Влияние кислотных осадков на биосферу Земли

Рефераты по естествознанию » Влияние кислотных осадков на биосферу Земли Скачать

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:

(окись азота + радикал пероксида водорода --- двуокись азота + радикал гидроксила);

(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  полностью превратилась в . 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:

 (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  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:

 

(аммиак+ серная кислота - гидросульфат аммония);

(аммиак+ гидросульфат аммония = сульфат аммония);

(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. В то же время часто уже в нижних слоях тропосферы вблизи от поверхно­сти наблюдается инверсия температуры т. е. изменение ее в противоположном направлении которое также приводит к прекращению вертикального перемещения. Местонахождение инверсии иногда хорошо видно невооруженным глазом. На­пример в Будапеште особенно в зимние месяцы над загряз­ненными местами иногда можно превосходно разглядеть гра­ницу между серым загрязненным нижним и верхним чис­тым слоями воздуха. На этой границе прекращается верти­кальное перемешивание загрязняющих веществ. Этот близ­кий к поверхности слой называют слоем перемешивания. Высота его зависит от времени года и метеорологических ус­ловий. Тропопауза является верхней границей перемешива­ния в том случае если например инверсия находится ниже чем источник загрязнения.

Кислотные загрязняющие вещества естественно распро­страняются не только в вертикальном но и в горизонтальном направлении. Этот процесс происходит под воздействием так называемой адвекции в направлении скорости ветра при упорядоченном движении воздуха или же в результате турбу­лентного (неупорядоченного) движения. На больших расстоя­ниях (более 50 км) решающим фактором является адвекция.

Страницы: 1 2 3 4