Углерод и его соединения

производственных объединений, включающих заготовительные и кузнечно-

прессовые цехи, цехи термической и механической обработки металлов, цехи

покрытий и крупное литейное производство.

Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в атмосферу в

литейных цехах являются вагранки, печи, участки складирования и

переработки шихты.

Газовыделения углекислого газа при заливке металлом форм и их

охлаждении можно определить по данной таблице 2.

| |удельные газовыделения для марки |

|вещество |связующего вещества мг/кг смеси(час |

| |ОФ - 1 |БС - 40 |УКС |

|диоксид углерода CO2 |688 |3260,0 |8563,0 |

|для сравнения оксид углерода CO |920,0 |496,0 |1921,0 |

Примечание:

1. ОФ-1, БС-40, УКС – это смолы для скорейшего затвердевания состава.

2. 80% газовыделения всех вредных веществ приходится на первые 20

минут после заливки металла в формы.

ТЭС.

Ежегодно в окружающую среду нашей планеты поступает до 2(1020 Дж

теплоты, что сопровождается выбросом в атмосферу 18(109 тонн углекислого

газа. Основными источниками тепловых выбросов являются процессы сжигания

органического топлива (нефти, газа на ТЭС) и объекты ядерной энергетики

(АЭС). Тепловые выбросы приводят к росту среднегодовой температуры

атмосферы на Земле, снижению снежно-ледяного покрова и, как следствие, к

уменьшению отражательной способности (альбедо) планеты. Все это стимулирует

дальнейшее повышение средней температуры земной поверхности. По данным

Национальной академии наук США, к середине 21 века температура атмосферы

Земли возрастет примерно на 5,5(C. Поэтому за счет таяния ледников и

полярных льдов в ближайшие 25 лет ожидается повышение уровня Мирового

океана на 10 см.

Анализ выбросов теплоты в атмосферу от совокупности промышленных

объектов на региональном уровне показывает, что характерно наличие регионов

с тепловыделением от 10-20 Вт/м2 площадью до 104 км2.

Транспорт.

Автотранспорт также является источником загрязнения атмосферы,

количество машин непрерывно возрастает особенно в крупных городах; а вместе

с тем растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Автотранспорт в

отличие от промышленных предприятий относится к движущимся источникам

загрязнения.

Токсическими выбросами ДВС (двигателя внутреннего сгорания) являются

отработавшие и картерные газы, пары топлива из карбюратора и топливного

бака.

Основная доля токсичных примесей поступает в атмосферу с отработавшими

газами ДВС. Исследования состава отработавших газов ДВС показывают, что в

них содержится несколько десятков компонентов, некоторые из них в таблице

3.

|компоненты |содержание компоненты, |примечание |

| |объем доли, % | |

|CO2 |5,0-12,0 |1,0-10,1 |нетоксичны |

|N2 |74-77 |76,0-78 | |

|CO |0,5-12,0 |0,01-0,50 |токсичны |

|CnHm |2,0-3,0 |0,009-0,5 | |

| | | | |

В целом 50% выбросов диоксида углерода в мире поставляет

электроэнергетика, 1/4 – промышленность, 1/5 – транспорт.

Борьба с выбросами углекислого газа и их учет.

Первой страной, выступившей с заявлением о готовности сократить

выбросы парниковых газов была Великобритания. Ее примеру последовали и

другие страны. На переговорах по климатической конвенции наиболее

решительную позицию заняли Скандинавские страны, Нидерланды, Швейцария

(заявившая о сокращении выбросов углекислого газа на 2,5% к 2000 г.), ФРГ,

Франция, Союз малых островных государств. Меньше энтузиазма проявили США,

Канада, Россия, Япония, Саудовская Аравия.

Для борьбы с выбросами углекислого газа в атмосферу прибегают за

помощью к процессам очистки и обезвреживания технологических и

вентиляционных выбросов. Процессы эти различны, значит различны и способы

очистки, так как:

1. газы, выбрасываемые в атмосферу вместе с углекислым газом, весьма

разнообразны по своему составу.

2. имеют высокую температуру и содержат большое количество пыли, что

затрудняет процесс очистки и требует дополнительной подготовки отходящих

газов.

3. концентрация газа в вентиляционных и реже технологических выбросах

обычно переменна и низка.

Для того, чтобы бороться с выбросами нужно точно знать присутствует

интересуемый нас газ в выбросах или нет. И для этого создан

высокочувствительный детектор для измерения углекислого газа.

Обычно надежность измерений содержания в атмосфере углекислого газа,

играющего столь важную роль в создании парникового эффекта, снижает

присутствие в воздухе водяных паров. По-видимому, японским химикам

Н.Мидзуно и М.Ивамото (Хоккайдский университет, Саппоро) удалось создать

детектор, устраняющий этот недостаток. Ранее в Японии велись эксперименты с

порошком оксидов металлов, электрическое сопротивление которых изменяется в

случае, когда диоксид углерода адсорбируется на их поверхности. Еще в 1990

г. группа под руководством Н.Ямадзо (Университет Кюсю) показала, что

сопротивление порошкообразного оксида олова, помещенного между платиновыми

электродами, возрастает при его продувке смесью углекислого газа с гелием

при температуре 100C. Аналогичный эффект наблюдался с использованием бария.

Однако во всех этих случаях чувствительность к углекислому газу была

незначительной и еще более ослабевала в присутствии водяных паров.

Позже было установлено, что высокой чувствительностью к углекислому

газу обладает смесь индия с оксидами кальция, позволяющая хорошо

идентифицировать этот парниковый газ даже в присутствии паров воды. Оксид

индия получали путем гидролиза хлорида индия в присутствии раствора

аммиака; осадок нагревали до 850C. Полученное вещество еще активнее

реагировало на углекислый газ, если к нему добавляли примерно 5% оксида

кальция. Изготовленный на этой основе детектор оказался в состоянии

измерять концентрации углекислого газа, не превышающие 2 тыс. частей на 1

млн. даже в присутствии 1,8% водяных паров.

Таким образом, способность оксида индия реагировать на малые

концентрации углекислого газа связана с присутствием иных оксидов, причем

оксид кальция повышает чувствительность в наибольшей степени; далее следуют

оксиды стронция и бария; оксиды металлов – никеля, магния и калия –

вполовину, а цинка, натрия, празеодима и неодима в 10 раз менее

чувствительны.

Есть надежда на создание приборов, способных с большой точностью

регистрировать наличие в атмосфере углекислого газа.

Очистка и последующая утилизация углекислого газа проходит через

различного рода фильтры. Прибегают также и к рассеиванию выбросов.

Для контроля в России используются следующие приборы (табл. 4).

| |метод |определяемое |измеряемая |погрешность,% |

|тип прибора|измерения |вещество |концентрация, | |

| | | |мг/м3 | |

|ФЛ-5601 |фотоколориметр|углекислый газ|0-20 |10 |

| |ический | | | |

|КУ-3 |кондуктометрич|углекислый газ|0-500 |5,0 |

| |еский | | | |

|ГАИ-2 |оптикоабсорбци|углекислый газ|0-5 |4 |

| |онный | | | |

В России ПДК (предельно допустимой концентрации) по содержанию

углекислого газа не установлено, в США – 9000 мг/м3. Благодаря строгому

учету нарушений ПДК и высоким штрафам в США выбросы углекислого газа на 1

млрд. долларов национального продукта за последние 10 лет уменьшились с 470

до 350 тыс. м3. Сокращение выбросов углекислого газа на 60% обойдется

примерно в 21012$.

В ФРГ валовый национальный продукт с 1973 г. по 1985 г. увеличился на

26%, а выбросы углекислого газа сократились на 11%.

Океаническая вода как пожиратель углекислого газа.

Согласно подсчетам специалистов, примерно на 60% углекислого газа,

ежегодно поступающего в атмосферу Земли, надолго остается в воздушном

пространстве, способствуя парниковому эффекту, остальное количество

поглощается на суше и в Мировом океане. Однако механизм и активные

участники этого процесса все еще вызывают дискуссии среди специалистов.

Недавно группа сотрудников Плимутской морской лаборатории

(Великобритания) во главе с Уотсоном исследовала влияние скоплений

планктона в северо-восточной части Атлантического океана на поглощение

углекислого газа его поверхностными водами. Как показали измерения, это

влияние очень существенно, причем содержание углекислого газа в воде,

обусловленное активностью этих микроорганизмов, может различаться на 10% в

пунктах, отстоящих друг от друга всего на 20 км. Все прежние оценки

интенсивности поглощения углекислого газа Мировым океаном не учитывали

подобный биологический фактор и, следовательно, были ошибочны. В течение

длительного времени специалисты основным поглотителем углекислого газа

считали Южный океан, и лишь в 1990 г. появились свидетельства, что и в

Северном полушарии существуют районы, где этот процесс идет весьма активно.

Процесс растворения углекислого газа – в приложении 13.

Колоссальное значение океана состоит и в том, что он, будучи “легкими”

планеты, пробуцирует своим фитопланктоном почти половину всего кислорода

атмосферы. В обменном процессе между атмосферой и океаном, то есть в

“дыхании” океана участвует 100 млрд тонн CO2. При этой жизнь, населяющая

океан, ассимилирует в год в среднем 126 млрд. тонн CO2. Против 20 млрд.

тонн, ассимилируемых жизнью суши. Океан, как насос, поглощает своими

холодными водами CO2 в полярных широтах и отдает его в нагретых

экваториальных и тропических зонах. Именно поэтому давление CO2 в области

тропиков всегда несколько выше, чем в высоких широтах. Мировой океан как

среда жизни представляет интерес прежде всего потому, что именно здесь, по

мнению многих ученых, зародилась жизнь, которая в длительном процессе

эволюции дала колоссальное многообразие форм. Разнообразие форм жизни на

земле поразительно, хотя оно основано на одном типе химического процесса –

фотосинтезе, в результате которого в растениях из неорганических веществ

создается органическое. Большое часть растительного мира океана это

микроскопические фитопланктоновые организмы прикрепленные ко дну водные

растения занимают очень небольшую часть), которые в основном и являются

первичной продукцией моря. Объем ежегодной продукции фитопланктона в

Мировом океане оценивается величиной 500 млрд. тонн. На основе первичной

продукции развиваются все другие морские организмы – бактерии, зоопланктон,

рыбы, морские звери. Для развития фитопланктона кроме энергии солнечного

света необходимы неорганические компоненты. В состав организмов входит до

60 химических элементов, однако 90–95% массы организмов состоит из 6

элементов, называемых биофильными (жизнелюбивыми) или биогенными. Это

углерод, кислород, водород, фосфор, кремний.

Схема обмена углерода между его соединениями в океане

Атмосфера

CO2

водные CO2 H2CO3

HCO3- CO32-

растения

растворенные

органические вода

вещества

остатки животные CaCO3

CaCO3

организмов

крист. раст.

органические CaCO3

тв. CaCO3 тв.

вещества

На больших глубинах, где фотосинтез из-за недостатка света

прекращается, идет образование CO2 за счет разложения органического

вещества в результате распада. В верхнем 500 метровом слое окисляется в

среднем до 87% первичной продукции. В донные осадки попадает 0,1%

органического вещества. В океане ежегодно оседает все вносимое реками

количество гидрокарбонатов 1,7 млрд. тонн кальция (0,5 млрд. тонн) и

частично магния (0,36 млрд. тонн).

Неравномерное потребление углекислоты наземными системами.

Почвы – один из важнейших природных ресурсов, который человечество

активно использует с незапамятных времен. Почвы, почти сплошным ковром

покрывающие поверхность земной суши, представляют собой как бы “кожу

Земли”, которая предохраняет горные породы от интенсивного разрушения.

Почвы – не просто субстрат, на котором растут растения, в них происходят

активные биологические, химические и физические процессы, регулирующие

обмен веществом и энергией между литосферой, гидросферой, атмосферой.

Распределение почв, как и многих других биологических систем, подчиняются

закону природной зональности, во многом связанной с климатическими

параметрами. Как же поведут себя почвы в условия парникового эффекта?

Потеряют ли черноземы свое плодородие? Что будет с тундровыми почвами,

формирующимися на вечной мерзлоте, если она оттает на большую глубину?

Будет ли скорость изменения почв равна скорости изменения климата? Как в

условиях нарастающего парникового эффекта проявятся изменения почв

связанные с другими антропогенными воздействиями на природу – ирригаций,

сведением лесов, добычей полезных ископаемых, кислотными осадками?

Опыта по изучению данной проблемы мало. Но ясно, что локальные

изменения передаются на почвы смежных территорий через поверхностные и

грунтовые воды, однако со значительно меньшей скоростью и на меньшие

пространства, нежели это имеет место в других природных средах (в воздухе,

в воде).

Наиболее существенные сдвиги будут наблюдаться, видимо, в почвах

северных широт где по прогнозам, потепление климата и увеличение осадков

значительно превысят соответствующие средние и глобальные.

В тундре и лесотундре (севернее 70(с.ш.) где ожидается, что средняя

температура поднимется на 4-5(C (главным образом за счет зимних температур)

и возрастет количество осадков (на 50-100 мм) границы лесотундры и северной

тайги начнут медленно сдвигаться к северу, значит на щебнистых и песчаных

грунтах усилятся процессы подзолообразования, а на тяжелых глинистых

породах, особенно в низинах – глеевые процессы или заболачивание.

В таежной зоне Восточной Сибири могут усилиться протаивание почв и

грунтов, а также подзолистый процесс на равнинах в легких почвах,

заболачивание полей, расширение термокарстовых и солифлюкционных явлений,

приводящих к механическому перемещению почв, оползням, просадкам.

В южной тайге ожидается потепление зимой и летом на 2-3(C с

одновременным уменьшением количества осадков (до 25 мм). Можно представить,

что в хвойных лесах с подзолистыми почвами соответственно появятся

широколиственные породы и кустарники, усилится дерновый процесс в почвах, и

они приблизятся к серым лесным. На дерново-подзолистых почвах

сельскохозяйственных угодий количество влаги может заветно снизиться.

В лесостепной зоне серых лесных почв, оподзоленных, выщелоченных и

типичных черноземов – главной сельскохозяйственной зоне – прогнозируют

некоторое потепление (на 1-2(C)и уменьшение осадков на 15-20 мм. В связи с

этим в почвенном покрове весьма вероятна тенденция эволюции лугово-

черноземных и черноземовидных луговых почв в черноземы, а в плакорах – за

счет непромывного водного режима в последних – повысится уровень

карбонатов. Усиление сухости климата в лесостепной зоне потребует в

сельскохозяйственном производстве активизации мероприятий по сохранению

влаги в почвах, а вероятнее всего – расширение орошаемого земледелия.

Конечно, этот прогноз основывается на ожидаемых климатических

изменениях. Между тем в последние десятилетия наблюдается пока не нашедший

объяснения медленный подъем уровня почвенно-грунтовых вод в Черноземной

зоне Средней России и Украине, расширение площади так называемых

“мочалистых” переувлажненных почв. Эти факты свидетельствуют о сложности

динамики гидрологических режимов в почвах и ландшафтах, о многообразии

причин их изменений, а значит, и о трудностях долговременных прогнозов.

В зонах степных черноземов и сухостепных каштановых почв с повышением

среднегодовых температур на 1-2(C и с очень незначительным увеличением

годовых осадков не следует ожидать изменения активности почвенной биоты и

ухудшения водно-физических свойств почв; возможны локальные процессы

осолонцевания почв и некоторой аридизации ландшафтов.

В полупустынной зоне светлокаштановых и бурых почв Прикаспийской

низменности ожидается наряду с потеплением климата, увеличение атмосферных

осадков примерно на 100 мм, что существенно усилит увлажнение почв и

растительности в этой зоне. Скорее всего здесь, в типчаково-полынных и

полынно-солянковых фитоценозах, постепенно возрастает количество злаков и в

целом растительность пастбищных угодий улучшится, но только при разумном и

бережном хозяйствовании.

В пустынях Казахстана и Средней Азии песчаные пустынные почвы,

возможно, полнее покрываются злаково-кустарниковой растительностью и

продлиться период ее вегетации. В почвах глинистых пустынь весьма вероятно

увеличение пестроты почвенного покрова за счет перераспределения солей по

элементам мезо- и микрорельефа.

Выводы.

В ходе работы выяснилось, что совсем нетоксичный оксид углерода (IV),

то есть CO2 является нарушителем всего живого и неживого в природе.

В 20 веке наблюдается рост концентрации CO2 в атмосфере, доля

которого с начала века увеличилась почти на 25%, а за последние 40 лет на

13%. Оценим вклад России в увеличение концентрации CO2 в атмосфере. Данные

по выбросам CO2 в результате сжигания ископаемого топлива в России получены

из данных по бывшему СССР, вклад которого в выбросы CO2 весьма значителен

(таблица 6).

Выбросы углерода разными странами в 1960 и 1987 гг.

| |Выбросы углерода по годам |

|страна |всего, млн. т |на 1 $ ВНП, г |на 1 человека, г |

| |1960 |1987 |1960 |1987 |1960 |1987 |

|США |791 |1224 |420 |276 |4,38 |5,03 |

|СССР |396 |1035 |416 |436 |1,85 |3,68 |

|Китай |215 |594 |- |2024 |0,33 |0,56 |

|Великобритания |161 |156 |430 |224 |3,05 |2,73 |

|ФРГ |149 |182 |410 |223 |2,6668 |2,98 |

Примечание: Германия без восточной части.

По объему выбросов углерода (1 тонна углерода соответствует 3,7 тонны

углекислого газа) первое место принадлежит США, затем страны Европейского

экономического сообщества, а далее бывший СССР. Эти страны дали более

половины выбросов, так как в России производится примерно 80% получаемой

ранее в СССР продукции, ее вклад в выбросы CO2 в атмосферу весьма велик и

составляет порядка 800 млн. тонн углерода, или около 3 млрд. тонн CO2,

следовательно, на каждого жителя приходится несколько меньше 13% общей

массы выбрасываемого в атмосферу углерода, на долю США более 20%, на долю

ЕЭС – около 20%, на долю Китая немногим более 11%. Таким образом, вклад

хозяйства России в возможный парниковый эффект весьма значительный.

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выбросы в

атмосферу CO2, то нашу планету ожидает катастрофа. Сегодня остается

нерешенной мировая проблема энергии и CO2.

Страницы: 1, 2