Totul despre aerul atmosferic

Atmosfera este mediul aerian care înconjoară globul și unul dintre cele mai importante motive pentru apariția vieții pe pământ. Era aerul atmosferic, compoziția sa unică care dădea ființelor vii posibilitatea de a oxida materia organică cu oxigen și de a obține energie pentru existență. Fără el, existența omului, precum și a tuturor reprezentanților regnului animal, majoritatea plantelor, ciupercilor și bacteriilor, va fi imposibilă.

Semnificație pentru o persoană

Mediul aerian nu este doar o sursă de oxigen. Permite unei persoane să vadă, să perceapă semnale spațiale, să folosească simțurile. Auzul, vederea, mirosul - toate depind de starea mediului aerian.

Al doilea punct important este protecția împotriva radiațiilor solare. Atmosfera învăluie planeta cu o coajă care prinde o parte din spectrul luminii solare. Ca urmare, aproximativ 30% din radiația solară ajunge pe pământ.

Mediul aerian este învelișul în care se formează precipitațiile și crește evaporarea. Ea este cea care este responsabilă pentru jumătate din ciclul de schimb de umiditate. Precipitațiile formate în atmosferă afectează activitatea Oceanului Mondial, contribuie la acumularea de umiditate pe continente și determină distrugerea rocilor deschise. Ea participă la formarea climei. Circulația aerului este cel mai important factor beton zonele climaticeȘi zone naturale. Vânturile care apar peste Pământ determină temperatura, umiditatea, precipitațiile, presiunea și stabilitatea vremii în regiune.

În prezent, din aer sunt extrase substanțe chimice: oxigen, heliu, argon, azot. Tehnologia este încă în stadiu de testare, dar în viitor poate fi considerată o direcție promițătoare în industria chimică.

Cele de mai sus sunt evidente. Dar mediul aerian este important și pentru industrie și activități umane:

• Este cel mai important agent chimic pentru reacțiile de ardere și oxidare.
• Transferă căldura.

Astfel, aerul atmosferic este un mediu aerian unic care permite viețuitoarelor să existe, iar omului să dezvolte industria. S-a stabilit o interacțiune strânsă între corpul uman și mediul aerian. Dacă o încalci, consecințele grave nu te vor ține să aștepți.

Caracteristica igienica a aerului

Poluarea este procesul de intrare a impurităților în aerul atmosferic, care în mod normal nu ar trebui să fie prezente. Poluarea poate fi naturală sau artificială. Impuritățile care provin din sursele naturale, sunt neutralizate în circulația planetară a materiei. Cu poluarea artificială, situația este mai complicată.

Contaminanții naturali includ:

• Praf cosmic.
• Impurități formate în timpul erupțiilor vulcanice, intemperiilor, incendiilor.

Poluarea artificială este de natură antropică. Faceți distincția între poluarea globală și cea locală. Global sunt toate emisiile care pot afecta compoziția sau structura atmosferei. Local este o modificare a indicatorilor într-o anumită zonă sau într-o cameră folosită pentru locuit, lucru sau evenimente publice.

Igiena aerului atmosferic este o ramură importantă a igienei care se ocupă cu evaluarea și controlul aerului din interior. Această secțiune a apărut în legătură cu necesitatea protecției sanitare. Este dificil de supraestimat valoarea igienă a aerului atmosferic - împreună cu respirația, toate impuritățile și particulele conținute în aer intră în corpul uman.

Evaluarea igienică include următorii indicatori:

1. Proprietățile fizice ale aerului atmosferic. Aceasta include temperatura (cea mai frecventă încălcare a SanPiN la locul de muncă este că aerul se încălzește prea mult), presiunea, viteza vântului (în zone deschise), radioactivitate, umiditate și alți indicatori.
2. Prezența impurităților și abaterea de la compoziția chimică standard. Aerul atmosferic se caracterizează prin capacitatea sa de a respira.
3. Prezența impurităților solide - praf, alte microparticule.
4. Prezența contaminării bacteriene - microorganisme patogene și condiționat patogene.

Pentru compilare caracteristici igienice compara lecturile obtinute pe patru puncte cu normele stabilite.

protectia mediului

ÎN În ultima vreme Starea aerului atmosferic provoacă îngrijorare în rândul ecologistilor. Odată cu dezvoltarea industriei cresc și riscurile de mediu. Fabricile și zonele industriale nu numai că distrug stratul de ozon, încălzind atmosfera și saturând-o cu impurități de carbon, dar reduc și igiena. Prin urmare, în țările dezvoltate se obișnuiește să se ia măsuri cuprinzătoare pentru a proteja mediul aerian.

Principalele domenii de protecție:

• Reglementare legislativă.
• Elaborarea de recomandări pentru amplasarea zonelor industriale, ținând cont de factorii climatici și geografici.
• Efectuarea măsurilor de reducere a emisiilor.
• Control sanitar si igienic la intreprinderi.
• Monitorizarea regulată a compoziției.

Măsurile de protecție includ și plantarea de spații verzi, crearea de rezervoare artificiale, crearea de zone de barieră între zonele industriale și rezidențiale. Recomandări pentru implementarea măsurilor de protecție au fost elaborate în organizații precum OMS și UNESCO. Recomandările de stat și regionale sunt elaborate pe baza celor internaționale.

În prezent, problema igienei aerului primește din ce în ce mai multă atenție. Din păcate, pe acest moment măsurile luate nu sunt suficiente pentru a minimiza complet daunele antropice. Dar se poate spera că în viitor, împreună cu dezvoltarea unor industrii mai prietenoase cu mediul, va fi posibilă reducerea poverii atmosferei.

Rareori observăm aerul din jurul nostru. Dar din când în când ni se pare că există o „atmosferă grea” în cameră. Ieșim în „aerul proaspăt”, inspirăm „aerul revigorant” după o furtună sau „aerul uluitor” al pajiștilor din iunie...

Se dovedește că aerul iese diferit, adică compoziția lui se schimbă. Observând proprietățile aerului, oamenii de știință din secolul al XVIII-lea și-au dat seama că aerul este un amestec de diferite gaze. Constă în principal din oxigen (21%) și azot (78%). Alte gaze reprezintă doar o mică parte.

Aerul este format din două gaze principale, azot și oxigen. Toți ceilalți aditivi care modifică ușor compoziția aerului sunt mai mici de 1%.

Când respiră, toate organismele vii consumă oxigen și eliberează dioxid de carbon. Prin urmare, dacă multe organisme vii sunt într-un volum închis (de exemplu, școlari într-o sală de clasă, spectatori într-un cinema, marinari pe un submarin), atunci proporția de oxigen din aer scade și proporția dioxid de carbon crește. Devine înfundat.
Aerul este deosebit de bun, desigur, în pădure. Toate plantele verzi absorb dioxidul de carbon în timpul zilei și eliberează oxigen, care este atât de necesar pentru a trăi.

După o furtună, aerul devine acru la gust - în el a apărut o fracțiune nesemnificativă de gaz ozon.

În orașe, este adesea dificil să respiri, deoarece aerul conține gaze de eșapament ale mașinilor. Aerul pajiștilor înflorite conține polen care provoacă alergii la unele persoane. Vulcanii emit gaze sulfuroase - pe vremuri se credea că diavolul însuși mirosea așa. Pe scurt, de îndată ce simțim că aerul a devenit puțin diferit, asta înseamnă că compoziția sa s-a schimbat ușor. Moleculele diferitelor gaze au mase diferite. Moleculele mai grele se acumulează în partea de jos, în timp ce cele mai ușoare sunt împinse în sus. Moleculele de dioxid de carbon, dioxid de sulf și gazele de eșapament sunt mai grele decât moleculele de oxigen și azot. Prin urmare, aerul din munți ni se pare deosebit de proaspăt – majoritatea impurităților grele rămân dedesubt. De la înălțime, orașele arată adesea ca bălți mari care au adunat aer negru murdar. În aer, chiar și peste cel mai uscat deșert, există întotdeauna vapori de apă - apă evaporată. Și în pădurile tropicale, există atât de mulți vapori de apă în aer încât se depun în mod constant ca picături de apă pe frunzele copacilor și pe fețele oamenilor.



Fabricile emit dioxid de sulf în atmosferă, modificând ușor compoziția aerului. Combinându-se cu apa, acest gaz formează un acid, din cauza căruia hainele noastre și pereții caselor noastre devin rapid inutilizabile. Și, desigur, acest acid ne arde prin plămâni.

Vaporii de apă din atmosferă joacă un rol important în modelarea vremii și climei de pe Pământ. Este important și pentru bunăstarea noastră. În aer prea uscat, gâtul începe să ne gâdile, în prea umed, căldura și frigul sunt greu de suportat.

Interesant:
Fiul meu are deja 12 ani și are o supramușcătură. El trebuie să instaleze bretele, care vor face treptat mușcătura corectă. Am găsit deja o clinică unde toată lumea o va face.

Aer- un amestec natural de gaze, în principal azot și oxigen, care formează atmosfera pământului. Aerul este necesar pentru existența normală a marii majorități a organismelor vii terestre: oxigenul conținut în aer pătrunde în celulele corpului în timpul respirației și este folosit în procesul de oxidare, care are ca rezultat eliberarea energiei necesare vieții ( metabolism, aerobi). În industrie și în viața de zi cu zi, oxigenul din aer este folosit pentru a arde combustibil pentru a produce căldură și energie mecanică la motoarele cu ardere internă. Gazele inerte se obțin din aer prin lichefiere. In conformitate cu lege federala„Cu privire la protecția aerului atmosferic”, aerul atmosferic este înțeles ca „o componentă vitală mediu inconjurator, care este un amestec natural de gaze atmosferice situat în afara spațiilor rezidențiale, industriale și de altă natură.

Compoziție chimică
Aerul atmosferic curat de lângă suprafața Pământului are următoarea compoziție chimică: oxigen - 20,93%, dioxid de carbon - 0,03-0,04, azot - 78,1, argon, heliu, cripton etc. - aproximativ 1%. Conținutul acestor părți în aer curat este constant. Schimbările apar cel mai adesea din cauza poluării sale cu diverse emisii de la întreprinderile industriale și agricole, gazele de eșapament ale vehiculelor. În spațiile de locuit, modificările sunt cauzate în primul rând de deșeurile gazoase ale oamenilor și unele aparate electrocasnice (sobe cu gaz). Astfel, aerul expirat de o persoană conține cu 25% mai puțin oxigen decât aerul inhalat și de 100 de ori mai mult dioxid de carbon.

• Oxigen. Acesta este cel mai important componentă aer. A lui semnificație biologică pentru oameni este în primul rând asigurarea proceselor oxidative în organism. Fără el, viața oamenilor, animalelor și plantelor este imposibilă. Un adult în repaus absoarbe în medie 12 litri de oxigen pe oră, iar în timpul muncii fizice - de peste 10 ori mai mult. O cantitate semnificativă de oxigen atmosferic este consumată pentru oxidare materie organică conținute în el, apă, sol și procese de ardere. În condiții normale, concentrația de oxigen lângă suprafața solului este aproape constantă.

• Ozon. Este un izomer instabil chimic al oxigenului. Semnificația biologică generală a ozonului constă în capacitatea sa de a absorbi radiațiile ultraviolete cu unde scurte. radiatie solara distrugătoare pentru toate vieţuitoarele. Odată cu aceasta, ozonul absoarbe, de asemenea, radiația infraroșie cu undă lungă emanată de Pământ și, prin urmare, previne răcirea excesivă a acestuia (stratul de ozon al Pământului). Sub influența razelor ultraviolete, ozonul se descompune într-o moleculă și un atom de oxigen. Ozonul este folosit ca agent bactericid în dezinfecția apei. În natură, se formează în timpul descărcărilor electrice, în procesul de evaporare a apei, sub acțiunea razelor ultraviolete. În atmosfera liberă, cele mai mari concentrații ale acesteia se observă în timpul furtunilor, la munte și în pădurile de conifere.

• Dioxid de carbon sau dioxid de carbon. Acest gaz se formează ca urmare a proceselor redox care au loc în corpul oamenilor și animalelor, arderea combustibilului, degradarea substanțelor organice.
  Cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă variază de la 0,03 la 0,04%. În aerul orașelor, concentrația de dioxid de carbon crește din cauza emisiilor industriale - până la 0,045%, în clădirile rezidențiale și publice (cu ventilație slabă) - până la 0,6-0,8%. Un adult în repaus emite în medie 22 de litri de dioxid de carbon pe oră, iar în timpul muncii fizice - de 2-3 ori mai mult.

• Azot. Azotul atmosferic este un gaz indiferent pentru oameni; servește ca diluant pentru alte gaze. Cantitatea de azot din aerul inspirat și cel expirat este aceeași. În condiții de presiune ridicată, inhalarea de azot poate avea un efect narcotic.

• Monoxid de carbon. Este un gaz format în timpul arderii incomplete a substanțelor organice, care nu are nici culoare, nici miros. Concentrația de monoxid de carbon în aerul atmosferic depinde în primul rând de intensitatea traficului. În atmosfera liberă, sursa acesteia sunt emisiile de la întreprinderile industriale și centralele electrice. Pătrunzând prin alveolele pulmonare în sânge, formează carboxihemoglobină cu hemoglobina, ca urmare, hemoglobina își pierde capacitatea de a transporta oxigen. Concentrația zilnică medie maximă admisă de monoxid de carbon este de 1,0 mg/m3. Intoxicația cronică cu monoxid de carbon, care apare odată cu expunerea sistematică la cantități mici de această otravă, poate fi observată la doze mai mici de 0,125 mg per 1 litru de aer.

• Dioxid de sulf. Intră în atmosferă în principal ca urmare a arderii în centralele electrice și în alte întreprinderi a combustibililor bogați în sulf (cărbune). În orașe, aceasta este cea mai comună Substanta chimica poluând aerul. În producție, dioxidul de sulf se formează în timpul prăjirii și topirii minereurilor de sulf, în timpul vopsirii țesăturilor etc. În spațiile rezidențiale, poate apărea numai atunci când cuptoarele sunt arse cu cărbune.

• Impuritățile mecanice ale aerului. Ele intră în aer sub formă de fum, funingine, funingine, particule de sol zdrobite și altele solide. Împreună, toate acestea formează ceea ce se numește praf din aer.
  Conținutul de praf din aer depinde de natura solului (nisip, argilă, pavaje pavate etc.), de starea sa sanitară (adăpare, curățare), de poluarea aerului prin emisii industriale și de starea sanitară a incintei. Funinginea și fumul apar ca urmare a arderii incomplete a combustibilului. În producție, sursa formării prafului sunt materialele care produc deșeuri sub formă de particule mecanice în timpul procesării. În spațiile rezidențiale, praful se formează ca urmare a diferitelor procese casnice sau pătrunde din exterior.

• microorganismele din aer. Poluarea bacteriană a aerului, precum și alte obiecte de mediu (apă, sol etc.), este periculoasă din punct de vedere epidemiologic. În mediul aerian se găsesc diverse microorganisme: bacterii, viruși, ciuperci de mucegai, celule de drojdie.
  Microorganismele pătrund în mediul aerian în principal cu praful de sol, dar mor relativ repede datorită uscării, acțiunii bactericide a razelor ultraviolete solare.

Compoziția gazoasă a aerului pe care îl respirăm este de 78% azot, 21% oxigen și 1% alte gaze. Dar în atmosfera marilor orașe industriale, acest raport este adesea încălcat. O proporție semnificativă este formată din impurități nocive cauzate de emisiile de la întreprinderi și vehicule. Transportul cu motor aduce multe impurități în atmosferă: hidrocarburi cu compoziție necunoscută, benzo(a)piren, dioxid de carbon, compuși de sulf și azot, plumb, monoxid de carbon.

Atmosfera este formată dintr-un amestec dintr-un număr de gaze - aer, în care sunt suspendate impurități coloidale - praf, picături, cristale etc. Compoziția aerului atmosferic se modifică puțin odată cu înălțimea. Totuși, începând de la o înălțime de aproximativ 100 km, alături de oxigenul molecular și azotul, apare și oxigenul atomic ca urmare a disocierii moleculelor, și începe separarea gravitațională a gazelor. Peste 300 km predomină în atmosferă oxigenul atomic, peste 1000 km - heliu și apoi hidrogenul atomic. Presiunea și densitatea atmosferei scad odată cu înălțimea; aproximativ jumătate din masa totală a atmosferei este concentrată în cei 5 km inferiori, 9/10 - în cei 20 km inferiori și 99,5% - în cei 80 km inferiori. La altitudini de aproximativ 750 km, densitatea aerului scade la 10-10 g/m 3 (în timp ce la suprafața pământului este de ordinul a 103 g/m 3), dar chiar şi o densitate atât de mică este totuşi suficientă pentru apariţia aurorelor. Atmosfera nu are o limită superioară ascuțită; densitatea gazelor sale constitutive

Compoziția aerului atmosferic pe care fiecare dintre noi îl respiră include mai multe gaze, dintre care principalele sunt: ​​azotul (78,09%), oxigen (20,95%), hidrogen (0,01%) dioxid de carbon (dioxid de carbon) (0,03%) și inert. gaze (0,93%). În plus, în aer există întotdeauna o anumită cantitate de vapori de apă, a cărei cantitate se modifică întotdeauna cu temperatura: cu cât temperatura este mai mare, cu atât conținutul de vapori este mai mare și invers. Datorită fluctuațiilor cantității de vapori de apă din aer, procentul de gaze din acesta este de asemenea variabil. Toate gazele din aer sunt incolore și inodore. Greutatea aerului variază în funcție nu numai de temperatură, ci și de conținutul de vapori de apă din acesta. La aceeași temperatură, greutatea aerului uscat este mai mare decât a aerului umed, deoarece vaporii de apă sunt mult mai ușori decât vaporii de aer.

Tabelul prezintă compoziția gazelor atmosferei în raportul de masă volumetrică, precum și durata de viață a principalelor componente:

Proprietățile gazelor care formează aerul atmosferic se modifică sub presiune.

De exemplu: oxigenul sub presiune mai mare de 2 atmosfere are un efect toxic asupra organismului.

Azotul sub presiune peste 5 atmosfere are efect narcotic (intoxicație cu azot). O creștere rapidă de la adâncime provoacă boală de decompresie din cauza eliberării rapide a bulelor de azot din sânge, ca și cum ar fi spuma.

O creștere a dioxidului de carbon cu peste 3% în amestecul respirator provoacă moartea.

Fiecare componentă care face parte din aer, cu o creștere a presiunii până la anumite limite, devine o otravă care poate otravi organismul.

Studii ale compoziției gazelor din atmosferă. chimia atmosferică

Pentru istoria dezvoltării rapide a unei ramuri relativ tinere a științei numită chimia atmosferică, termenul „spurt” (aruncare) folosit în sporturile de mare viteză este cel mai potrivit. Lovitura de la pistolul de pornire, probabil, a fost două articole publicate la începutul anilor 1970. Acestea s-au ocupat de posibila distrugere a ozonului stratosferic de către oxizii de azot - NO și NO 2 . Primul i-a aparținut viitorului laureat al premiului Nobel, iar apoi unui angajat al Universității din Stockholm, P. Krutzen, care a considerat că sursa probabilă de oxizi de azot din stratosferă se descompune sub acțiunea lui. lumina soarelui protoxid de azot N 2 O de origine naturală. Autorul celui de-al doilea articol, un chimist de la Universitatea din California din Berkeley G. Johnston, a sugerat că oxizii de azot apar în stratosferă ca urmare a activității umane, și anume din emisiile de produse de combustie de la motoarele cu reacție de mare altitudine. aeronave.

Desigur, ipotezele de mai sus nu au apărut de la zero. Raportul dintre cel puțin componentele principale din aerul atmosferic - molecule de azot, oxigen, vapori de apă etc. - era cunoscut mult mai devreme. Deja în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. în Europa s-au făcut măsurători ale concentrației de ozon în aerul de suprafață. În anii 1930, omul de știință englez S. Chapman a descoperit mecanismul formării ozonului într-o atmosferă pur de oxigen, indicând un set de interacțiuni ale atomilor și moleculelor de oxigen, precum și a ozonului în absența oricăror alte componente ale aerului. Cu toate acestea, la sfârșitul anilor 1950, măsurătorile meteorologice cu rachete au arătat că în stratosferă era mult mai puțin ozon decât ar trebui să fie conform ciclului de reacție Chapman. Deși acest mecanism rămâne fundamental până astăzi, a devenit clar că există și alte procese care sunt, de asemenea, implicate activ în formarea ozonului atmosferic.

Este de menționat că, la începutul anilor 1970, cunoștințele în domeniul chimiei atmosferice au fost obținute în principal prin eforturile unor oameni de știință individuali, ale căror cercetări nu erau unite de niciun concept semnificativ din punct de vedere social și erau cel mai adesea de natură pur academică. Un alt lucru este munca lui Johnston: conform calculelor sale, 500 de avioane, care zboară 7 ore pe zi, ar putea reduce cantitatea de ozon stratosferic cu cel puțin 10%! Și dacă aceste evaluări ar fi corecte, atunci problema ar deveni imediat una socio-economică, deoarece în acest caz toate programele de dezvoltare a aviației de transport supersonic și a infrastructurii aferente ar trebui să sufere o ajustare semnificativă, și poate chiar o închidere. În plus, atunci pentru prima dată a apărut cu adevărat întrebarea că activitatea antropică ar putea provoca nu un cataclism local, ci global. Desigur, în situația actuală, teoria avea nevoie de o verificare foarte dură și în același timp promptă.

Reamintim că esența ipotezei de mai sus a fost că oxidul de azot reacționează cu ozonul NO + O 3 ® ® NO 2 + O 2, apoi dioxidul de azot format în această reacție reacționează cu atomul de oxigen NO 2 + O ® NO + O 2 , restabilind astfel prezența NO în atmosferă, în timp ce molecula de ozon se pierde iremediabil. În acest caz, o astfel de pereche de reacții, constituind ciclul catalitic al azotului de distrugere a ozonului, se repetă până când orice procese chimice sau fizice duc la îndepărtarea oxizilor de azot din atmosferă. Deci, de exemplu, NO2 este oxidat la acid azotic HNO3, care este foarte solubil în apă și, prin urmare, este îndepărtat din atmosferă prin nori și precipitații. Ciclul catalitic al azotului este foarte eficient: o moleculă de NO reușește să distrugă zeci de mii de molecule de ozon în timpul șederii în atmosferă.

Dar, după cum știți, problemele nu vin singure. Curând, specialiști din universitățile americane - Michigan (R. Stolyarsky și R. Cicero) și Harvard (S. Wofsi și M. McElroy) - au descoperit că ozonul ar putea avea un inamic și mai nemiloasă - compușii clorului. Conform estimărilor acestora, ciclul catalitic al clorului de distrugere a ozonului (reacţiile Cl + O 3 ® ClO + O 2 şi ClO + O ® Cl + O 2) a fost de câteva ori mai eficient decât cel cu azot. Singurul motiv pentru un optimism prudent a fost că cantitatea de clor natural din atmosferă este relativ mică, ceea ce înseamnă că efectul general al impactului său asupra ozonului poate să nu fie prea puternic. Cu toate acestea, situația s-a schimbat dramatic când, în 1974, angajați ai Universității din California din Irvine, S. Rowland și M. Molina, au descoperit că sursa de clor din stratosferă este compușii clorofluorohidrocarburi (CFC), care sunt utilizați pe scară largă în refrigerare. unități, pachete de aerosoli etc. Fiind neinflamabile, netoxice și chimic pasive, aceste substanțe sunt transportate lent prin curenții de aer ascendenți de la suprafața pământului spre stratosferă, unde moleculele lor sunt distruse. lumina soarelui, rezultând eliberarea de atomi de clor liber. Producția industrială de CFC, care a început în anii 1930, și emisiile lor în atmosferă au crescut constant în toți anii următori, în special în anii 70 și 80. Astfel, într-o perioadă foarte scurtă de timp, teoreticienii au identificat două probleme în chimia atmosferică cauzate de poluarea antropică intensă.

Cu toate acestea, pentru a testa viabilitatea ipotezelor propuse, a fost necesar să se realizeze multe sarcini.

In primul rand, să extindă studiile de laborator în care ar fi posibilă determinarea sau rafinarea ratelor de flux foto reacții chimiceîntre diferitele componente ale aerului atmosferic. Trebuie spus că datele foarte slabe despre aceste viteze care existau la acea vreme au avut și erori destul de bune (până la câteva sute de procente). În plus, condițiile în care s-au făcut măsurătorile, de regulă, nu corespundeau prea mult cu realitățile atmosferei, ceea ce a agravat grav eroarea, deoarece intensitatea majorității reacțiilor depindea de temperatură, iar uneori de presiunea sau aerul atmosferic. densitate.

În al doilea rând, studiază intens proprietățile optice de radiație ale unui număr de gaze atmosferice mici în condiții de laborator. Moleculele unui număr semnificativ de componente ale aerului atmosferic sunt distruse de radiația ultravioletă a Soarelui (în reacțiile de fotoliză), printre acestea nu se numără doar CFC-urile menționate mai sus, ci și oxigenul molecular, ozonul, oxizii de azot și multe altele. Prin urmare, estimările parametrilor fiecărei reacții de fotoliză au fost la fel de necesare și importante pentru reproducerea corectă a proceselor chimice atmosferice, precum au fost ratele de reacții între diferite molecule.

În al treilea rând, a fost necesar să se creeze modele matematice capabile să descrie cât mai complet transformările chimice reciproce ale componentelor aerului atmosferic. După cum sa menționat deja, productivitatea distrugerii ozonului în ciclurile catalitice este determinată de cât timp catalizatorul (NO, Cl sau altul) rămâne în atmosferă. Este clar că un astfel de catalizator, în general, ar putea reacționa cu oricare dintre zecile de componente ale aerului atmosferic, degradându-se rapid în acest proces, iar apoi deteriorarea ozonului stratosferic ar fi mult mai mică decât se aștepta. Pe de altă parte, atunci când în atmosferă au loc multe transformări chimice în fiecare secundă, este destul de probabil să fie identificate și alte mecanisme care afectează direct sau indirect formarea și distrugerea ozonului. În cele din urmă, astfel de modele sunt capabile să identifice și să evalueze semnificația reacțiilor individuale sau a grupurilor lor în formarea altor gaze care alcătuiesc aerul atmosferic, precum și să permită calcularea concentrațiilor de gaze care sunt inaccesibile măsurătorilor.

Și, în sfârșit a fost necesar să se organizeze o rețea largă de măsurare a conținutului de diverse gaze din aer, inclusiv compuși de azot, clor etc., folosind stații terestre, lansare de baloane meteorologice și rachete meteorologice, precum și zboruri avioanelor în acest scop. Desigur, crearea unei baze de date a fost cea mai costisitoare sarcină, care nu a putut fi rezolvată un timp scurt. Totuși, doar măsurătorile ar putea oferi un punct de plecare pentru cercetarea teoretică, fiind în același timp o piatră de încercare a adevărului ipotezelor exprimate.

De la începutul anilor 1970, colecții speciale, actualizate constant, care conțin informații despre toate reacțiile atmosferice semnificative, inclusiv reacțiile de fotoliză, au fost publicate cel puțin o dată la trei ani. Mai mult decât atât, eroarea în determinarea parametrilor reacțiilor dintre componentele gazoase ale aerului este astăzi, de regulă, de 10-20%.

A doua jumătate a acestui deceniu a fost martorul dezvoltării rapide a modelelor care descriu transformările chimice din atmosferă. Majoritatea au fost create în SUA, dar au apărut și în Europa și URSS. La început acestea au fost modele în cutie (zero-dimensionale), iar apoi modele unidimensionale. Primele au reprodus cu diferite grade de fiabilitate conținutul principalelor gaze atmosferice dintr-un volum dat - o cutie (de unde și numele lor) - ca urmare a interacțiunilor chimice dintre ele. Deoarece s-a postulat conservarea masei totale a amestecului de aer, nu a fost luată în considerare îndepărtarea oricăreia dintre fracțiunile acestuia din cutie, de exemplu, de către vânt. Modelele de cutie au fost convenabile pentru elucidarea rolului reacțiilor individuale sau a grupurilor lor în procesele de formare chimică și distrugere a gazelor atmosferice, pentru evaluarea sensibilității compoziției gazelor atmosferice la inexactități în determinarea vitezei de reacție. Cu ajutorul lor, cercetătorii ar putea, prin stabilirea parametrilor atmosferici în casetă (în special, temperatura și densitatea aerului) corespunzători altitudinii zborurilor de aviație, să estimeze într-o aproximare aproximativă modul în care concentrațiile de impurități atmosferice se vor schimba ca urmare a emisiilor. a produselor de ardere de către motoarele de aeronave. În același timp, modelele de cutie nu erau potrivite pentru studiul problemei clorofluorocarburilor (CFC), deoarece nu puteau descrie procesul de mișcare a acestora de la suprafața pământului în stratosferă. Aici au fost utile modelele unidimensionale, care combinau contabilitatea descriere detaliata interacţiuni chimice în atmosferă şi transportul impurităţilor pe direcţie verticală. Și, deși transferul vertical a fost setat destul de aproximativ aici, utilizarea modelelor unidimensionale a fost un pas înainte notabil, deoarece au făcut posibilă descrierea cumva a fenomenelor reale.

Privind în urmă, putem spune că cunoștințele noastre moderne se bazează în mare măsură pe munca brută desfășurată în acei ani cu ajutorul modelelor unidimensionale și în cutie. A făcut posibilă determinarea mecanismelor de formare a compoziției gazoase a atmosferei, estimarea intensității surselor chimice și a chiuvetelor de gaze individuale. O caracteristică importantă a acestei etape în dezvoltarea chimiei atmosferice este că ideile noi care s-au născut au fost testate pe modele și discutate pe larg în rândul specialiștilor. Rezultatele obținute au fost adesea comparate cu estimările altor grupuri științifice, deoarece măsurătorile pe teren au fost în mod clar insuficiente, iar acuratețea lor a fost foarte scăzută. În plus, pentru a confirma corectitudinea modelării anumitor interacțiuni chimice, a fost necesar să se efectueze măsurători complexe, când concentrațiile tuturor reactivilor participanți să fie determinate simultan, ceea ce la acea vreme și chiar acum era practic imposibil. (Până acum s-au efectuat doar câteva măsurători ale complexului de gaze din Navetă pe parcursul a 2-5 zile.) Prin urmare, studiile pe model au fost înaintea celor experimentale, iar teoria nu a explicat atât observațiile de teren, cât au contribuit. la planificarea lor optimă. De exemplu, un compus precum azotatul de clor ClONO 2 a apărut pentru prima dată în studiile model și abia apoi a fost descoperit în atmosferă. A fost chiar dificil de comparat măsurătorile disponibile cu estimările modelului, deoarece modelul unidimensional nu putea lua în considerare mișcările orizontale ale aerului, motiv pentru care s-a presupus că atmosfera este omogenă pe orizontală, iar rezultatele modelului obținut corespundeau unei medii globale. starea acesteia. Totuși, în realitate, compoziția aerului de peste regiunile industriale ale Europei sau Statelor Unite este foarte diferită de compoziția sa de peste Australia sau de peste zona de apă. Oceanul Pacific. Prin urmare, rezultatele oricărei observații naturale depind în mare măsură de locul și timpul măsurătorilor și, desigur, nu corespund exact cu media globală.

Pentru a elimina acest decalaj în modelare, în anii 1980, cercetătorii au creat modele bidimensionale care, alături de transportul vertical, țineau cont și de transportul aerian de-a lungul meridianului (de-a lungul cercului de latitudine, atmosfera era considerată încă omogenă). Crearea unor astfel de modele la început a fost asociată cu dificultăți semnificative.

In primul rand, numărul parametrilor externi ai modelului a crescut brusc: la fiecare nod al grilei, a fost necesar să se stabilească vitezele de transport verticale și interlatitudinale, temperatura și densitatea aerului etc. Mulți parametri (în primul rând, vitezele menționate mai sus) nu au fost determinați în mod fiabil în experimente și, prin urmare, au fost selectați pe baza unor considerații calitative.

În al doilea rând, starea tehnologiei informatice din acea vreme a împiedicat în mod semnificativ dezvoltarea deplină a modelelor bidimensionale. Spre deosebire de modelele economice unidimensionale și în special bidimensionale în cutie, acestea necesitau mult mai multă memorie și timp de calculator. Și, ca urmare, creatorii lor au fost forțați să simplifice semnificativ schemele de contabilizare a transformărilor chimice din atmosferă. Cu toate acestea, un complex de studii atmosferice, atât model, cât și la scară reală, folosind sateliți, a făcut posibilă realizarea unei imagini relativ armonioase, deși departe de a fi completă, a compoziției atmosferei, precum și stabilirea principalelor cauze și cauze. efectuează relații, provocând schimbare conținutul componentelor individuale ale aerului. În special, numeroase studii au arătat că zborurile cu avioane în troposferă nu provoacă daune semnificative ozonului troposferic, dar ridicarea lor în stratosferă pare să aibă consecințe negative pentru ozonosferă. Opinia majorității experților cu privire la rolul CFC a fost aproape unanimă: ipoteza lui Rowland și Molin este confirmată, iar aceste substanțe contribuie cu adevărat la distrugerea ozonului stratosferic, iar creșterea regulată a producției lor industriale este o bombă cu ceas, deoarece degradarea CFC-urilor nu are loc imediat, ci după zeci și sute de ani, astfel încât efectele poluării vor afecta atmosfera pentru o perioadă foarte lungă de timp. Mai mult decât atât, dacă sunt depozitate pentru o perioadă lungă de timp, clorofluorocarburile pot ajunge în oricare, cel mai îndepărtat punct al atmosferei și, prin urmare, aceasta este o amenințare la scară globală. A sosit timpul pentru decizii politice coordonate.

În 1985, cu participarea a 44 de țări la Viena, a fost elaborată și adoptată o convenție pentru protecția stratului de ozon, care a stimulat studiul său cuprinzător. Cu toate acestea, întrebarea ce să facă cu CFC-urile era încă deschisă. A fost imposibil să lași problema să treacă de la sine pe principiul „se va rezolva de la sine”, dar este, de asemenea, imposibil să interzici producția acestor substanțe peste noapte fără daune uriașe aduse economiei. S-ar părea că există o soluție simplă: trebuie să înlocuiți CFC-urile cu alte substanțe capabile să îndeplinească aceleași funcții (de exemplu, în unitățile frigorifice) și în același timp inofensive sau cel puțin mai puțin periculoase pentru ozon. Dar implementarea soluțiilor simple este adesea foarte dificilă. Nu numai că crearea unor astfel de substanțe și stabilirea producției lor au necesitat investiții uriașe și timp, au fost necesare criterii pentru a evalua impactul oricăreia dintre ele asupra atmosferei și climei.

Teoreticienii revin în lumina reflectoarelor. D. Webbles de la Laboratorul Național Livermore a sugerat utilizarea potențialului de epuizare a stratului de ozon în acest scop, ceea ce a arătat cât de mult molecula substanței substitutive este mai puternică (sau mai slabă) decât molecula CFCl 3 (freon-11) afectează ozonul atmosferic. La acea vreme, se știa, de asemenea, că temperatura stratului de suprafață al aerului depinde în mod semnificativ de concentrația anumitor impurități gazoase (au fost numite gaze cu efect de seră), în primul rând dioxid de carbon CO 2 , vapori de apă H 2 O, ozon etc. CFC-urile au fost, de asemenea, incluse în această categorie și mulți dintre potențialii substituenți ai acestora. Măsurătorile au arătat că în timpul revoluției industriale, temperatura medie anuală globală a stratului de aer de suprafață a crescut și continuă să crească, iar acest lucru indică schimbări semnificative și nu întotdeauna dezirabile ale climei Pământului. Pentru a aduce această situație sub control, împreună cu potențialul de epuizare a stratului de ozon al substanței, au început să ia în considerare și potențialul său de încălzire globală. Acest indice a indicat cât de mult mai puternic sau mai slab afectează compusul studiat temperatura aerului decât aceeași cantitate de dioxid de carbon. Calculele au arătat că CFC-urile și substanțele alternative aveau potențiale foarte mari de încălzire globală, dar deoarece concentrațiile lor în atmosferă erau mult mai mici decât concentrațiile de CO 2 , H 2 O sau O 3 , contribuția lor totală la încălzirea globală a rămas neglijabilă. Pentru moment…

Tabelele de valori calculate pentru epuizarea ozonului și potențialele de încălzire globală ale clorofluorocarburilor și posibilii lor înlocuitori au stat la baza deciziilor internaționale de reducere și, ulterior, interzicerea producției și a utilizării multor CFC (Protocolul de la Montreal din 1987 și completările sale ulterioare). Poate că experții adunați la Montreal nu ar fi fost atât de unanimi (la urma urmei, articolele Protocolului s-au bazat pe „gândurile” teoreticienilor neconfirmate de experimente naturale), dar o altă „persoană” interesată a vorbit pentru semnarea acestui document - atmosfera în sine.

Mesajul despre descoperirea de către oamenii de știință britanici la sfârșitul anului 1985 a „găurii de ozon” de deasupra Antarcticii a devenit, nu fără participarea jurnaliștilor, senzația anului, iar reacția comunității mondiale la acest mesaj poate fi cel mai bine descrisă. într-un cuvânt scurt – șoc. Una este când amenințarea cu distrugerea stratului de ozon există doar pe termen lung, alta este când suntem cu toții în fața unui fapt împlinit. Nici orășenii, nici politicienii, nici specialiștii-teoreticieni nu erau pregătiți pentru asta.

A devenit rapid clar că niciunul dintre modelele existente atunci nu putea reproduce o reducere atât de semnificativă a ozonului. Deci unele importante fenomene naturale fie ignorate, fie subestimate. În curând, studiile de teren efectuate în cadrul programului de studiere a fenomenului antarctic au stabilit că un rol important în formarea „găurii de ozon”, împreună cu reacțiile atmosferice obișnuite (în fază gazoasă), îl au caracteristicile atmosferice. transportul aerian în stratosfera antarctică (izolarea sa aproape completă de restul atmosferei în timpul iernii), precum și la acea vreme reacții eterogene puțin studiate (reacții la suprafața aerosolilor atmosferici - particule de praf, funingine, slouri de gheață, picături de apă). , etc.). Doar luarea în considerare a factorilor de mai sus a făcut posibilă obținerea unui acord satisfăcător între rezultatele modelului și datele observaționale. Iar lecțiile predate de „gaura de ozon” antarctică au afectat serios dezvoltarea în continuare a chimiei atmosferice.

În primul rând, s-a dat un impuls puternic studiului detaliat al proceselor eterogene care se desfășoară conform unor legi diferite de cele care determină procesele în fază gazoasă. În al doilea rând, s-a realizat clar că într-un sistem complex, care este atmosfera, comportamentul elementelor sale depinde de un întreg complex de conexiuni interne. Cu alte cuvinte, conținutul de gaze din atmosferă este determinat nu numai de intensitatea proceselor chimice, ci și de temperatura aerului, de transferul maselor de aer, de caracteristicile poluării cu aerosoli a diferitelor părți ale atmosferei etc. , încălzirea și răcirea radiativă, care formează câmpul de temperatură al aerului stratosferic, depind de concentrația și distribuția spațială a gazelor cu efect de seră și, în consecință, de procesele dinamice atmosferice. În cele din urmă, încălzirea neuniformă prin radiație a diferitelor curele globul iar părți ale atmosferei generează mișcarea aerului atmosferic și controlează intensitatea acestora. Astfel, neluarea în considerare a vreunui feedback în modele poate fi plină de mari erori în rezultatele obținute (deși, remarcăm în trecere, complicarea excesivă a modelului fără nevoie urgentă este la fel de nepotrivită precum tragerea cu tunuri în reprezentanții cunoscuți ai păsărilor). ).

Dacă relația dintre temperatura aerului și compoziția sa de gaz a fost luată în considerare în modelele bidimensionale încă din anii 80, atunci utilizarea modelelor tridimensionale ale circulației generale a atmosferei pentru a descrie distribuția impurităților atmosferice a devenit posibilă datorită boom-ul computerelor abia în anii 90. Primele astfel de modele de circulație generală au fost folosite pentru a descrie distribuția spațială a substanțelor pasive chimic - trasori. Mai târziu, din cauza memoriei insuficiente a computerului, procesele chimice au fost stabilite de un singur parametru - timpul de rezidență al unei impurități în atmosferă și doar relativ recent, blocurile de transformări chimice au devenit părți cu drepturi depline ale modelelor tridimensionale. Deși dificultățile reprezentării în detaliu a proceselor chimice atmosferice în 3D rămân încă, astăzi acestea nu mai par insurmontabile, iar cele mai bune modele 3D includ sute de reacții chimice, alături de transportul climatic propriu-zis al aerului în atmosfera globală.

În același timp, utilizarea pe scară largă a modelelor moderne nu pune deloc la îndoială utilitatea celor mai simple menționate mai sus. Este bine cunoscut faptul că cu cât modelul este mai complex, cu atât este mai dificil să se separe „semnalul” de „zgomotul modelului”, să analizezi rezultatele obținute, să identifici principalele mecanisme cauză-efect, să evaluezi impactul anumitor fenomene. asupra rezultatului final (și, prin urmare, oportunității luării în considerare a acestora în model) . Și aici, modelele mai simple servesc ca un teren ideal de testare, vă permit să obțineți estimări preliminare care sunt utilizate ulterior în modele tridimensionale, să studiați noi fenomene naturale înainte de a fi incluse în altele mai complexe etc.

Progresul științific și tehnologic rapid a dat naștere la mai multe alte domenii de cercetare, într-un fel sau altul legate de chimia atmosferică.

Nu-l poți atinge, nu-l poți vedea și principalul lucru pe care îi datorăm este viața. Desigur, acesta este aerul care nu ocupa ultimul loc în folclorul fiecărei națiuni. Cum l-au imaginat oamenii din antichitate și ce este cu adevărat - voi scrie despre asta mai jos.

Gazele care alcătuiesc aerul

Amestec natural de gaze numit aer. Necesitatea și importanța sa pentru cei vii pot fi cu greu subestimate - joacă un rol important în procese oxidative, care sunt însoțite de eliberarea energiei necesare tuturor viețuitoarelor. Prin experimente, oamenii de știință au reușit să determine compoziția sa exactă, dar principalul lucru care trebuie înțeles este nu este o substanță omogenă, ci un amestec de gaze. Aproximativ 99% din compoziție este un amestec de oxigen și azot și, în general aerul formează atmosfera planeta noastră. Deci, amestecul este format din următoarele gaze:

• metan;
• cripton;
• heliu;
• xenon;
• hidrogen;
• neon;
• dioxid de carbon;
• oxigen;
• azot;
• argon.

Trebuie remarcat faptul că compoziția nu este constantăși poate varia semnificativ de la un site la altul. De exemplu, orașele mari se caracterizează printr-un conținut ridicat de dioxid de carbon. La munte se va observa nivel redus de oxigen, deoarece acest gaz este mai greu decât azotul și, pe măsură ce urcă, densitatea lui va scădea. Știința spune că compoziția poate diferi în diferite părți ale planetei 1% până la 4% pentru fiecare dintre gaze.

Pe lângă procentul de gaze, aerul este caracterizat de următorii parametri:

• umiditate;
• temperatura;
• presiune.

Aerul este în continuă mișcare, formând fluxuri verticale. Orizontală - vânturi, depind de anumite conditii naturale, astfel încât acestea pot avea caracteristici diferite de viteză, forță și direcție.

Aer în folclor

Legendele fiecărei națiuni înzestrați aerul cu niște calități „vii”.. De regulă, spiritele acestui element erau creaturi evazive și invizibile. Potrivit legendei, ei vârfuri de munți sau nori locuite, și diferă în predispoziție față de persoană. Ei au fost cei care au gândit a creat fulgi de zăpadă și a adunat noriîn nori, zburând pe cer în vânt.

Egiptenii au considerat aerul un simbol al vieții iar indienii credeau că expirarea lui Brahma - viață, iar inhalarea, respectiv - moartea. Cât despre slavi, aerul (vântul) ocupa aproape un loc central în legendele acestui popor. Putea să audă și uneori chiar să îndeplinească mici cereri. Cu toate acestea, nu a fost întotdeauna amabil, uneori vorbind de partea forțelor răului. sub forma unui rătăcitor rău și imprevizibil.