- •Раздел 3 Химия окружающей среды
- •Оглавление
- •Атмосфера
- •Состав атмосферы
- •Химические процессы в атмосфере
- •Реакции, способствующие разрушению озона в атмосфере Земли
- •Действие озона на живые организмы и материалы
- •Химия аэрозолей и пыли
- •Экологические проблемы, связанные с химией атмосферного аэрозоля
- •Органические и неорганические загрязнители
- •Летучие органические соединения
- •Соединения серы и азота
- •Парниковый эффект
- •Парниковые газы
- •Городская атмосфера
- •Последствия первичного и вторичного загрязнения воздуха
- •Гидросфера Состав гидросферы
- •Качество природной воды
- •Химические процессы в гидросфере
- •Речные воды
- •Океанические воды Основные особенности океанической воды
- •Химия морской воды. Соленость и ионная сила воды
- •Соленость воды.
- •Ионная сила.
- •Активность.
- •Состав ионов в морской воде и закон Дитмара
- •Химический состав неосновных ионов.
- •Вынос ионов.
- •Эвапориты.
- •Подземные воды
- •Формирование кислотности поверхностных вод
- •Особенности окислительно-восстановительных процессов в подземных водах
- •Глобальное загрязнение Мирового океана
- •Загрязнения речных и морских вод
- •Органическое загрязнение
- •Сброс отходов в море с целью захоронения (дампинг).
- •Неорганические токсины
- •Соединения тяжелых металлов.
- •Поведение тяжелых металлов в водной среде.
- •Литосфера Химический состав литосферы
- •Химический состав почв
- •Химические процессы в литосфере
- •Химические реакции и процессы в почве
- •Глобальные экологические функции почв
- •Химическое загрязнение почв
- •Изменения почвы в зависимости от способов ее обработки
- •Методы и способы утилизации и ликвидации отходов
- •Биосфера – особая оболочка планеты
- •Некоторые особенности биосферы
- •Процессы в биосфере
- •Основные функции живого вещества в биосфере
- •Химические процессы в биосфере
- •Химические основы экологического анализа
- •Меры токсичности веществ
- •Экологическое нормирование
- •Аналитическая химия в экологических исследованиях
- •Особо опасные экотоксиканты Токсичные металлы
- •Вредные вещества в пищевых продуктах. Нитраты
- •Пестициды
- •Диоксины
- •Биотрансформация экотоксикантов
Органические и неорганические загрязнители
Метан
Метан — наиболее значимый представитель органических загрязнителей атмосферы. Его концентрация существенно превышает концентрацию остальных органических соединений. Увеличение содержания метана в атмосфере способствует усилению парникового эффекта за счет интенсивного поглощения теплового излучения Земли в инфракрасной области спектра. Метан занимает второе место после углекислого газа по эффективности поглощения теплового излучения Земли. С ростом может привести к ухудшению экологической ситуации на Земле.
Классификация метана.
Атмосферный метан различается по происхождению.
Метан называется биогенным, если он возникает в результате химической трансформации органического вещества.
Бактериальный (микробный) метан появляется в результате деятельности бактерий. Он образуется в донных отложениях болот и других водоемов, в результате процессов пищеварения в желудках насекомых и животных (преимущественно жвачных).
Термогенный метан возникает в результате термохимических процессов в осадочных породах при их погружении на глубины 3—10 км. Здесь осадочные породы подвергаются химической трансформации в условиях высоких температур и давлений.
Абиогенный метан возникает в результате химических реакций неорганических соединений. Он образуется обычно на больших глубинах в мантии Земли.
Общее содержание метана в атмосфере и его концентрация. Время жизни метана в атмосфере 8—12 лет. Молекула метана довольно устойчива, и ее нелегко вывести из атмосферы. Метан малорастворим в воде, удаление его из атмосферы с помощью осадков не происходит. Для реального удаления его необходимо перевести в нелетучие или другие газообразные соединения.
Метан, как и многие другие примеси, исчезает из атмосферы в основном в реакции с радикалом ОН•:
ОН• + СН4 → Н2О + СН3•
Суммарная реакция вывода метана из атмосферы:
СН4 +4О2 → СН2О + Н2О +2О3
В итоге вместо одной исчезнувшей в атмосфере молекулы метана возникает 3,5 молекулы озона и 0,5 радикала ОН•.
Химический сток в атмосфере — это основной канал вывода метана из атмосферы. Из других стоков некоторое значение имеют поглощение метана почвенными бактериями и уход в стратосферу. Оба стока вносят вклад менее 10 % в общий сток метана.
Источники выделения метана
К естественным источникам метана относятся болота, тундра, водоемы, насекомые (главным образом термиты), метангидраты, геохимические процессы. К антропогенным — рисовые поля, шахты, животные, потери при добыче газа и нефти, горение биомассы, свалки. В России производится 60 г метана в сутки в расчете на одного человека.
Шахтный метан возникает в процессе трансформации органических остатков в уголь под влиянием высоких давлений и температур. Растительные остатки содержат большое количество лигнина, в структуре которого имеется много метильных групп. В ходе термической переработки освобождаются метильные радикалы, которые затем отрывают атом водорода от органических молекул и превращаются в метан. Добыча 1 т угля сопровождается выделением 13 м3 чистого метана.