Экологический портал

Это интересно!
Наш опрос
Как вы связаны экологией ?
Работаю экологом.
Учусь в институте на эколога.
Изучаю экологию в школе.
Участвую в олимпиаде по экологии.
Просто увлекаюсь экологией.
Никак не связан с экологией.

Сейчас на сайте:
Пользователей: 0
Отсутствуют.
Роботов: 1
Yandex
Гостей: 16
Всех: 17
Именниников сегодня нет

Трансграничный перенос токсикантов

 Экологические статьи » Экология человека  3-08-2013, 02:05  dudarev93

 

 

 

 

Итак, локальную задачу мы рассмотрели. Переходим к региональному масштабу и вначале более подробно остановимся на строении атмосферы.

 

Построим вертикальное распределение температуры и давления атмосферы. Согласно уравнению Больцмана давление атмосферы падает с высотой экспоненциально. А как на самом деле? Реальное распределение температуры и давления с высотой показывает локальное относительное увеличение этих параметров на высотах 12.. .20 км, причем 20 км - в южных широтах, а 12 км - в наших широтах (рис. 5.1). Разная высота атмосферы связана с центробежными

Итак, локальную задачу мы рассмотрели. Переходим к региональному масштабу и вначале более подробно остановимся на строении атмосферы.
Построим вертикальное распределение температуры и давления атмосферы. Согласно уравнению Больцмана давление атмосферы падает с высотой экспоненциально. А как на самом деле? Реальное распределение температуры и давления с высотой показывает локальное относительное увеличение этих параметров на высотах 12.. .20 км, причем 20 км - в южных широтах, а 12 км - в наших широтах (рис. 5.1). Разная высота атмосферы связана с центробежными силами при вращении Земли. У экватора эти силы больше и атмосфера «растягивается», у полюсов толщина атмосферы существенно меньше (рис. 5.2). Например, в Арктике на берегах северных морей атмосферное давление на уровне океана такое же, как на Кавказе на высоте 3000 м. Область относительно более высоких температуры и давления как бы разделяет атмосферу на две части, обмен воздуха между которыми затруднен. Нижняя часть - тропосфера, в которой формируется погода, идут дожди.

 

Трансграничный перенос токсикантов

Трансграничный перенос токсикантов
Точно также осуществляется циркуляции воздушных масс тропосферы (рис. 5.4).

Трансграничный перенос токсикантов

 

Рассмотрим особенности циклональной деятельности в тропосфере над территорией России. Циклоны, как известно, представляют собой крупномасштабные атмосферные вихри, имеющие диаметр от 50 до 800 км, в среднем 300 км. Иногда в сводках погоды по телевизору показывают космоснимки циклонов.

 

Циклоны зарождаются в Атлантике под воздействием Гольфстрима (рис. 5.5) и свою энергию берут из Гольфстрима. К этому грандиозному океанскому течению, его происхождению, его влиянию на судьбы Европы и мира, мы будем неоднократно возвращаться.

 

Трансграничный перенос токсикантов

 

В открытом океане водные массы увлекают воздух, и они движутся совместно без помех. Пока соседние струи текут с одинаковой скоростью нет причин для образования вихрей. Как только скорости соседних струй по каким- либо причинам станут различными, на границе тотчас же возникнет вихрь, который как подшипник облегчит проскальзывание струй друг по другу. Такие вихри можно наблюдать в реке. Раз образовавшись, водоворот или вихрь живет удивительно долго. Невольно создается впечатление, что, уже образовавшись, он продолжает черпать энергию из соседних струй, т.е. подкручивается ими. Так на самом деле и происходит, и это имеет далеко идущие последствия.

 

Итак, пока Гольфстрим течет в открытом океане, причин для образования циклонов в основном нет. Достигая побережий Европы, течение (и сцепленный с ним агмосферный поток) своим краем зацепляется за сушу и замедляется - это и есть причина образования циклонов. Каким краем зацепится, в ту сторону циклон и закрутится. Энергии циклонов чудовищны. Образовавшись на побережьях Европы, вихрь уже в значительной степени живет самостоятельно, продолжая увеличивать свою энергию, т.е. раскручиваясь. Центробежные силы отжимают воздух к его периферии, так что в центре образуется область пониженного давления, которую при приближении циклона и показывают барометры.

 

Куда же направится это отдельное, самостоятельное, мощное, энергонасыщенное новообразование тропосферы? Естественно, к центру континента Евразии (как топится русская печь). Проходя над территорией Западной Европы, эта область пониженного давления как насосом забирает в себя газовые выбросы промышленных зон Рура, Бельгии, Польши и несет их на территорию России.

 

Естественно, энергия циклона постепенно тратится на трение, вращение его замедляется, давление выравнивается и захваченные загрязнения Западной Европы постепенно «высеваются» на российскую территорию по ветровому маршруту циклопов. Направления этих маршрутов на западной границе России показаны на картосхеме (рис, 5.6).

 

Трансграничный перенос токсикантов

 

Итак, над европейской территорией России «ветер дует в Азию». Туристы, ходившие по Уралу, это очень хорошо знают. На верхних склонах Урала растут так называемые деревья-флаги со скошенной на восток кроной. Конечно, речь идет о результирующем ветре, гак сказать итоговом, среднестатистическом. Внутри этой статистики ветер может дуть по розе ветров в любом направлении.

 

Относительное распределение загрязнений на маршруте циклона примерно такое же, как и влаги. Если в Западной Европе обычно 800...900 мм осадков, то у нас над центром Русской равнины ~ 700.. .600 мм, в Поволжье 500.. .400 мм, за Уралом 350.. .300 мм, на склонах Алтая 250...200 мм, за Алтаем, во Внутренней Монголии 150... 100 мм.

 

Естественно, что с востока к тому же центру Азии движутся с берегов Тихого океана аналогичные атмосферные образования, только в отличие от европейских циклонов они называются (так сложилось исторически) муссонами.

 

Обратим внимание на то, что в современную эпоху центры всех континентов заняты пустынями. Главной причиной этого является деятельность человека, в основном связанная с сельскохозяйственной вспашкой почвы и выпасом скота. Но в центре континентов эта деятельность (в отличие от такой же деятельности на побережьях) уже является критической для обедненных влагой территорий и приводит к разрушению природных экосистем. Известно, что Сахара в доисторическое время была цветущей страной с обилием влаги, растительности, животных. Сейчас аппаратурой, установленной на геоцентрических спутниках (спутники, неподвижно висящие над какой-либо точкой земной поверхности) произведена покадровая съемка облачности над Сахарой. Оказалось, что облака огибают Сахару (рис. 5.7). Это и понятно, сейчас над Сахарой мощный восходящий поток перегретого воздуха. А если каким-то чудом его можно было бы прекратить, то облака снова пошли бы через Сахару и принесли бы туда влагу. Кстати, Сахара расположена как раз на пути постоянных пассатных ветров, несущих влагу с океана.

 

 

Трансграничный перенос загрязнений можно рассчитать. Для этого необходимо измерить содержания микроэлементов в снеге вдоль ветрового маршрута циклона. Эта работа пока выполнена только для региона Карелии и Кольского полуострова. Ветровые маршруты циклонов для этой территории показаны на карте (рис. 5.8).
Трансграничный перенос токсикантов
Но сначала остановимся подробней на методике работы с природными водами и снегом. Эта методика уже применялась нами в локальной задаче загрязнения вокруг металлургического комбината и нормирования атмосферных выбросов металлургических производств в разделе 4.
Определение валового содержания микроэлементов в природных водах отличается некоторыми методическими особенностями. Природные воды представляют собой полидисперсные системы, в которых микроэлементы существуют в двух основных формах: взвешенной и растворенной. Соотношение между ними зависит от типа вод и физико-химических свойств микроэлементов. Для получения полной информации о содержании тяжелых металлов в водах необходимо определить обе эти формы. Анализ взвешенных частиц обычно не вызывает трудностей и осуществляется с применением различных спектральных методов: эмиссионного, рентгенофлюоресцентного, нейтронно-активационного, атомно-абсорбционного. Последний метод требует более сложной подготовки образцов. Для определения микроэлементов в растворенной форме чаще всего необходимо их предварительно концентрировать, что связано с недостаточной чувствительностью перечисленных методов анализа, а также с наличием в водах высоких содержаний других растворенных органических и неорганических веществ (матричных соединений).
Концентрирование микроэлементов проводят физическими (дистилляция, кристаллизация, сублимация, фильтрование и др.), физико-химическими и химическими методами (флотация, хроматография, сорбция, экстракция, осаждение, соосаждение и др.). Наибольшее распространение для концентрирования микроэлементов получили экстракция и соосаждение.
Соосаждение - это процесс, когда микроколичества элементов увлекаются из раствора осадком труднорастворимого соединения за счет абсорбции и совместной кристаллизации, которые действуют в той или иной мере одновременно. При этом соосадитель либо вводят в раствор, либо он образуется в нем в результате химической реакции.
Впервые метод соосаждения применили М. Кюри-Склодовская и П. Кюри для выделения двух новых элементов - полония и радия. Позднее И. и Ф. Жолио-Кюри с помощью метода соосаждения открыли радиоактивные изотопы фосфора и кремния, О. Ган и Г. Штрассман - радиоактивные изотопы лантана и бария, Г. Сиборг с сотрудниками - плутоний и ряд других трансурановых элементов. Большой вклад в изучение методов соосаждения внесли первоначально В. Г. Хлопин, затем О. Ган с сотрудниками.
Таким образом, с помощью метода соосаждения сделаны основные открытия в радиохимии и ядерной физике.
Исследованы неорганические и органические соосадители.
В данной методике для предварительного концентрирования микроэлементов из природных вод методом соосаждения использован 8-меркаптохинолин, достоинствами которого является высокий коэффициент концентрирования (>104), большая устойчивость его внутрикомплексных соединений с микроэлементами, широкий спектр соосаждаемых элементов, а также отсутствие необходимости введения отдельного еоосадителя. В данной системе в качестве со-осадителя используется избыток реагента - комплексообразователя 8-меркаптохинолина, который добавлением окислителя (Н202) переводится в форму 8,8'-Дихинолилдисульфида, эффективно осаждающую микроэлементы.
Тиооксин синтезирован А. Эдингером в 1908 г. В настоящее время тиооксин производится по усовершенствованной схеме и выход реагента, синтезируемого в виде натриевой соли тиооксина, вдвое больше, чем по методу Эдингера, т.е. по отношению к исходному веществу - хинолину выход составляет 40 %.
Ингересно отметить, что в 1943 г. тиооксин был признан непригодным для аналитических целей реагентом. Однако, несмотря на это, спустя несколько лет В.И. Кузнецов и Ю.А. Банковский начали изучение тиооксина. С тех пор, т.е. более 60 лет, проводятся систематические исследования химии тиооксина и его производных, а также возможностей анализа различных объектов с применением реагентов этого класса.
Методика предварительного концентрирования с 8-меркаптохино-лином применима для концентрирования микроэлементов до 10 1(1...10 ! 1 г/г при степени осаждения 93...98 % для 22 металлов: Fe, Со, Ni, Mn, Си, Zn, Cd, Hg, Pb, Bi, Sb, Mo, W, V, Cr, Ga, In, Sn, Ag, Au, Pd, Pt.
Степени соосаждения всех этих металлов при оптимальных для каждого рН приведены в табл. 5.1 и на номограмме рис. 5.9. Эта методика предназначена для природных вод, содержащих железо в ионной форме < 5 мг/л. При большем количестве железа необходимо давать избыток тиооксината натрия в раствор. Следует подчеркнуть методическую важность наличия в пробе именно избытка тиооксината натрия. В растворе он, прежде всего, реагирует с железом, которого в природных водах практически всегда на 1...2 порядка больше других микроэлементов; при недостатке реагента может возникнуть неполное концентрирование из раствора некоторых других металлов, которые образуют негидролизуемые водой сульфиды, с получением пятичленных внутрикомплексных соединений.
Трансграничный перенос токсикантов
Достоинства данной методики
1. Исключение погрешности от осаждения металлов на стенках сосудов при хранении природных вод в бутылях.
2. Исключение необходимости транспортирования воды в бутылях.
3. Существенное ускорение процесса фильтрования по сравнению с фильтрованием при атмосферном давлении или под вакуумом.
4. Возможность приготовления фильтров без каких-либо задержек непосредственно в полевых условиях, при отсутствии источников электропитания.
5. Компактность и удобство хранения фильтров, дающие возможность накапливания банка образцов.
6. Возможность визуального колориметрического контроля качества вод по цвету и плотности фильтра.
7. Возможность повышения чувствительности анализа простым увеличением количества обработанной воды.
Анализ может быть осуществлен любым методом: атомно-абсорб-ционным, рентгенофлюоресцентным, нейтронно-активационным, эмиссионным спектральным.
Для подготовки фильтров к химическому анализу методом абсорбции фильтры помещаются на сутки в 10 мл пятинормальной азотной кислоты. Этого количества раствора обычно достаточно для определения 10-12 металлов; 3...5 мл полученного раствора используют для распыления в пламя и 1.. .2 мл для введения в кювету атом-но-абсорбционного спектрофотометра.
Каждую пробу анализируют три раза. Это подтверждает воспроизводимость результатов и позволяет создавать банк данных. Схема установки для фильтрования под давлением приведена на рис. 5.10. В качестве обратного клапана используется велосипедный ниппель. Краны и тройники изготавливаются из стекла. Остальные детали - соединительные трубки, переходники, воздушный фильтр - могут быть взяты из стандартных комплектов для переливания крови.
Для отбора проб снега используются трубы диаметром 80, 100 и 120 мм из изоляционного материала с нанесенной на наружную стенку разметкой высоты в сантиметрах. Общее количество снега для четырех литров пробы необходимо брать по массе ~ 5 кг (с запасом). Для набора этого количества снега труба несколько раз погружается в снег до земли и с наклоном в сторону поднимается из шурфа вместе с колонкой снега. Каждый раз замеряется высота взятой колонки снега. Сбор снега производится в полиэтиленовые мешки, но каждый раз в новые, вымоченные в воде пробы. При стаивании снега измеряется суммарный объем получившейся воды в кубических сантиметрах; одновременно это же число дает суммарную массу воды в граммах. Объем взятого снега вычисляется по суммарной высоте отобранной колонки снега и известному диаметру трубы. Таким образом может быть вычислена удельная масса снега. Вся вода пробы перемешивается с усреднением микроэлементного состава и разливается по бутылям «под горло», т.е. объем каждой составляет -1100 мл.
Трансграничный перенос токсикантов
Избежать, хотя и кратковременного, хранения исследуемых вод в бутылях и колонках для фильтрования невозможно, поэтому необходимо соблюдать ряд требований, сводящих к минимуму указанную выше погрешность от сорбции микроэлементов на стенки сосудов. Вначале, после изготовления колонок и приобретения посуды, все поверхности, соприкасающиеся с исследуемыми водами, один раз промывают тридцатипроцентной азотной кислотой и затем несколько раз бидистиллятом. Сорбция металлов на стенки сосудов происходит по экспоненциальному закону, причем сорбционное равновесие достигается в течение нескольких часов. В связи с этим, до начала эксплуатации, необходимо в течение суток замачивать бутыли и колонки водой пробы и несколько раз сменить воду, чтобы сорбционные процессы вышли на насыщение. «Состаренные» таким образом бутыли и колонки в дальнейшем не промываются и не используются для других целей. Целесообразно разделить колонки: одни использовать только для фильтрования взвесей (первое фильтрование), другие - для фильтрования растворов тиооксинатов металлов (второе фильтрование). Вся посуда, в том числе колонки, бутыли, банки, пипетки тщательно предохраняется от загрязнения. В результате этого погрешность от сорбции микроэлементов на стенки будет пропорциональна разнице конечных частей («хвостов») экспонент, чго на порядок снизит указанную погрешность при всех прочих равных условиях. При переходе на другой тип вод процедуры очистки и состаривания посуды повторяются.
Лавсановые фильтры для фильтрования вод под давлением изготавливаются в лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна Московской области), а также в Физико-химическом институте им. Карпова, (г. Обнинск Московской области). Тонкие лавсановые пленки толщиной 10... 12 мкм пристреливаются на ускорителе тяжелыми ионами. Они выпускаются с размерами пор от 0,03 до 3 мкм. При этом разброс размеров пор составляет ~ 5 %. Однородность пор ядерных фильтров, их механическая прочность и ненабу-хаемость много выше, чем у широко известных микрофильтров зарубежных фирм. Для работы удобно использовать фильтры с размером пор 0,4...0,5 мкм, скважностью ~5 %, рекомендованные Международной комиссией по изучению морей.
Реактивами служат:
1. Тиооксинат (8-меркаптохинолинат) натрия G)H6NSNa'2H20. Он выпускается маркой ч.д.а. заводом «Биолар» (г. Олайне, Латвия).
Его дополнительную очистку от микропримесей тяжелых металлов производят следующим образом. Готовят 1 %-ный раствор гиооксината натрия в дважды дистиллированной воде и выдерживают в течение часа. Дважды фильтруют через один и тот же плотный фильтр (Filtrak-90). На фильтре остаются образующийся 8,8'-дихинолилднсульфид с соосадив-шимися внутрикомплексными соединениями примесей тяжелых металлов. Полнота соосождения металлов 93.. .96 % (см. табл. 5.1).
Данная чистота реагента вполне удовлетворительна для его применения в концентрировании микроэлементов из загрязненных природных вод.
Полученный чистый раствор реагента необходимо готовить ежедневно перед проведением концентрирования из-за постоянного окисления водного раствора гиооксината натрия (раствор мутнеет), чго не мешает его использованию в дальнейшем (через 18 ч окисляется 20 % тиооксината).
2. Перекись водорода, х.ч., 10 %-ный раствор.
3. Аммиак, изотермически перегнанный, 10%-ный раствор.
4. Азотная кислота, концентрированная, ос. ч., перегнанная.
5. Дважды дистиллированная вода.
Результаты исследования загрязненности снежного покрова по ветровому маршруту циклонов в регионе Кольского полуострова и (г. Никель) и в Карелии (г. Костомукша) показаны на рис. 5.11. Видно, что локальные источники загрязнения легко выделяются и не мешают расчетам трансграничного переноса.
Трансграничный перенос токсикантов

 

загрузка...

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.