Атмосферних опадів
Джерела надходження хімічних елементів до
Гідрохімія атмосферних опадів
Атмосфера являє собою гетерогенну систему, яка складається з газового середовища з розсіяними в ньому дисперсними частинками рідкої і твердої речовини в завислому стані – аерозолями.
Дослідженнями встановлено, що атмосфера землі складається з газоподібних речовин: 78% - азот молекулярний, 20,95% - кисень молекулярний, 0,93% - аргон, 0,03% - діоксид вуглецю.
Джерелом хімічних компонентів в атмосферних опадах є аерозолі атмосфери (ядра конденсації). Аерозолі– це пилоподібні мінеральні частинки кори вивітрювання, агрегати розчинених солей, краплинки розчинів газів ( SO2, НCl та інші), частинки диму, органічні речовини, найдрібніші організми та їх залишки (спори, пилок рослин, мікроби), промислові викиди.
Частинки аерозолів мають різні розміри. Найдрібніші аерозолі за кількістю переважають в атмосфері, але основну масу становлять великі та гігантські частинки. Деякі з аерозолів набувають заряди. Загальна особливість всіх видів аерозолів атмосфери полягає в тому, що кількість їх зменшується з висотою.
Розподіл аерозолів залежить від багатьох фізичних факторів: адвекції та руху повітря, турбулентного перемішування, процесів конденсації та випадіння опадів, а також від виду підстилаючої поверхні, розташування від населених пунктів та океану. Так, кількість аерозолів в атмосфері над містами більша, ніж над сільською місцевістю, над рівниною більше, ніж над горами, над сушею більша, ніж над океаном.
Джерела утворення аерозолів в атмосферних опадах:
- еолова ерозія – основний процес змінення земної поверхні, спричинює кількість мінерального пилу у приземному шарі повітря континентального типу, до складу якого входять мінеральні та органічні компоненти (частинки глинистих і піщаних порід, грунтів, кристали солей, залишки рослин і тварин, органічні речовини з грунтів, сполуки азоту, сірки й вуглецю, які вилучаються з грунтів в атмосферу в результаті бактеріальних процесів);
- винесення солей з поверхні льоду, тобто сухих солей, які утворюються при замерзанні солоної води;
- винесення солей з водної поверхні, яке у найпростішому вигляді має механізм відривання найдрібніших крапель води з гребенів хвиль вітром. Наприклад, у прибережній зоні винесення солей можна помітити на склі вікон, листях дерев, відчуття солонуватого присмаку на губах при сильному вітрі з моря;
- продукти вулканічних вивержень - вулкани викидають в атмосферу значну кількість твердих частинок і газів (SO2, НCl), які досить легко вступають в реакції з аерозолями, але адсорбуються на їх поверхні;
- господарська діяльність людини – пов’язана з газопиловими викидами від роботи енергомістких галузей промисловості. Хімічний склад атмосферних опадів промислових районів характеризується високим вмістом сульфатів, які утворюються при спалюванні вугілля і нафти. Газ SO2 при взаємодії з водяними краплями хмар і дощу, утворює кислоти
. (4.1)
Вимивання з атмосфери солей кислот призводить до виникнення сірчаної кислоти і випадіння кислотних дощів. Результати експериментальних досліджень (А.М.Никанорів [3]) свідчать, що в геохімічних чистих зонах основна складова у кислотності опадів належить діоксиду вуглецю СО2 (біля 80%), а загальний внесок сірчаної і азотної кислот становить 10%. В атмосфері промислових регіонів – кислотність опадів зумовлена наявністю сірчаної кислоти – 60%, азотної – 30%, соляної – 5% і лише 2% - розчиненням діоксиду вуглецю. До інших джерел аерозолів належить космічний пил, важливий при утворенні ядер конденсації, а не для складу атмосферних опадів внаслідок дуже малої конденсації і розчинності.
Таким чином, сукупність аерозолів в атмосфері становить прибуткову частину хімічного балансу атмосфери.
Зменшення кількості аерозолів в атмосфері відбувається під дією двох процесів (видаткова частина): захоплювання аерозолів і газів атмосферними опадами всіх видів (дощ, сніг, роса, іній, град) – вологе осадження; осадження аерозолів на поверхню землі при гравітаційній седиментації – сухе осадження.
Процеси формування хімічного складу майбутніх атмосферних опадів відбуваються у хмарах (мінералізація хмар мала, однак вона збільшується зі зменшенням висоти), в найнижчій частині тропосфери – нижче хмар, в приземному шарі. Краплі дощу чи снігу при падінні з хмар вимивають з повітря значну кількість аерозолів. Причому, величина на яку збільшується концентрація солей у дощовій воді при вимиванні аерозолів, обернено пропорційна радіусу крапель дощу. Тому дощ з дрібними краплями повніше вимиває аерозолі. Після випадіння деякої кількості опадів і вимивання більшої частини аерозолів наступне вимивання призводить лише до подальшого розбавлення дощової води.
Значну роль відіграють і умови періоду перед випадінням атмосферних опадів. Повітря, яке довго не промивалося опадами має вищу концентрацію аерозолів порівняно з опадами, які випали одразу за попереднім дощем.