3.1. Состав атмосферы

Атмосфера представляет собой чрезвычайно сложную систему. Ее пронизывает излучение Солнца и испускаемые им частицы высокой энергии, а также космическое излучение. Этот поток энергии оказывает заметное химическое воздействие на атмосферу. Кроме того, под воздействием земного притяжения более тяжелые атомы и молекулы опускаются в нижнюю часть атмосферы, а в верхней ее части остаются более легкие. В результате состав атмосферы оказывается непостоянным.

Состав атмосферы в приземном слое, например, состав сухого воздуха вблизи уровня моря обладает следующими характеристиками: примерно 99 % всего состава приходится на долю двухатомных газов азота и кислорода, а все остальное, за исключением углекислого газа, - на долю одноатомных газов (табл. 24).

Хотя на верхние зоны атмосферы приходится лишь небольшая часть ее массы, эти верхние слои в значительной мере определяют жизнь на поверхности Земли. Они защищают нашу планету от потока лучей и града частиц высоких энергий. В результате такого воздействия молекулы и атомы подвергаются химическим превращениям. Диффузное разделение (более тяжелые внизу, более легкие наверху) за длительный период привело к тому, что на высоте 500 - 1000 км элемент гелий становится основным компонентом атмосферы. Гелиевая корона Земли простирается примерно до 1600 км, а выше 2000-3000 км преобладает водород.

Таблица 24

Состав воздуха в приземном слое

Компонент	Содержание в мольных %	Молярная масса
Азот N2 Кислород O2 Аргон Ar Диоксид углерода CO2 Неон Ne Гелий He Метан CH4 Криптон Kr Водород H2 Оксид азота (I) N2O Ксенон Xe	78,04 20,948 0,934 0,033 0,001818 0,000524 0,0002 0,000114 0,00005 0,00005 0,0000087	28,013 31,998 29,948 44,009 20,183 4,003 16,043 83,800 2,0159 44,013 131,300

Примечание. Озон O₃, диоксид серы SO₂, оксид азота NO₂, аммиак NH₃, оксид углерода СО присутствуют в качестве примесей, и их содержание может меняться.

3.2. Первичное загрязнение

Обычный процесс сгорания топлива описывается как

4 CH + 5 O₂ → 4 CO₂ + 2 H₂O;

при недостатке кислорода

4 CH + 3 O₂ → 4 CO + 2 H₂O

или

4 CH + O₂ → 4 C + 2 H₂O.

Могут образовываться и полициклические углеводороды (например, бенз(а)пирен).

Окись углерода (СО) в свежем незагрязненном воздухе присутствует в концентрациях 0,05–0,1 млн.^–1. Суммарное антропогенное поступление ее оценивается в 30 % от общего содержания. Специфическое действие на человека и животных СО оказывает, связываясь с гемоглобином. В отсутствие СО гемоглобин связывается с О₂ с образованием оксигемоглобина, транспортирующим кислород с кровотоком внутри организма. Способность СО связываться с гемоглобином в 210 раз превышает таковую О₂. Образовавшийся карбоксигемоглобин не способен переносить кислород. В норме у некурящих людей доля карбоксигемоглобина от общего содержания гемоглобина составляет 0,3–0,5 %. При вдыхании СО содержание карбоксигемоглобина растет и обеспеченность организма кислородом снижается.

Кроме того, в ископаемом топливе содержатся примеси, наиболее распространенный из них – сера (табл. 25). В некоторых углях может содержаться до 6 % пирита, который при сжигании образует диоксид серы:

4 FeS₂ + 11 O₂ → 8 SO₂ + 2 Fe₂O₃.

Промышленные выбросы серы в виде SO₂ составляют 200 Мт в год, поступление из природных источников – 300 Мт в год (Эткинс, 1991). Сажа и SO₂ являются первичными загрязнителями.

Таблица 25