пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

Закись азота, метан, галогенуглероды в атмосфере.

Закись азота (N2O) широко известна как "веселящий газ". Основу его составляют два доминирующих в атмосфере газа: азот и кислород. Оба этих газа играют важную роль в химических процессах, происходящих в живых организмах (азот входит в состав аминокислот, основы протеинов и ключевого элемента для метаболизма, роста и восстановления тканей). Хотя азот и кислород составляют 99 процентов земной атмосферы, количество закиси азота в ней очень незначительно. Количество N2O в атмосфере составляет лишь одну тысячную от количества СО2.

Сравнительно низкая концентрация этого газа компенсируется его чрезвычайной активностью - молекула закиси азота в 200-300 раз сильнее способствует образованию парникового эффекта, чем молекула углекислого газа. Более того, молекула закиси азота живет в атмосфере значительно дольше, чем молекула углекислого газа и молекулы некоторых других парниковых газов. В конечном итоге, молекула N2O распадается в стратосфере на кислород и азот под воздействием солнечного света, но продолжительность ее жизни в атмосфере составляет приблизительно 150 лет. В результате кумулятивный эффект любых количеств закиси азота антропогенного происхождения будет значительно больше, чем эффект от углекислого газа.

Микроорганизмы и растения постоянно поглощают азот из атмосферы и в результате этого процесса азот попадает в почву. Атмосферный азот (N2) довольно инертен и в большинстве случаев непригоден для живых существ. Процесс, вследствие которого микроорганизмы трансформируют атмосферный азот в формы, пригодные для использования растениями, такие как аммиак (NH3), называется азотной фиксацией. После того, как азот "зафиксирован", он может быть много раз включен в цикл "растение/животное".

Одновременно другие микроорганизмы постоянно выводят азот из его "фиксированных" форм и азот снова попадает в атмосферу. Этот процесс получил название денитрификация. Кроме молекулярного азота (N2) в процессе денитрификации образуется закись азота. Ученые подсчитали, что почвенная денитрификация - это основной источник поступления закиси азота в атмосферу. Еще один важный источник поступления в атмосферу закиси азота - это природные процессы океана. Они до сих пор остаются плохо изученными.

В начале индустриальной эпохи атмосферные концентрации закиси азота были стабильными - около 285 частиц на миллиард (ppbv), таким образом сегодняшние 310 ppbv представляют собой увеличение концентраций этого газа на 8,8 процента. Такое увеличение, как полагают, произошло по вине человека.

Процесс горения представляет собой еще один источник образования закиси азота (N2О). При этом не важно, что горит: ископаемые виды топлива, дерево или другая биомасса. Тем не менее, ученые сегодня полагают, что при горении образуется меньше антропогенного N2O, чем при использовании удобрений.

Каждый, кому доводилось ухаживать за огородом, знает, что азот способствует буйному росту растений. Фермеры тоже знают об этом. Во всем мире в почву ежегодно вносится около 55 миллионов тонн азота. Азотные удобрения производят либо из нитратной породы, либо путем промышленной фиксации атмосферного азота (переводя его в форму одного из нитратов или в аммиак). Когда искусственно обогащенная почва подвергается процессу денитрификации, или когда удобрения просачиваются в грунтовые воды с выделением различных соединений азота, закись азота поступает в атмосферу.

Несмотря ни на что, сжигание и интенсивное развитие сельского хозяйства являются неотъемлемой частью человеческой культуры. Детали образования антропогенного N2O, возможно, имеют второстепенное значение. Главная идея заключается в том, что население планеты не может увеличиваться бесконечно, одновременно поддерживая необходимые условия для жизни человека на Земле.

СH4 - один из важнейших парниковых газов. Метан – наиболее важный представитель органичес­ких веществ в атмосфере. Его концентрация су­щественно превышает концентрацию остальных орга­нических соединений. В 60-е и 70-е годы количество метана в атмосфере возрастало со скоростью 1% в год, и это объяснялось хозяйственной деятельностью чело­вечества .Увеличение содержания метана в атмосфере способ­ствует усилению парникового эффекта, так как метан интенсивно поглощает тепловое излучение Земли в ин­фракрасной области спектра на длине волны 7,66 мкм. Метан занимает второе место после углекислого газа по эффективности поглощения теплового излучения Земли. С ростом содержания метана изменя­ются химические процессы в атмосфере, что может привести к ухудшению экологической ситуации на Земле. Естественно возникает вопрос об управлении химическими и физическими процессами, в которых принимает участие метан. Если молекулы метана попа­дают в атмосферу, то они вовлекаются в процессы пере­носа и вступают в химические реакции, которые хоро­шо известны как качественно, так и количественно. Управление процессами непосредственно в атмосфере в глобальном масштабе практически исключено.

Метан по происхождению бывает:

биогенным, если он возникает в результате химиче­ской трансформации органического вещества;

бактериальным (или микробным), если он образуется в результате деятельности бактерий;

термогенным, если его возникновение обязано термохимиче­ским процессам;

абиогенным, если он возникает в результате химических ре­акций неорганических соединений.

Бак­териальный метан образуется в донных отложениях болот и других водоемов, в результате процессов пище­варения в желудках насекомых и животных (преимуще­ственно жвачных). Термогенный метан возникает в оса­дочных породах при их погружении на глубины 3–10 км, где осадочные породы подвергаются химической трансформации в условиях высоких температур и дав­лений. Абиогенный метан образуется обычно на больших глубинах в мантии Земли.

Метан находится в атмосфере в основном в призем­ном слое, который называется тропосферой и толщина которого составляет 11–15 км. Метан попадает в атмосферу как из естественных, так и из антропогенных источников. Мощность антропоген­ных источников в настоящее время существенно пре­вышает мощность естественных. К естественным ис­точникам метана относятся болота, тундра, водоемы, насекомые (главным образом термиты), метангидраты, геохимические процессы. К антропогенным – рисовые поля, шахты, животные, потери при добыче газа и неф­ти, горение биомассы, свалки.

Еще одна группа веществ, усиливающих парниковый эффект в земной атмосфере, получила название галогенуглеродов. Эти соединения получаются при объединении углерода с одним или несколькими из пяти элементов, называемых галогенами: фтором, хлором, бромом, йодом или астатом. Однако, только первые три элемента из этой группы имеют отношение к предмету нашего разговора.

В группу галогенуглеродов включены хлорфторуглероды, хлорфторуглеводороды, заменители ХФУВ, а также некоторые другие вещества: четыреххлористый углерод, галоны, метилхлорид, метилхлороформ и метилбромид.

Все галогенуглероды попадают в атмосферу в результате человеческой деятельности, за исключением метилхлорида и метилбромида, которые образуются в естественных источниках. Концентрации галогенуглеродов в атмосфере несравнимо ниже, чем концентрации любых других парниковых газов. Обычно они составляют где-то между 0,2 и 16,5 частиц на триллион. Иными словами, если провести аналогию между концентрациями галогенуглеродов в атмосфере и зернышками риса и пшеницы, то получается, что в каждом триллионе зернышек риса будет от 0,2 до 16,5 зернышек пшеницы.

Именно галогенуглероды вызывают особую обеспокоенность ученых, потому что их воздействие на атмосферу несравнимо больше воздействия углекислого газа в пересчете на каждую молекулу. Молекулы пяти видов ХФУ, которые также обладают самым большим озоноразрушающим потенциалом, в 3-13 тысяч раз активнее молекулы углекислого газа.

Еще одна причина, по которой галогенуглероды вызывают обеспокоенность ученых, это продолжительность их жизни. Химические инженеры специально создавали вещества, обладающие высокой стабильностью, необходимой для выполнения возложенных на эти вещества функций. Однако при попадании в атмосферу, стабильность галогенуглеродов становится отрицательным фактором: они существуют в атмосфере многие десятилетия. Продолжительность жизни в атмосфере ХФУ-13 и ХФУ-115, наиболее долгоживущих галогенуглеродов, составляет около 400 лет. Таким образом, отрицательное воздействие, которым они обладают, будет продолжаться еще в течение нескольких столетий после того, как мы перестанем загрязнять ими атмосферу.


23.01.2014; 16:27
хиты: 339
рейтинг:0
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь