< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Атмосфера — гидросфера (rot А-Г)

В данном разделе рассматриваются вопросы физического переноса загрязняющих веществ из атмосферы в гидросферу.

Рассмотрим физические процессы переноса, происходящие на границе раздела двух сред — атмосферы и гидросферы. Согласно [6] если начальное давление пара в газовой фазе превышает равновесное давление на границе раздела сред при данной температуре, пар конденсируется и переходит в жидкую фазу. Если это давление меньше равновесного, вода испаряется и переходит из жидкого в газообразное состояние. Наиболее характерно процессы переноса проявляются на границе раздела атмосфера-море. В морских условиях процесс испарения более распространен, чем конденсация у поверхности. Конденсация может происходить не только на самой поверхности моря, но и значительно выше и в стороне от него (дождь) или несколько выше поверхности воды (туман). Для качественного понимания процессов, происходящих на границе раздела атмосферы и гидросферы на рисунке 1 представлены в обобщенном виде перенос тепла и вещества на границе.

Для более глубокого понимания процессов, происходящих на границе раздела двух сфер в таблице 1 приведены данные по общему водному балансу Земли, характеризующему Мировой океан, континент и Землю в целом по выпадению атмосферных осадков и испарениям с поверхности океана.

Детали гидрологического цикла Земли схематически изображены на рисунке 2.

Рассмотрим вопрос растворения атмосферных газов в поверхностных водоемах и морях, и связанный с ним вопрос переноса ЗВ из атмосферы в гидросферу. В частности рассмотрим кинетику или скорости растворения газов в водной сфере.

Обобщенный вид переноса тепла и вещества на поверхности раз¬дела воздух - море

Рисунок 1 — Обобщенный вид переноса тепла и вещества на поверхности раздела воздух - море

Таблица 1 — Общий водный баланс Земли

Общий водный баланс Земли

Гидрологический цикл Земли (при условной сумме 100)

Рисунок 2 — Гидрологический цикл Земли (при условной сумме 100)

Если парциальное давление газа в атмосфере больше, чем равновесное парциальное давление газа в морской воде то происходит переход молекул из газовой фазы в жидкую. В противоположном случае морская вода выделяет газ в атмосферу. Скорость газового переноса обусловлена, как правило, диффузией газов через поверхностный пограничный слой. Ветры и океанские течения обеспечивают сравнительно быстрое перемешивание объемных фаз. Поэтому диффузия через спокойные зоны, непосредственно примыкающие к поверхностям раздела, определяется как медленный с ограниченной скоростью процесс.

Благодаря вихревой диффузии и адвекции молекулы газа переносятся к поверхностям раздела сравнительно быстро. Затем в пределах отдельных слоев газовые молекулы перемещаются вследствие молекулярной диффузии. Канвишер предложил для потока газа ЛО/Ш через слой раздела следующее выражение

где "движущей силой" является разница в концентрации газа между нижним и верхним слоями толщиной г, а О представляет собой диффузионную способность. При 20° величина С она близка к 2*105 см/с для всех атмосферных газов. Разница в концентрации зависит от парциального давления и растворимостей газов, которые в свою очередь весьма различны для отдельных атмосферных газов; следовательно, при данном парциальном давлении / dt) должно быть в два раза выше, чем / dt)^ .

В зависимости от характера волнения толщина поверхностного слоя воды оценивается от 5 х10 3 до 0,1 см, составляя в среднем 0,01 см, что соответствует 105 молекулярных диаметров. Волнение уменьшает эффективную толщину этого слоя: сильное перемешивание легко сокращает толщину поверхностной пленки вдвое, а сокращение ее толщины происходит при скоростях ветра более 2 м/с (рисунок3).

Влияние скорости ветра на обмен газами между жидкостью и ат¬мосферой

Рисунок 3 — Влияние скорости ветра на обмен газами между жидкостью и атмосферой

1— спокойная поверхность; 2 — волны высотой 3 см

Тот же эффект достигается при перемешивании, увеличении высоты волны и росте температуры. Одновременно необходимо отметить, что некоторые растворимые поверхностно-активные вещества могут замедлять скорость растворения газов.

Растворение атмосферных газов в морской воде и дождевые воды представляют основной вид переноса вещества из воздуха в море. Но имеются и другие пути поступления химических веществ в морскую акваторию из атмосферы. Общее количество этих веществ может быть значительным, но по сравнению с массой химических соединений, растворенных в морской воде, оно минимально. Некоторые из этих химических веществ падают непосредственно в море в твердой форме, другие растворяются в дождевой воде и привносятся вместе с ней. Химический состав дождевой воды весьма изменчив. Он во многом связан с происхождением и историей частиц воды и зависит от характера загрязнений, вызванных деятельностью человека.

Согласно [6] наиболее распространенными и чаще всего анализируемыми компонентами дождевой воды являются С1-, Б04 , N0^ N0 2 , НСО з, Ш+, К+, Са2+, 1У^2+ и NH +4 . Помимо этого, дождевая вода может содержать и более редкие компоненты — Р205, 12, Н202, формальдегид и даже органические и нерастворимые вещества, возможно, служившие центрами, вокруг которых формировались дождевые капли. Некоторые компоненты дождевой воды попадают в атмосферу из моря и при выпадении осадков возвращаются обратно. На Рисунке 4 представлены данные о содержании различных компонентов загрязнения, содержащихся в дождевой воде.

Содержание различных компонентов в дождевой воде, отобран¬ной во Франкфурте-на-Майне (загрязненная атмосфера) и в обсерватории Таунус (незагрязненная атмосфера)

Рисунок 4 — Содержание различных компонентов в дождевой воде, отобранной во Франкфурте-на-Майне (загрязненная атмосфера) и в обсерватории Таунус (незагрязненная атмосфера) 1 — Франкфурт-на-Майне; 2 — обсерватория Таунус.

Особое значение для оценки степени антропогенного загрязнения морской акватории и величины перехода ЗВ из одной среды (сферы) в другую (из атмосферы в гидросферу) принимает величина массы сброса загрязняющих веществ из атмосферного воздуха в море. В соответствии с [7] масса сбросов загрязняющих веществ в акваторию моря и бухт из атмосферного воздуха в год определяется зависимостью

где с, =—-2 ^ 3-- - средняя по времени года концентрация ЗВ в

осадках дождевых вод, мг/л;

к - годовой уровень атмосферных осадков в оцениваемом регионе, м;

5 - площадь прибрежной зоны и бухт региона в зависимости от ширины зоны, м .

Таким образом зависимость (2) определяет массу ЗВ переходящую из атмосферы в гидросферу в результате выпадения осадков.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >