Основные источники формирования химического состава атмосферы. Химический состав атмосферы

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет»

 

 

Кафедра Физико-химической технологии защиты биосферы

Предмет: Химия окружающей среды

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему «Основные источники формирования химического состава атмосферы. Химический состав атмосферы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург

2013

 

Содержание

 

Введение.......................................................................................................................3

1. Химический состав атмосферы..............................................................................4

2. Природные источники формирования химического состава атмосферы..........8

3.Антропогенные источники формирования химического состава атмосферы..................................................................................................................10

Заключение………………………………….......………...………………………...13

Список использованных источников………………………………………….......14

 

ВВЕДЕНИЕ

Воздушная оболочка, окружающая земной шар называется атмосферой. В атмосфере постоянно происходят разнообразные процессы: химические, физические, биологические и другие. В результате данных процессов происходит изменение как нижних, так и верхних слоев атмосферы.

Происходящие в атмосфере процессы происходят закономерно и взаимосвязано. На атмосферу оказывает воздействие космическое пространство, поверхность земли, водоемов, растительного и снежного покрова. Происходит взаимообмен газами, теплом, влагой, жидкими и твердыми частицами. Солнечное излучение является основным источником энергии для атмосферных частиц. В атмосфере, благодаря происходящим в ней различным процессам, происходят некоторые химические реакции, которые изменяют ее состав. Развиваются движения воздушных масс, образуются облака, осадки, наблюдаются электрические, акустические и оптические явления. Состояние атмосферы постоянно изменяется во времени и в пространстве.

Атмосфера регулирует климат Земли. Она пропускает тепловое излучение, сохраняет тепло, является источником влаги, средой распространения звука, источником кислородного дыхания. Атмосфера является средой, которая воспринимает газообразные продукты обмена веществ, оказывает влияние на процессы теплообмена и теплорегуляции. Резкое изменение качества воздушной среды может отрицательно сказаться на здоровье населения, заболеваемости, рождаемости, физическом развитии, показателях работоспособности и т. д.

Химический состав воздуха имеет важное значение в осуществлении дыхательной функции. Атмосферный воздух – это смесь газов: кислорода, углекислого газа, аргона, азота, неона, криптона, ксенона, водорода, озона и др. Состояние атмосферы постоянно изменяется во времени и в пространстве.

Естественное изменение состава атмосферы обычно играет весьма небольшую роль по сравнению с возможными последствиями его искусственного нарушения. Это нарушение, преимущественно связанное с производственной деятельностью населения, устройствами для бытового обслуживания и транспортом, в состоянии приводить даже к денатурации воздушной среды, т. е. к выраженным отличиям ее свойств и состава от соответствующих показателей природной атмосферы.

В настоящее время вследствие хозяйственной деятельности человека происходит интенсивное загрязнение атмосферы. Это искусственное, или антропогенное загрязнение. Также ученые выделяют естественное загрязнение воздушной оболочки в связи с воздействием факторов неживой природы.

 

 

1. Химический состав атмосферы

 

 

Воздушная оболочка — это наиболее динамичная часть природы нашей планеты. Наряду с переносом в самой атмосфере, между ней, поверхностью Земли, гидросферой и биосферой происходит постоянный обмен газами, водой и теплом. С атмосферой связана также циркуляционная и циклоническая деятельность.

Если говорить об экологической роли атмосферы, то наряду с процессами дыхания, поддержания теплового режима, переноса веществ и защиты биоты от опасных лучей и холода космоса, она защищает нас и от метеоритов.

Наиболее экологически важными компонентами атмосферы являются следующие:

1. вода, отражающая и поглощающая тепловое излучение Земли и тем самым сохраняющая температуру в нижних слоях атмосферы;
2. озон, поглощающий жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, защищая биоту и нагревая стратосферу;
3. углекислый газ, отражающий тепло Земли и создающий парниковый эффект.

Атмосфера представляет собой смесь молекулярных, диссоциированных, ионизированных газов, находящихся на различных высотах, между которыми под действием солнечного излучения происходят постоянные химические реакции, обуславливающие возникновение как более легких, так и более тяжелых частиц. Это приводит к «перемешиванию» атмосферы и к постоянству ее основного состава. Нормальный состав современного воздуха приведен в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1 - Состав незагрязненного воздуха

 

Газ	Концентрация, %
Азот	78,084
Кислород	20,946
Аргон	0,934
Вода	0,5–4
Углекислый газ	0,036
Неон	0,001818
Гелий	0,000524
Метан	0,00017
Криптон	0,000114
Водород	0,00005
Ксенон	0,0000087

 

Различают постоянные, переменные и случайные составные части атмосферы.

Постоянные составляющие. К постоянным составляющим воздуха относятся азот, кислород, инертные газы (табл. 1.2). По ним состав воздуха в тропосфере, стратосфере и части ионосферы одинаков по всей высоте и над любой точкой поверхности.

 

Таблица 1.2 - Количественный состав атмосферы по основным составляющим

 

Компонент	Объемная доля, %	Массовая доля, %
Азот	78,16	75,50
Кислород	20,90	23,20
Аргон	0,93	1,28
Неон и другие инертные газы	0,01	0,02

 

Важной составной частью атмосферного воздуха является кислород, количество которого в земной атмосфере составляет около 1,181015 тонн. Постоянное содержание кислорода поддерживается за счет непрерывных процессов обмена его в природе. Кислород потребляется при дыхании человека и животных, расходуется на поддержание процессов горения и окисления, а поступает в атмосферу за счет процессов фотосинтеза растений. Наземные растения и фитопланктон океанов полностью восстанавливают естественную убыль кислорода. Они ежегодно выбрасывают в атмосферу 0,5106 млн. тонн кислорода. Источником образования кислорода является также фотохимическое разложение водяных паров в верхних слоях атмосферы под влиянием УФ-излучения Солнца. Этот процесс играл главную роль в генерации кислорода до возникновения жизни на Земле. В дальнейшем основная роль в этом отношении перешла к растениям. В результате интенсивного перемешивания воздушных масс концентрация кислорода в воздухе промышленных городов и сельских населенных мест остается практически постоянной.

Азот по количественному содержанию является наиболее существенной составной частью атмосферного воздуха. Это инертный газ. В атмосфере азота невозможна жизнь. Азот воздуха усваивается азотфиксирующими бактериями почвы, синезелеными водорослями, под влиянием электрических разрядов превращается в оксиды азота, которые, выпадая с атмосферными осадками, обогащают почву солями азотистой и азотной кислот. Соли азотной кислоты служат для синтеза белка.

Также азот выделяется в атмосферу. Свободный азот образуется при процессах горения древесины, угля, нефти, небольшое количество его образуется при разложении органических соединений. Таким образом, в природе происходит непрерывный круговорот азота, в результате которого азот атмосферы превращается в органические соединения, восстанавливается и поступает в атмосферу, затем вновь связывается биологическими объектами.

Важным составным элементом атмосферного воздуха является диоксид углерода – углекислый газ (СО2). В природе СО2 находится в свободном и связанном состояниях в количестве 146 млрд. тонн, из них в атмосферном воздухе содержится лишь 1,8% от его общего количества. Основная масса его (до 70%) находится в растворенном состоянии в воде морей и океанов. В состав некоторых минеральных соединений, известняков и доломитов входит около 22% общего количества СО2. Остальное количество приходится на животный и растительный мир, каменный уголь, нефть и гумус.

В природных условиях происходят непрерывные процессы выделения и поглощения СО2. В атмосферу он выделяется за счет дыхания человека и животных, процессов горения, гниения и брожения, при промышленном обжиге известняков и доломитов. Одновременно в природе идут процессы ассимиляции углекислого газа, который поглощается растениями в процессе фотосинтеза. Процессы образования и ассимиляции СО2 взаимосвязаны, благодаря чему содержание СО2 в атмосферном воздухе относительно постоянно и составляет 0,03%.

За последнее время отмечается увеличение его концентраций в воздухе промышленных городов в результате интенсивности загрязнения продуктами сгорания топлива. Поэтому среднегодовое содержание СО2 в воздухе городов может повышаться до 0,037 %.

Переменные составляющие. К переменным составляющим относятся углекислый газ и водяной пар Их содержание в воздухе меняется.

Содержание углекислого газа изменяется в пределах одной сотой процента в ту и другую сторону от средней величины, которая составляет 0,3% от объема атмосферы. Ежедневно на Земле сжигается несколько миллионов тонн топлива, следовательно, среднее содержание углекислого газа увеличивается.

Важная составная часть атмосферы – водяной пар. Его концентрация составляет около 0,16% от объема атмосферы, колеблясь от 3% у земной поверхности до 0,00002% в Антарктиде. С высотой его количество быстро убывает. В результате конденсации водяного пара в капли образуются облака. Облака, которые обычно закрывают около половины всей поверхности Земли находятся в тропосфере. В верхней части атмосферы облака редки. Это так называемые перламутровые или серебристые облака.

Случайные составные части. Содержание случайных веществ зависит от источника их выделения, количества выхода в атмосферу, метеорологических условий и от плотности рассматриваемых примесей. Если выделяющиеся примеси легче воздуха, то они быстрее рассеиваются в верхних слоях атмосферы. Тяжелые примеси более длительное время задерживаются у поверхности Земли и могут даже устойчиво заполнять неровности местности (овраги, рвы, впадины). Случайными примесями являются различные газы, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов, разложения органических веществ, пожаров, деятельности вулканов или иных выбросов природных газов в атмосферу, а также газы, образующиеся в результате промышленной деятельности человека. Можно привести следующие примеры случайных газов: сернистый газ, вблизи металлургических заводов; аммиак, образующийся в результате распада органических остатков; радиоактивные примеси.

Кроме главных газов – азота, кислорода, аргона, в воздухе присутствуют и различные следовые газы, время жизни которых приведено в табл. 1.3.

 

Таблица 1.3 - Время пребывания следовых газов в атмосфере

 

Время пребывания	Концентрация,	10–7 %
Диоксид углерода	4 года	360 000
Метан	3,6 года	1600
Азотистый ангидрид	20–30 лет	300
Оксид углерода	0,1 года	100
Муравьиная кислота	10 дней	1
Аммиак	2 дня	1
Метилхлорид	30 дней	0,7
Серооксид углерода	1 год	0,5
Диоксид азота	4 дня	0,3
Диоксид серы	3–7 дней	0,01–0,1
Оксид азота	4 дня	0,1
Сероводород	1 день	0,05
Сероуглерод	40 дней	0,02
Метилиодид	5 дней	0,002
Хлороводород	4 дня	0,001
Диметилсульфид	1 день	0,0001