🗊Презентация Распределение лучистой энергии в спектре солнечной радиации до поступления в атмосферу и в спектре абсолютно черного тела

Распределение лучистой энергии в спектре солнечной радиации до поступления в атмосферу (сплошная линия) и в спектре абсолютно черного тела при температуре 6000° (прерывистая линия).

Шкала электромагнитных волн

Спектральный состав солнечной радиации На интервал длин волн между 0,1 и 4 мк приходится 99% всей энергии солнечной радиации. Всего 1% остается на радиацию с меньшими и большими длинами волн, вплоть до рентгеновых лучей и радиоволн. Видимый свет занимает узкий интервал длин волн, всего от 0,40 до 0,75 мк. Однако в этом интервале заключается почти половина всей солнечной лучистой энергии (46%). Почти столько же (47%) приходится на инфракрасные лучи, а остальные 7% — на ультрафиолетовые.

Обрыв цепных реакций разрушения озона СН4 + ОН = СН3 + Н2О ОН + НО2 = Н2О + О2

Озо́новая дыра́  — локальное падение концентрации озона в озоновом слое Земли.

Озоновая дыра диаметром свыше 1000 км впервые была обнаружена в 1985 году, на Южном полушарии, над Антарктидой, группой британских учёных: Дж. Шанклин (англ.), Дж. Фармен (англ.), Б. Гардинер (англ.), опубликовавших соответствующую статью в журнале Nature. Каждый август она появлялась, а в декабре — январе прекращала своё существование. Над Северным полушарием в Арктике образовывалась другая дыра, но меньших размеров. На данном этапе развития человечества, мировые учёные доказали, что на Земле существует громадное количество озоновых дыр. Но наиболее опасная и крупная расположена над Антарктидой.

Антарктическая озоновая дыра формируется ежегодно в весенний период, охватывает большую площадь (> 20 млн. км2 ) и существует в течение нескольких месяцев. Арктические озоновые аномалии – крайне редкое явление, они имеют небольшую площадь (< 10 млн. км2 ), непродолжительны по времени существования (1–3 недели), смещены относительно полюса и дрейфуют в течение своего времени жизни.

По данным Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета, в середине августа 2000 г. озоновая дыра над Антарктидой начала расти. В результате ее размер достиг рекордных размеров 28,3 млн км2, что в 3 раза больше территории США. Для сравнения — еще 10-15 лет назад она составляла 22 млн км2. В октябре 2000 г. она приблизилась к значениям 1999 г. и составила 23-24 млн км2, а минимальное значение содержания озона составило 100 единиц Добсона, что в 3 раза меньше нормы По данным Центральной аэрологической обсерватории Росгидромета, в середине августа 2000 г. озоновая дыра над Антарктидой начала расти. В результате ее размер достиг рекордных размеров 28,3 млн км2, что в 3 раза больше территории США. Для сравнения — еще 10-15 лет назад она составляла 22 млн км2. В октябре 2000 г. она приблизилась к значениям 1999 г. и составила 23-24 млн км2, а минимальное значение содержания озона составило 100 единиц Добсона, что в 3 раза меньше нормы

Монреа́льский протоко́л по вещества́м, разруша́ющим озо́новый слой (англ. The Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer) — международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года, разработанный с целью защиты озонового слоя с помощью снятия с производства некоторых химических веществ, которые разрушают озоновый слой. Протокол был подготовлен к подписанию 16 сентября 1987 года и вступил в силу 1 января 1989 года. После этого последовала первая встреча в Хельсинки в мае 1989 года. С тех пор протокол подвергался пересмотру семь раз: в 1990 (Лондон), 1991 (Найроби), 1992 (Копенгаген), 1993 (Бангкок), 1995 (Вена), 1997 (Монреаль) и 1999 (Пекин). Если страны, подписавшие протокол, будут его придерживаться и в будущем, то можно надеяться, что озоновый слой восстановится к 2050 году. Генеральный секретарь ООН (1997—2006) Монреа́льский протоко́л по вещества́м, разруша́ющим озо́новый слой (англ. The Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer) — международный протокол к Венской конвенции об охране озонового слоя 1985 года, разработанный с целью защиты озонового слоя с помощью снятия с производства некоторых химических веществ, которые разрушают озоновый слой. Протокол был подготовлен к подписанию 16 сентября 1987 года и вступил в силу 1 января 1989 года. После этого последовала первая встреча в Хельсинки в мае 1989 года. С тех пор протокол подвергался пересмотру семь раз: в 1990 (Лондон), 1991 (Найроби), 1992 (Копенгаген), 1993 (Бангкок), 1995 (Вена), 1997 (Монреаль) и 1999 (Пекин). Если страны, подписавшие протокол, будут его придерживаться и в будущем, то можно надеяться, что озоновый слой восстановится к 2050 году. Генеральный секретарь ООН (1997—2006)

По состоянию на декабрь 2009 года 196 государств-членов ООН ратифицировали первоначальную версию Монреальского протокола. По состоянию на декабрь 2009 года 196 государств-членов ООН ратифицировали первоначальную версию Монреальского протокола.

Влияние вулканов на озоновый слой В Антарктиде находится постояннодействующий вулкан Эребус (77,5° ю.ш., 167,2° в.д.; высота – 3794 м.), входящий в список самых активных вулканов на Земле. В его главном кратере находится лавовое озеро, не застывающее из-за непрерывных конвективных процессов подъема и перемешивания магмы, которая циркулирует от камеры, расположенной глубоко в вулкане. Рядом с лавовым озером, в главном кратере находится жерло активной дегазации (пепловое жерло), из которого периодически выбрасывается столб вулканических газов. Эребус – один из немногих вулканов, представляющий собой систему открытого жерла, объясняющую устойчивость и разнообразие активности вулкана: частую смену между пассивной и активной дегазацией и взрывными извержениями.

Весной над Антарктидой одновременно с сильным понижением стратосферного озона наблюдается рост концентрации монооксида хлора ClO. По максимальным значениям концентрации ClO в стратосфере над станцией McMurdo в сентябре 1992 г. с учетом площади озоновой дыры рассчитана масса хлороводорода HCl, необходимого для ее образования. Масса HCl составила 9,3 кт. Наиболее вероятным источником такого количества HCl в Антарктиде является вулкан Эребус. Весной над Антарктидой одновременно с сильным понижением стратосферного озона наблюдается рост концентрации монооксида хлора ClO. По максимальным значениям концентрации ClO в стратосфере над станцией McMurdo в сентябре 1992 г. с учетом площади озоновой дыры рассчитана масса хлороводорода HCl, необходимого для ее образования. Масса HCl составила 9,3 кт. Наиболее вероятным источником такого количества HCl в Антарктиде является вулкан Эребус.

Аномальное усиление активности вулкана Эребус в начале 80-х гг. XX в. стало ключевым фактором значительного увеличения антарктической озоновой аномалииПри стабилизации активности вулкана, хотя по-прежнему достаточно высокой, начиная с 1990 г. и по настоящее время, межгодовые изменения площади озоновой дыры над Антарктидой характеризуются практически нулевым трендом. Аномальное усиление активности вулкана Эребус в начале 80-х гг. XX в. стало ключевым фактором значительного увеличения антарктической озоновой аномалииПри стабилизации активности вулкана, хотя по-прежнему достаточно высокой, начиная с 1990 г. и по настоящее время, межгодовые изменения площади озоновой дыры над Антарктидой характеризуются практически нулевым трендом. Таким образом, чрезмерно высокая активность Эребуса в начале 1980-х гг. фактически перевела антарктическую озоновую аномалию из одного стационарного состояния, при отсутствии или слабом воздействии вулканогенного фактора, в другое, при сохраняющемся значительном уровне вулканогенных выбросов..

Существенное сокращение антарктической стратосферной озоновой дыры в 2010 году и в течение ряда предыдущих лет — результат чрезвычайного метеорологического явления, иногда свойственного полярной зиме. Учёные называют это внезапным стратосферным потеплением (sudden stratospheric warming, SSW).

В ООН 16 сентября отмечается Международный день охраны озонового слоя. Он был установлен в 1994 году в память о подписании Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. В ООН 16 сентября отмечается Международный день охраны озонового слоя. Он был установлен в 1994 году в память о подписании Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Подробнее: http://www.rosbalt.ru/style/2014/09/16/1316020.html

Тропосфера Тропосфера – нижний, непосредственно соприкасающийся с земной поверхностью, слой атмосферы. Именно воздухом тропосферы дышат живые организмы, влага, конденсирующаяся в тропосфере и выпадающая с атмосферными осадками, обеспечивает человека питьевой водой, а проникающее через тропосферу солнечное излучение используется автотрофными организмами в процессе фотосинтеза.

Процессы окисления примесей в тропосфере Протекают по различным направлениям: 1) Окисление непосредственно в газовой фазе; 2) Окислению предшествует абсорбция частицами воды, и в дальнейшем процесс окисления протекает в растворе; 3) Окислению предшествует адсорбция примесей на поверхности твердых частиц, взвешенных в воздухе.

Концентрация примесей в тропосфере

Образование гидроксидного радикала в тропосфере O(1D)+Н2О = O(1D)+ 2ОН O(1D)+СН4 = СН3+ОН O(1D) + Н2 = Н+ОН НNO2 —→NO+ОН , λ<340 нм (4.6) НNO3—→NO2+ОН, λ<335 нм (4.7) Н2O2—→2ОН, λ<300 нм

Гидропероксидный радикал Н+О2—→НО2 О3+ОН—→НО2+О2 Н2О2+ОН—→НО2+Н2О

Схема трансформации соединений серы в тропосфере

Антропогенные источники серы В природе нет ископаемого топлива, которое состояло бы из одних углеводородов. Всегда имеется примесь других элементов, и один из них — сера. Даже природный газ содержит по крайней мере следы серы. В сырой нефти, в зависимости от месторождения, содержится от 0,1 до 5,5 процента серы; уголь содержит от 0,2 до 7 про­центов серы. Сжигание топлива дает 80—90 % всего антропогенного сернистого газа, причем больше всего (70 про­центов и более) дает сжигание угля. 10—20 процентов приходятся на выплавку цветных металлов и производство серной кислоты.

Антропогенные источники серы Сырьем для получения меди, свинца и цинка служат главным образом руды, содержащие большое количество серы (до 45 процентов). Эти руды и другие богатые серой минералы служат сырьем для получения серной кислоты.

Оценка масштабов антропогенных поступлений соединений серы и азота в атмосферу Оцените мольное отношение и общую массу диоксида серы и оксидов азота, поступающих в атмосферу в течение суток с выбросами тепловой электростанции, работающей на угле. Содержание серы в угле равно 1,5%. В сутки на станции сжигается 10 тыс. т угля. Концентрация оксидов азота в газовых выбросах составляет 150 млн-1. Для сжигания угля используется стехиометрически необходимое количество воздуха. При оценке принять, что уголь состоит из углерода и содержит в качестве примеси только серу.

Решение Появление диоксида серы в выбросах отходящих газов при сжигании топлива связано с процессом окисления соединений серы, присутствующих в исходном топливе. В рассматриваемом случае процесс можно представить уравнением: S + O2 = SO2

m (S) = 10000 * 0,015 = 150 (т/сутки)

Ответ: с отходящими газами тепловой станции в сутки в атмосферу поступает 300 т диоксида серы и 5,1 т оксида азота, мольное соотношение диоксида серы и оксида азота примерно равно 28

Концентрация диоксида серы в отходящих газах составит: α = vSO2 / Vобщ. = 4,69*106 / 11,34 *108 α = 4,13 *10-3 Или 413 млн-1 Или 1180 мг/куб. м.

Превышение ПДК а.в. составит

Схема трансформации соединений азота в тропосфере

МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА

ИЗМЕНЕНИЕ ИЗБЫТКОВ ВОЗДУХА

МЕТОДЫ МИНИМИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ NOX

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ NOX

Доля метана, выделяющегося из различных источников, %

Градиент температуры и устойчивость атмосферы. .

Смог в городской атмосфере Понятие "смог"* впервые было употреблено около 100 лет назад применительно к смеси дыма и тумана, обычно имевшей жёлтый цвет и образовывавшейся над Лондоном в периоды температурных инверсий Позже *(smog  smoke + fog (англ.), дым + туман) его стали применять для характеристики задымленных или туманных условий, наблюдаемых в атмосфере и других регионов. В настоящее время различают два основных вида смога: смог, связанный с загрязнением атмосферы копотью или дымом, содержащим диоксид серы (лондонский смог), и смог, вызванный загрязнением воздуха выхлопными газами транспорта, содержащими оксиды азота (смог Лос-Анджелеса).

Изменение концентрации примесей во времени при облучении разбавленных выхлопных газов автомобилей

Высокотоксичные соединения в атмосфере В последние десятилетия внимание специалистов в области охраны окружающей среды направлено на изучение химических превращений и мониторинг высокотоксичных соединений, часто называемых суперэкотоксикантами. Среди суперэкотоксикантов следует особо упомянуть группы наиболее распространенных органических соединений – полиядерные ароматические углеводороды (ПАУ) и галогенсодержащие органические соединения, а также, соединения, содержащие тяжелые металлы.

Полиядерные ароматические углеводороды

Галогенсодержащие суперэкотоксиканты Все наиболее опасные из этих соединений попадают в список так называемой «грязной дюжины», в который эксперты UNEP выделили 12 наиболее опасных стойких органических загрязнителей (СОЗ). В целом к СОЗ (в английском варианте – Persistent organic pollutants (POPs) относятся вещества, которые отвечают следующим требованиям: Являются токсичными; Являются устойчивыми в окружающей среде; Способны к биоаккумуляции; Склонны к трансграничному переносу и к накоплению в окружающей среде; Являются причиной значительного вредного воздействия на здоровье человека или на окружающую среду вследствие его трансграничного распространения.

Диоксины и дибензофураны . К этим хлорорганическим соединениям относится большая группа гетероциклических полихлорированных соединений, основу которых составляют два ароматических кольца, соединенные, в случае диоксинов, или правильнее, дибензо-п-диоксинов (ПХДД), двумя кислородными мостиками, и, в случае дибензофуранов (ПХДФ), одним кислородным мостиком, содержащих от одного до 8 атомов хлора. К этой группе хлорорганических соединений часто относят хотя и менее токсичные, но выпускаемые в промышленных масштабах полихлорированные бифенилы (ПХБ), в которых два бензольных кольца непосредственно связаны друг с другом

Тяжелые металлы в атмосфере Поскольку одна из важнейших особенностей элементов, объединяемых в группу «тяжелых металлов» связана с их опасностью для человека, представляется целесообразным учитывать не только плотность и атомную массу элемента, но и такие характеристики, как – токсичность, стойкость, способность накапливаться в окружающей среде и масштабы использования металлов. По этим признакам в группу «тяжелых металлов» относят - свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден, мышьяк и, часто, сравнительно легкий алюминий.

В целом эта группа суперэкотоксикантов имеет широкий спектр токсического действия, в некоторых случаях они проявляют канцерогенные свойства. Хотя у различных видов живых организмов нет единого порядка чувствительности по отношению к тяжелым металлам, по этому показателю их часто располагают в следующей последовательности: В целом эта группа суперэкотоксикантов имеет широкий спектр токсического действия, в некоторых случаях они проявляют канцерогенные свойства. Хотя у различных видов живых организмов нет единого порядка чувствительности по отношению к тяжелым металлам, по этому показателю их часто располагают в следующей последовательности: Hg > Cu > Zn > Ni > Pb > Cd > Cr > Sn > Fe > Mn > Al. Необходимо помнить, что опасность воздействия тяжелых металлов на организмы и их способность мигрировать в окружающей среде во многом зависит от вида соединений в состав, которого они входят. Поэтому при контроле качества тех или иных сред и продуктов нельзя ограничиваться лишь определением их валового содержания. Следует определить и дифференцировать структуры соединений, в которые входят конкретные тяжелые металлы.

Концентрации некоторых тяжелых металлов в природных районах и на урбанизированных территориях Северной Америки и Европы

Загрязнение воздуха внутри некоторых, типовых помещений

Содержание оксидов азота и оксида углерода в воздухе помещений при работающей газовой плите

Аэрозоли в атмосфере Аэрозоли в атмосфере Аэрозолями называют дисперсные системы, содержащие твердые или жидкие частицы, суспендированные в газовой фазе. Твердая фаза представляет собой продукты конверсии примесей, либо частицы золы и минеральной пыли. Жидкая фаза состоит из воды, продуктов превращения примесей и растворимых компонентов. Превращения примесей сопровождаются постоянным взаимодействием между газовой, жидкой и твердой фазами, присутствующими в тропосфере. Химические реакции, протекающие в этих сложных системах, часто называют гетерогенными химическими реакциями.

Поступление частиц из различных источников в атмосферу (106 т/год)

Критерии устойчивости аэрозольных частиц Критерии устойчивости аэрозольных частиц Для существования устойчивого аэрозоля (аэродисперсной системы) необходимы следующие условия: 1) скорость седиментации частиц мала; 2) силами инерции при перемещении частиц можно пренебречь (отношение сил инерции к силам вязкости мало); 3) броуновское движение частиц весьма эффективно; 4) система характеризуется высокой удельной поверхностью.

W = 2/9 x R2 ρ x g/μ

По типу происхождения и по размерам аэрозоли обычно подразделяют на две большие группы: микро- и макрочастицы. По типу происхождения и по размерам аэрозоли обычно подразделяют на две большие группы: микро- и макрочастицы. Микрочастицы радиуса меньше 0,5 -1,0 мкм образуются в процессах коагуляции и конденсации, тогда как макрочастицы возникают в основном при дезинтеграции поверхности Земли.

Крупные частицы — больше чем 100 микрон. Быстро падают из воздуха (оседают на пол и горизонтальные поверхности) включают волосы, снег, грязь от насекомых, комнатную пыль, скопление сажи, крупный песок Могут попасть в нос и рот в процессе дыхания. Эффективно задерживаются в дыхательных путях и бронхах, не проникая в легкие. Опасны в очень больших концентрациях, увеличивают нагрузку на дыхательные пути, могут вызывать рак, аллергические реакции. Задерживаются обычными фильтрами грубой очистки.

Средний размер частиц — в пределах до 10 микрон.  Относятся к PM10 по принятой классификации размеров частиц. Медленно падают из воздуха (оседают на пол и горизонтальные поверхности) Это - цветочная пыльца, большие бактерии, частицы золы в воздухе, угольную пыль, мелкий песок, и мелкая пыль Частицы, которые через дыхательные пути попадают в легкие, но не попадают в зону газообмена и не всасываются в кровь. Зашлаковывают легкие, могут вызывать рак, астму, аллергические реакции. Задерживаются фильтрами тонкой очистки.

Мелкие частицы — менее 1 микрона Относятся к PM1 по принятой классификации размеров частиц. Очень медленно падают из воздуха (оседают на пол и горизонтальные поверхности). В спокойной атмосфере процесс оседания может занять от дней до нескольких лет. В возмущенной атмосфере они могут никогда не осесть. Включает вирусы, мелкие бактерии, металлургическую копоть, сажу, пары масла, табачный дым, копоть. Эти частицы проникают в зону легких, отвечающую за газообмен. Через альвеолы могут всасываться в кровь, вызывая зашлаковывание сердечно-сосудистой системы, аллергические реакции, интоксикацию адсорбированными на поверхности частиц химическими соединениями. Задерживаются фильтрами высокой эффективности.

Классификация частиц по размерам Ядра Айткена менее 0,1 мкм Большие частицы от 0,1 до 1 мкм Гигантские частицы более 1 мкм

Концентрация аэрозолей (см-3) Антарктида 100 -1000 Природные территории 1000 – 10000 Городской воздух 10 млн. ------------------------------------------------------------------- Ядра Айткена Большие Гигантские N (см-3) 105 100 1 N (мкг/м3) 40 20 20

Влияние извержения вулканов на прозрачность атмосферы

Радиационный баланс Qприход = Q расход Qприход= I*Sпроекции*(1-А) Q расход= Sземли*σ*Т4 Т = [I*(1-A)/4 σ]1/4 T = 2520K

Концентрация СО2 (ppm) 180 тыс. лет назад 200 1750 год 280 311 345 360 2080 600

Поступления СО2 (млрд.т/год) Природные источники 100 Антропогенные поступления 5,7 В том числе (%): Производство энергии 22 Транспорт 22 Промышленность 15 ЖКХ 15 Уничтожение лесов 26

Концентрации и времена пребывания основных парниковых газов в атмосфере

Сколько аэрозольных частиц присутствует в каждом кубическом сантиметре воздуха при концентрации, равной ПДКр.з. = 6 мг. куб. м. Плотность частицы принять равной 1 г/см3 Диаметр частиц 1 мкм.