Предмет и задачи экологической химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58. Опишите методы охраны атмосферы от химических загрязнений.

В настоящее  время в большинстве производственных процессов 
используются открытые технологические циклы, связанные с выбро- 
сом в атмосферу твердых частиц и отходящих газов, химический состав 
и концентрация которых определяются особенностями производства, 
хотя с экологических позиций более предпочтительны закрытые. 
Рассеяние химических соединений в атмосфере. Как правило, на 
каждом предприятии для отвода газов и пылеудаления используют 
высокие (200—350 м) трубы. Их применение позволяет распределять 
загрязняющие вещества на большие площади, снижая тем самым их 
общую концентрацию в атмосфере. Так, из трубы высотой 200 м 
пылегазовые потоки расходятся на 20 км, а из трубы высотой 250 м — 
на 75 км. Расчеты рассеивания атмосферных выбросов предприятий 
осуществляются на основе «Указаний по расчету рассеивания в атмос-

фере  вредных веществ, содержащихся в  выбросах предприятий СН 
369—74». Методика расчета основана на определении концентрации 
загрязняющих веществ в приземном слое воздуха (мг/м3). 
Максимальная концентрация каждого токсичного соединения

 

 

 

 

 

 

 

30.Экологический  мониторинг

Пристальное внимание к проблемам наблюдений и контроля за 
состоянием и уровнем загрязнения природной среды большинства 
развитых стран мира проявляется, по крайней мере, со времени 
Стокгольмской конференции 1972 г., на которой была выработана 
специальная Программа ООН по окружающей среде, которая получила 
дальнейшее развитие в многочисленных документах, конвенциях, ре- 
шениях, принятых на международных конференциях по охране окру- 
жающей среды во все последующие годы, включая 2000 г. 
Основная задача глобальной системы мониторинга состоит в ран- 
нем предупреждении о наступающих естественных или антропогенных 
изменениях состояния природной среды, которые могут нанести пря- 
мой или косвенный ущерб здоровью или благосостоянию людей. Стало 
очевидным, что любые негативные изменения природной обстановки 
прямо или косвенно влияют на жизнь человека. В настоящее время 
употребляют два основных термина, касающихся оценки качества 
окружающей среды: мониторинг и контроль. Мониторингом называют 
систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния окру- 
жающей среды под влиянием антропогенных воздействий. Иногда дают 
такое определение: мониторинг — слежение за какими-то объектами 
или явлениями в приложении к среде жизни. Мониторинг не включает 
задачи управления качеством окружающей среды, тогда когда контроль 
подразумевает не только наблюдение и получение информации, но и 
элементы воздействия, управления состоянием среды. 
Различают довольно много видов мониторинга как по характеру 
загрязнения среды, так и по методам или целям наблюдения. В 
соответствии с тремя типами загрязнений различают мониторинг 
глобальный, региональный, импактный; по способам — авиационный, 
космический, дистанционный; по задачам — прогностический и т. п. 
Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировы- 
ми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза 
возможных изменений. 
Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в преде- 
лах которых имеют место процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от общего 
базового фона. 
Импактный мониторинг предусматривает осуществление наблюде- 
ний в особо опасных зонах и местах, обычно непосредственно примы- 
кающих к источникам загрязняющих веществ. 
Важное значение имеет так называемый базовый (или фоновый) 
мониторинг, задача которого — слежение за состоянием природных 
систем и природными процессами, на которые практически не влияют 
региональные антропогенные факторы. Базовый мониторинг позволя- 
ет охарактеризовать состояние природы как бы в ее «чистом» виде, 
хотя глобальные загрязнения все же вносят определенный вклад в 
изменение природной среды. Для осуществления базового (фонового) 
мониторинга используют удаленные от промышленных регионов тер- 
ритории, в том числе биосферные заповедники. 
При мониторинге качественно и количественно характеризуются 
состояние воздуха, а также поверхностных вод, климатические изме- 
нения, свойства почвенного покрова, состояние растительности и 
животного мира. К каждому из перечисленных компонентов биосферы 
предъявляются особые требования и разрабатываются специфические 
методы анализа. Наиболее сложным и трудоемким является почвен- 
но-химический, или почвенно-экологический мониторинг. 
5.2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ЗА СОДЕРЖАНИЕМ 
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В БИОСФЕРЕ 
Для успешного осуществления контроля состояния окружающей 
среды используются как классические методы химического анализа 
(гравиметрический и титриметрический), так и современные методы 
инструментального анализа. В последние годы для наблюдения за 
состоянием гидросферы или почвенного покрова все чаще применяют 
дистанционные методы с использованием авиации, аппаратуры спут- 
ников и околоземных космических станций. Выбор наиболее перспек- 
тивного метода химического или физико-химического анализа 
определенного объекта окружающей среды включает несколько стадий: 
1) установление перечня определяемых соединений (например, 
неорганические, органические или биологические примеси; взвеси и 
растворенные вещества и т. п.), а также перечня основных компонентов 
субстрата, в которых предстоит определять загрязняющие вещества; 
2) выбор стандартного или общепринятого метода анализа, позво- 
ляющего наиболее просто, быстро, но с требуемой точностью выпол- 
нить нужное определение; если такого метода нет, следует выбрать 
другой, возможно более соответствующий поставленной задаче, и в 
случае необходимости модифицировать его, приведя в соответствие с 
целью анализаразличных компонентах биосферы. В эту таблицу не включены многие 
методы анализа (ион-селективные электроды, термография, электрон- 
ная микроскопия, рентген-дифрактометрия, ядерный магнитный ре- 
зонанс, масс-спектрометрия, тонкослойная хроматография и др.); 
некоторые из них успешно используются в аналитической химии 
загрязняющих веществ, но часть малодоступна массовым лабораториям 
из-за сложности оборудования и высокой стоимости. Основным фактором в выборе методов исследований воздуха, 
природных и сточных вод и почв является, как правило, стоимость и 
доступность оборудования. По этой причине в большинстве заводских, 
агрохимических, природоохранных и других лабораторий такие мето- 
ды, как масс-спектрометрия, электронный парамагнитный резонанс, 
ядерный магнитный резонанс, практически не используются. 
5.3. МОНИТОРИНГ БИОГЕОЦЕНОЗОВ 
При изучении и оценке устойчивости природных образований 
используются методы биоиндикации антропогенных воздействий на 
природные биогеоценозы. Биоиндикация — это обнаружение и опреде- 
ление биологически и экологически значимых антропогенных нагрузок 
по реакциям на них живых организмов и их сообществ. При биоин- 
дикации используют некоторые общие допущения, в частности при- 
нимают сходство путей поступления загрязняющих веществ в биосферу 
и на поверхность почвенного и растительного покрова, тесную корре- 
ляцию между показателями видовой чувствительности различных ви- 
дов растений к разным видам техногенных загрязнений. 
Например, если данный вид чувствителен к каким-либо загрязня- 
ющим веществам, то можно допустить, что он чувствителен и к другим: 
хвойные породы деревьев чувствительны как к радиоактивному загряз- 
нению, так и к другим видам промышленного загрязнения. В пределах отдельных таксономических групп (роды, семейства) у древесных 
растений проявляется тесная корреляция между способностью адап- 
тироваться к широкому спектру условий природной среды и устойчи- 
востью к неблагоприятным физико-химическим воздействиям. 
Во многих случаях удобно выделять так называемые критические 
экосистемы, или системы, чувствительные к широкому спектру антро- 
погенных нагрузок. К таким критическим системам относятся хвойные 
леса. В лиственных лесах биоиндикационные исследования проводят 
на доминирующих видах травянистых растений, у которых визуально 
определяют поражение (ожоги, снижение роста, изменение формы и 
окраски листьев). В лесостепи это такие виды, как земляника, клуб- 
ника, осот полевой, мятлик полевой, вейник ползучий, вьюнок поле- 
вой, полынь пахучая. 
Одним из перспективных подходов в оценке состояния природной 
среды является контроль за биогенным круговоротом веществ и про- 
дуктивностью биоты. Состояние биогеоценоза, по ДА. Криволуцкому 
и Е.А. Федорову (1984), объективно характеризуют такие показатели, 
как запас доступных растениям биогенных элементов (азота, фосфора); 
первичная и вторичная продуктивность экосистем. При длительном 
воздействии загрязняющих веществ даже в очень низких концентра- 
циях возможные экологические последствия могут проявиться спустя 
длительное время. Для прогноза этих последствий и их своевременного 
предупреждения можно использовать такие чувствительные показате- 
ли, как количество пыльцы и семян, частота нарушений хромосом в 
клетках меристемы*, фракционный состав белков растительных тка- 
ней. 
Животные также могут быть объектами биоиндикационных ис- 
следований. Удобны в этом отношении многие представители почвен- 
ной фауны, которые составляют 90—99 % биомассы и 95 % всех видов, 
входящих в наземный зооценоз. К животным, используемым в качестве 
биоиндикаторов химического загрязнения, предъявляют следующие 
требования: высокая численность, интенсивный обмен веществ, боль- 
шая продолжительность жизни, интенсивное размножение, оседлость, 
малый индивидуальный участок обитания, постоянный контакт с 
изучаемым антропогенным фактором, легкость сбора массового мате- 
риала исследователем в полевых условиях, чувствительность животного 
к изучаемому фактору, сравнительно крупные размеры для анатоми- 
рования (Д.А. Криволуцкий и др., 1983). 
Для осуществления контроля за состоянием биосферы особое 
значение имеет разработка нормативов, регламентирующих допусти- 
мые выбросы и сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду и 
поступление их в природные экосистемы с учетом воздействия этих 
Образовательная ткань растений, долго сохраняющая способность к делению. веществ и других антропогенных факторов на организмы и сообщества. 
В качестве критериев для ограничения антропогенных нагрузок пред- 
ложено использовать изменения первичной продуктивности в био- 
геоценозах, повреждения «критических звеньев», нарушения биогео- 
химических циклов биогенных элементов. При проявлении указанных 
признаков изменения в экосистемах могут стать необратимыми и 
завершиться при длительном антропогенном воздействии разрушением 
экосистем. Поэтому в качестве наиболее чувствительных показателей 
нарушений экологического равновесия и устойчивости экосистем сле- 
дует использовать биометрические показатели, чувствительные к ант- 
ропогенным нагрузкам: количество пыльцы и семян растений, 
выпадение из состава сообществ отдельных индикаторных видов. 
Мониторинг биосферы по таким чувствительным параметрам экоси- 
стем позволяет проводить раннее выявление неблагоприятных эколо- 
гических воздействий и принимать своевременные меры по 
ограничению антропогенных нагрузок на экосистемы задолго до воз- 
никновения критических, необратимых ситуаций. 
Градации уровней антропогенных нагрузок, основанные на состо- 
янии почвенных микроорганизмов, разработаны Д.Г. Звягинцевым с 
соавторами (1986). Нагрузка низкого уровня не имеет последствий, 
система легко возвращается в исходное состояние. Среднему уровню 
загрязнения соответствуют изменения в микробной системе почв, 
которые выражаются в перераспределении степени доминирования в 
составе активно функционирующих микроорганизмов. Высокому 
уровню загрязнения соответствуют изменения в микробной системе 
почвы, которые проявляются в полной смене состава активно функ- 
ционирующих микроорганизмов, т. е. в образовании нового сообще- 
ства. Очень высокому уровню загрязнения соответствуют нарушения, 
при которых полностью исключается возможность роста микроорга- 
низмов. Таким образом, используя микробиологические подходы, 
можно оценить уровень загрязнения того или иного биогеоценоза. 
5.4. ПРИНЦИПЫ И ЗАДАЧИ ПОЧВЕННОГО МОНИТОРИНГА 
Почвенный покров представляет собой систему менее динамичную 
и более буферную, чем атмосферный воздух или водоемы, поэтому 
методы исследования его существенно отличаются от методов анализа 
других природных систем. Одна из особенностей почвы состоит в том. 
что она накапливает информацию о происходящих процессах и изме- 
нениях и поэтому может служить своеобразным свидетелем не только 
сиюминутного, мгновенного состояния среды, но и отражать прошлые 
процессы. Кроме того, когда мы говорим о почвенном мониторинге, 
то должны ясно представлять особую роль почвы в биосфере. Почвен- 
ный покров практически незаменим, его восстановление в естествен-ной природной среде требует сотен лет, а искусственное возобновление 
стоит очень дорого. Вместе с тем тонкая почвенная оболочка Земли, 
геомембрана, или геодерма, выполняет ряд важнейших экологических 
функций, влияя на качество и атмосферного воздуха, и надземных и 
подземных вод. Поэтому почвенный мониторинг имеет более общий 
характер и открывает больше возможностей для решения прогности- 
ческих задач. 
По Б.Г. Розанову (1990), почвы и почвенный покров Земли выпол- 
няют, по крайней мере, семь важнейших глобальных и экологических 
функций. 
1) Функция поддержания существования жизни на Земле, которая 
обусловлена тем, что почва аккумулирует в доступных формах элементы 
питания, запасы воды, создает оптимальные условия для укоренения 
растений, обитания микроорганизмов, позвоночных и беспозвоночных 
животных. 
2) Обеспечение постоянного взаимодействия большого геологиче- 
ского и малого биологического круговоротов веществ. Сущность этой 
функции состоит в том, что биогеохимические циклы практически всех 
элементов, особенно биофилов, и циклы воды в биосфере осуществ- 
ляются через почву, которая выступает и как регулирующий механизм 
этих потоков, и как аккумулятор элементов и веществ на поверхности 
Земли. 
3) Регулирование состава атмосферы и природных вод. Почва 
поставляет в атмосферу путем эмиссии многие газы: диоксид углерода, 
различные оксиды азота и др. Почва способна поглощать из атмосферы 
многие газы. Как уже было сказано, при сухой погоде почва может 
непосредственно адсорбировать до 40—60 % всего количества SO2, 
поступающего в почву из атмосферы. Вместе с тем почвы задерживают 
миграцию тяжелых металлов, нитратов, пестицидов, других органиче- 
ских поллютантов в подземные воды, воды источников и ручьев, 
предохраняя их тем самым от загрязнения. Задерживаются в почве и 
крупные механические примеси. Такое протекторное действие почвен- 
ного покрова обусловлено поглотительной способностью почв. 
4) Регулирование интенсивности биосферных процессов, в частно- 
сти плотности и продуктивности населяющих поверхность почвы 
организмов. 
5) Накопление на земной поверхности органического вещества — 
гумуса и связанной с ним энергии. 
6) Защита литосферы от излишне интенсивного воздействия экзо- 
генных факторов, вызывающих разрушение горных пород; благодаря 
этому обеспечиваются нормальные темпы геологической денудации 
суши, предупреждается (приостанавливается) слишком быстрый вынос 
продуктов выветривания горных пород в мировой океан. 
7) Почва — незаменимый природный ресурс, поскольку именно 
почва посредством живых организмов обеспечивает человека продо- 
215В основе почвенного мониторинга в целом должны лежать следу- 
ющие основные принципы: 
1) разработка методов контроля за наиболее уязвимыми свойствами 
почв, изменение которых может вызвать потерю плодородия, ухудше- 
ние качества растительной продукции, деградацию почвенного покро- 
ва; 
2) постоянный контроль за важнейшими показателями почвенного 
плодородия; 
3) ранняя диагностика негативных изменений почвенных свойств; 
4) разработка методов контроля за сезонной динамикой почвенных 
процессов с целью прогноза ожидаемых урожаев и оперативного 
регулирования развития сельскохозяйственных культур, изменением 
свойств почв при длительных антропогенных нагрузках. 
Наиболее уязвимых свойств почв и особо опасных процессов 
немного, некоторые из них проявляются только в конкретных почвен- 
но-климатических зонах. Общими для многих почв является потеря 
гумуса, увеличение кислотности или щелочности, неблагоприятные 
изменения состава обменных катионов, эрозия и дефляция, загрязне- 
ние почв пестицидами, детергентами и другими органическими сое- 
динениями, угнетение почвенной биоты.

 

 

 

35. Охарактеризуйте роль второстепенных элементов в биосфере (стронций-90 и цезий-137, ртуть)

 

Цезий-137 в  почве мигрирует в вертикальном направлении вслед- 
ствие фильтрации атмосферных осадков вниз по профилю почвы и 
капиллярного подтока влаги к ее поверхности, а также в горизонталь- 
ном направлении вследствие движения вод по поверхности почвы, 
переноса на мигрирующих коллоидных частицах и по корневым сис- 
темам растений. 
В почве цезий-137 находится в различных формах, содержание 
которых может значительно колебаться в зависимости от типа почв; 
отмечено, что от 5 до 30 % Cs-137 может присутствовать в обменной 
форме, от 2 до 25 % — в кислотно-растворимой и от 50 до 90 % — в 
фиксированной форме. Способность почв поглощать цезий-137 воз- 
растает в ряду дерново-подзолистая < каштановая < чернозем. Особен- 
но прочно он закрепляется минералами монтмориллонитовой группы, 
а также некоторыми слюдами и гидрослюдами. Тяжелыми по грануло- 
метрическому составу почвами цезий-137 закрепляется прочнее, чем 
легкими, а в песчаных почвах — практически весь содержащийся в 
почвенном профиле Cs-137 адсорбируется незначительной по своей 
массе коллоидной фракцией. Поглощение цезия-137 возрастает с 
увеличением содержания гумуса в почве. Отмечено, что в его распре- 
делении в лесных почвах большую роль играет растительность. Так, 
моховой покров удерживает радиоизотопы более прочно, чем травя- 
нистый. В северных зонах Европы и Северной Америки вследствие 
аккумуляции радиоактивного цезия во мхах и лишайниках его повы- 
шенное содержание наблюдается в мясе северных оленей; в организме 
лапландцев, питающихся олениной, содержание цезия-137 на порядок 
выше, чем у других народов этих регионов. 
В числе природных радиоактивных элементов важное значение 
имеют уран и радий. Уранил-карбонатный комплекс при содержании 
урана в растворе порядка 10"4—10~7 моль/л эффективно сорбируется 
силикагелем. Минералы с высокой ЕКО быстрее и полнее сорбируют уранил из растворов NaCl, чем NaHCO3. Некристаллические оксиды- 
гидроксиды железа эффективнее сорбируют его, чем кристаллические 
формы. Сорбция урана на аморфном оксиде-гидроксиде железа из 
0,0 1М растворов NaCl и NaHCO3 удовлетворительно выражается урав- 
нением Дубинина — Радушевич (модификация уравнения Фрейндли- 
ха): 
где х/т — количество сорбированного урана, моль/г; Хя — максималь- 
ная сорбция урана в условиях опыта; В — константа, имеющая размер- 
ность энергии, а Б — определяется уравнением 
где R — молярная газовая постоянная, кДж/моль; Т— абсолютная 
температура; С — равновесная концентрация урана, моль/л. 
Коэффициент распределения (мл/г) урана между сорбентом и 
раствором определяется так: 
?) = . х/т 
0,001 С 
Сорбция радия происходит в соответствии с уравнением Фрейнд- 
лиха. Радий хорошо сорбируют клиноптилолит, иллит, нонтронит, 
тогда как опал и силикагель сорбируют его слабо. В целом сорбция 
радия на вторичных минералах значительно более интенсивна, чем 
сорбция урана. 
Стронций-90 также легко адсорбируется почвой благодаря катион- 
ному обмену или закрепляется органическим веществом почв с обра- 
зованием нерастворимых соединений. Орошение и интенсивная 
обработка почв могут ускорить процесс его вымывания вниз по 
профилю. Возможен и вынос стронция-90 поверхностными водами с 
последующей аккумуляцией в депрессиях (понижениях) рельефа. 
Как правило, в сельскохозяйственных культурах максимальное 
накопление стронция-90 наблюдается в корнях, меньше — в листьях и 
незначительные количества — в плодах и зернах. По трофическим 
цепям стронций-90 легко передается животным и человеку, имеет 
свойство накапливаться в костях и приносит большой вред здоровью.

 

47. Опишите трансформация соединений азота в тропосфере.

 

Соединения азота в тропосфере представлены в основном оксидами азота, аммиаком и солями аммония, а также  азотной кислотой и нитратами. Среди  оксидов азота следует выделить N₂O, NO, NO₂. Другие соединения азота с кислородом (N₂O₃, N₂O₄, N₂O₅) в условиях тропосферы являются неустойчивыми.

N₂O₃ и N₂O₄ легко разлагаются:

N₂O₃ + hν → NO + NO₂  (25)

N₂O₄ + hν → 2NO₂          (26)

Пентаоксид азота также является неустойчивым в тропосфере соединением  и разлагается с образованием триоксида азота и кислорода  или под действием влаги превращается в азотную кислоту:

N₂O₅ → N₂O₃ + O₂            (29)

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃     (30)

Поэтому под общей формулой оксидов  азота NO_x обычно подразумевают N₂O, NO и NO₂.

Образование и выделение N₂O в атмосферу происходит за счет естественного процесса денитрификации в анаэробных условиях:

[CH₂O] + 2NO₃^- + 6H⁺ → N₂O + CO₂ + H₂O    (31)

в результате газовых разрядов и  окислительно-восстановительных реакций  в гидросфере.

Антропогенные источники этого газа связаны с высокотемпературным окислением молекулярного азота в процессе горения различных видов топлива. Можно предполагать также, что широкое использование азотных (нитратных и аммонийных) удобрений влияет на поток N₂O из возделываемых почв:

NH₄NO₃  N₂O + 2H₂O   (32)

Вследствие высокой химической инертности и малой растворимости  в воде среднее время пребывания N₂O в тропосфере по различным оценкам составляет от 20 до 120-150 лет. Поэтому эта малая газовая составляющая равномерно распределена по всей толще тропосферы. По данным различных авторов концентрация N₂O составляет в среднем 0,26-0,33 млн^-1.

Основные процессы вывода N₂O из атмосферы связывают с протеканием процесса фотодиссоциации:

N₂O + hν → N₂ + O (³P)      λ<200 нм  (33)

N₂O + hν → NO + N^*         (34)

На высотах более 25 км заметными  становятся процессы:

N₂O + O (¹D) → N₂ + O₂  (35)

N₂O + O (¹D) → 2NO  (36)

Реакции (35) и (36) протекают с примерно одинаковой скоростью: κ₃₅ = 7,4·10^-11 см³·с^-1, κ₃₆ = 8,6·10^-11см³·с^-1. Поскольку в тропосфере концентрация синглетного кислорода является низкой и практически нет излучения с λ<200 нм, молекулы N₂О обладают большим временем жизни и могут переместиться в стратосферу, где скорость процессов их разрушения резко возрастает. Поэтому концентрация N₂О на высоте 35 км примерно в 10 раз меньше, чем в тропосфере.

NO и NO₂ в тропосфере подвергаются взаимным превращениям.

NО легко окисляется кислородом воздуха до NО₂. Исследования, проведенные в последние 15-20 лет показали, что содержание NО в приземном слое воздуха сопоставимо с концентрацией NО₂. Это является следствием интенсивного поступления NО в атмосферу с поверхности планеты, что делает практически невозможным достижение равновесия. Поэтому при анализе атмосферного воздуха на общее содержание оксидов азота предварительно необходимо окислить NO до  NO₂, затем проводить определение содержания NО₂ в пробе.

Более высокая  реакционная способность и, следовательно, непрдолжительное время жизни NO и NO₂ объясняется наличием  в их молекулах неспаренных электронов.

Основные природные источники  оксидов азота – 

• процессы денитрификации:

[CH₂O] + 4NO₂^- + 4H⁺→ 4NO + CO₂ + 3H₂O,

• окисление аммиака и азота при разрядах молнии. Как природные, так и антропогенные выбросы содержат преимущественно NО.

Одним из основных антропогенных источников является окисление азота воздуха, сопровождающее все процессы горения, в которых  в качестве окислителя используется воздух.

В тропосфере NО, взаимодействую с гидроксильным радикалом, переходит в оксид азота:

NO + HO₂• → NO₂ + •OH   (37)

Другой возможный путь окисления  оксида азота – взаимодействие с  озоном:

NO + O₃ → NO₂ + O₂           (38)

Константы скоростей реакции (37) и (38) при 298 К равны соответственно 8,4·10^-12 и 1,8·10^-14 см³·с^-1.

Диоксид азота в тропосфере в  присутствии излучения длинной  волны λ<398 нм разлагается с образованием оксида азота и атомов кислорода:

NO₂ + hν → NO + O (³Р)    (39)

Образующийся оксид азота вновь  подвергается процессу окисления, а  атомарный кислород приводит к появлению  в тропосфере озона.

Важной частью атмосферного цикла соединений азота является образование азотной кислоты. Примерно 44% азотной кислоты в тропосфере  образуется в результате взаимодействия:

NO₂ + •OH → HNO₃    (40)

Около 24% HNO₃ появляется в атмосфере в результате взаимодействия по уравнению

N₂O₅ + H₂O → 2HNO₃ (30).

До 28% всей атмосферной  HNO₃ образуется при взаимодействии NO₃▪ c органическими кислородсодержащими радикалами, например:

NO₃• + СН₃О• → HNO₃ + СН₂О     (41)

Часть HNO₃ разлагается с образованием NO₂ или NO₃•, которые вновь включаются в атмосферный цикл соединений азота:

HNO₃ → •ОН + NО₂          (42)

NO₃• +  •ОН → NO₃• + Н₂О    (43)

Основное количество азотной кислоты  выводится из тропосферы с атмосферными осадками в виде растворов HNO₃ и ее солей. Среди нитратов, присутствующих в атмосфере, главное количество приходится на NH₄NO₃, который образуется при взаимодействии аэрозолей азотной кислоты с NH₃.

41. Опишите химическое загрязнение биосферы нефтью и нефтепродуктами.

 

Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов  и их 
производных; каждое из этих соединений может рассматриваться как 
самостоятельный токсикант. В ее составе обнаруживается свыше 1000 
индивидуальных органических веществ, содержащих 83—87 % углеро- 
да, 12—14 % водорода, 0,5—6,0 % серы, 0,02—1,7 % азота и 0,005—3,6 % 
кислорода, и незначительная примесь минеральных соединений; золь- 
ность нефти не превышает 0,1 %. Основные характеристики нефти 
представлены в табл. 34. 
Таблица 34. Классификация нефти по составу и свойствам 
(по А.Ф. Добрянскому, 1985) 
Свойства нефти Классы нефти  
ароматические нафтеновые метано-нафте- метано-нафте- 
нафтеновые ароматические ново-аромати- новые 
ческие  
Плотность при 20° С, 0,90-0,95 0,87-0,91 0,83-0,87 0,80-0,83 
г/см  
Вязкость при 50° С 2-10 1-3 1-2 1-1,5 
Групповой состав:  
метановые 0-10 5-20 20-40 40-55 
нафтеновые 46-60 50-60 45-60 35-45 
ароматические 35-55 20-40 10-25 5-10 
Выход бензиновых 5-15 10-25 25-35 30-45 
фракций при 200° С  
В состав нефти входят следующие группы углеводородов: алифа- 
тические (метановые), циклические насыщенные (нафтеновые), цик- 
лические ненасыщенные (ароматические). Имеются также смешанные 
(гибридные) углеводороды: метано-нафтеновые, нафтеново-аромати- 
ческие. 
Нафтеновые углеводороды присутствуют во всех типах нефти, но 
преобладают редко. 
Нефть разных месторождений содержит одни и те химические 
компоненты, но может различаться соотношением парафинов, цикло- 
парафинов, ароматических и нафтено-ароматических углеводородов. 
В жидких углеводородах нефти растворены смолисто-асфальтеновые 
высокомолекулярные соединения, содержащие до 88 % С, около 
10 % Н и до 14 % гетероатомов. 
Для оценки нефти как загрязняющего вещества природной среды 
предложено использовать следующие признаки: содержание легких 
фракций (4„п < 200° С); содержание парафинов; содержание серы. 
Легкие фракции обладают повышенной токсичностью для живых 
организмов, но их высокая испаряемость способствует быстрому са- 
моочищению природной среды. Напротив, парафины не оказывают 
106 сильного токсического воздействия на почвенную биоту или планктон 
и бентос морей и океанов, но благодаря высокой температуре отвер- 
девания существенно влияют на физические свойства почвы. Содер- 
жание серы свидетельствует о степени опасности сероводородного 
загрязнения почв и поверхностных вод. 
При попадании в водную среду нефть разливается по поверхности 
воды тонким, зачастую мономолекулярным слоем и образует нефтяное 
пятно, захватывающее в зависимости от масштабов выброса простран- 
ство в десятки, сотни и тысячи квадратных километров. В результате 
физических, химических и биологических процессов, протекающих 
под воздействием воды и солнечных лучей, нефтяные углеводороды 
постепенно утрачивают свои первоначальные индивидуальные свой- 
ства. Поэтому привнес в водную среду сырой нефти, ее отдельных 
компонентов и продуктов нефтепереработки принято рассматривать 
как единую категорию нефтяных загрязнений. Перемещаясь по повер- 
хности океана под воздействием ветра, течений, приливов и отливов, 
нефть растворяется, осаждается, подвергается фотолизу и биологиче- 
скому разложению. Ее состав постоянно меняется вследствие разло- 
жения и трансформации отдельных компонентов. В результате 
наблюдений установлено, что в течение нескольких дней до 25 % 
нефтяного пятна исчезает вследствие испарения и растворения низко- 
молекулярных фракций, причем ароматические углеводороды раство- 
ряются быстрее, чем парафины с открытыми цепями. 
Ультрафиолетовая составляющая солнечной радиации существен- 
но ускоряет деструкцию компонентов нефти, однако с экологической 
точки зрения этот процесс опасен из-за образования продуктов распа- 
да, как правило, сильно токсичных для гидробионтов. После испарения 
наиболее летучих компонентов процесс разрушения нефтяной пленки 
замедляется, так как остатки подвергаются биологическому и химиче- 
скому разрушению. 
Биохимическое разложение основной массы разлитой нефти про- 
текает очень медленно, так как в природе не существует какого-либо 
определенного вида микроорганизмов, способного разрушить все ком- 
поненты нефти. Бактериальное воздействие отличается высокой селек- 
тивностью и полное разложение нефти требует воздействия 
многочисленных бактерий разных видов, причем для разрушения 
образующихся промежуточных продуктов требуются свои микроорга- 
низмы. Легче всего протекает микробиологическое разложение пара- 
финов. Более стойкие циклопарафины и ароматические углеводороды 
сохраняются в океанской среде гораздо дольше. 
Скорость разложения углеводородов нефти зависит от температуры, 
доступа кислорода, питательного режима водной среды, т. е. от тех 
факторов, которые определяют ее микробиологическую активность. В 
воде, обедненной кислородом, разложение нефти замедляется. Тяжелые фракции нефти не разлагаются и не осаждаются в морской 
воде. Они образуют с ней стойкие эмульсии, чему способствует при- 
сутствие в водоемах взвешенных органических частиц, бактерий и 
планктона. Со временем эмульсии коагулируют с образованием смо- 
листых сгустков, которые плавают на поверхности воды и выбрасыва- 
ются приливом на сушу, загрязняя побережья, пляжи, портовые 
сооружения. 
Скорость процессов химического окисления нефти в водной среде 
составляет всего 10—15 % скорости биохимического окисления. Осо- 
бенно опасны попадания больших объемов нефти в воды высоких 
широт. При низких температурах разложение нефти идет еще медлен- 
нее и нефть, сброшенная в арктические моря, может сохраняться до 
50 лет, нарушая нормальную жизнедеятельность водных биоценозов.