Озон і озоновий шар в атмосфері

Озоновий шар це повітряний шар у верхніх шарах атмосфери (стратосфері) що складається з особливої ​​форми кисню озону. Молекула озону складається з трьох атомів кисню (О3). Озоновий шар починається на висотах близько 8 км над полюсами (або 17 км над Екватором) і тягнеться вгору до висот приблизно рівних 50-ти км. Однак щільність озону дуже низька, і якщо стиснути його до щільності, яку має повітря біля поверхні землі, то товщина озонового шару не перевищить 3,5 мм. ("Reporting on Climate Change"). Озон утворюється, коли сонячне ультрафіолетове випромінювання бомбардує молекули кисню (О22 -> О3).

Так як озоновий шар поглинає ультрафіолетове випромінювання, то його руйнування призведе до більш високих рівнів ультрафіолетового випромінювання на поверхні землі. Це, у свою чергу, викличе збільшення випадків раку шкіри. Іншим наслідком підвищеного рівня ультрафіолетового випромінювання стане розігрів поверхні землі і, внаслідок цього, зміна температурного режиму, режиму вітрів і дощів і підвищення рівня моря.

У 1985 році британські вчені оприлюднили дані, згідно з якими у попередні вісім років були виявлені збільшуються кожну весну озонові діри над Північним і Південним полюсами.

Вчені запропонували три теорії, що пояснювали причини цього феномену:

руйнування озонового шару окисами азоту сполуками, що утворюються природним чином на сонячному світлі;

повітряні потоки з нижніх шарів атмосфери при русі вгору розштовхують озон і

сполуки хлору в атмосфері руйнують озон.

Вчені прийшли до висновку, що сполуки хлору, звані хлорфторвуглеці (ХФВ), які широко використовувалися в промисловості і в побуті, несуть відповідальність за руйнування озонового шару землі. Деякі види хлорфторвуглеців використовувалися як охолоджувачів у холодильних установках і кондиціонерах. Інші ХФУ застосовувалися для виробництва поролонів і пінопластів матеріалів, широко використовуються в багатьох споживчих товарах, починаючи від одноразової пенопластовой посуду і закінчуючи ізоляційними матеріалами. Хлорфторвуглеці знайшли широке застосування в балонах для розпилення аерозолів і в якості речовин для промивання електрообладнання.

У середині вересня 1987 представники двадцяти чотирьох країн зустрілися в Монреалі і підписали угоду, за якою зобов'язалися скоротити вдвічі використання озоноразрушаюшіх ХФУ до 1999-го року. Однак у зв'язку з ситуацією, що погіршується в 1990-му році в Лондоні були прийняті поправки до Монреальського протоколу. Згідно Лондонським поправкам до списку регульованих ХФУ увійшли ще десять речовин і було прийнято рішення припинити використання ХФУ, галогенів і чотирихлористий вуглець до 2000-х тисячному, а метілхлороформа до 2005-го року. (Reporting on Climate Change. P.75)

У Монтреале була прийнята система, за якою озоноруйнівні речовини підрозділялися за наступними критеріями: здатність руйнувати озон і тривалість їх життя в атмосфері (Reporting on Climate Change. P.73) Нижче наведена таблиця цих речовин, взята з Федерального реєстру 1988-го року (англійська абревіатура CFC позначає «хлорфтороуглерод»):

Озоноруйнуючий потенціал деяких речовин

Інша проблема, пов'язана з озоном, але не пов'язана з руйнуванням озонового шару це фотохімічний зміг. Озон в нижніх шарах атмосфери (тропосфері) є забруднюючим речовиною. Він утворюється на світлі при реакції оксидів азоту з вуглеводнями (див. розділ "Зважені в повітрі токсичні речовини"). Озон в тропосфері знижує продуктивність сільськогосподарських культур. Він уповільнює фотосинтез в рослинах і ослабляє їх. За оцінками фахівців, в США щорічні втрати кукурудзи, пшениці, соєвих бобів і арахісу викликані озоном досягають від 1.9 до 4.5 мільярдів доларів.

На додаток озон прискорює процес руйнування гумових виробів, текстилю і покриттів

Зважені в повітрі токсичні частки

Одна з причин, по якій забрудненість повітря викликає загальне занепокоєння це токсичні частинки і пил, що потрапляють в організм при вдиханні і здатні викликати різні захворювання. Зважені в повітрі частинки звичайно поділяють на дві категорії: дрібнодисперсні і крупнодісперсние. Дрібнодисперсні аерозольні частки складаються з таких речовин, як сполуки вуглецю, свинцю, сірки та азоту, що потрапляють в атмосферу в результаті людської діяльності. Крупнодісперсние частки складаються з природних речовин, які утворюються внаслідок природної ерозії і в процесі різних робіт з дроблення каменю. До найбільш поширеним крупнодісперсние часткам належать гіпс, вапняк, мармур, карбонат кальцію (крейда), кремній і карбід кремнію (карбід, який використовується при зварювальних роботах).

Первинні дрібнодисперсні домішки сажа, летюча зола, частки металів і пари потрапляють в атмосферу в результаті фізичних або хімічних процесів. Вторинні дрібнодисперсні домішки утворюються внаслідок реакцій між різними газами в атмосфері. Вторинні домішки становлять від шістдесяти до вісімдесяти відсотків всіх дрібнодисперсних частинок, що реєструються в містах.

Людський ніс природним чином відфільтровує великі частки пилу, але не захищає від дрібнодисперсних часток, і такі речовини, як сірчана кислота, миш'як, берилій або нікель, можуть потрапити в легені. Деякі речовини (бенз [а] пірени, бензантрацен-супертоксикантів, з'єднання металів), потрапляють в організм при вдиханні, мають канцерогенні властивості.

Одне дослідження показало, що солі сірчаної кислоти, що викидаються в атмосферу автотранспортом, а також при спалюванні нафти та вугілля, стали причиною двадцяти однієї тисячі передчасних смертей в регіоні, де проводилося це дослідження. Фахівці вважають, що ці речовини загострюють респіраторні захворювання астму, хронічні бронхіти, емфізему легень і викликають переривчастий подих і роздратування слизової оболонки очей.

Оксиди азоту (NOx), головним чином утворюються внаслідок вторинних реакцій сполук азоту, також пов'язують з респіраторними і седечно-судинними захворюваннями.

Метали, виявлені в повітрі, включають: свинець, кадмій, нікель, берилій, ртуть, миш'як, ванадій і хром. Крім того в повітрі присутні порівняно невеликі кількості скловолокнистого мінералу азбесту. Високі концентрації свинцю вражають центральну нервову систему, у той час як низькі дози вражають мозок і призводять до психічних розладів у дітей. Азбест викликає рак легенів і плеври. Нікель, миш'як, хром і тальк пов'язують з утворенням ракових пухлин.

На додаток до перерахованих аерозольним часткам, в повітрі присутній ще безліч інших забруднюючих речовин, які призводять до захворювань людини, тварин і птахів, до поразок сільгоспкультур і так далі. Нижче наведено список найбільш часто зустрічаються забруднювачів.

Найбільш поширені хімічні речовини-забруднювачі повітря і їх вплив на людину

As (миш'як). Джерела надходження в атмосферу: вугільні і нафтові печі, скляне виробництво. Викликає руйнування вегетативної нервової системи, параліч кровоносної системи, порушення обміну речовин. Вплив протягом тривалого часу може призвести до раку легенів і шкіри.

С6Н6 (бензол). Джерела надходження в атмосферу: нафтопереробні заводи, автомобільні вихлопи. Вплив протягом тривалого часу може викликати лейкемію.

Cd (кадмій). Джерела надходження в атмосферу: металургійне виробництво, спалювання сміття, вугілля і нафти. Вплив протягом тривалого часу може викликати пошкодження нирок і легень, ослаблення кісток.

Сl2 (хлор). Джерела надходження в атмосферу: хімічне виробництво. Викликає роздратування слизових тканин.

СО (чадний газ). Джерела надходження в атмосферу: автомобільний транспорт, спалювання вугілля і нафти, сталеплавильне виробництво. Викликає задуха, вражає серцево-судинну систему, порушує роботу кровоносної системи.

F (іон фтору). Джерела надходження в атмосферу: сталеплавильне виробництво. Високі концентрації призводять до флюорозу (руйнуванню зубів у дітей).

НхСх (вуглеводні). Джерела надходження в атмосферу пари незгорілого бензину. На сонячному світлі вступає в реакцію з оксидами азоту і утворює фотохімічний зміг.

НСНО (формальдегід). Джерела надходження в атмосферу: автомобільний транспорт, хімічне виробництво. Дратує слизові оболонки очей і носа.

НСl (хлористий водень). Джерела надходження в атмосферу: сміттєспалювальні заводи, хімічне виробництво. Дратує слизові оболонки очей і легені.

HF (фтористий водень). Джерела надходження в атмосферу: заводи з виробництва мінеральних добрив, сталеплавильне виробництво. Дратує шкіру, очі, слизові оболонки.

Hg (ртуть). Джерела надходження в атмосферу: спалювання вугілля і нафти, сталеплавильне виробництво. Викликає тремор (тремтіння рук) і психічні розлади, вроджені дефекти.

HNO3 (азотна кислота). Джерело: реакції діоксиду азоту (NO2) в атмосфері. У високих концентраціях призводить до виникнення кислотних дощів. Викликає респіраторні захворювання.

HONO (азотистая кислота). Надходить в атмосферу в результаті реакцій між діоксидом азоту (NO2) і парами води. Викликає респіраторні захворювання.

Н2S (сірководень). Джерела надходження в атмосферу: нафтопереробні заводи, очисні споруди, целюлозно-паперове виробництво. Викликає нудоту, подразнює очі.

H2SO4 (сірчана кислота). Джерело надходження в атмосферу: утворюється на сонячному світлі при реакції діоксиду сірки і гідроксил іонів (-OH). Викликає респіраторні захворювання.

Mn (марганець). Джерела надходження в атмосферу: металургійне виробництво, електростанції. Вплив протягом довгого часу може викликати хворобу Паркінсона.

Ni (нікель). Джерела надходження в атмосферу: сталеплавильне виробництво, спалювання нафти і газу. У високих концентраціях може викликати рак легенів.

NO (оксид азоту). Джерела надходження в атмосферу: автотранспорт, спалювання вугілля і нафти. Легко переходить в діоксид азоту (NO2).

NO2 (діоксид азоту). Джерело надходження в атмосферу: утворюється на сонячному світлі з NO. При цьому в тропосфері утворюється озон, який в нижніх шарах атмосфери є забруднювачем. При попаданні у верхні шари атмосфери стратосферу діоксид азоту руйнує озоновий шар землі. Діоксид азоту викликає бронхіт, знижує опірність організму до респіраторних захворювань.

ВІН (радикал гідроксилу). Джерело надходження в атмосферу: утворюється на сонячному світлі при реакції вуглеводнів та оксидів азоту. Вступає в реакції з іншими газами і утворює кислоти.

О3 (озон). Джерела надходження в атмосферу: утворюється на сонячному світлі при реакції оксидів азоту та вуглеводнів. Дратує слизові очей, загострює астму.

ПАН (гідронітрат пероксіацетіла). Джерела надходження в атмосферу: утворюється на сонячному світлі при реакції оксидів азоту та вуглеводнів. Дратує слизові очей, загострює астму.

Pb (свинець). Джерела надходження в атмосферу: вихлопи автомобільного транспорту, сталеплавильне виробництво. Вражає головний мозок, викликає високий кров'яний тиск, уповільнює зростання.

SiF4 (тетрофторід кремнію). Джерела надходження в атмосферу: хімічне виробництво. Подразнює легені.

SO2 (діоксид сірки). Джерела надходження в атмосферу: спалювання нафти та вугілля, сталеплавильне виробництво. Діоксид сірки є причиною кислотних дощів. Знижує опірність до респіраторних захворювань, дратує слизові оболонки очей.