45338 SNC03562

za ponad połowę dostarczanego do atmosfery azotu ze źródeł naturalnych. W atmosferze znajdują się także inne tlenki azotu. Niektóre powstają podczas spalania (utlenianie N w temperaturze płomienia do NO i NOj), utleniania NO przez ozon, utleniania amoniaku przez OH i in. Końcowym produktem utleniania są wspomniane azotany. Są one dość trwale i przebywają w atmosferze jako aerozol, opadający stopniowo na ziemię jako osad suchy lub wilgotny.

Atomy azotu budują jedną z najbardziej rozpowszechnionych postaci aerozolu atmosferycznego - siarczan amonu (NH₄)-S0₄. Powstaje on w wyniku dość złożonych procesów fizykochemicznych z udziałem amoniaku, wody i kwasu siarkowego. W kropelkach chmurowych, zawierających rozpuszczony amoniak i dwutlenek siarki, powstają jony NH ₄ i SO; ~. Po wyparowaniu wody tworzą siarczan amonu. Związek ten może też powstawać, gdy utleniony w fazie gazowej S0₂, tj. trójtlenek siarki (S0₃) absorbuje parę wodną, dając kwas siarkowy (H₂S0₄), który z kolei absorbuje cząsteczkę amoniaku (NH*), wskutek czego, jak poprzednio, powstaje siarczan amonu. Gdy natomiast zawieszony w chmurze chlorek sodu (sól) napotka kwas siarkowy, powstaje siarczan sodu Na-S0₄. Produktem tej reakcji jest także chlorowodór HCI.

Aerozole siarczanowe odgrywają znaczącą rolę w systemie klimatycznym; rozpraszają skutecznie promieniowanie słoneczne w atmosferze, uszczuplając w ten sposób bilans promieniowania powierzchni Ziemi. Po wybuchu wulkanu Mt. Pinatubo na Filipinach (15 VI1991). który wyrzuci! do atmosfery około 20 min ton siarki, do końca 1994 r. saldo promieniowania w troposferze obniżyło się o 3-4 W/m², a średnia temperatura spadła o 0.45*C (Oamatc Change. 1995). Ogromne ilości siarki dostały się do atmosfery wskutek wybuchu wulkanu Si. Hele ni w Ameryce Północnej w 1982 r. W przeciwieństwie do przejściowych stanów zapylenia atmosfery produktami erupcji wulkanicznych, chowy aerozoli siarczanowych mają na razie trwały charakter, są bowiem stale zasilane przez amroppgi ninin źródła emisji siarki. Aerozole w widoczny sposób hamują współczesne postępy ocieplenia klimatu; obserwowany wzrost średniej temperatury na Ziemi stanowi prawdopodobnie tylko połowę przyrostu temperatury, uwarunkowanego bezpośrednim oddziaływaniem rosnącej zawartości gazów cieplarnianych (rys. 23). Aerozole siarczanowe są przyczyną ubytku promieniowania słonecznego, docierającego do Ziemi; w skali globalnej straty te wynoszą 0.54 W/m², ale w najbardziej zanieczyszczonych regionach półkuli północnej dochodzą do 3-4 W/m² (Weiner, 2003).

W skład aerozoli, poza siarczanami, wchodzi przede wszystkim krzemian glinu, krzemionka, tlenki wapnia, magnezu i glinu. sole. a także produkty pochodzenia organicznego (acroplankton). takie jak spory grzybów, bakterie, glony, pyłek roślin, martwe komórki i fragmenty tkanek oraz produkty niepełnego spalania, min. sadza. Występują one w formie stałej lub ciekłej, jako roztwory wodne. Zawartość aerozoli w atmosferze szybko maleje z wysokością, podobnie jak przeciętne rozmiary cząstek aerozoli. Większe cząstki są tylko przejściowo unoszone przez prądy powietrza ponad powierzchnią ziemi. 909f cząstek o średnicy większej od 100 pm nie wznosi się wyżej niż do 1 km; opa-dnjąooc dość szybko wskutek grawitacji. Cząstki mniejsze od 100 pm rozprzestrzeniają się do 10-15 km i mogą przebywać w atmosferze kilka lat. Najmniejsze cząstki docierają do k ilkudzjeaśędu kilometrów i unoszą się w atmosferze jeszcze dłużej. Do najdrobniejszych cząstek aerozolu należą jądra kondensacji, w tym tzw. jądra Aitkena — określane od nazwiska szkockiego badacza, który opracował metodę ich liczenia w atmosferze

1,0

1920

lata

-0,5

Rys. 2.3. Ocena zmian średniej temperatury globalnej od 1860 do 1990 r.; zmiany wywołane łącznie przez gazy cieplarniane i aerozol siarczanowy (linia ciągła) i zmiany wywołane przez gazy cieplarniane (linia przerywana) na tle obserwowanych wahań rocznych wartości temperatury globalnej (wg Gimate Changc, 1995)

I (zob. też rozdz. 9). Mają one średnicę mniejszą od 0,1 |im i pełnią istotną rolę w proce-I sach kondensacji i resublimacji pary wodnej w atmosferze. Są one najbardziej liczne, ale I ze względu na niewielkie rozmiary ich całkowita masa stanowi jedynie ok. 1/5 całkowitej masy aerozolu w atmosferze. Duże jądra (0,1-1 pm) są dziesięciokrotnie mniej liczne od jąder Aitkena, lecz ich masa stanowi już połowę całkowitej masy aerozoli; powyżej kilku kilometrów nad ziemią są one już bardzo nieliczne. Cząstki większe od 1 pm nazywane są jądrami gigantycznymi, ich liczba jest niewielka, niemniej w jednym litrze powietrza może ich być około tysiąca. Aerozole w fazie stałej, zwane popularnie pyłami, przebywają w atmosferze przeciętnie 10 dni, a ich całkowita masa wynosi ok. 50 min ton. Roczna emisja pyłów do atmosfery sięga 1250 min ton, z czego ponad 280 min ton pochodzi ze źródeł antropogenicznych. Wulkany dostarczają średnio w roku 25 min ton, ale potężne erupcje mogą dawać nawet 100 min ton. Do innych źródeł zalicza się pożary lasów, wietrzenie i kruszenie skał, erozję eóliczną gleb oraz rozpryskiwanie roztworów z powierzchni mórz i oceanów.

W słupie powietrza atmosferycznego o przekroju 1 cm² znajduje się zaledwie 10~^s g pyłu. Przeważająca część tej masy koncentruje się przy powierzchni ziemi. W1 cm³ powietrza nad oceanem znajduje się średnio 1000 cząstek, nad obszarami wiejskimi -10 000, a w miastach -100 000 cząstek aerozolu (Iribame, Cho, 1988, s. 61). Specyficzna warstwa gromadząca aerozol znajduje się w stratosferze na wysokości około 20 km. Zawiera przede wszystkim duże jądra kondensacji. Uważa się, że aeorozol stratosferyczny jest po części zachowanym śladem dawno minionych, potężnych wybuchów wulkanicznych, ale także powstaje jako produkt zachodzących tam procesów chemicznych i fotochemicznych.

Siarka buduje zarówno niektóre aerozole, jak i gazowe domieszki atmosfery. Głównym rezerwuarem siarki są minerały znajdujące się w litosferze, takie jak piryt, chalkopiryt i gips. Siarkę zawierają też paliwa kopalne - węgiel (nawet do 14%), ropa naftowa i gaz ziemny. Ze spalenia 1 tony benzyny powstaje 2 kg dwutlenku siarki, ulat-