Значение отдельных газов для биосферы

Кислород. Постоянство содержания кислорода обусловлено процессом фотосинтеза, проходящем в растениях, в результате которого образуются органическое вещество и кислород. Фотосинтетический процесс протекает по реакции

6СО₂ + 6Н₂О + 674 калории солнечного света С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ . Кислород участвует в реакциях биологического окисления, обеспечивающих энергией живые организмы. Озон. В верхних слоях атмосферы присутствует молекулярный (О₂) и атомарный (О) кислород: О₂ О + О (1) Образование озона (О₃) идет по уравнению О₂ + О О₃ (2)

Для формирования стабильной молекулы озона необходима молекула М (например, N₂, О₂). При этом происходит тепловое рассеивание колебательного возбуждения и образование стабильного озона: О^х₃ + М О₃ + М^х (3)

Разложение озона идет по уравнению О₃ + О 2О₂ (4)

Рекции 1-4 равновесны (нулевой цикл Чепмана). Однако экспериментальные исследования показывают, что содержание озона обнаруживается в меньшей концентрации, чем это следует из нулевого цикла. Это связано с присутствием в стратосфере катализаторов разложения озона в виде NO, NO₂, Cl, OH^-. Их происхождение возможно за счет естественных и антропогенных процессов: NO образуется в двигателях внутреннего сгорания, Сl - при фотохимическом разложении фреонов (CF2Cl₂ --- CF₂Cl + Cl), ОН^- – при фотолизе воды. По оценке Всемирной организации здравоохранения при современном уровне поступления фреонов в атмосферу через 10 -20 лет концентрация озона снизится на 17 – 20 %, что увеличит поступление ультрафиолета к поверхности Земли на 30 -35 %. При этом возрастание доли ультрафиолетового излучения на 1 % ведет к росту рака кожи на 2 %.

Азот. Составляет основную массу атмосфеpы. Жизнь многим обязана азоту, поскольку он входит в состав аминокислот, белков и других органических молекул. В земной атмосфере наличие свободного азота обязано жизненным процессам, в результате которых он образовался из аммиака первичной атмосферы Земли.

Углекислый газ. Участвует в процессе фотосинтеза: ежегодно из атмосферы растения поглащают 170 млрд т этого газа для синтеза 100 млрд т органического вещества. Его относят к так называемым "парниковым" газам, способным снижать излучение тепла земной поверхностью в космическое пространство. Возрастание концентрации углекислого газа за счет сжигания топлива, работы промышленных предприятий, транспорта, тепловых электростанций и др. приводит к возникновению "парникового эффекта", связанного с повышением температуры нижних слоев атмосферы и глобальным потеплением климата. По прогнозам, к 2030 году концентрация СО₂ может возрасти до 0,05-0,07 %, что вызовет повышение температуры на 2,5^оС, а это, в свою очередь, приведет к таянию ледников и повышению уровня Мирового океана, изменению климата, коренной перестройке в составе биогеоценозов. В формировании парникового эффекта участвуют также водяной пар, метан, оксиды азота (N₂0, N0₂), некоторые другие газы. В естественное соотношение газов (газовый баланс) атмосферы человек начал вносить свой вклад около 150 лет назад с тенденцией возрастания масштабов вмешательства. На сегодняшний день в атмосфере можно отметить просматривающуюся тенденцию сокращения запасов кислорода, которая связана с сокращением площади лесов на планете и, как следствие, снижением поступления кислорода в процессе фотосинтеза. Кроме того, увеличиваются масштабы использования кислорода в разных видах производственной деятельности, происходит загрязнение Мирового океана, на который приходится значительное количество производимого в процессе фотосинтеза кислорода, также приводят к уменьшению его запасов.

Помимо снижения содержания кислорода для атмосферы, как и других сред, характерно загрязнение. Естественное загрязнение воздуха происходит в результате извержения вулканов, вследствие пыльных бурь, выветривания горных пород, задымления при лесных пожарах. Антропогенные источники выбрасывают в атмосферу огромное количество газообразных, твердых и жидких примесей, образующихся во всех видах человеческой деятельности (промышленность, сельское хозяйство, энергетика, транспорт, коммунально-бытовое хозяйство). Структура антропогенного загрязнения выглядит следующим образом: на долю автотранспорта приходится 50-60% загрязнения воздуха, промышленности - 15-20%, энергетики - 10-15%, сжигание отходов дает 5 % загрязнения, местное отопление и др. - 10 %.

Антропогенное загрязнение разнообразно, но обычные загрязняющие вещества немногочисленны и поступают в атмосферу в больших количествах. Это углекислый газ, диоксид серы, оксиды азота, углеводороды и др. (пыль, мелкодисперсные аэрозоли, тяжелые металлы и пр.). Ежегодно в атмосферу поступает более 20 млрд т углекислого газа, 200 млн т угарного газа, 150 млн т диоксида серы, 90 млн т оксидов азота, 50 млн т углеводородов, 250 млн т мелкодисперсных аэрозолей, тяжелых металлов и др. [Никитин, 1986].

Содержание загрязняющих веществ, образующихся при сжигании разного вида топлива видно из таблицы 1.

1. Образование токсичных веществ при сжигании топлива, г/кг [Баева, 1982]

Примечание: * при сжигании нефти, угля в атмосферу выбрасывается 99 % полимерных ароматических углеводородов, образующихся при сжигании всех видов топлива.