Наша атмосфера: Дышать или не дышать
Атмосфера Земли состоит из нескольких слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы. Основное внимание хочется уделить ближайшим к Земле слоям — тропосфере и стратосфере, так как именно они наиболее подвержены воздействию человека, а кроме того, сами оказывают непосредственное воздействие на жизнь людей.
Тропосфера находится непосредственно над землей; в ее состав входят газы, которыми мы дышим и от которых зависит наше существование на планете.
Стратосфера содержит озоновый слой, защищающий нас от ультрафиолетового излучения.
Тропосфера: максимальное влияние человека
Наша атмосфера: Дышать или не дышать
Тропосфера имеет следующий состав: 78,1% азота (N2), 20,9% кислорода (02), 0,9% аргона (Ar), 0,03% диоксида углерода (CO2), а также незначительные количества других газов. Кроме того, в тропосфере находится водяной пар, количество которого непостоянно. Смесь этих газов удерживается у поверхности земли под действием силы тяжести. Поднявшись в верхнюю часть тропосферы, аэронавт обнаружил бы, что атмосферные газы там очень разреженные, поскольку сила всемирного тяготения оказывает на них меньшее воздействие. Это свидетельствует о том, что опасности загрязнения больше подвержен именно плотный слой газов, находящийся у поверхности земли.
Тропосфера — слой, где «обитает» наша погода. Это также слой, который из-за близости к земле принимает на себя основной удар как естественного, так и вызванного человеком загрязнения.
По правде говоря, в некоторой степени загрязнение атмосферы происходит не без участия самой природы: это влияние и ядовитого сульфида водорода (H2S), и некоторых веществ вулканического происхождения, и органических соединений растительного происхождения (например, выделяемых сосной). Однако воздействие этих загрязнителей на тропосферу минимально. Основной «вклад» в загрязнение тропосферы, конечно же, вносят люди, которые используют огромное количество химикатов, автомобили, которые вырабатывают токсичные выхлопные газы, электростанции и промышленные предприятия, работа которых связана с выделением различных газов в атмосферу. Такие продукты-загрязнители, связанные с жизнедеятельностью человека, приводят, кроме всего прочего, к возникновению кислотных дождей и фотохимического смога.
I
Стратосфера: защита людей с помощью озонового слоя
Над тропосферой находится стратосфера — на этой высоте летают реактивные самолеты и высотные аэростаты. В этом слое атмосфера очень разряженная из-за уменьшения силы тяжести. Тяжелые загрязнители практически не попадают в стратосферу, поскольку сила тяжести надежно удерживает их у поверхности земли. В стратосфере находится озоновый слой. Этот защитный барьер поглощает большое количество вредного ультрафиолетового излучения, не пропуская его к Земле.
Однако, хотя тяжелые загрязняющие вещества в стратосферу не попадают, этот слой все равно не защищен от воздействия людей. Некоторые легкие газы, которые образуются в результате жизнедеятельности человека, все же оказываются в стратосфере, где вступают в реакцию с защитным озоновым слоем и тем самым разрушают его. Это может иметь крайне негативные последствия, поскольку ультрафиолетовое излучение является главной причиной рака кожи.
Химическое вещество одновременно может быть и полезным и вредным. Единственное различие состоит в том, где вещество находится и в какой концентрации. Например, человек может перенасытить свой организм водой, если выпьет ее в большом количестве. То же самое относится к озону, находящемуся в стратосфере. С одной стороны, он защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения, а с другой — может быть отравляющим веществом раздражающего действия и даже разрушать резиновые изделия (более подробно об этом речь идет в разделе » Смог: нравится ли вам коричневый воздух?»).
Оставьте мои озон в покое: аэрозольный лак для волос, полифторхлоруглеводороды и истощение озона
Озоновый слой улавливает около 99% ультрафиолетовых лучей, доходящих до Земли от Солнца. Он защищает нас от негативного воздействия, вызываемого слишком сильным ультрафиолетовым излучением, в том числе от солнечных ожогов, катаракт, раковых болезней кожи и преждевременного ее старения. Благодаря озоновому слою большинство из нас могут наслаждаться пребыванием на свежем воздухе, не защищая себя с головы до ног.
Как же происходит образование озона (03)? В мезосфере — той части земной атмосферы, которая находится между стратосферой и термосферой (слоем, что выходит в открытый космос), — под действием ультрафиолетового излучения происходит распад молекул кислорода на атомы с высокой реакционной активностью. В стратосфере эти атомы соединяются с молекулами кислорода, образуя озон.
02(г) + ультрафиолетовое излучение — 20(г)
02(г) + 0(г) — 0з(г)
По подсчетам жители нашей планеты выбрасывают в атмосферу довольно много газообразных химикатов. Многие из этих химикатов, вступая в реакции друг с другом, сразу разлагаются или же вступают в реакции с водяными парами, находящимися в атмосфере, таким образом образуя соединения, которые выпадают на землю в виде осадков (более подробно об этом речь идет в разделе «Кислотные дожди: «Я та-а-аю!»). Кроме кислотных дождей, некоторые из этих химикатов также образуют фотохимический смог (об этом речь идет в разделе » Смог: нравится ли вам коричневый воздух?»).
Подобные реакции происходят довольно часто, и способы борьбы с ними весьма разнообразны. Многие из них основаны на применении экологически чистых производств, в результате чего можно сократить (или вообще прекратить) выброс в атмосферу загрязняющих веществ или веществ, способствующих их образованию.
Однако некоторые классы газообразных химических соединений являются слишком инертными (неактивными и нереакционными), а потому могут оставаться в окружающей среде довольно долго. Эти инертные соединения, накапливаясь в атмосфере, оказывают на нее негативное воздействие. К подобным соединениям относятся полифторхлоруглеводоро-ды — газообразные вещества, которые состоят из хлора, фтора и углерода.
Благодаря низкой реакционной способности до недавнего времени полифторхлоруглево-дороды использовались довольно широко. Например, их применяли в качестве хладагента в холодильных устройствах и автомобильных кондиционерах (фреон-12), пенообразующего вещества при производстве пластмасс, например стирофома (теплоизолирующего пенопласта), а также в качестве растворителя для образования аэрозолей, используемых в таких потребительских товарах, как лак для волос и дезодоранты. В результате полифторхлоруглево-дороды попадали в атмосферу в огромных количествах. С течением времени за счет диффузии полифторхлоруглеводороды оказались в стратосфере, нанося ей непоправимый ущерб.
Как фторхлоруглеводороды наносят вред озоновому слою
У поверхности земли фторхлоруглеводороды не особенно часто вступают в какие-либо реакции — для этого они слишком инертны. Однако, по мнению многих ученых, попадая в атмосферу, эти вещества вступают в реакцию с озоном, находящимся в стратосфере, и тем самым приводят к разрушению озонового слоя.
Рассмотрим, как происходит эта реакция.
1. Типичный полифторхлоруглеводород (CF2Cl2) подвергается ультрафиолетовому излучению, и образуется атом хлора с высокой реакционной активностью.
CF2Cl2(r) + ультрафиолетовый свет — CF2Cl(r) + Cl(r)
2. В стратосфере этот атом хлора вступает в реакцию с озоном, и образуются молекулы двух газов: кислорода и оксида хлора (Cl0).
О(г) + 0з(г) — 02(г) + 00(г)
Это реакция, которая приводит к разрушению озонового слоя. Однако если на этом процесс остановится, то проблемы будут сведены к минимуму.
3. Затем в стратосфере оксид хлора может вступать в реакцию с атомом кислорода, в результате чего образуются молекула кислорода и атом хлора, которые теперь могут снова начать процесс разрушения озона.
а0(г) + 0(г) — 02(г) + ClM
Таким образом, одна молекула фторхлоруглеводорода может положить начало процессу, в результате которого будет разрушено большое количество молекул озона.
Если фторхлоруглеводороды настолько вредны, запрещено ли их производство?
Проблему истощения озонового слоя осознали только в 70-х годах прошлого столетия. В результате правительства многих индустриальных стран стали требовать сокращения количества фторхлоруглеводородов и галонов, выбрасываемых в атмосферу. (Галоны — это соединения, в состав которых, кроме фтора и хлора, входит также бром; широко использовались в качестве веществ, предназначенных для тушения огня. Например, этими веществами заправляли огнетушители для компьютеров.)
Во многих странах фторхлоруглеводороды запрещено использовать в качестве растворителей для образования аэрозолей. Кроме того, фторхлоруглеводороды, применявшиеся в производстве пластмасс и пенообразующих материалов, не должны были попадать в атмосферу, а должны подвергаться утилизации. Также были приняты законы, согласно которым фторхлоруглеводороды и галоны, использовавшиеся в качестве охлаждающего агента в различных устройствах, должны подвергаться утилизации во время перезарядки или ремонта этих устройств. В 1991 году компания «Дюпон» начала выпускать холодильники, использование которых не наносит ущерб озоновому слою. А в 1996 году в Соединенных Штатах Америки совсем прекратили производство фторхлоруглеводородов.
Впрочем, эти компоненты, к сожалению, очень стабильны. Еще многие годы они будут оставаться в атмосфере нашей планеты. Если ущерб, нанесенный человеком озоновому слою, не очень велик, этот слой опять восстановится (подобно коже, которая образуется вместо сгоревшей на солнце). Однако по самым оптимистическим прогнозам понадобится еще несколько лет, пока озоновый слой вернется к своему прежнему состоянию.
Парниковыи эффект: вам здесь не жарко?
Когда речь идет о веществах, загрязняющих атмосферу, как правило к ним относят моно-ксид углерода, фторхлоруглеводороды или углеводороды. Но даже диоксид углерода, продукт дыхания живых организмов и вещество, необходимое растениям для фотосинтеза, может стать загрязняющим веществом, если его содержание в воздухе существенно повысится.
В конце 70-х — начале 80-х годов прошлого века ученые обнаружили, что средняя температура на Земле увеличивается. Они выяснили, что причиной незначительного повышения температуры является так называемый парниковый эффект, вызываемый, в свою очередь, увеличением содержания в атмосфере диоксида углерода (C02) и еще некоторых газов, например фторхлоруглеводородов, метана (углеводород с формулой CH4) и водяного пара (H20). (Этот эффект называется парниковым, так как газы играют практически ту же роль, что стены и крыша парника, изготовленные из стекла, причем сами эти газы называются парниковыми.)
Рассмотрим, как возникает парниковый эффект. Солнечное излучение проходит сквозь земную атмосферу, далее встречается с земной поверхностью, нагревая сушу и воду. Часть этой солнечной энергии возвращается назад (отражается) в атмосферу в виде тепла (инфракрасного излучения), которое затем поглощается некоторыми газами (C02, CH4, H20 и фторхлоруглеводородами), содержащимися в атмосфере. Эти газы, в свою очередь, также принимают участие в повышении температуры атмосферы. В результате температура земли и атмосферы остается относительно постоянной, благодаря чему мы не испытываем резких суточных колебаний температуры. Таким образом, в целом парниковый эффект — это хорошо, а не плохо.
Однако если имеется избыток диоксида углерода и других парниковых газов, то в атмосфере удерживается слишком много тепла. Атмосфера нагревается, что приводит к нарушению многих чувствительных процессов, происходящих на земле. Данный процесс называется глобалъным потеплением, и это именно то, что сейчас происходит с земной атмосферой.
Чтобы поддерживать собственную жизнедеятельность, человеку необходима энергия, которую можно получить при сжигании ископаемых видов топлива (угля, природного газа и нефти). Мы сжигаем уголь и природный газ, чтобы получать электричество, используем бензин в двигателях внутреннего сгорания, а природный газ, нефть и древесину — для обогрева домов. Кроме того, сжигание топлива для получения тепла происходит и в промышленных процессах. В результате содержание диоксида углерода в атмосфере выросло с з18 частей на миллион (ppm) в 1960 году до 362 частей на миллион (ppm) в 1998 году. (Более подробно о единице концентрации ppm речь идет в главе 11, «Размешивание вещества: растворы».) Избыток диоксида углерода привел к повышению средней температуры атмосферы почти на полградуса.
Конечно, такое повышение средней температуры может показаться не очень существенным, однако тенденция глобального потепления может оказать негативное влияние на некоторые экосистемы планеты.
S Повышение температуры атмосферы может привести к таянию ледниковых масс и вызвать во всем мире подъем уровня моря. В результате могут быть затоплены некоторые участки суши (например, Хьюстон при этом может стать прибрежным городом), и тогда намного больше людей, чем сейчас, будут страдать от штормовых нагонов (крайне разрушительных приливов во время сильных штормов).
S Повышение температуры может изменить цикл роста растений.
^ Территория тропических регионов мира может увеличиться, что, в свою очередь, может привести к распространению тропических болезней.
Смог: нравится ли вам коричневый воздух?
Смог (smog) — общепринятое название явления, под которым подразумевают смесь дыма (smoke) и тумана (fog), вдыхание которой приводит к раздражению дыхательных путей. Смог подразделяют на два основных вида:
S лондонский;
S фотохимический.
Лондонский смог
Лондонский смог — это газообразная атмосферная смесь тумана, копоти, пепла, серной кислоты (H2S04), т.е. кислоты, используемой в аккумуляторах, и диоксида серы (S02). Это явление стало настоящим бедствием Лондона в начале XX века, отсюда и получило свое название. Возникновение смога связано с тем, что в этом довольно крупном по количеству населения городе для обогрева использовали уголь. При сжигании в угольных топках и печах образовывалась опасная смесь газов и копоти, которая стала причиной того, что в 1952 году в Лондоне умерло свыше 8 000 человек.
Использование электростатических аппаратов для осаждения, а также газоочистителей (об этом речь идет в разделах «Зарядите их и выбросите: аппараты электростатического оса-
ждения» и » Моющая вода: газоочистители») вместе с фильтрами позволило снизить выброс в атмосферу копоти, пепла и диоксида серы, тем самым уменьшив распространение лондонского смога.
Фотохимический смог
Фотохимический смог образуется в результате протекания некоторых химических реакций под действием солнечного света, в которых участвуют несгоревшие углеводороды и оксиды азота (обычно изображаемые как N0x, что означает смесь N0 и N02). Оба этих соединения образуются при работе обычного автомобильного двигателя.
Фотохимический смог — это коричневый туман, который иногда затрудняет видимость в больших городах, например в Лос-Анджелесе, Солт-Лейк-Сити, Денвере, Финиксе и др. (Его также называют лос-анджелесским смогом — иногда солнечная Калифорния не является такой уж солнечной.) В этих городах фотохимический смог — явление далеко не редкое. В них сосредоточено огромное количество автомобилей, выхлопные газы которых способствуют образованию смога; кроме того, эти города окружены горными хребтами. Горные хребты и восточные ветры создают идеальные условия для термальных инверсий, захватывающих загрязняющие воздух вещества вокруг городов. (Термальная инверсия — это теплый воздушный слой, движущийся над слоем прохладного воздуха. Холодный воздух и загрязняющие вещества удерживаются у поверхности земли теплым воздухом. Таким образом, газообразные загрязнители удерживаются и не могут уходить в более высокие слои атмосферы. Они остаются в непосредственной близости от людей, вызывая различные проблемы.)
Химия фотохимического смога пока еще не является кристально ясной (простите за каламбур), но ученым все равно известны основные причины, приводящие к образованию этого смога. В двигателях внутреннего сгорания атмосферный азот окисляется до оксида азота (II), а затем через выхлопные системы этих двигателей попадает в атмосферу.
N2M + 02(г) — 2N0(r)
Атмосферный кислород окисляет оксид азота (II) до диоксида азота.
2N0(r) + 02(г) — 2N02(r)
Диоксид азота представляет собой бурый ядовитый газ, вдыхание паров которого вызывает сильное раздражение дыхательных путей и может привести к серьезному отравлению. Он поглощает солнечный свет, в результате образуя оксид азота (II) и атомы кислорода с высокой реакционной активностью.
N02(r) + солнечный свет — N0(r) + 0(г)
Атомы кислорода вступают в реакцию с диатомными (двухатомными) молекулами газообразного кислорода, находящегося в воздухе, при этом образуется озон (03).
0(г) + 02(г) — 0з(г)
Это тот самый озон, который в стратосфере играет роль щита, предохраняющего от ультрафиолетового излучения. Но когда озон находится достаточно близко к поверхности земли, он начинает играть негативную роль: влияет на глаза и легкие как сильное отравляющее вещество раздражающего действия; вступает в реакцию с резиной, тем самым сокращая срок службы автомобильных шин и тепловых прокладок в окнах и дверях; оказывает влияние на урожай, например помидоров и табака.
С атомами кислорода и озоном также вступают в реакцию несгоревшие углеводороды, попавшие в атмосферу через выхлопные системы автомобилей. В результате образуются различные органические альдегиды, которые также являются отравляющими веществами, оказывающими раздражающее действие на дыхательные пути. Эти углеводороды могут вступать
в реакции с диатомным кислородом и диоксидом азота, в результате чего образуются пирок-сиацетилнитраты (ПАН).
Углеводороды(г) + 0(г) + N02(r) — ПАН
Эти ПАН также являются отравляющими веществами раздражающего действия; как правило, имеют высокую реакционную активность, нанося ущерб живым организмам.
Таким образом, фотохимический смог представляет собой смесь бурого диоксида азота, озона и различных ПАН. Смог существенно снижает видимость и приводит к возникновению проблем с дыханием. Однако, к сожалению, удерживать фотохимический смог под контролем довольно трудно.
Выхлопные газы автомобилей были тщательно изучены, и, чтобы свести к минимуму количество выпускаемых в атмосферу несгоревших углеводородов, были введены строгие меры контроля. С целью уменьшить автомобильные выбросы углеводородов в атмосферу, в 1990 году в США был принят Закон о чистом воздухе. Также был разработан каталитический конвертор, в котором несгоревшие углеводороды вступали в реакцию с образованием менее опасных веществ, состоящие из диоксида углерода и воды. (Использование этого конвертора имело еще один положительный момент. Дело в том, что пары свинца, попадающие из бензина в конвертор, приводили к «отравлению» катализатора, делая его бесполезным. Поэтому пришлось срочно свести к минимуму содержание свинца в выхлопах автомобилей. Таким образом, большая кампания, целью которой было » убрать» свинец, освободила окружающую среду от главного источника тяжелого ядовитого металла.)
Однако, несмотря на определенную эффективность таких средств, как каталитические конверторы и жестяные емкости с активированным углем, уменьшающими количество вредных испарений бензина, проблема фотохимического смога все еще не решена. До тех пор пока человечество не создаст достойную замену двигателю внутреннего сгорания или не перестанет нуждаться в массовых перевозках, фотохимический смог будет оказывать негативное влияние на нашу жизнь.
Кислотные дожди: я та-а-аю!»
Как известно, в сказке » Волшебник из страны Оз» злая ведьма растворилась в воде. Однако подобное может случиться и наяву, например разрушение домов под воздействием на известняк и мрамор кислотных дождей.
Дождевая вода имеет кислую среду (со значением pH, меньшим 7). Это объясняется тем, что диоксид углерода при взаимодействии с влагой атмосферы образует угольную кислоту. (Более подробно угольная кислота и показатель pH рассматриваются в главе 12, «Кислое и горькое: кислоты и основания».) В результате этой реакции значение pH дождевой воды составляет примерно 5,6. Когда же значение pH дождевой воды намного меньше того, которое можно объяснить простым растворением диоксида углерода, тогда речь идет уже о кислотных дождях или кислотных осадках. В частности, кислотные дожди образуются при растворении в атмосферной влаге некоторых веществ, загрязняющих атмосферу (как правило, это оксиды азота и серы), и выпадают на землю в виде дождей, имеющих низкое значение pH.
Оксиды азота (N0, N02 и т.д.) очень часто образуются в атмосфере при разрядах молнии. Это единственный способ, которым природа » связывает» азот, или приводит его к виду, необходимому для растений. Однако это незначительное количество оксидов азота, которое образуется естественным путем, существенно дополняет человек, пользующийся автомобилем. В двигателе внутреннего сгорания бензиновые углеводороды вступают в реакцию с кислородом воздуха, в результате чего получаются диоксид (а также моноксид) углерода и вода. Но при высоких температурах, создающихся внутри двигателя, в реакцию с кислородом может также вступать и атмосферный азот (который составляет примерно 78% воздуха). В результа-
те образуется оксид азота (N0), который затем с другими выхлопными газами попадает в атмосферу.
N2(r) + 02(г) — 2N0(r)
Попадая в атмосферу, N0 также вступает в реакцию с газообразным кислородом, образуя диоксид азота (N02).
2N0(r) + 02(г) — 2N02(r)
Затем диоксид азота вступает в реакцию с водяным паром, имеющимся в атмосфере, в результате чего образуются азотная и азотистая кислоты.
2N02(r) + H20(r) — HN0з(р-р) + HN02^)
Эти разбавленные растворы кислот выпадают на землю в виде дождя, имеющего низкое значение pH — обычно в диапазоне 4,0-4,5 (хотя, по некоторым данным, водородный показатель некоторых кислотных дождей составлял 1,5).
В восточной части Соединенных Штатов Америки значительная часть кислотных дождей выпадает из-за наличия оксидов азота, а на Среднем Западе и на Западе они вызваны наличием оксидов серы, которые образуются на электростанциях при сгорании угля и нефти. Среди примесей угля и нефти имеются серосодержащие соединения, массовая доля которых иногда достигает 4%. При горении этих соединений образуется газообразный диоксид серы (S02). Электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу миллионы тонн S02. В атмосфере диоксид серы вступает в реакцию с водяными парами и кислородом, образуя соответственно сернистую кислоту (H2S03) и оксид серы (VI) (S03).
S02(r) + H20(r) — ^803(р-р)
2S02(r) + 02(г) — 2S03(r)
Затем оксид серы (VI) вступает в реакцию с атмосферной влагой, образуя серную кислоту (H2S04) — точно такую же, как в аккумуляторе вашего автомобиля.
S03(r) + H20(r) — ^804(р-р)
Таким образом, растворение в дождевой воде сернистой и серной кислоты приводит к тому, что на землю выпадают кислотные дожди. Итак, кто хочет принять душ из серной кислоты?
Кислоты, образованные в атмосфере, могут путешествовать многие сотни миль, перед тем как выпадут на землю в виде кислотных дождей, оставив свой след на всем — на живом и неживом. Кислоты, входящие в состав дождей, вступают в реакцию с железными деталями зданий и автомобилей, вызывая коррозию. Кислоты также приводят к разрушению произведений искусства, когда вступают в реакцию с мраморными статуями и зданиями из известняка, образуя растворимые соединения, которые затем вымываются водой. (Хотите видеть, как это делается? Капните каплю уксуса (т.е. кислоты) на кусочек мрамора, а затем понаблюдайте, как в результате растворения мрамора образуются пузыри. Впрочем, будьте осторожны — не проводите этот опыт на чем-то слишком ценном, чтобы не потерять его безвозвратно.)
Неудивительно, что кислотные дожди оказывают негативное влияние на растительность. Как выяснилось, они являются главной причиной гибели многих деревьев и даже целых лесов. И хотя кислотные дожди не сразу приводят к гибели деревьев, зачастую они значительно замедляют рост лесов. Росту деревьев может препятствовать восстановление алюминия из почвы, что влияет на усвоение питательных веществ, или же рост может замедляться бактериями, находящимися в почве.
Кроме того, кислотные дожди изменили экосистемы многих озер Канады и Соединенных Штатов Америки. Так, сообщалось о массовой гибели рыбы, а в некоторых озерах пропали даже отдельные ее виды. Фактически экосистемы целых озер были разрушены кислотными дождями, что сделало эти озера безжизненными.
Чтобы избежать возникновения подобных проблем, были приняты меры, направленные на уменьшение количества кислотных дождей и снижение их негативного воздействия на окружающую среду. Повышение эффективности топлива и использование в автомобилях устройств, ограничивающих загрязнение, сократило количество оксида азота, попадающего в атмосферу. Однако если рассматривать в процентном отношении, то максимальное количество загрязняющих веществ, приводящих к возникновению кислотных дождей, вырабатывается электростанциями, которые работают на ископаемом топливе. Чтобы снизить количество газов, содержащих серу и выбрасываемых в атмосферу, были приняты на вооружение некоторые устройства, в том числе электростатические аппараты для осаждения и газоочистители, о которых речь идет далее в главе. Впрочем, хотя благодаря их использованию выброс в атмосферу кислотообразующих веществ существенно сократился, но, чтобы сделать проблему кислотных дождей управляемой, предстоит еще очень много работы.
Зарядите их и выбросите: аппараты электростатического осаждения
Помните одну из своих детских забав, которая заключалась в том, что холодным зимним утром сначала вы тщательно расчесывались, а затем с помощью расчески собирали маленькие обрывки бумаги? Так вот, принцип действия аппарата электростатического осаждения во многом точно такой же.
При попадании в аппарат электростатического осаждения частицы загрязняющих веществ приобретают отрицательный электрический заряд. А стенки такого аппарата заряжены положительно, следовательно, они притягивают к себе отрицательно заряженные частицы. Таким образом, частицы прилипают к стенкам аппарата и накапливаются на них. Через некоторое время накопившиеся частицы можно удалить (это похоже на вытряхивание пыли из ковровых дорожек на полу).
В некоторых аппаратах электростатического осаждения диоксид серы (S02), образованный при сжигании ископаемого топлива, вступает в реакцию с известняком (Ca0), в результате чего образуется твердый сульфит кальция (CaS03).
S02(r) + Ca0fr) — CaS03(т)
Измельченный сульфит кальция под действием электростатических сил осаждается и накапливается на стенках аппарата. Затем, по мере необходимости, его можно удалять, отправляя на химическую свалку.
Моющая вода: газоочистители
Газоочистители — это такие «штуковины», которые удаляют примеси из газообразных загрязнителей с помощью мелкого распыления воды. Образующийся водный раствор газов улавливается или пропускается через смесь, с которой растворенные газы вступают в реакцию. Этот процесс аналогичен тому, как в районах, прилегающих к пустыне, используются распылители воды, чтобы осаждать пыль.
Достаточно эффективно газоочистители используются для удаления диоксида серы. Так, S02 пропускается через раствор гидроксида магния и превращается в сульфит магния, который можно легко собирать.
S02(r) + К^^Ыр-р) — MgS03M + ^0(ж)
Улучшается ли качество воздуха?
За последние 15 лет в таких городах, как Лос-Анджелес, качество воздуха улучшилось. Благодаря устройствам, ограничивающим загрязнение, уменьшилось количество оксидов азота и несгоревших углеводородов, которые с выхлопными газами автомобилей попадали в атмосферу. Кроме того, существенно уменьшился уровень фотохимического смога.
Устройства, ограничивающие загрязнение, также снизили уровень диоксида серы, выбрасываемого в атмосферу электростанциями, что, в свою очередь, сократило количество кислотных дождей. Кроме того, запрет на выброс в атмосферу фторхлоруглеводородов должен со временем оказать существенное влияние на проблему истощения озонового слоя. Таким образом, во многих отношениях качество нашего воздуха, конечно же, улучшается.
Однако до сих пор в атмосферу выбрасывается огромное количество диоксида углерода, используется или уничтожается много ценного растительного и животного материала (биомассы), имеющегося на Земле. Это именно та биомасса, которая могла бы естественным образом утилизировать поступающий в атмосферу излишек диоксида углерода.
Воздействие человека на окружающую среду обсуждается ежедневно. Многие согласятся, что, как правило, оно носит негативный характер. Вопрос заключается лишь в том, какова степень этого воздействия. Если человечество, используя солнечную, ядерную и, возможно, термоядерную энергию, сможет уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива в производстве электричества и тепла, то, вероятно, мы добьемся того, чтобы количество диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу, значительно сократилось. Благодаря этой стратегии, а также ограничению уничтожения лесов проблему глобального потепления можно будет перевести в разряд управляемых.