Ксенокомпоненты атмосферы, включая антропогенные загрязнители.

Метан и другие газообразные углероды

Незначительное количество метана  постоянно отмечается в земной атмосфере. Он образуется в процессе разложения органического вещества при условии недостатка кислорода почвах, особенно в болотах ( болотный газ ) и захороненных осадках. Процесс преобразования захороненного органического вещества в каменные угли и жидкие углеводороды сопровождается отделением значительного количества метана. Так, метан составляет около 90% массы газа в его месторождениях. Поступление метана из осадочных толщ, газовых, нефтяных и угольных месторождений, а также из разлагающихся в восстановительных условиях органических остатков является естественным источником этого наиболее простого углеводорода в атмосфере. Некоторая часть метана в биосфере окисляется особыми видами бактерий до углекислого газа и воды по схеме:

 + 2 →  + 2 .

Содержание более тяжелых, чем метан углеводородов в тропосфере ничтожно и практически не поддается определению. Тяжелыми углеводородами обогащены газы нефтяных месторождений ( 17% ), в то время как в месторождениях газа среднее содержание тяжелых углеводородов в среднем составляет около 3%[6].

Окись углерода

В отличие от углекислого газа, являющегося вместе с кислородом основой жизни на Земле. Окись углерода СО не характерна для природных процессов в окружающей среде. Обладая токсическими свойствами, окись углерода отрицательно действует на живые организмы. Концентрации СО, превышающие 10 мг на 1 м³ воздуха, опасны для здоровья человека[2].

Появление окиси углерода в тропосфере является полностью следствием деятельности человека, если исключить образование некоторого количества ее во время лесных пожаров. В этой связи содержание окиси углерода в воздухе может служить объективным показателем степени его загрязненности[2].

Исходя из годового потребления жидкого топлива различными странами, поступление техногенной окиси углерода в тропосферу может быть оценено в 230 млн. т/год[2].

Содержание окиси углерода в воздухе уже в настоящее время в ряде крупных городов (Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Токио и др.) представляет угрозу для здоровья людей, особенно в жаркие и безветренные периоды года[2].

Сероводород

Поступление незначительных количеств природного сероводорода  в атмосферу в основном обусловлено процессами бактериального разложения органического вещества в условиях резкого недостатка кислорода. Некоторое количество  выбрасывается в атмосферу вместе с другими газами в результате вулканических процессов, а также поступает на поверхность с термальными источниками[1].

Бактерии-десульфузаторы, участвующие в процессах разложения органического вещества, проходящих без доступа воздуха, восстанавливают присутствующий в органических остатках сульфат-ион . При этом отработанный у сульфат-иона кислород используется для дальнейшего окисления органического вещества. Бактерии этой группы могут использовать в пищу не только разлагающиеся остатки растений и животных, но также и ископаемые углеводороды – различные битумы, нефть и т. д. По подсчетам, количество сероводорода, ежегодно выделяемого в результате деятельности бактерий-десульфуризаторов, измеряется ( в расчете на серу ) в 4,2*  моль. Из них лишь 1,0*  моль поступает с континентов, а остальная часть ( 3,2*  моль) поставляется океанами[1].

В тропосфере сероводород неустойчив и в результате реакции с кислородом воздуха преобразуется в S . Хотя эта реакция в изолированных условиях протекает достаточно медленно, однако присутствие в тропосфере аэрозолей и мельчайших капелек воды резко ускоряет ее прохождение[1].

Повышение концентрации   в воздухе представляет опасность для здоровья и даже жизни живых существ, в том числе и человека. В этой связи промышленные источники, выделяющие в составе отходов   , должны строго контролироваться. К их числу относится ряд химических производств, в том числе процессы переработки каменных углей, осуществляемые без доступ воздуха, и т. д[1].

Сернистый газ

Содержание природного в атмосфере ничтожно, его источниками являются вулканические процессы и окисление в воздухе сероводорода, поступающего в результате жизнедеятельности бактерий-десульфузаторов. Незначительные количества выделяются в воздух также в результате окисления с поверхности рудных месторождений, содержащих сульфиды. В почвенном воздухе над месторождениями сульфидных руд содержание сернистого газа составляет 25-50 частей на миллиард при фоновой концентрации от -15 до 10 частей на миллиард. Таким образом, источники природного  ограничены в масштабах. Однако поступление в тропосферу значительных количеств техногенного сернистого газа уже в настоящее время представляет одну из наиболее серьезных проблем загрязнения окружающей среды[2].

Присутствие в атмосфере оказывает не только прямое отрицательное воздействие на жизнедеятельность животных и растений. Взаимодействуя с кислородом воздуха,  преобразуется в крайне реакционноспособный , который с водой атмосферы дает серную кислоту. Разрушительные свойства последней общеизвестны. Реакция окисления сернистого газа до

 О +М →  + ;

2  +  + окислители → ;

+  → .

Где М – любая молекула газа. Первая реакция требует одновременно столкновения молекулы , атомарного газа и любой другой газообразной молекулы, которая служит для отвода образуемой в процессе столкновения и реакции энергии. Иначе этот процесс же пойдет в обратном направлении и вновь будет преобразован в  с отщеплением атома кислорода. Особенно благоприятные условия для прохождения этой реакции существуют в пределах озонового слоя атмосферы, где атомарный кислород непрерывно генерируется в процессе распада молекул на О и . В результате в стратосфере на высоте порядка 18 км существует слой с повышенной концентрацией , поскольку легко соединяется с присутствующей в атмосфере водой. Вторая реакция для быстрого осуществления требует присутствия окислителей. Последние всегда накапливаются в воздухе, загрязненном в результате производственной деятельности человека. Таким образом, окисление  до  с последующим образованием серной кислоты особенно интенсивно происходит в атмосфере городов и в районах промышленных предприятий[2].

  Высокая растворимость , образующейся в результате окисления сернистого газа, в воде определяет быстрое удаление серной кислоты из атмосферы с дождями. В результате проблема загрязнения атмосферы сернистым газом слилась с проблемой «кислых дождей». Возможные экологические последствия столь резкого окисления дождевых вод пока еще не вполне ясны. Беспокойство экологов, в частности, вызывает влияние кислых дождевых вод на растительность, связанное с интенсивным выщелачиванием почв. Было зафиксировано также резко отрицательное воздействие увеличения кислотности речной и озерной воды на рыбную фауну. Исследования по программе «Здоровье населения и система наблюдений за окружающей средой», выполнявшиеся в рамках ООН, показали, что вредное воздействие на здоровье населения в большой мере оказывают присутствующие в воздухе сульфаты, чем сернистый газ, не окисленный еще до состояния [2].

Галоиды

О распространении галоидов в атмосфере имеется очень мало данных. Исключением является хлор, присутствие которого в атмосфере находит отражение в варьирующих содержаниях хлор-иона в дождевых водах. Помимо ничтожной доли хлора, которая поступает в атмосферу с вулканическими газами, содержащими десятые доли процента этого элемента, весь хлор атмосферы является составной частью хлоридов, выдуваемых ветром с поверхностей морей и океана, и в меньшей степени из засоленных почв[6].

Присутствие фтора в атмосфере ничтожно. Некоторое увеличение его содержания ( в два – четыре раза превышающее геохимический фон ) отмечалось над рудными месторождениями, содержащими минералы фтора. Освобождение фтор-иона в данном случае, вероятно, является следствием взаимодействия серной кислоты, образующейся при окислении пирита с наиболее распространенным минералом фтора – флюоритом . Техногенное загрязнение воздуха газообразными соединениями фтора HF и   обычно отмечается в радиусе нескольких километров от алюминиевых заводов и предприятий по производству суперфосфата. Содержание 1 фтора в воздухе губительно действует на некоторые растения. Предельно допустимыми максимальными концентрациями фтор-иона в воздухе являются 0,02 мг/м³ (разовая) и 0,005 мг/м³( среднесуточная)[6].

Озон

Содержание озона в атмосфере крайне незначительно. Подобно окислам азота озон образуется в атмосфере под действием электрических разрядов во время грозы ( молнии ), а так же синтезируются из кислорода под воздействием коротковолновой космической ультрафиолетовой радиации. В пределах атмосферы повышенные концентрации озона образуют так называемый озоновый слой, имеющий крайне важное значение для жизни на Земле. Нижняя граница озонового слоя располагается на высоте 15-25 км. Максимальная концентрация озона характерна для верхней приграничной зоны слоя, в пределах которой задерживается большая часть ультрафиолетового излучения и происходит синтез молекул озона. Если бы коротковолновое УФ-излучение в начальной его интенсивности достигло бы бисферы, то оно явилось бы губительным для жизни на Земле[3].

Играя столь важную для окружающей среды роль в стратосфере, повышенное содержание озона является крайне нежелательным на более низких уровнях, в тропосфере. Являясь сильнейшим окислителем, озон оказывает токсичное и разрушительное действие на живую материю. В тропосфере озон может возникать в результате превращения окислов азота и органического вещества. Таким образом, загрязнение тропосферы техногенными окислами азота в определенных условиях влечет за собой и нежелательное повышение содержания озона в окружающей среде[3].

Радон

Это инертный газ, являющийся продуктом распада изотопов радия, присутствующих в горных породах в крайне незначительном количестве. Период полураспада наиболее долгоживущего из изотопов радона  равен всего четырем дням, еще быстрее распадается два других изотопа ( актинон) и  ( торон). Таким образом, изотопы радона, мигрируя из горных пород в атмосферу, быстро распадаются и не успевают достичь ее высоких слоев[6].

Ртуть

Ядовитые свойства ртути выделяют этот легколетучий металл в качестве опасного загрязнителя атмосферы. В результате естественных процессов на поверхность земного шара ежегодно поступает около 1000 т ртути. При этом считается, что поступление ртути в атмосферу из таких естественных источников, как вулканы ( в том числе грязевые ) и фумаролы, превышает количество техногенной ртути, выбрасываемой в воздух человеком, хотя имеющиеся данные недостаточны для такой оценки[5].

Как показали тщательные исследования, ртуть, поступающая в атмосферу, достаточно быстро удаляется из нее с дождевыми водами и просто гравитационным осаждением, обогащая таким образом почвы и гидросферу[5].

Источниками поступления техногенной ртути в атмосферу являются:

-сжигание твердого и жидкого органического топлива ( каменные угли содержат 0,05-13,3 ;

-металлургическая переработка руд цветных металлов, как правило, содержащих примеси ртути;

- частичное испарение летучих органических соединений ртути, образованных бактериями, из почв и осадков.

Практически вся ртуть в процессах переработки этих руд возгоняется в воздух. В результате суммарное поступление техногенной ртути в атмосферу, по всей вероятности, несколько превышает 1100 т/год ( без учета частичного испарения органических соединений ртути из почв и осадков, которое количественно оценить невозможно )[5].