Аерозольне забруднення атмосфери. Аерозолі - це тверді чи рідкі частки, що знаходяться в зваженому стані е повітрі. Тверді компоненти аерозолей у ряді випадків небезпечні для організмів, а в людей викликають специфічні захворювання. В атмосфері аерозольні забруднення сприймаються у вигляді диму, туману, чи смогу. Середній розмір аерозольних часток складає 1-5 мкм.

Основними джерелами штучних аерозольних забруднень повітря є ТЕС, що споживають вугілля високої зольності збагачувальні фабрики, металургійні, цементні, магнезитові сажеві заводи. Аерозольні частки від цих джерел відрізняються великим розмаїттям хімічного складу. Найчастіше в їхньому складі виявляються сполуки кремнію, кальцію і вуглецю, рідше оксиди металів: заліза, магнію, марганцю, цинку, міді, нікелю, свинцю, сурми, вісмуту, селену, миш’яку, берилію, кадмію, хрому, кобальту, молібдену, а також азбесту. Ще більша розмаїтість властива органічному пилу, що включає аліфатичні й ароматичні вуглеводні, солі кислот. Бона утворюється при спалюванні залишкових нафтопродуктів, у процесі піролізу на нафтопереробних, нафтохімічних і інших подібних підприємствах. Постійними джерелами аерозольного забруднення є промислові відвали - штучні насипи з розкривних порід, утворені під час видобутку корисних копалин чи ж з відходів підприємств переробної промисловості, ТЕС. Джерелом пилу й отрутних газів слугують масові підривні роботи. Так, у результаті одного середнього по масі вибуху (250 - 300 тонн вибухових речовин) в атмосферу викидається близько 2 тис. м3, умовного оксиду вуглецю і більш як 150 тонн пилу. Виробництво цементу й інших будівельних матеріалів також є джерелом забруднення атмосфери пилом.

Порушення озонового шару. Озон - одна з форм існування хімічного елемента кисню в земній атмосфері - його молекула складається з трьох атомів кисню 03, для утворення озону необхідно попереднє утворення вільних атомів кисню.

Зі збільшенням кількості атомарного кисню зростає і вміст озону в атмосфері. Однак з висотою збільшується й ультрафіолетова радіація, що руйнує озон швидше, ніж йде його утворення, тому концентрація озону в атмосфері починає зменшуватися. Виміри показують, що озон в атмосфері має шарувату структуру і його основна маса зосереджена в шарі на висоті 20 - 25 км, а починаючи з висоти 55 км, його концентрація активно зменшується, отже, озон присутній у тропосфері, стратосфері, мезосфері.

»Озонова дірка» - це явище зменшення загальної кількості озону. Відмічено систематичне зменшення концентрації О3 навесні приблизно в 1,5 - 2 рази. Хлор- і фторвуглероди (ФХВ) вже більш ніж 60 років використовуються як холодоагенти в холодильниках і кондиціонерах, пропеленти для аерозольних сумішей, піноутворюючі агенти у вогнегасниках, очисники для електронних приладів, у хімічному чищенні одягу, при виробництві пенопластів. Інертність цих сполук робить їх небезпечними для атмосферного озону. ХФВ не розпадаються швидко в тропосфері (нижньому шарі атмосфери, що простирається від поверхні Землі до висоти 10 км), як це відбувається, наприклад, із більшістю окислів азоту, і зрештою проникають у стратосферу, верхня межа якої розташовується на висоті близько 50 км. Коли молекули ХФВ піднімаються до висоти 25 км, де концентрація озону максимальна, вони піддаються інтенсивному впливу ультрафіолетового випромінювання, що не проникає на менші висоти через дію озону, який екранує. Ультрафіолет руйнує стійкі в звичайних умовах молекули ХФВ, що розпадаються на компоненти, які мають високу реакційну здатність, зокрема атомний хлор. Таким чином, ХФВ переносить хлор з поверхні Землі через тропосферу і нижні шари атмосфери, де менш інертні сполуки хлору руйнуються, у стратосферу, до шару з найбільшою концентрацією озону. Дуже важливо, що хлор при руйнуванні озону діє подібно каталізатору: у ході хімічного процесу його кількість не зменшується. Внаслідок цього один атом хлору може зруйнувати до 10 000 молекул озону, перш ніж буде дезактивований чи повернеться в тропосферу. Зараз викиди ХФВ в атмосферу обчислюються мільйонами тонн, а дія тих, що вже потрапили в атмосферу, буде продовжуватися кілька десятиліть.

Багато країн почали вживати заходи, спрямовані на скорочення виробництва і використання ХФВ. З 1978 р. у США було заборонено використання ХФВ в аерозолях. На жаль, використання ХФВ в інших галузях обмежено не було. У вересні 1987 р. 23 провідні країни світу підписали в Монреалі конвенцію, що зобов’язує їх знизити споживання ХФВ. Для використання в якості пронелента в аерозолях уже знайдений замінник - пропан - бутанова суміш. За фізичними параметрами вона практично не поступається фреонам, але, на відміну від них, вогненебезпечна. Складніші справи з холодильним обладнанням - другим за розміром споживачем фреонів. Справа в тім, що через полярність молекули ХФВ мають високу теплоту випару, що дуже важливо для робочого тіла в холодильниках і кондиціонерах. Кращим, відомим на сьогодні замінником фреонів, є аміак, але він токсичний і все-таки поступається ХФВ за фізичними параметрами.

Використання фреонів продовжується, і поки далеко навіть до стабілізації рівня ХФВ в атмосфері. Так, за даними мережі Глобального моніторингу змін клімату, у фонових умовах - на берегах Тихого й Атлантичного океанів і на островах, далеко від промислових і густонаселених районів - концентрація фреонів у даний час зростає зі швидкістю 5 - 9% на рік. Вміст у стратосфері фотохімічно активних сполук хлору в даний час у 2-3 рази вищий в порівнянні з рівнем 50-х років, до початку прискореного виробництва фреонів.

Найбільша озонова дірка виявлена над Антарктидою і багато в чому є наслідком метеорологічних процесів. Утворення озону можливо тільки при наявності ультрафіолету, а під час Полярної ночі він не продукується. Взимку над Антарктикою утворюється стійкий вихор, що перешкоджає припливу багатого озоном повітря із середніх широт. Тому до весни навіть невелика кількість активного хлору здатна завдати серйозної шкоди озоновому шару. Такий вихор практично відсутній над Арктикою, тому в північній півкулі падіння концентрації озону значно менше. Багато дослідників вважають, що на процес руйнування озону впливають полярні стратосферні хмари. Ці висотні хмари набагато частіше спостерігаються над Антарктикою, ніж над Арктикою, утворюються взимку, коли при відсутності сонячного світла й в умовах метеорологічної ізоляції Антарктиди, температура в стратосфері падає нижче -80°

Могутнім джерелом знищення озону є азотні добрива. Потрапляючи в ґрунт, такі добрива розпорошуються, при цьому деяка кількість молекул потрапляє в приземне повітря. Далі відбувається цілий ланцюжок процесів: турбулентність у приземному шарі повітря, перенос збагаченого азотними окислами газу в низькі шпроти, зворотній горизонтальний перенос газу в більш високі широти вже в стратосфері.

Окисли азоту надходять в атмосферу також при спалюванні промислового палива. За наявними оцінками, кількість закису азоту, що потрапляє в повітря з димом працюючих на звичайному (не ядерному) пальному електростанцій, сама по собі досить велика і складає 3-4 мегатонни на рік, хоча вона і не настільки небезпечна в порівнянні з азотистими добривами.

У водневому циклі бере участь безліч водородовмісних сполук. Водень надходить в атмосферу у вигляді води.

Людська діяльність також привносить воду у верхні шари атмосфери. При підйомах великих ракет в атмосферу викидається велика кількість молекул Н20; відбувається викид води і при польотах стратосферної авіації.

Водень потрапляє в атмосферу й у вигляді метану СНГ Природне джерело метану - вологі ліси, болота і рисові поля, де він утворюється як результат діяльності анаеробних бактерій.

Американські вчені винайшли, що саме хлорний цикл руйнування озону становить найбільшу реальну небезпеку для існування озонового шару.

Розвиток цивілізації призводить до усе більших викидів хлорних сполук в атмосферу, і одну з провідних ролей у цьому процесі відіграють фреони (хлорфторвуглеродовмісні сполуки, такі як CFC13 CF2Cl2). Зростання виробництва фреонів триває величезними темпами (це виробництво холодильної техніки, аерозолей, пінопласті в і т.д.). їхнє надходження в атмосферу пов’язано з технологічними втратами.

Визначено два шляхи відновлення озонового шару: видалення з атмосфери озоноруйнуючих речовин і продукування озону.

Перший шлях - видалення каталізаторів з атмосфери - поки не має реальних варіантів вирішення. Передбачалося використовувати лазерне опромінення озоновмісних шарів атмосфери з метою дисоціації молекул фреону. Але повільний розпад молекул фреону дотепер рятує нас від прискореного руйнування озонового шару і тільки невелика частина енергії лазера буде працювати па досягнення поставленої мети, основна її частина буде розсіюватися в космосі.

Другий шлях - виморожування озону в холодильних пристроях на Землі - для цього треба було б пропустити через них значну частку атмосфери.

Найбільш реальним є проект, що передбачає створення електричних розрядів у стратосфері за допомогою радіохвиль надвисокої частоти. Розряд створюється за допомогою нерухомих фазованих антенних ґрат, розташованих на землі. Розміри необхідної антени близько сотні метрів, управління фазою окремих елементів дозволяє реалізувати фокусування випромінювання і сканування на визначеній висоті. Енергопостачання можна забезпечити від АЕС потужністю в десятки мвт, причому ККД радіотехнічної частини стосовно первинного джерела може сягати