Екологія - Васюкова Г.Т. - 3.1.3. Фотохімічний туман (смог)

Фотохімічний туман являє собою багатокомпонентну суміш газів і аерозольних часток первинного і вторинного походження. До складу основних компонентів смогу входять озон, оксиди азоту і сірки, численні органічні сполуки перекисної природи, названі в сукупності фотооксидантами. Фотохімічний смог виникає в результаті фотохімічних реакцій за певних умов: наявності в атмосфері високої концентрації оксидів азоту, вуглеводнів і інших забруднювачів, інтенсивної сонячної радіації і затишності чи дуже слабкого обміну повітря в приземному шарі при могутній і протягом не менш доби підвищеній інверсії. Стійка безвітряна погода, що звичайно супроводжується інверсіями, необхідна для створення високої концентрації реагуючих речовин.

Такі умови створюються частіше в червні - вересні і рідше узимку. При тривалій ясній погоді сонячна радіація викликає розщеплення молекул діоксиду азоту з утворенням оксиду азоту й атомарного кисню. Атомарний кисень з молекулярним киснем дають озон. Здавалося б, останній, окислюючи оксид азоту, повинен знову перетворюватися в молекулярний кисень, а оксид азоту - у діоксид. Але цього не відбувається. Оксид азоту вступає в реакції з олефінами вихлопних газів, що при цьому розщеплюються по подвійному зв'язку й утворюють осколки молекул і надлишок озону. У результаті триваючої дисоціації нові маси діоксиду азоту розщеплюються і дають додаткові кількості озону. Виникає циклічна реакція, у підсумку якої в атмосфері поступово накопичується озон. Цей процес у нічний час припиняється. У свою чергу озон вступає в реакцію з олефінами. В атмосфері концентруються різні перекиси, що у сумі й утворюють характерні для фотохімічного туману оксиданти. Останні є джерелом так званих вільних радикалів, що відрізняються особливою реакційною здатністю. Такі смоги - нерідке явище над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком і іншими містами Європи й Америки. По своєму фізіологічному впливу на організм людини вони вкрай небезпечні для дихальної і кровоносної системи і часто бувають причиною передчасної смерті міських жителів з ослабленим здоров'ям.

3.1.4. Забруднення атмосфери викидами рухливих джерел

В останні десятиліття в зв'язку зі швидким розвитком автотранспорту й авіації істотно збільшилася частка викидів, що надходять в атмосферу від рухливих джерел: вантажних і легкових автомобілів, тракторів, тепловозів і літаків. Відповідно до оцінок, умістахнадолю автотранспорту приходиться (у залежності від розвитку в даному місті промисловості і числа автомобілів) від 30 до 70 % загальної маси викидів. У США в цілому по країні 40 % загальної маси п'яти основних забруднюючих речовин складають викиди рухливих джерел.

Основні рухливі джерела забруднення атмосфери наступні.

А) Автотранспорт.

Основний внесок у забруднення атмосфери вносять автомобілі, що працюють на бензині (у США на їхню частку приходиться близько 75%), потім літаки (приблизно 5 % ), автомобілі з дизельними двигунами (близько 4 %), трактори й інші сільськогосподарські машини (близько 4 %), залізничний і водяний транспорт (приблизно 2 %). До основних забруднюючих атмосферу речовин, що викидають рухливі джерела (загальне число таких речовин перевищує 40%), відносяться оксид вуглецю (у США його частка в загальній масі складає близько 70 %), вуглеводні (приблизно 19% ) і оксиди азоту (близько 9 % ). Оксид вуглецю (СО) і оксиди азоту (NO_x) надходять в атмосферу тільки з вихлопними газами, тоді як не цілком згорілі вуглеводні (H_nC_m) надходять як разом з вихлопними газами (що складає приблизно 60 % від загальної маси вуглеводнів, що викидаються,), так і з картера (близько 20 %), паливного бака (близько 10 %) і карбюратора (приблизно 10 %). Тверді домішки надходять в основному з вихлопними газами (90 %) і з картера(10%). Найбільша кількість забруднюючих речовин викидається при розгоні автомобіля, особливо при швидкому, а також при русі з малою швидкістю. Відносна частка (від загальної маси викидів) вуглеводнів і оксиду вуглецю найбільш висока при гальмуванні і на холостому ходу, частка оксидів азоту - при розгоні. З цих даних випливає, що автомобілі особливо сильно забруднюють повітряне середовище при частих зупинках і при русі з малою швидкістю.

Створювані в містах системи руху в режимі "зеленої хвилі", що істотно скорочують число зупинок транспорту на перехрестях, покликані скоротити забруднення атмосферного повітря в містах. Великий вплив на якість і кількість викидів домішок робить режим роботи двигуна, зокрема співвідношення між масами палива і повітря, момент запалювання, якість палива, відношення поверхні камери згоряння до її об'єму й ін. При збільшенні відношення маси повітря до маси палива, що надходять у камеру згоряння, скорочуються викиди оксиду вуглецю і вуглеводнів, але зростає викид оксидів азоту.

Незважаючи на те, що дизельні двигуни більш економічні, таких речовин, як СО_х, H_nC_m, NO_x, викидають не більш, ніж бензинові, вони істотно більше викидають диму. Це переважно незгорілий вуглець, що до того ж має неприємний запах, створюваний деякими незгорілими вуглеводнями. У сполученні ж зі створюваним шумом дизельні двигуни не тільки сильніше забруднюють середовище, але і впливають на здоров'я людини набагато в більшому ступені, чим бензинові.

Б) Літаки.

Хоча сумарний викид забруднюючих речовин двигунами літаків порівняно невеликий (для міста, країни), у районі аеропорту ці викиди вносять визначальний вклад у забруднення середовища. До того ж турбореактивні двигуни (так само, як дизельні) при посадці і зльоті викидають добре помітний на око шлейф диму. Значну кількість домішок в аеропорті викидають і наземні пересувні засоби, автомобілі, що під'їжджають і від'їжджають. Відповідно до отриманих оцінок, у середньому близько 42 % загальної витрати палива витрачається на вирулювання літака до злітно-посадочної смуги (ЗПС) перед злетом і на зарулювання з ЗПС після посадки (за часом у середньому близько 22 хв.). При цьому, частка незгорілого і викинутого в атмосферу палива при рулюванні набагато більше, ніж у польоті. Крім поліпшення роботи двигунів (розпилення палива, збагачення суміші в зоні горіння, використання присадок до палива, упорскування води й ін.). Істотного зменшення викидів можна домогтися шляхом скорочення часу роботи двигунів на землі і числа працюючих двигунів при рулюванні (тільки за рахунок останнього досягається зниження викидів у 3 - 8 разів).