Химические процессы в тропосфере

В тропосфере температура воздуха с высотой уменьшается в среднем на 0,5 °C на 100 м. Область от 20 до 150 км называют хемосферой, ибо в ней протекает большинство фотохимических процессов; часть атмосферы от 100 до 400 км называют ионосферой, поскольку здесь господствует ионизация, а еще выше – и диссоциация многих компонентов атмосферы.

Современная атмосфера сформировалась около 2 млрд лет назад и поддерживается биогенными процессами.

Рисунок 10.4.

Леса – это «легкие планеты».

За последние 100 лет изменение атмосферы составило по кислороду  *) 0,01–0,02 % в сторону уменьшения. За последние 50 лет в среднем количество кислорода ежегодно уменьшается на 10 млрд т, и его использовано столько же, сколько за последний миллион лет. Это во многом связано с техногенной деятельностью человека. Так, пробег автомобиля от Москвы до Санкт-Петербурга требует такого объема кислорода, который необходим для дыхания человека в течение года. Действительно, при сжигании 1 л бензина в двигателе внутреннего сгорания расходуется до 1,5 кг кислорода, если углеводородное горючее сгорает до CO 2 и H 2O. К сожалению, часть горючего при переходных режимах работы двигателя сгорает не полностью или окисляется только до CO. Автомобильный транспорт служит основным источником загрязнения воздуха больших городов и прилегающих территорий. Поскольку на одну весовую часть горючего приходится до 15 весовых частей воздуха, то кроме CH x и CO в атмосферу выбрасываются продукты окисления атмосферного азота, в основном NO и NO 2.

*)  Масса кислорода в современной атмосфере составляет 1,5 ∙ 10 15 т.

Некоторые сорта бензина содержат в качестве антидетонационной добавки тетраэтилсвинец Pb(C 2H 5) 4. Поэтому и по сию пору автомобильный выхлоп служит основным источником загрязнения атмосферы свинцом и его соединениями. В промышленных районах и вдоль дорог содержание свинца в 25–30 раз больше, чем в сельской местности.

Твердое топливо, особенно низкосортные каменные угли и некоторые мазуты, при сжигании загрязняет атмосферу оксидами серы SO x, если не использовать химические поглотители. Так, обработка токсичных газов гашеной известью или известняком позволяет поглотить до 90 % SO 2:

Нарушение кислородного баланса связывают с уменьшением площади «легких планеты», вызванным нерациональной вырубкой лесов Сибири и Южной Америки, загрязнением мирового океана.

В тропосфере фотохимические процессы ограничены реакцией

Возбужденные молекулы, теряя энергию при столкновении с другими молекулами, повышают температуру тропосферы примерно на 20°. Повышение содержания CO 2 лежит в основе парникового эффекта.

В нижних слоях атмосферы процессы с участием солнечного излучения и продуктов автомобильных выхлопов обусловливают образование « фотохимического смога », основу которого составляет пероксоацетилнитрат (ПАН) .

Смог начинает развиваться с появлением первичных продуктов, загрязняющих атмосферу, которые сами по себе могут быть неядовитыми и неактивными в химическом отношении.

Атмосфера постоянно пополняется газами биохимического происхождения, образующимися при разложении микроорганизмами продуктов растительного и животного происхождения: CH 4 и другие углеводороды, CO 2, N 2, H 2S, H 2, O 2. Под воздействием на горные породы высоких температур и давлений в атмосферу поступают газы химического происхождения (CO 2, H 2S, H 2, CH 4, CO, N 2, HCl, HF, NH 3, SO 2), а также продукты вулканического происхождения и, наконец, газообразные продукты радиоактивного распада (He, Ar, Kr, Xe, Rn).