Чим ми дихаємо. Склад земної атмосфери.
У навколишньому світі величезна кількість найрізноманітніших речовин взоімодействуют один з одним одночасно, і кожен процес так чи інакше впливає на багато інших. Кожна частинка, кожен іон живе своїм "хімічної життям", яка виявляється вигадливим чином пов'язана з десятками інших таких же "жителів". Земля поділяється на сфери: атмосферу (повітря), гідросферу (природна вода у всіх її видах: річки, льодовики, моря, океани і т. Д.), Літосферу (те, що називається земною твердю) і пронизливий всі ці шари біосферу. У кожній сфері протікають свої хімічні процеси, але всі вони впливають на людину, на його здоров'я і спосіб життя.
Наявність атмосфери - одна з головних умов для існування життя на Землі. Наша планета оточена атмосферою - повітряну оболонку, що тягнеться від поверхні Землі більше, ніж на півтори тисячі кілометрів. Маса цього повітряного океану - 5 * 10 ^ 15 М.
Повітря являє собою багатокомпонентний газовий "коктейль", який крім основних складових - азоту і кисню - включає аргон, вуглекислий газ, водяні пари, найдрібніші тверді частинки (пил), крапельки води, а так само незначні домішки багатьох інших речовин (SO2, CH4, NH3. CO, HF, H2, H2S, і т. д.).
Найважливішою частиною повітря є кисень, необхідний для дихання.
Вдихуваний кисень йде на окислення складних органічних молекул - вуглеводів і жирів - до вуглекислого газу і води. Ці реакції супроводжуються виділенням і накопиченням енергії і протікають за участю ферментів.
Водень і гелій не можуть утримуватися земним тяжінням, тому, потрапивши в атмосферу (водень - в результаті вулканічної діяльності, гелій - внаслідок розпаду радіоактивних елементів), вони досить швидко летять в космос. Аміак і хлороводень з дощами потрапляють в грунт, де аміак засвоюється рослинами, а хлороводород реагує з мінеральнумі речовинами. Сірководень під дією світла окислятся до оксиду сірки (IV); 2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2, який в присутності кисню повітря і парів води перетворюється в сірчану кислоту. Остання в значній мірі нейтралізується присутнім в повітрі аміаком.
Подібним чином, в результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери, утворюються інші вторинні ознаки.
Основним джерелом пірогенного забруднення є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, що споживають більше
70% щорічно видобувається твердого та рідкого палива. Для існування життя на Землі мають значення всі властивості атмосфери: співвідношення основних компонентів, прозорість, динаміка повітряних мас, насиченість електромагнітними хвилями, кількість і якість домішок. Навіть невеликі відхилення в складі атмосфери здатні викликати далекосяжні наслідки.
Господарська діяльність людства протягом останнього століття привела до серйозного забруднення нашої планети різноманітними відходами виробництва. Повітряний басейн, води і грунт в районах великих промислових центрів часто містять токсичні речовини, концентрація яких перевищує гранично допустиму
(ГДК) .Оскільки випадки значного перевищення ГДК досить часті і спостерігається зростання захворюваності, пов'язаної з забрудненням природного середовища, в останні десятиліття фахівці і засоби масової інформації, а слідом за ними і населення стали вживати термін "екологічна криза" (ЕК).
Перш за все слід розділити поняття "локальний ЕК" і "глобальний ЕК". Локальний ЕК виражається в місцевому підвищенні рівня забруднень-хімічних, теплових, шумових, електромагнітних через рахунок одного або декількох близько розташованих джерел. Як правило, локальний ЕК може бути більш-менш легко подолана адміністративними і (або) економічними заходами, наприклад за рахунок вдосконалення технологічного процесу на підприємстві-забруднювачі або за рахунок його перепрофілювання або навіть закриття. Багато більш серйозну небезпеку становить глобальний ЕК. Він є наслідком всієї сукупності господарської діяльності нашої цивілізації і проявляється в зміні характеристик природного середовища в масштабах планети і, таким чином, небезпечний для всього населення Землі. Боротися з глобальним ЕК набагато важче, ніж з локальним, і ця проблема буде вважатися вирішеною тільки у випадку мінімізації забруднень, вироблених людством, до рівня, з яким природа Землі буде в змозі впоратися самостійно. В даний час глобальний ЕК включає чотири основні компоненти: кислотні дощі, парниковий ефект, забруднення планети суперекотоксикантами і так звані озонові діри.
Атмосфера і випромінювання. Озоновий шар.
Не менш важливу роль відіграє потужність і цілісність озонового шару, що відображає ультрафіолетове випромінювання бетадіапазона, згубно діє на все живе.
Сонце випромінює електромагнітні хвилі різної довжини: видиме світло (400-740нм), а також невидиме людським оком інфрачервоне, скорочено ІК (740нм -1мм), і ультрафіолетове, або УФ (10 - 400 нм), випромінювання.
Ультрафіолетові хвилі мають енергію, достатню для розриву деяких хімічних зв'язків. В атмосфері короткохвильове, так зване жорстке УФ-випромінювання
(З довжиною хвилі менше 242нм) викликає дисоціацію молекул О2: О2 - 2О. Атоми кисню можуть приєднуватися до інших молекул О2, і тоді утворюється озон: О + О2 = О3.
Озон теж здатний поглинати УФ-випромінювання, тільки з більшою довжиною хвилі
(220-350нм). При цьому він розпадається на атомарний кисень і О2. Таким чином, поглащая УФ-промені, кисень і озон не пропускають їх до поверхні Землі.
Реакції освіти і розкладання озону протікають в основному на висоті 20-30км. Ця частина атмосфери отримала назву озонового шару. Нижче озонового шару жорсткі УФ-промені майже не проходять.
Молекула озону дуже нестійка. Зіткнувшись з радикалом (тобто часткою, що містить неспарених електронів), вона втрачає атом кисню, перетворюючись в молекулу О2: О3 + R = О2 + RО. Частинки RО реагують з атомарним киснем, утворюючи молекулу О2 і вихідний радикал: RО + О = R + О2. Вивільнилися радикал R руйнує наступну молекулу озону і т.д. Таким чином, вільні радикали виявляються каталізаторами руйнування озону.
Існує щонайменше три радикала, реагують з атмосферним озоном: ВІН, NO, Cl. Найбільш поширена точка зору, згідно з якою головні винуватці появи озонової діри-радикали хлору. Один атом хлору здатний зруйнувати декілька тисяч молекул озону. Основним же джерелом цих радикалів в атмосфері вважають фреони-з'єднання вуглецю з фтором і хлором (наприклад, фреон-11 CFCl3 і фреон-12 CF2Cl2). Ці речовини нетоксичні і хімічно інертні і тому знайшли широке застосування в якості хладагенов, піноутворювача пластмас, стисненого газу в аерозольних балончиках і т.д.Однако завдяки своїй стійкості фреони, опинившись в атмосфері, з часом досягли озонового шару. Під дією потужного УФ-випромінювання в молекулах фреонів відбувається розрив зв'язку C - Cl, так і утворюється атомарний хлор.
Проблема збереження озонового шару стурбувала весь світ. І в 1987 р. Уряди розвинених країн підписали "Монреальський протокол про речовини, що руйнують озоновий шар". Вони домовилися не збільшувати споживання речовин, що загрожують озоновому шару Землі, в першу чергу фреонів.