Химические реакции загрязнителей в атмосфере

 

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ В АТМОСФЕРЕ

Попадая в атмосферу, большинство токсичных химических соединений претерпевает серьезные изменения под действием УФ-радиации, влаги, озона и кислорода воздуха. Продукты этих реакций, а также исходные соединения (первичные загрязнители) взаимодействуют между собой, образуя иногда еще более токсичные и опасные соединения (вторичные загрязнители).
Наиболее типичные трансформации загрязнителей, типы превращений и механизм взаимодействия химических соединений в атмосфере подробно описаны в монографии [5]. В этой работе систематизированы практически все типы химических и фотохимических атмосферных реакций неорганических газов и токсичных органических соединений. Примером превращений загрязнителей с образованием еще более токсичных веществ может служить взаимодействие оксидов азота с олефинами, алкилбензолами и альдегидами под влиянием УФ-радиации, приводящее к образованию в атмосфере токсичных веществ Группы ПАН:


Эта чрезвычайно важная фотохимическая реакция, в которую особенно легко вступают реакционно способные олефины (этилен, 2-метил-бутен-2, бутен-2 и др.), приводит к возникновению токсичных фотооксидантов — родоначальников смога, вредного для здоровья человека и повреждающего растительность.
Фотохимические реакции не являются единственными реакциями в атмосфере. Там происходят многочисленные превращения с участием десятков тысяч химических соединений, течение которых ускоряется радиацией (солнечная радиация, космическое излучение, радиоактивное излучение), а также каталитическими свойствами присутствующих в воздухе твердых частиц и следов тяжелых металлов. Значительные изменения претерпевают попадающие в воздух диоксид серы и сероводород, галогены и межгалогенные соединения, оксиды азота и аммиак, альдегиды и амины, сульфиды и меркаптаны, нитросоединения и олефины, полиядерные ароматические углеводороды и пестициды. Иногда эти реакции могут служить причиной не только качественных, но и количественных изменений в глобальном составе атмосферы планеты, приводящих  к изменению климата на Земле. Аккумулируясь в верхних слоях  атмосферы, фтор-хлоруглеводороды фотолитически разлагаются с образованием оксидов хлора, которые взаимодействуют с озоном, уменьшая его концентрацию в стратосфере [5]. Аналогичный эффект наблюдается и при реакциях озона с оксидами  серы, оксидами азота и углеводородами. В результате разложения вносимых в почву азотных удобрений происходит эмиссия в атмосферу оксида азота N0, который взаимодействует с атмосферным озоном, превращая его в кислород. Все эти реакции уменьшают содержание озона в слоях атмосферы на высоте 20—40 км, которые защищают приземный слой атмосферы от солнечной радиации высокой энергии. Подобные превращения приводят к глобальным изменениям климата планеты.
Взаимосвязь первичных и вторичных загрязнителей атмосферы и производимые ими эффекты (влияние на здоровье человека, повреждение растений и конструкционных материалов, изменение метеорологической обстановки и др.) наглядно иллюстрируются схемой на рис. 1.1.

Взаимодействие загрязнителей атмосферы и их воздействие на окружающую среду.

Нельзя не упомянуть и о радиоактивном загрязнении атмосферного воздуха, которое оказывает чрезвычайно губительное действие на большинство живых организмов и растений Земли и в значительной мере влияет на состав и атмосферные реакции нерадиоактивных загрязнителей воздуха. Воздействие излучений различного вида — от космической и ядерной радиации до излучений оптических частот — приводит к образованию в атмосфере возбужденных молекул и ионов. Последующие химические реакции этих активных частиц приводят к образованию в воздушной среде новых химических веществ, реагирующих между собой и с естественными загрязнителями атмосферы с образованием новых, часто весьма токсичных соединений. Кроме того, процессы, происходящие в атмосфере под действием радиации, оказывают сильное влияние на изменение метеорологических факторов, протекание процессов, связанных с атмосферным электричеством, распространением радиоволн и другие геофизические и метеорологические явления. Стандарты качества атмосферного воздуха.