Пары воды

Из переменных компонентов больше всего в воздухе содержится паров воды (влаги). Их биогеохимическая роль очень обширна. Конденсируясь, они образуют осадки, благодаря которым жидкая вода присутствует почти во всех климатических зонах. Наличие влаги в воздухе также препятствует испарению воды из живых организмов.

Основной источник паров воды в атмосфере — испарение, а сток — конденсация. Среднее время пребывания — 10 суток. Содер­жание паров воды в атмосфере зависит от температуры и других факторов (например, близость водоемов). Температура ограничивает максимально возможное содержание водяного пара (при превышении этого содержания вода конденсируется).

Удельное содержание паров воды называется абсолютной влажностью. Зависимость максимально возможной абсолютной влажности воздуха от температуры приведена на рис.

Зависимость максимально возможной абсолютной влажности воздуха от температуры. Разные кривые относятся к разным способам выражения абсолютной влажности: верхняя. кривая - парциальное давление (кПа), нижняя — молярная концентрация (моль/м3).

Реальная влажность воздуха обычно меньше максимально возможной. Отношение реальной абсолютной влажности к максимально возможной при данной температуре называется относительной влажностью воздуха. Именно эту характеристику постоянно упоминают в сводках погоды. Относительная влажность воздуха во многом определяет скорость испарения воды: чем она меньше, быстрее происходит испарение. Если относительная влажность воздуха превышает 100%, вода конденсируется.

Оксид серы (IV) (SO₂)

Оксид серы (IV) попадает в атмосферу в результате деятельности вулканов (~ 0,6_*10⁶ моль/год), а также в результате окисления различных соединений серы, выделяемых организмами и их остатками (~2_*10⁶ моль/год). Кроме того, огромный вклад (~3_*10⁶ моль/год) в выбросы SO₂ вносит деятельность человека, сжигающего серусодержащее ископаемое топливо и выбрасывающего отходы обжига сульфидных руд:

2CuS + 3О₂ = 2CuO + 2SO₂

Стоки SO₂ — вымывание атмосферными осадками и поглощение растительностью. SO₂ легко растворяется в капельках воды, находящихся в облаках, образуя при этом сернистую кислоту:

H₂O + SO₂ = H₂SО₃.

Поскольку мелкие капельки воды имеют очень большую поверхность, в них легко проникает кислород, который окисляет сернистую кислоту до серной:

2H₂SO₃ + О₂ = 2H₂SO₄

причем по сравнению с другими химическими процессами в окружающей среде эта реакция идет довольно быстро. Хотя скорость этой реакции недостаточна для промышленного получения серной кислоты, ее вполне достаточно для того, чтобы вокруг источников SO₂ постоянно выпадали кислотные дожди. Кроме того, превращение SO₂ в H₂SO₄ ускоряется в присутствии оксидов азота.

Из-за высокой реакционной способности время пребывания SO₂ в атмосфере невелико — от 3 до 7 суток.

Сероводород (Н₂S)

Сероводород образуется при дегазации магмы и, в наибольших количествах, в качестве продукта жизнедеятельности организмов. Поскольку сероводород очень сильный восстановитель, он образуется только в анаэробных (бескислородных) условиях. Для большинства аэробных организмов (т.е. организмов, дышащих кислородом) токсичен.

Большие количества сероводорода выделяются при гниении, как результат восстановления серы, содержащейся в белках. Сероводород также образуется в результате деятельности сульфатредуцирующих орга­низмов — анаэробных бактерий, которые живут, в частности, в подзем­ных гипсовых слоях и в качестве окислителя используют сульфат-ион:

CaSО₄ + «С» + 2Н₂О = Са(НСО₃)₂ + H₂S↑.

Основной сток сероводорода (равно как и других газов, содержащих серу в низких степенях окисления, например, (CH₃)₂S, COS) — его окисление кислородом воздуха до существенно менее токсичного SО₂:

2H₂S + ЗО₂ = 2Н₂О + 2SO₂.

Окисление протекает быстро, поэтому среднее время пребывания сероводорода в атмосфере не превышает одних суток.

Метан (СН₄)

Источник метана в атмосфере — жизнедеятельность различных бактерий, сток — окисление кислородом воздуха. Как правило, метанообразующие бактерии обитают во влажных анаэробных условиях, напри­мер, в болотах и донных отложениях. Также они обитают в пищевом тракте травоядных животных. С 1850 года концентрация метана в атмос­фере выросла в два раза и составляет в настоящий момент 1600 млрд ^-1

Относительно причин такого увеличения единого мнения нет. Есть ги­потезы, что сказалось увеличение площадей рисовых полей (которые постоянно залиты водой и в которых поэтому существуют хорошие условия для деятельности метанобразующих бактерий), а также загрязнение болот соединениями азота и фосфора — лимитирующими ресурсами для метанобразующих бактерий. Поскольку метан — парниковый газ, увеличение его концентрации может внести свою лепту в глобальное потепление климата.

Основной сток метана — радикальное окисление кислородом, (протекает медленно). Его время пребывания в атмосфере — 3,6 года.