В результате действия антропогенных и природных источников двуокись серы поступает в нижние слои атмосферы. Процессы конвекции и адвекции, а также действие различных механизмов выведения этого соединения из атмосферы определяют вертикальное распределение двуокиси серы в атмосфере.
В атмосфере основная масса двуокиси серы сосредоточена в нижних слоях тропосферы, поскольку ее диффузия через тропопаузу затруднена, а действие процессов ее выведения из тропосферы менее эффективно по сравнению с гетерогенным разрушением. Поэтому двуокись серы, эмитируемая из нижних слоев тропосферы в вышележащие слои, аккумулируется в тропосфере. Высота, на которую проникает двуокись серы, определяется как временем турбулентной диффузии, так и временем убыли двуокиси серы из атмосферы за счет процессов влажного и сухого осаждения, а также реакций газофазного окисления. В результате действия этих факторов следует ожидать уменьшения концентрации двуокиси серы с высотой. Этот вывод подтверждается экспериментальными и расчетными данными вертикального распределения содержания двуокиси серы в атмосфере. На рис. (1) показано вертикальное распределение двуокиси серы, полученное на основании обобщения экспериментальных и расчетных данных.
Согласно представленным данным, концентрация двуокиси серы в тропосфере уменьшается с высотой. В слое атмосферы, соответствующем тропопаузе, наблюдается незначительное увеличение концентрации двуокиси серы, которое может быть обусловлено ее образованием в процессе окисления восстановленных соединений серы. Дальнейшее понижение концентрации двуокиси серы в слое 15-35 км можно объяснить с точки зрения увеличения скорости ее взаимодействия с гидроксилом.
Однако следует отметить, что вид изменчивости двуокиси серы в слое над тропопаузой получен расчетным путем на основании известных фотохимических моделей, корректность использования которых нуждается в проверке результатами экспериментального определения вертикального распределения двуокиси серы в слое 15-50 км.
Существует подтверждение существенной роли антропогенных источников в формировании уровня двуокиси серы в нижних слоях тропосферы в северном полушарии. Поскольку, согласно оценкам, в атмосфере северного полушария сосредоточено около 90 % всего количества этого соединения, находящегося во всей атмосфере, усиление антропогенного воздействия на уровень загрязнения атмосферы, отмечающееся в последние три десятилетия, может привести к отрицательным экологическим последствиям в глобальном масштабе. Типичный вид вертикальною распределения концентрации двуокиси серы над урбанизированными районами представлен на рис. (2)
Рис. 2 – Вертикальное распределение концентрации диоксида серы в тропосфере над урбанизированными районами
Эти данные, полученные с помощью аппаратуры, установленной на борту самолета, свидетельствуют о существенном уменьшении концентрации двуокиси серы с высотой в слое воздуха до 3 км. Наблюдаемый профиль содержания двуокиси серы над обследуемыми районами является подтверждением того, что источником его поступления в атмосферу является приземный слой воздуха. В этих районах наиболее вероятным источником двуокиси серы являются выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. Уменьшение концентрации двуокиси серы с высотой над континентальными районами обусловливается прежде всего, ее окислением до сульфатов (гетерогенное пли газофазное) и динамическими процессами переноса в более высокие слои тропосферы.
Континентальные районы оказывают определенное воздействие и на содержание двуокиси серы над поверхностью океанов и морей за счет адвекции загрязненных воздушных масс из урбанизированных континентальных районов. Влияние этих районов на уровень загрязнения воздуха над океанами может быть зарегистрировано на расстоянии около 300-500 км от источника. Содержание двуокиси серы в нижних слоях тропосферы фоновых районов, в которых отсутствуют локальные источники его образования, но которое подвергаются воздействию урбанизированных районов за счет адвекции загрязненных воздушных масс, уменьшается с высотой. Наблюдаемый характер вертикального распределения диоксида серы в таких районах, свидетельствует о важной роли подстилающей поверхности как одного из каналов стока двуокиси серы из атмосферы.
В районах, не подверженных действию антропогенных источников загрязнения атмосферы, наблюдается незначительное увеличение концентрации двуокиси серы с высотой в нижней тропосфере. Этой факт может быть объяснен действием фотохимических источников образования двуокиси серы из восстановленных соединений серы эмиттируемых подстилающей (водной) поверхностью в атмосферу. Однако различие в содержании двуокиси серы на высоте 3-5 км и непосредственно над подстилающей поверхностью в этих случаях невелико.
В целом следует отметить, что систематических крупномасштабных измерений широтного хода содержания двуокиси серы в тропосфере не проводилось, и имеющиеся в литературе данные имеют фрагментарный характер и относятся в основном к измерениям в приземном (приводном) слое атмосферы.
Сезонная изменчивость содержания двуокиси серы в нижних слоях тропосферы в урбанизированных районах и областях, подверженных влиянию этих районов в умеренных шпротах северного полушария, характеризуется увеличением концентрации двуокиси серы в осенне-зимний период.
Наблюдаемая закономерность сезонного хода объясняется увеличением потребления топлива, идущего па отопление в этот период года, и как следствие увеличением объема выбросов продуктов сгорания в атмосферу, которые содержат двуокись серы.
В районах, не подверженных непосредственному действию антропогенных источников двуокиси серы, сезонный ход ее содержания в нижних слоях атмосферы во многом определяется скоростью процессов поступления соединений серы в атмосферу и их последующим окислением, приводящим к образованию двуокиси серы.
