развитием измерительных приборов и способов отбора проб воздуха

удалось выделить ряд органических газообразных соединений серы. Наиболее

важными источниками этих газов являются болота, зоны приливов и отливов у

береговой линии морей, устья рек и некоторые почвы, содержащие большое

количество органических веществ.

Поверхность моря также может содержать значительные количества

сероводорода. В его возникновении принимают участие морские водоросли.

Можно предположить, что выделение серы биологическим путем не превышает 30-

40 млн т в год, что составляет около 1/3 всего выделяемого количества серы.

2. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу

наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и

элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой -

тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях наблюдается

увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях - в

стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает

около 2 млн т серосодержащих соединений. Для тропосферы это количество

незначительно по сравнению с биологическими выделениями, для стратосферы же

извержения вулканов являются самым важным источником появления серы.

3. Поверхность океанов. После испарения капель воды, поступающих в

атмосферу с поверхности океанов, остается морская соль, содержащая наряду с

ионами натрия и хлора соединения серы — сульфаты.

Вместе с частицами морской соли ежегодно в атмосферу попадает 50-200

млн т серы, что гораздо больше, чем эмиссия серы биологическим путем. В то

же время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из

атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в более

верхние слои или распыляется над сушей. Следует также учесть, что из

сульфатов морского происхождения не может образоваться серная кислота,

поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не имеют

существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании

образования облаков и осадков.

В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные

количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди

источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в зданиях

и на электростанциях, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание

серы (несколько процентов) в угле достаточно велико (особенно в буром

угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы

остается в золе в твердом состоянии.

Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико в

зависимости от места происхождения (0, 1-2%). При сгорании нефтяных

продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании

угля.

Источниками образования двуокиси серы могут быть также отдельные

отрасли промышленности, главным образом металлургическая, а также

предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти. На

транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно, там в

первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу

попадает 60-70 млн т серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и

антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет

атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза больше, чем это

происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в районах с

развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз

превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке.

Примерно половина выбросов, связанных с деятельностью человека (30-40

млн т), приходится на Европу.

Виды соединений азота.

В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микровеществ, но в

кислотной седиментации участвуют только два из них: окись и двуокись азота,

которые в результате протекающих в атмосфере реакций образуют азотистую

кислоту.

Окись азота под действием окислителей (например, озона) или различных

свободных радикалов преобразуется в двуокись азота:

[pic]

(окись азота + радикал пероксида водорода --- двуокись азота + радикал

гидроксила);

[pic]

(окись азота + озон --- двуокись азота + молекулярный кислород).

Итак, можно предположить, что окисью азота можно пренебречь вследствие

указанных окислительных процессов. Однако это не совсем так, что

объясняется двумя причинами. Первая заключается в том, что выброс оксидов

азота в значительной степени происходит в форме окиси азота, и требуется

время, чтобы [pic] полностью превратилась в [pic]. С другой стороны, в

непосредственной близости от источников загрязнения количество окиси азота

превышает количество двуокиси азота. Это соотношение увеличивается в

сторону двуокиси азота по мере приближения к территориям, непосредственно

не подверженным загрязнению. Например, в безусловно чистом воздухе над

поверхностью океана часть окиси азота составляет всего несколько процентов

от двуокиси азота. Соотношение этих газов, впрочем, может меняться

вследствие фотодиссоциации двуокиси азота:

[pic]

(двуокись азота+ квант света --- окись азота+ атом кислорода),

Кислотную среду в атмосфере создает также азотная кислота,

образующаяся из оксидов азота. Если находящаяся в воздухе азотная кислота

нейтрализуется, то образуется азотнокислая соль, которая обычно

присутствует в атмосфере в виде аэрозолей. Это относится также к солям

аммония, которые получаются в результате взаимодействий аммиака с какой-

либо кислотой.

Источники соединений азота.

Эти источники могут быть как естественными, так и антропогенными.

Рассмотрим наиболее важные естественные источники.

Естественные и антропогенные источники соединений азота, содержащихся

в атмосфере.

Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в

почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота.

Согласно современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн т

оксидов азота.

Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за

очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные

азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы

атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее

количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн т в

год.

Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и

искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате

выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в

саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов азота в

год.

Прочие источники естественных выбросов оксидов азота менее значительны

и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в

атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие

чего происходит обратное попадание образовавшихся оксидов [pic] в

тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах.

Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн т оксидов

азота.

Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом

месте стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т. д.). Во

время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в

воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида

азота NO пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота

образуются в результате горения имеющихся в топливе азотсодержащих веществ.

Сжигая топливо, человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн т оксидов

азота.. Значительным источником оксидов азота также является транспорт.

В целом количества естественных и искусственных выбросов

приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы соединений

серы, сосредоточены на ограниченных территориях Земли.

Необходимо упомянуть, однако, что количество выбросов оксидов азота из

года в год растет в отличие от эмиссии двуокиси серы, поэтому соединения

азота играют огромную роль в образовании кислотных осадков.

Атмосферный аммиак.

Аммиак, имеющий в водном растворе щелочную реакцию, играет

значительную роль в регулировании кислотных дождей, так как он может

нейтрализовать атмосферные кислотные соединения с помощью следующих

реакций:

[pic]

(аммиак+ серная кислота - гидросульфат аммония);

[pic]

(аммиак+ гидросульфат аммония = сульфат аммония);

[pic]

(аммиак+ азотная кислота - нитрат аммония).

Таким образом, эти химические реакции ведут к образованию сульфата и

нитрата аммония.

Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва. Находящиеся

в почве органические вещества разрушаются определенными бактериями, и одним

из конечных продуктов этого процесса является аммиак. Установлено, что

активность бактерий, приводящая в конечном счете к образованию аммиака,

зависит в первую очередь от температуры и влажности почвы. В высоких

географических широтах (Северная Европа и Северная Америка), особенно в

зимние месяцы, выделение аммиака почвой может быть незначительным. В то же

время на этих территориях наблюдается наибольший уровень эмиссии двуокиси

серы и оксидов азота, в результате чего находящиеся в атмосфере кислоты не

подвергаются нейтрализации и, таким образом, возрастает опасность выпадения

кислотного дождя.

В процессе распада мочи домашних животных высвобождается большое

количество аммиака. Этот источник аммиака настолько значителен, что,

например, в Европе он превышает возможности выделения аммиака почвой.

Естественно, этот процесс также зависит от температуры, и в холодные зимние

месяцы скорость распада ниже. Существенными источниками аммиака могут

служить также производство и внесение в землю искусственных удобрений.

Меньшее количество аммиака может попасть в атмосферу в результате сгорания

угля или горючего транспортных средств.

Распространение кислотных веществ в атмосфере.

Загрязняющие вещества, выделяющиеся из источников, близких к поверхности

Земли, естественно, не задерживаются на одном месте, а распространяются в

вертикальном и горизонтальном направлениях, частично преобразовываясь при

этом. Рассмотрим сначала вертикальное перемешивание, которое происходит

посредством конвекционных (упорядоченных вертикальных) или турбулентных

(неупорядоченных) движений. В зависимости от структуры атмосферы и еe

состояния в данный момент перемешивание может достигнуть только

определенной высоты. Эта высота в первую очередь зависит от распределения

температуры по вертикали в атмосфере. Как известно, начиная с поверхности

Земли температура воздуха по мере движения вверх обычно снижается, в

среднем на 0, 6°С на каждые 100 м. На высоте 8-18 км от поверхности это

понижение исчезает, более того, двигаясь выше, можно наблюдать потепление.

Этот слой, где происходит изменение температуры в обратном направлении,

называется тропопаузой, а пространство между ней и поверхностью —

тропосферой. Высота тропопаузы (8-18 км) зависит от географической широты и

для данного места остается постоянной. Выше находится стратосфера, где

потепление в вертикальном направлении происходит в результате поглощения

коротковолнового излучения и протекания фотохимических реакций. Разделяющая

две сферы тропопауза играет важную роль, она действует как экранирующий

слой между тропосферой и стратосферой. Физическим условием движения потока

вверх является снижение температуры воздуха в этом же направлении. Поэтому

перемешивание в тропопаузе замедляется, и загрязняющие вещества уже могут

проникнуть в стратосферу только с помощью диффузии (молекулярное движение).

Последняя представляет собой очень медленный процесс и, таким образом, те

загрязняющие вещества, которые находятся в тропосфере недолго, практически

не могут попасть в стратосферу. С другой стороны, вещества, имеющие

длительное время жизни, могут попасть в стратосферу, например, фреоны,

время нахождения которых в тропосфере исчисляется несколькими десятками

лет.

Микроэлементы, которые находятся в тропосфере в течение короткого

времени (например, соединения серы и азота), могут попасть в более высокие

слои воздуха другим путем, например, при сильном извержении вулкана или во

время полетов в стратосферу.

Таким образом, возвращаясь к тропопаузе, можно сказать, что в результате

увеличения температуры с высотой перемешивание на этом уровне прекращается.

Страницы: 1, 2, 3


ИНТЕРЕСНОЕ



© 2009 Все права защищены.