Фотохимическое окисление Окисление озоном NO 2 +

Фотохимическое окисление Окисление озоном NO 2 + O 3 NO 3 + O 2 NO 2 + NO 3 N 2 O 5 + Н 2 O 2 HNO 3 SO 2 + O 3 SO 3 + O 2 N OO. O. . N OO O. N 2 O 6 N OO O. N O O O.

Фотохимические окисления Окисление 1 О 2 O 2 + h 1 O 2 NO 2 + 1 O 2 NO 4 NO 2 + NO 4 N 2 O 6 NO 2 + N 2 O 6 N 2 O 5 + NO 3 SO 2 + 1 O 2 SO 4 + SO 2 2 SO 3 S O O.

Фотохимическое окисление SO 2 NO 2 + h NO + O SO 2 + O SO 3 SO 2 + Н O · · Н SO 3 SO 2 + Н 2 O 2 Н 2 SO 4 SO 2 + O 3 SO 3 + O 2 SO 2 + · Н O 2 · Н SO 4 SO 2 + 1 O 2 SO 4 .

SO 3 + Н 2 O H 2 SO 4 SO 2 + Н 2 O H 2 SO 3 4 NO 2 + 2 Н 2 O 4 HNO 3 3 NO 2 + Н 2 O 2 HNO 3 + NO 2 N О + O 2 2 NO 2 Основные источники кислотных дождей H 2 SO 4 : HNO 3 = 2/3: 1/3 43% и 57% Калифорния

р. Н=5, 6 р. Н 6 7 5 4 3 2 Коровье молоко. Нейтральный раствор Кола (газированная СО 2 ) Чистая вода (5, 6) Томатный сок Дождь в Калифорнии 1979 г. Дождь в Хаббард-Брук 1987 г. Значения р. Н для продуктов и кислотных дождей. Кислотные дожди Лимонный сок (2, 3)CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 Н + + Н CO 3 НCO 3 Н + + CO 3 2 р. Н 5,

Кислотные дожди р. Н Жизнеспособность организмов 6 Гибнут ракообразные, улитки, моллюски 5, 8 – 5, 9 Лосось, форель, плотва, фито- и зоопланктон 5, 7 Сиг, хариус 5, 1 Окунь, щука 4, 6 – 4, 7 Угорь, голец 4, 5 Заболачивание. Развитие анаэробных процессов

Hubbard Brook болотные почвы р. Н=4, 0 4, 5 песчаные р. Н=4, 5 5, 0 глинистые р. Н 7, 0 Закисление почвы Хаббард Брук Исследование долгосрочных экологических экосистем (3160 га ) заповедник Нью-Гемпшир, США

Закисление почвы в Adirondack 51% разрушение 50 лет на 80% выбросов SO 2 от эмиссий 1990 года возвратить леса в нормальное состояние за 20 25 лет. Закисление почвы горный массив в системе Аппалачей (США). Хвойные и смешанные леса.

Почва R H + RNa + + Na +Закисление почвы + H +

Коллоидная частица. Mg 2+ Ca 2+ Na + K + + H + K +аа H +Ионный обмен на коллоидных частицах почвы Коллоидная частица. Mg 2+ Ca 2+ Na + H + катионы, адсорбированные на коллоидных частицах почвы, вытесняются избытком Н +

Fe OH + H + Fe O H + анион A H + Fe O H + A Fe OH O O P O OHв + 2 OH O P OHFe Oанионы адсорбируются на содержащих железо частицах почвы б связывание фосфат-ионов железосодержащими частицами почвы

. Последствия кислотных дождей

Разрушение экосистем Гибель флоры Разрушение построек Ca. CO 3 + H 2 SO 4 Ca. SO 4 + H 2 O + CO 2 Коррозия металлов Закисление почвы изменение катионного состава, приводящее к омертвлению поверхности. Последствия кислотных дождей.

нагрев внутренних слоев атмосферы ( Земли, Венеры, планет с плотными атмосферами ), обусловленный прозрачностью атмосферы для основной части излучения Солнца ( в оптическом диапазоне ) и поглощением атмосферой инфракрасной части теплового излучения поверхности планеты. Парниковый эффект повышает среднюю температуру планеты, смягчает различия между дневными и ночными температурами.

1827 г. французский физик Жозеф Фурье атмосфера земли выполняет функцию стекла в теплице : воздух пропускает солнечн ое излучение , не давая ему в виде тепла вернуться обратно в космос.

Лучистая энергия Солнца 400 нм 180 нм 760 нм 4000 нм УФ излучение 7% Инфракрасное излучение 45%видимая часть спектра 48%спектр солнечного излучения.

При отсутствии стекла падающая энергия в видимом и дальнем ИК-диапазонах поглощается поверхностью Земли 400— 1500 нм (видимый свет, ближний ИК диапазон) → 75 % энергии солнечного излучения → большинство газов не поглощают в этом диапазоне затем энергия снова полностью излучается, НО в ИК -области, в виде тепловой энергии ГРУНТМеханизм действия парникового эффекта.

ГРУНТСТЕКЛО F F F /2 В присутствии стекла: стекло прозрачно в видимой и ближней ИК области, НО полностью поглощает излучение среднего ИК диапазона пропускает солнечную энергию и полностью поглощает инфракрасную энергию, излученную поверхностью Земли поглощенную энергию стекло излучает половину вверх , и половину вниз уходящая энергия оказывается вдвое меньше устанавливается новая температура поверхности Т 2 >Т 1 Механизм действия парникового эффекта.

В атмосфере Земли общая картина та же самая Солнечное излучение проходит свободно через атмосферу → в видимой и ближней ИК области прозрачна → нагревает поверхность Земли. Нагретая поверхность излучает в средней ИК области → излучение очень сильно поглощается парниковыми газами → атмосфера нагревается. Механизм действия парникового эффекта.

Молекулы взаимодействуют с электромагнитным полем испускают или поглощают ИК-излучение, если их колебание или вращение сопровождается изменением дипольного момента в пространстве Молекулы основных компонент атмосферы O 2 и N 2 не имеют дипольного момента и он не возникает при их колебаниях не поглощают и не испускают ИК-излучение. Основными поглощающими газами в земной атмосфере пары воды и углекислый газ. Парниковые газы.

Валентныеколебания симметричныеасимметричные H H C Деформационныеколебаниявплоскости H H C ножничныемаятниковые H H C Деформационныеколебаниявнеплоскости крутильныевеерные H H CПарниковые газы.

водяные пары (Н 2 О) диоксид углерода (CO 2 ) метан (CH 4 ) закись азота (N 2 O) гидрофторуглероды (ГФУ) перфторуглероды (ПФУ) гексафтрид серы (SF 6 ) Парниковые газы.

Молекула Н 2 О : деформационное колебание — полоса поглощения 1600 см -1 , валентные колебания – 3657 и 3756 см -1 Молекула СО 2 : деформационное колебание — 500 -900 см -1 валентное ассиметричное колебание – 2200 -2400 см -1 Метан СН 4 – 1300 см -1 Закись азота N 2 O – 589, 1285, 2224 см -1 Оксид углерода СО – 2143 см -1 Фреоны (колебания С F ) – около 1000 см -1 Когда частота этих колебаний совпадает с частотой излучения, наблюдается его поглощение.

Парниковая эффективность различных газов по сравнению с эффективностью СО 2 , рассчитанная на одну молекулу газа Газ Относительная эффективность СО 2 1 СН 4 30 N 2 O 200 CH 3 CCl 3 1230 Фреон-22 7500 Фреон-11 22000 Фреон-12 25000.

1992 г, Рио-де-Жанейро — конференция ООН по окружающей среде и развитию → проблема глобальных климатических изменений антропогенного характера «Конвенция ООН об изменении климата» Цель — стабилизация концентрации парниковых газов в атмосфере на таких уровнях, которые не будут оказывать опасное воздействие на глобальную климатическую систему. Парниковый эффект и Киотский протокол .

декабрь 1997 г. , Киото (Япония) — принятие Киотского протокола. Торговля квотами : конкретные квоты на выброс парниковых газов странами-участницами конференции для того, чтобы свести эмиссию парниковых газов (прежде всего углекислого газа) к 2012 г. до уровня 1990 г. (квота России до 2012 г. составляет 3 т парниковых газов/год) ЭЧР: бесплатная передача энергосберегающих технологий странами, где она используется, развивающимся странам.

Ратифицирован Государственной Думой Федерального Собрания РФ 22 октября 2004 г 16 февраля 2005 г. Киотский протокол вступил в силу – стал международным юридическим документом. Его подписали 150 государств, суммарный выброс СО 2 этих стран превышает 55%. Киотский протокол — пилотное соглашение, рассчитан на 5 лет (2008 -2012) США дистанцировались от Киотского протокола НО активно реализуются меры по внедрению энергосберегающих технологий и электротехнических устройств и широко используют возобновляемые источники электрической энергии.

Парниковые газы CO 2 , фреоны, СН 4 , О 3 СН 4 в 25 CO 2 Фреон в 1100 раз Вклад в парниковый эффект CO 2 — 66% CH 4 — 18% фреоны 8% Nx. Oy — 3%Парниковый эффект

З е м л я. Схема парникового эффекта СО 2 свет тепло

Концентрация СО 2 сейчас 370 ppm 2 Ватт/м 2 к концу века 560 -1000 ppm 3 Ватт/м 2 на 1, 4 -5, 8 С Концентрация Прединдустриальный период 2000 г. СО 2 СН 4 О 3 N О x 700 ppb 1750 ppb 280 ppm 368 ppm 270 ppb 314 ppb

0, 4 С 1997 г. 150 стран Механизмы реализации. Экономические инструменты Joint Implementation ( JI ) «совместное использование » (СИ) Clean development Mechanism ( CDM ) «экологически чистое развитие»(ЭЧР) International emission trading ( IET ) «международная торговля квотами»(МТК) Выбросы СО 2 России 17% США 36% Киотский протокол

Компании промышленно развитых стран могут вкладывать финансы в проекты, организуемые в других странах, в обмен на сниженные выбросы , по этим проектам Проект совместного использования

Под механизм СИ попадают проекты: сбраживание осадка после очистных сооруж. в метантенках и использование этого биотоплива в энергетических целях обработка навоза на фермах в метантенках, получение биогаза и использование его в энергетических целях извлечение метана на свалках (ТБО) и утилизация биогаза для производства энергии использование сбросных газов (коксового, доменного, синтез- газа) для энергетических целей использование шахтного метана для энергетических целей каталит. разложение N 2 O при произв. удобрений и в химии снижение перфторуглеродов (ПФУ) в алюминиевой промыш. снижение гидрофторуглеродов (ГФУ) в холодильных агрегатах

Механизм чистого развития (МЧР) выполнение технолог. проектов по сокращению парниковых газов с помощью развитых стран Похож на механизм проектов СИ отличие , что реализуется в развивающихся странах Позволит компаниям пром. развитого мира осуществлять совместные проекты с целью сокращения выброса в развивающемся мире Например строительство высокотехнологичных экологически безопасных энергетических установок — на благо обеих сторон Компании получат возможность более экономичного сокращения объема эмиссий, чем они могли бы сделать это у себя дома , а развив. страны приобрести технологии для устойчивого экономического роста

. Развитые страны инвестируют средства в «чистые» проекты в развив. странах и странах с переходной экономикой и получают сертифицированные единицы сокращения выбросов ( CСВ ) тонны эквивалента СО 2 Страна может использовать эти единицы для своих обязательствам по выбросам или продавать другим странам

. «Газированное чудовище», Оракул, № 8, 2002 Тверская область, Андреапольский район, озеро Бросно

. Вадим Чернобров аэрокосмический инженер Координатор исследовательского объединения «Космопоиск», организатор и участник более ста экспедиций в аномальные зоны.

. Самое глубокое озеро в Тверской области, наибольшая глубина — 41, 5 метра , средняя глубина — 17 метров. Озеро Бросно

. Необычно большая глубина озера и процессы гниения на глубине , приводящие к образованию сероводородных «пузырей» .

Клатратные месторождения клатрат лат. clathratus — замкнутый, окруженный со всех сторон англ. Г. Пауэлл 1948 г. 1987 г. амер. Чарлз Педерсен и Доналд Крэм Нобелевская премия по химии 3, 8 -9, 2 Å Ar, N 2 , O 2 , CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 и пр. SO 2 , CO 2 , H 2 S и пр. .

Клатратные месторождения клатрат лат. clathratus — замкнутый, окруженный со всех сторон англ. Г. Пауэлл 1948 г. 1987 г. амер. Чарлз Педерсен и Доналд Крэм Нобелевская премия по химии 3, 8 -9, 2 Å Ar, N 2 , O 2 , CH 4 , C 2 H 6 , C 2 H 4 и пр. SO 2 , CO 2 , H 2 S и пр. .

Схема образования клатратов метана О Н Н О Н ННН Н.

Метан в атмосфере биогенный бактериальный термогенный абиогенный (шахтный) 11 -15 км 1, 8 ppm 5 000 кг 8 12 лет Происхождение метана 6% 10% 14%

Мощность естественных и антропогенных источников метана Источники кг/год % Естественные источники Болота Озера 70 11, 4 25 4, 1 Океаны 17 2, 8 Тундра 35 5, 8 Насекомые 20 3, 3 Итого 170 27, 5 Антропогенные источники Рисовые поля 170 27, 5 Животные 80 13 Свалки 70 11, 3 Добыча угля 45 7, 3 Потери при добычи газа Горение биомассы Итого Общая сумма 39 45 6, 2 7, 3 450 72,

Газогидраты метана 2 1016 м 3 кислорода в атмосфере 8 10 17 м 3.

Разведанные клатратные месторождения метана.

Содержание углерода на Земле 53, 3% 7, 5%26, 6% 5, 2% 4, 4% 3% Уголь, газ, нефть Почва Торф и др. Растения Вода. Клатраты метана.

Реакции метана в атмосфере. Взрывоопасен при концентрации в воздухе от 5 % до 15 %. Самая взрывоопасная концентрация 9, 5 %.

N О 2 + h ( 40 0 нм ) N O + О O + H 2 O 2 HO HO + СН 4 H 2 O + СH 3 + O 2 СH 3 O 2 С H 3 O 2 + NO С H 3 O + NO 2 С H 3 O + O 2 СН 2 О + HO 2 + NO HO + NO 2 Реакции метана в атмосфере

CН 2 О + h Н 2 + СО CН 2 О + h H + HСO СH 2 O + HO Н 2 О + HСO 0, 5 : 0, 25 Реакции метана в атмосфере.

Источник НО в атмосфере О 3 + h ( 310 нм) O 2 + О* O* + H 2 O 2 HO Реакции, приводящие к удалению метана из атмосферы CН 2 О + h Н 2 + СО CН 2 О + h H + HСO СH 2 O + HO Н 2 О + HСO 0, 5: 0, 25.

Экологические кризисы и революции в истории цивилизации Потребление энергии человеком 1 млн. лет назад XV век Конец XX века 100 тыс. лет назад Начало XX века.

Экологические кризисы и революции Реймерс (1994 г. ) Экологические кризисы Экологические революции Лет назад 3 млн. Кризис аридизации Кризис ресурсов собирательства Биотехническая революция 30 50 тыс. Кризис консументов Первая аграрная революция, переход к земледелию 10 20 тыс. Кризис примитивного земледелия Вторая аграрная революция освоения неполивных земель 2 тыс. Кризис продуцентов Промышленная революция 150 300 Кризис редуцентов Научно- техническая 100 Тепловой кризис Энергетическая революция 50 Глобальный кризис Революция экологического планирования 0.

лет назад 3 млн. 30 -50 тыс. 150 -300 2 тыс. 10 -20 тыс. 50 0 Вектор усиления антропогенного воздействия Кризис аридизации Кризис ресурсов собирательства. Кризис консументов. Кризис примитивного земледелия. Кризис продуцентов Кризис редуцентов Глобальный кризис экосистем Тепловой кризис Революция экологического планирования Энергетическая революция Научно- техническая революция Промышленная революция Биотехническая революция Вторая аграрная революция освоения неполивных земель Первая аграрная революция, переход к земледелию. Экологические кризисы и революции в истории цивилизации.

Разрушение озонового слоя Потепление климата Кислотные осадки Загрязнение мирового океана Сокращение видового разнообразия флоры и фауны Сокращение площадей тропических лесов Опустынивание Трансграничное перемещение отходов Деградация окружающей среды в развивающихся странах. Девять проблем, характеризующих современный глобальный кризис «Экологический кризис есть внешнее проявление кризиса ума и духа» Л. С. Колдуэлл.

1948 г. штат Пенсильвания. Инверсия температуры Осень в холодные безоблачные ночи Охлаждения поверхности охлаждение слоя воздуха поверхностная инверсия

Инверсия температуры Землятеплый воздух холодный воздух загрязненияh п

Инверсия температуры Земляхолодный воздух теплый воздух загрязнения. Оседания воздушных масс с высоким давлением антициклон Воздух в антициклоне , он сжимается температура его наслаивается на лежащий ниже слой холодного воздуха.

Уголь, нефть , природный газ Экологическая опасность различных видов топлива Содержание серы Содержание азота В угле В нефти В мазуте В газе 0. 5 -6 % 1 % <1% 0. 2 -0. 3% — — 0. 2 -0. 3%0. 5 -5%N NN N Fe

Выбросы N x O y при сжигании Газ Уголь Нефть 20% По источникам выбросов Автомобили ТЭЦ Промышленные объекты 40% (в мегаполисах до 60%) 30%25% 47%.

Потенциально наиболее опасные Объекты, использующие радиоактивные вещества Химическая промышленность Объекты н/п и нефтедобывающего комплекса Автотранспорт Тихие технологические катастрофы Выбросы в атмосферу Сброс сточных вод Захоронение в землю. Загрязнения экологических систем.

Типы загрязнений Первичные – непосредственно в выбросах Вторичные – продукты трансформации первичных загрязнений, продукты встречного синтеза. Загрязнения экологических систем

Типы загрязнений Ингредиентные (химические) загрязнители Параметрические загрязнители Биоценотические загрязнители Стациально-деструкционные загрязнители Классификация загрязнения экологических систем

ШУМОВОЕ ТЕПЛОВОЕ СВЕТОВОЕ ЭЛЕКТРО-МАГНИТ НОЕРАДИАЦИОННОЕ БИОЦЕНОТИЧЕСКОЕ НЕРЕГУЛИРУЕМЫЙ СБОР, ОТЛОВ, ОТСТРЕЛ, БРАКОНЬЕРСТВОСЛУЧАЙНАЯ И НАПРАВЛЕННАЯ ИНТРОДУКЦИЯ И АККЛИМАТИЗАЦИЯ ВИДОВ ЭРОЗИЯ ПОЧВЫ ОСУШЕНИЕ ЗЕМЕЛЬ ЛЕСНЫЕ И СТЕПНЫЕ ПОЖАРЫСТАЦИАЛЬНО-ДЕСТРУК ЦИОННОЕ ВЫРУБКА ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ УРБАНИЗАЦИЯЗАРЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДОТОКОВ КАРЬЕРНАЯ РАЗРАБОТКА ИСКОПАЕМЫХ ДОРОЖНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВОПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ КОМПЛЕКСНЫЙ ФАКТОР БЕСПОКОЙСТВА НАРУШЕНИЕ БАЛАНСА ПОПУЛЯЦИИ ПЕРЕПРОМЫСЕЛ

ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ ИСКОПАЕМОГО ТОПЛИВА ОТХОДЫ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ ШАХТНЫЕ ОТВАЛЫ И ТЕРРИКОНИКИ ОТХОДЫ МЕТАЛЛУРГИИ ПРОЧИЕ БЫТОВЫЕ СТОКИ И МУСОР МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ ОТХОДЫ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОТХОДЫ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМИНГРЕДИЕНТНОЕ ПРОДУКТЫ СГОРАНИЯ В ДВС ЯДОХИМИКАТЫ И УДОБРЕНИЯ НЕФТЕДОБЫЧА И НЕФТЕПЕРЕРАБОТКАМИНЕРАЛЬНОЕ ОРГАНИЧЕСКОЕ АВАРИЙНЫЕ СБРОСЫ В АКВАТОРИЯХ.

Классификация загрязняющих веществ По источникам глобальные; региональные; местные По агрегатному состоянию По составу По происхождению

По происхождению Естественные (пыльные бури, вулканы, лесные пожары, выдувание почв) Антропогенные На долю примесей природного происхождения Соединений серы – 50% СО, СО 2 — 93% N x O y — 98% Углеводородов – 87%

Основные примеси атмосферы и их источники Примеси Естественные Антропогенные Тв. частицы (зола, пыль) SO 2 NOх CO Летучие УВ ПАУ, аром. УВ Вулканы, пылевые бури, лесные пожары Вулканы Лесные пожары, природный метан Сжигание топлива в пром. и бытовых условиях Промышленность, автотранспорт, ТЭС Автотранспорт, черная металлургия, энергоустановки Автотранспорт, хим. заводы, НПЗАвтотранспорт, дожигание отходов, испарения нефтепродуктов

Теплоэнергетика чёрная металлургия нефтедобыча и нефтехимия 15% автотранспорт 15% цветная металлургия 10% В биосфере рассеяно 14 млр. т чистого железа Pb и Hg 80 -90% годового производства Больше добываемых Mg – в 1, 5 раза As – в 7 раз U и Ti – в 10 раз Hg – в 50 раз 27% 24%

Основные мировые источники загрязнения атмосферы Вещество Пром. пы ль COx ЛОС SO х NOx H 2 S Выброс, млн. т/г

Потенциально наиболее опасными считаются Объекты, использующие радиоактивные вещества Химическая промышленность Объекты нефтеперерабатывающего и нефтедобывающего комплекса Автотранспорт

Токсичные вещества Воспламеняющиеся отходы создают потенциальную опасность пожара Отходы, вызывающие коррозию кислоты Химически активные вещества способны вступать в реакцию с другими отходами либо с воздухом или водой гидролиз. Опасные органические отходы

Самые грязные предприятия (по количеству выбросов) Металлургический комбинат в Норильске, Ревдинская ГРЭС. Чёрная и цветная металлургия: Северсталь, Магнитогорск. Нефтедобывающая и перерабатывающая промышленность Производство строительных материалов

Города с самыми загрязнёнными водоёмами Екатеринбург Норильск, Москва, Новокузнецк, Липецк, Омск, Асбест, Череповец, Воркута, Магнитогорск, Уфа, Новосибирск, Санкт-Петербург, Нижний Тагил. Москва Города с самой загрязнённой атмосферой Санкт-Петербург, Самара, Нижний Новгород, Владивосток, Челябинск, .

100 17, 5 8, 4 8, 3 0, 02 0, 08 21, 5 14, 1 0, 1 7, 3 67, 9 17, 3 1, 8 1, 65 0, 07 0, 08 1, 5 0, 27 0 0 0, 27 0, 17 0 0 0, 17 0, 11 0 0 0, 11 Вредные вещества Всего по отрасли Транспор т Добыч а Переработк а Всего по отрасли в том числе: N х O у СО у УВ SO 2 твердые частицы ЛОС прочие. Валовые выбросы от объектов газовой отрасли, % 71, 27 11, 23 48, 8.

1917 г. Чарльз Кеттеринг ( Дженерал Мотерс ) этанол 1921 г. Томас Миджели Pb (С 2 Н 5 ) 4 Синтезирован в 1854 г. нем. химиками Фирма Дюпон владела 36% акций Дженерал Мотерс 1923 г. Дженерал Мотерс наладил производство с 1923 по 1986 г. 7 млн. т Pb (С 2 Н 5 ) 4 С 80 -ых запрещен Экология и антидетонаторы

метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) СН 3 О С(СН 3 ) 3 в бензине до 20% ОЧ=130 в воде в 4 раза чем бензина Если загрязнение воды бензином 0, 35%, то вклад МТБЭ составляет 1, 17% устойчив к биоокислению, МТБЭ запах скипидара при концентрациях 3 20 ррв снизили до 2% замена к 2004 г. на этанол Этанол » microbial candy » – леденец, сладость .